DE102009049109A1

DE102009049109A1 - Elektromagnet sowie hydraulisches Ventil mit einem Elektromagnet

Info

Publication number: DE102009049109A1
Application number: DE200910049109
Authority: DE
Inventors: Marius Cornea; Matthias Lang
Original assignee: Hydraulik Ring GmbH
Current assignee: Hilite Germany GmbH
Priority date: 2009-10-12
Filing date: 2009-10-12
Publication date: 2011-04-14

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Elektromagnet sowie ein hydraulisches Ventil mit einem Elektromagnet, mit einer in einem Gehäuse angeordneten Magnetspule 4, die einen zylindrischen Ankerraum 7 umschließt, in dem der Magnetanker 8 axial verschiebbar angeordnet ist und mit einem koaxial zum Magnetanker 8 fest im Ankerraum 7 angeordneten Polkern 9. Mit einem in eine zentrische Aufnahme 13 des Magnetankers 8 fest eingesetzten Ankerstößel 14, der mit radialem Spiel durch eine zentrische Bohrung 15 des Polkerns 9 hindurchragt, wobei der Ankerstößel 14 rohrförmig aus einem ebenen Blech aus einem amagnetischen Material als Stanzbiegeteil hergestellt ist und einstückig eine durch radial nach außen gestelltes Blechmaterial gebildete Antiklebescheibe 18 aufweist, die den minimalen Abstand des Magnetankers 8 zum Polkern 9 bestimmt. An dem rohrförmigen Ankerstößel 14 sind in dessen in Längserstreckung mittleren Bereich mehrere radial umlaufend nebeneinanderliegende Ausnehmungen 19 ausgebildet, zwischen denen axial durchgehende Stege verblieben sind, die mit ihren axialen Enden mit dem Blech verbunden sind, wobei die Stege durch Stauchen des Ankerstößels 14 zu radial nach außen gerichteten Falten 25 mit aneinanderliegenden Faltwänden 26 umgeformt sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich gemäß dem einteiligen Patentanspruch 1 auf einen Elektromagneten sowie ein hydraulisches Ventil mit einem Elektromagneten.
Aus der DE 199 34 846 A1 ist bereits ein hydraulisches Ventil mit einem Elektromagneten bekannt. Bei diesem ist eine Magnetspule in einem Gehäuse angeordnet, die einen zylindrischen Ankerraum umschließt, in dem ein Magnetanker axial verschiebbar angeordnet ist. Es ist ein koaxial zum Magnetanker fest im Ankerraum angeordneter Polkern vorgesehen. Der Magnetanker weist eine zentrische Aufnahme auf, in die ein Ankerstößel fest eingesetzt ist, der mit radialem Spiel durch eine zentrische Bohrung des Polkerns hindurchragt, wobei der Ankerstößel rohrförmig aus einem ebenen Blech aus einem amagnetischen Material als Stanzbiegeteil hergestellt ist und einstückig eine durch radial nach außen gestelltes Blechmaterial gebildete Antiklebescheibe aufweist, die den minimalen Abstand des Magnetankers zum Polkern bestimmt.
Bei einem derartigen Elektromagnet ist es bekannt die Antiklebescheibe durch Herausschneiden von Blechlaschen aus dem Blech des Ankerstößels und Wegbiegen der Blechlaschen radial nach außen zu bilden.
Sollen von dem Magnetanker über den Ankerstößel sehr hohe Stellkräfte übertragen werden, könnte es zu einem Verbiegen der Blechlaschen aus ihrer radial nach außen gerichteten Lage kommen.
Ferner sind aus der DE 42 17 871 A1 , der DE 10 2006 054 941 B3 , der DE 10 2006 054 942 B3 , der DE 10 2006 060 270 A1 , der DE 4 210 740 C2 und der DE 10 2005 058 846 B4 Elektromagneten mit einem Ankerstößel und einer Antiklebscheibe bekannt.
Aufgabe der Erfindung ist es einen Elektromagneten sowie ein hydraulisches Ventil mit einem Elektromagneten zu schaffen, wobei der Elektromagnet einfach aufgebaut, kostengünstig herstellbar und zur Übertragung sehr hoher Axialkräfte mittels des Ankerstößels geeignet ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst.
In vorteilhafter Weise sind erfindungsgemäß an dem rohrförmigen Ankerstößel in dessen in Längserstreckungsrichtung mittleren Bereich mehrere radial umlaufend nebeneinander liegende Ausnehmungen ausgebildet, zwischen denen axial durchgehende Stege verblieben sind, die mit ihren axialen Enden mit dem Blech verbunden sind, wobei die Stege durch Stauchen des Ankerstößels zu radial nach außen gerichteten Falten mit aneinanderliegenden Faltenwänden umgeformt sind.
Die Herstellung des Ankerstößels und der Antiklebescheibe aus einem Rohr führt zu einer einfachen und kostengünstigen Herstellbarkeit.
Dazu erfolgt ein Stauchen des Rohres, wodurch die Stege radial nach außen gewölbt werden, bis sie Falten bilden, die mit ihren Faltenwänden aneinanderliegen.
Bei gleicher Blechdicke weist die erfindungsgemäße Antiklebescheibe an ihrem Axialkräfte übertragenden Bereich gegenüber dem Stand der Technik einen doppelten Materialquerschnitt auf, wodurch die Biegespannungen in diesem Bereich wesentlich reduziert werden. Darüber hinaus erfolgt auch eine stabilisierende Abstützung der Faltenwände aneinander.
Diese Effekte führen zu einer wesentlichen Festigkeitserhöhung der Antiklebescheibe bei auf den axial sehr steifen Ankerstößel einwirkenden Axiallasten, so daß sehr hohe Axiallasten übertragen werden können und hohe Schwingungsbelastungen problemlos möglich sind.
Die geringe Masse des Ankerstößels reduziert das Gewicht des Elektromagneten und vermeidet ein hartes Anschlagen in den Endpositionen des Magnetankers.
Die Ausnehmungen zwischen den Stegen liegen auch nach der Faltung außerhalb des Magnetankers, so daß bei einer Verwendung als Ventil das zu steuernde Fluid zwischen dem Inneren von Ankerstößel und zentrischer Aufnahme des Magnetankers sowie den den Ankerstößel umgebenden Bereichen austauschbar ist, wobei in den Abständen zwischen den Falten Strömungskanäle gebildet sind.
Das Rohr des Ankerstößels kann ein aus einem Blech tiefgezogenes Teil sein.
Besonders kostengünstiges Ausgangsmaterial kann verwendet werden, wenn der Ankerstößel aus einem ebenen Blech gebildet ist, in dessen mittlerem Bereich die Ausnehmungen nebeneinander liegend ausgestanzt sind, so dass die Stege dazwischen verbleiben. Das Blech wird im Anschluss zu einem Rohr umgeformt. Dann wird das Rohr so gestaucht, dass die Stege sich zu den Falten umformen.
Dazu kann in einfacher Weise das Blech durch Rollen zu einem Rohr umgeformt sein.
Vorzugsweise sind alternierend am Umfang verteilt drei Ausnehmungen und drei Falten ausgebildet.
Zur Stabilisierung des Rohres bei Beibehaltung einer Fluidaustauschmöglichkeit kann das Rohr an seiner dem Magnetanker abgewandten Stirnseite eine zentrische Öffnung belassend radial nach innen geformt sein.
Um die Fluidaustauschbarkeit weiterhin zu erhöhen, können in der Wand des Rohres auf der der Aufnahme abgewandten Seite der Falten eine oder mehrere Radialöffnungen ausgebildet sein.
Damit zwischen den beiden Teilräumen des Ankerraums beiderseits des Magnetankers sowie zwischen dem Ankerraum und einem Raum vor dem Polkern ein Fluidaustausch möglich ist, ist die zentrische Aufnahme im Magnetanker axial durchgehend ausgebildet.
Ist der rohrförmige Ankerstößel in dem in die Aufnahme des Magnetankers einzusetzenden Teil durch ein oder mehrere am Umfang verteilte U-artige Schnitte mit Federarmen versehen, deren freie Enden zu den Falten gerichtet sind und nach Umformung des Blechs zum Rohr über die Mantelfläche des Rohres radial nach außen geneigt hervorstehen, so kann der Stößel in den Magnetanker eingesetzt werden und wird dort durch die Federarme gehalten. Dieses erleichtert die Montage dieser Baugruppe in eine Hülse des Gehäuses. So kann der Magnetanker mit dem Magnetstößel aufgepickt werden und dann in die Hülse fallen gelassen werden. Diese Hülse kann dabei bereits im Gehäuse eingebaut sein. Alternativ ist es auch möglich, eine zusammengesteckte Baueinheit aus Hülse, Magnetanker und Magnetstößel in einen Wicklungsträger der Magnetspule zu stecken.
Die Aufgabe wird bei einem Ventil mit einem Elektromagneten der beschriebenen Art dadurch gelöst, daß das Ventil ein Sitzventil und durch die dem Magnetanker abgewandte Stirnseite des Ankerstößels ein Schließglied zur Anlage an einem Ventilsitz beaufschlagbar ist. Es ist aber auch möglich, daß das Ventil ein Schieberventil ist und durch die dem Magnetanker abgewandte Stirnseite des Ankerstößels ein kolbenartiger Ventilschieber in einer Ventilbohrung verschiebbar beaufschlagbar ist.
Dabei kann der Ventilschieber ein Hohlschieber mit einer koaxial durchgehenden Durchgangsöffnung sein.
Ist das Schieberventil ein Proportional-Wegeventil, insbesondere ein Nockenwellenverstellventil eines Nockenwellenverstellsystems eines Kraftfahrzeugs, so ist der Ankerstößel gut geeignet die bei Nockenwellenstellventilen auftretenden sehr hohen Axialkräfte zu übertragen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen
1 ein Nockenwellenverstellventil im Längsschnitt
2 eine Seitenansicht eines Ankerstößels des Nockenwellenverstellventils nach 1 und
3 einen Querschnitt des Ankerstößels nach 2.
Das dargestellte Nockenwellenverstellventil besteht aus einem Magnetteil 1 und einem Ventilteil 16, in dem ein Ventilschieber 2 axial verschiebbar angeordnet ist.
Der Magnetteil 1 weist ein Gehäuse 3 auf, in dem eine auf einem Wicklungsträger 5 gewickelte ringartige Magnetspule 4 angeordnet ist.
Der Wicklungsträger 5 umschließt ein Polrohr 6, innerhalb dessen ein zylindrischer Ankerraum 7 gebildet ist, der einen Magnetanker 8 verschiebbar geführt aufnimmt.
Koaxial zum Magnetanker 8 ist ein Polkern 9 teilweise von der Magnetspule 4 umschlossen, der in einer Hülse 10 fest angeordnet ist, die auch den Ankerraum 7 einschließt sowie den Ankerraum 7 an seiner zum Polkern 9 abgewandten Stirnseite verschließt.
Auf der dem Polkern 9 abgewandten Seite ist das Gehäuse 3 durch ein Deckelteil 11 verschlossen, in den ein elektrischer Anschlußstecker 12 zur elektrischen Ansteuerung der Magnetspule 4 integriert ist. Dabei wird das Deckelteil 11 einschließlich dem Anschlußstecker 12 bei dem Umspritzen der Magnetspule 4 gebildet.
Der Polkern 9 ist an seinem aus der Öffnung der Hülse 10 herausragenden Ende flanschartig erweitert und verschließt das Gehäuse 3 ventilseitig.
Der Magnetanker 8 besitzt eine durchgehende zentrische Aufnahme 13 runden Querschnitts, in die ein rohrförmiger Ankerstößel 14 annähernd zur Hälfte seiner Länge fest eingesetzt ist.
Mit der anderen Hälfte seiner Länge durchragt der Ankerstößel 14 mit radialem Spiel eine durchgehend ausgebildete zentrische Bohrung 15 des Polkerns 9 und liegt mit seiner Stirnseite axial an der einen Stirnseite des Ventilschiebers 2 an.
Durch eine nicht dargestellte Druckfeder ist der in einem hülsenartigen Ventilgehäuse 17 verschiebbare Ventilschieber 2 in eine Endstellung belastet, in der er an dem Polkern 9 in Anlage ist.
Durch Bestromung der Magnetspule 4 ist der Magnetanker 8 in Richtung auf den Polkern 9 bewegbar, wobei diese Bewegung mittels des Ankerstößels 14 auf den Ventilschieber 2 übertragen wird. Dadurch erfolgt ein miteinander Verbinden oder voneinander Absperren von Druckanschlüssen. Annähernd mittig seiner Längserstreckung besitzt der Ankerstößel 14 eine sich radial nach außen gerichtete Antiklebescheibe 18, die den minimalen Abstand bestimmt, bis auf den der Magnetanker 8 sich zum Polkern 9 hin bewegen kann.
Durch die Antiklebescheibe 18 soll ein magnetisches Kleben des Magnetankers 8 an den Polkern 9 verhindert werden.
Der insbesondere in den 2 und 3 separat dargestellte Ankerstößel 14 ist aus einem ebenen Blech aus einem nicht- oder schwachmagnetisierbaren Material wie z. B. Edelstahl hergestellt, indem in den mittleren Bereich des Blechs in einer Reihe drei annähernd rechteckige Ausnehmungen 19 nebeneinander liegend ausgestanzt werden.
Dabei bleiben zwischen den Ausnehmungen 19 drei Stege, die an ihren Enden mit dem Blech verbunden bleiben.
Weiterhin wird in einem Abstand zu der Reihe der Ausnehmungen 19 eine Radialöffnung 20 ausgestanzt.
Auf der der Radialöffnung 20 entgegengesetzten Seite der Reihe von Ausnehmungen 19 werden U-artige Schnitte 21 ausgestanzt, wodurch frei ragende Federarme 22 entstehen, deren freien Enden zu der Reihe von Ausnehmungen 19 gerichtet sind.
Nun wird durch Rollen das Blech zu einem Rohr umgeformt und das den Federarmen 22 abgewandte Ende des Rohres eine zentrische Öffnung 23 belassend radial nach innen zu einer Stirnwand 24 geformt.
Durch Stauchen des Rohres in seiner Längserstreckungsrichtung wölben sich die Stege nach außen, bis sie drei radial nach außen gerichtete Falten 25 mit aneinander liegenden Faltenwänden 26 bilden.
Diese Falten 25 halten bei maximal ausgelenktem Magnetanker 8 den Magnetanker 8 auf Abstand zum Polkern 9, wie in 1 dargestellt.
Bezugszeichenliste

1: Magnetteil
2: Ventilschieber
3: Gehäuse
4: Magnetspule
5: Wicklungsträger
6: Polrohr
7: Ankerraum
8: Magnetanker
9: Polkern
10: Hülse
11: Deckelteil
12: Anschlußstecker
13: zentrische Aufnahme
14: Ankerstößel
15: zentrische Bohrung
16: Ventilteil
17: Ventilgehäuse
18: Antiklebescheibe
19: Ausnehmungen
20: Radialöffnung
21: Schnitte
22: Federarme
23: zentrische Öffnung
24: Stirnwand
25: Falten
26: Faltenwände

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19934846 A1 [0002]
DE 4217871 A1 [0005]
DE 102006054941 B3 [0005]
DE 102006054942 B3 [0005]
DE 102006060270 A1 [0005]
DE 4210740 C2 [0005]
DE 102005058846 B4 [0005]

Claims

Elektromagnet, insbesondere zur Betätigung eines hydraulischen Ventils für ein Kraftfahrzeug, mit einer in einem Gehäuse angeordneten Magnetspule, die einen zylindrischen Ankerraum umschließt, in dem ein Magnetanker axial verschiebbar angeordnet ist und mit einem koaxial zum Magnetanker fest im Ankerraum angeordneten Polkern, mit einem in eine zentrische Aufnahme des Magnetankers fest eingesetzten Ankerstößel, der mit radialem Spiel durch eine zentrische Bohrung des Polkerns hindurchragt, wobei der Ankerstößel rohrförmig aus einem ebenen Blech aus einem amagnetischen Material als Stanzbiegeteil hergestellt ist und einstückig eine durch radial nach außen gestelltes Blechmaterial gebildete Antiklebescheibe aufweist, die den minimalen Abstand des Magnetankers zum Polkern bestimmt, dadurch gekennzeichnet, daß an dem rohrförmigen Ankerstößel (14) in dessen in Längserstreckungsrichtung mittleren Bereich mehrere radial umlaufend nebeneinander liegende Ausnehmungen (19) ausgebildet sind, zwischen denen axial durchgehende Stege verblieben sind, die mit ihren axialen Enden mit dem Blech verbunden sind, wobei die Stege durch Stauchen des Ankerstößels (14) zu radial nach außen gerichteten Falten (25) mit aneinanderliegenden Faltenwänden (26) umgeformt sind.
Elektromagnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ankerstößel (14) aus einem ebenen Blech gebildet ist, in dessen mittlerem Bereich die Ausnehmungen (19) nebeneinander liegend ausgestanzt sind, wobei das Blech nach seiner Umformung zu einem Rohr die Stege zu den Falten (25) umformend gestaucht ist.
Elektromagnet nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Blech durch Rollen zu einem Rohr umgeformt ist.
Elektromagnet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß alternierend am Umfang verteilt drei Ausnehmungen (19) und drei Falten (25) ausgebildet sind.
Elektromagnet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr an seiner dem Magnetanker (8) abgewandten Stirnseite eine zentrische Öffnung (23) belassend radial nach innen geformt ist.
Elektromagnet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Wand des Rohres auf der der Aufnahme (13) abgewandten Seite der Falten (25) eine oder mehrere Radialöffnungen (20) ausgebildet sind.
Elektromagnet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrische Aufnahme (13) im Magnetanker (8) axial durchgehend ausgebildet ist.
Elektromagnet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Ankerstößel (14) in dem in die Aufnahme (13) des Magnetankers einzusetzenden Teil durch ein oder mehrere am Umfang verteilte U-artige Schnitte (21) mit Federarmen (22) versehen ist, deren freie Enden zu den Falten (25) gerichtet sind und nach Umformung des Blechs zum Rohr über die Mantelfläche des Rohres radial nach außen geneigt hervorstehen.
Hydraulisches Ventil mit einem Elektromagneten nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil ein Sitzventil und durch die dem Magnetanker abgewandte Stirnseite des Ankerstößels ein Schließglied zur Anlage an einem Ventilsitz beaufschlagbar ist.
Elektromagnet nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil ein Schieberventil ist und durch die dem Magnetanker (8) abgewandte Stirnseite des Ankerstößels (14) ein kolbenartiger Ventilschieber (2) in einer Ventilbohrung verschiebbar beaufschlagbar ist.
Elektromagnet nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschieber (2) ein Hohlschieber mit einer koaxial durchgehenden Durchgangsöffnung ist.
Elektromagnet nach einem der Ansprüche 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Schieberventil ein Proportional-Wegeventil ist.
Elektromagnet nach einem der Ansprüche 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Schieberventil ein Schaltventil ist.
Elektromagnet nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Proportional-Wegeventil ein Nockenwellenverstellventil eines Nockenwellenverstellsystems eines Kraftfahrzeugs ist.