DE19700980A1

DE19700980A1 - Elektromagnetventil

Info

Publication number: DE19700980A1
Application number: DE19700980A
Authority: DE
Inventors: Andre F L Goossens; Antoine Rottiers
Original assignee: ITT Automotive Europe GmbH; Alfred Teves GmbH
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 1997-01-14
Filing date: 1997-01-14
Publication date: 1998-07-16
Also published as: US6318703B1; EP0951413A1; JP2001524184A; DE59707002D1; WO1998031578A1; KR20000070115A; EP0951413B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Elektromagnetventil nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der DE 40 30 571 A1 ist bereits ein Elektromagnetventil hervorgegangen, das in seiner elektromagnetisch nicht erreg ten, geschlossenen Grundstellung mittels einem an einem Ven tilsitz im Ventilgehäuse anliegenden Ventilstößel einen Druckmitteldurchlauf trennt. In der elektromagnetisch erreg ten Stellung des Ventils ist der Magnetkreis über den die Spule weitgehend umschließenden Jochring, über den Hülsen körper, den im Hülsenkörper eingesetzten Magnetkern, den am Magnetkern anliegenden Magnetanker, über das Ringteil und über das Ventilgehäuse geschlossen. Damit zwischen dem Joch ring und dem Ventilgehäuse kein Kurzschluß des Magnetkreises entstehen kann, ist der Hülsenkörper aus einem nicht magne tischen Material. Dies hat jedoch den Nachteil, daß durch den nicht magnetischen Hülsenkörper der Magnetfluß infolge des zu überbrückenden magnetischen Widerstandes geschwächt ist. Die bauliche Konstruktion sieht deshalb ein relativ weit in das Innere der Spule tiefgezogenen Jochring vor, um dieser Schwächung des Magnetfeldes entgegenzuwirken.

In der DE 41 41 546 A1 ist ein Elektromagnetventil beschrie ben, das in seiner elektromagnetisch nicht erregten Grund stellung einen Druckmitteldurchlaß zwischen dem Ventil schließglied und dem Ventilsitz aufweist. Bei diesem Ventil wird bei elektromagnetischer Erregung der Ventilspule über den Jochring, den Hülsenkörper, den Magnetanker, das als Magnetkern wirksame Ringteil sowie über das Ventilgehäuse der Magnetkreis der Ventilspule geschlossen. Damit der Ma gnetfluß nicht über den Jochring, den Hülsenkörper und den Magnetkern kurzgeschlossen ist und somit ein Betätigen des Magnetankers ausbleiben würde, ist der Hülsenkörper gleich falls - wie zum vorangenannten Stand der Technik zitiert - aus einem magnetisch nicht leitenden Material. Durch den nicht magnetischen Hülsenkörper ergibt sich ein magnetischer Widerstand, der den Magnetfluß vom Jochring zum Magnetanker behindert.

Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Elektromagnetventil der bereits bekannten Bauarten dahinge hend zu verbessern, daß durch einfache, kostengünstige Maß nahmen ein funktionssicheres Elektromagnetventil geschaffen wird, das eine möglichst geringe Abschwächung des Magnet kreises zwischen dem Hülsenkörper und dem Jochring aufweist und das miniaturisierungsfähig ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für ein Elektromagnetven til der gattungsbildenden Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Ferner werden in den Patentansprüchen 11 und 12 zweckmäßige Verfahren zur Hubein stellung eines Magnetankers in einem Ventilgehäuse vorge schlagen, die gleichfalls für ein Elektromagnetventil der gattungsbildenden Art geeignet sind.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen im nach folgenden aus den Unteransprüchen und zweier Ausführungsbei spiele hervor, die nachfolgend anhand von Zeichnungen erläu tert werden.

Es zeigen:

Fig. 1 ein in der Grundstellung elektromagnetisch nicht erregtes, offenes Elektromagnetventil,

Fig. 2 ein in der Grundstellung elektromagnetisch nicht erregtes, geschlossenes Elektromagnetventil.

Die Fig. 1 zeigt in erheblich vergrößerter Darstellung die konstruktiven Einzelheiten eines in der Grundstellung elek tromagnetisch nicht erregten, in Offenstellung befindlichen Elektromagnetventils. Das Ventilgehäuse 1 ist in Patronen bauweise ausgeführt und mittels einer Verstemm- bzw. Scher befestigung in einer außerordentlich einfachen Aufnahmeboh rung eines Aufnahmekörpers (Ventilblock) 5 gehalten. Auf zweckmäßige Weise kommt die Befestigung des Ventilgehäuses 1 im Aufnahmekörper 5 mittels eines von außen am Ventilgehäuse 1 aufgestülpten Ringteils 3 zustande, das zwecks Verdrängung von Werkstoffvolumen des Aufnahmekörpers 5 in Richtung auf eine Anphasung 10 des Ventilgehäuses 1 mit einem Absatz ver sehen ist. Zwangsläufig ist der Aufnahmekörper 5 aus einem weicheren Werkstoff hergestellt als das Elektromagnetventil, so daß das an einem Stufenabschnitt 9 des Ventilgehäuses 1 geführte Ringteil 3 das vorzugsweise aus einer Leichtmetal legierung bestehende Werkstoffvolumen des Aufnahmekörpers 5 in Richtung des Stufenabschnitts 9 und damit auf die Anpha sung 10 des Ventilgehäuses 1 verdrängen kann. Es ist jedoch auch möglich, das vorgeschlagene Elektromagnetventil für einen aus Stahl gefertigten Aufnahmekörper 5 zu verwenden, womit auf das Ringteil 3 sowohl im Hinblick auf die Ein stemmoperation als auch bezüglich ihrer Verwendung als Ma gnetkreisrückschlußplatte verzichtet werden kann. Der ab bildungsgemäße Jochring 2 würde dann unmittelbar an der Au ßenfläche des Aufnahmekörpers 5 anliegen, um über diesen eine Magnetkreisverbindung zum Ventilgehäuse 1 herzustellen.

Aus den vorangegangenen Erläuterungen folgt zwangsläufig, daß das Ventilgehäuse 1, der das Ventilgehäuse 1 verschlie ßende, domförmige Gehäuseabschnitt 1', der Jochring 2 und der Magnetanker 4 aus einem den Magnetfluß leitenden Werk stoff bestehen, wobei der Magnetkreis zwischen Jochring 2 und dem Ventilgehäuse 1 entweder über das am Ventilgehäuse 1 angebrachte, ferromagnetische Ringteil 3 und/oder über einen das Ventilgehäuse 1 tragenden ferromagnetischen Aufnahmekör per 5 hergestellt werden kann.

Bei näherer Betrachtung der Fig. 1 zeigt sich, daß das Ven tilgehäuse 1 an der vom hülsenförmigen Gehäuseabschnitt 1' entfernt gelegenen Stirnfläche eine an den Ventilsitzkörper im Durchmesser angepaßte Öffnung 7 aufweist, in der der Ven tilsitzkörper 6 spielfrei eingefügt ist. Die Tiefe der an den Nenndurchmesser des Ventilsitzkörpers 6 angepaßten Öff nung 7 ist in jedem Fall größer gewählt, als die Dicke des Ventilsitzkörpers 6, damit bei Bedarf ein gewünschtes Ein justieren des Ventilsitzkörpers 6 in der Öffnung 7 gewähr leistet werden kann. Das Ventilgehäuse 1 weist im Bereich der Bohrung des Aufnahmekörpers 5 die Kontur eines hohlzy linderförmigen, in Richtung des Aufnahmekörpers 5 geöffneten Drehteils auf, an das sich zur Bildung des geschlossenen, hülsenförmigen Gehäuseabschnitts 1' ein im Außendurchmesser verkleinerter, zylinderförmiger Fortsatz anschließt, der sich bis in die Ventilspule 8 erstreckt. Gemäß der Erfindung ist der hülsenförmige Gehäuseabschnitt 1' aus einem ferro magnetischen Material. Der hülsenförmige Gehäuseabschnitt 1' ist domförmig geschlossen und vorzugsweise im Tiefziehver fahren aus rostfreiem Stahl hergestellt. Der Gehäuse abschnitt 1' kann sowohl als Schweiß- als auch Hartlotver bindung am Fortsatz des Ventilgehäuses 1 druckmitteldicht befestigt sein. Zwischen dem Gehäuseabschnitt 1' und dem Ventilgehäuse 1 ist der eingangs bereits erwähnte Stufen abschnitt 9 mit einer daran angrenzenden Anphasung 10 verse hen, an dem nach der Einpreßoperation das Ringteil 3 in ei ner relativ kleinen Abstufung im Aufnahmekörper 5 kraft schlüssig verharrt.

Der innerhalb des hülsenförmigen Gehäuseabschnitts 1' be weglich angeordnete Magnetanker 4 steht im domförmigen End bereich des Gehäuseabschnitts 1' auf Anschlag, während gleichzeitig das an einen Stößel angeformte kugelförmige Ventilschließglied 11 in seiner elektromagnetisch nicht er regten, offenen Schaltstellung gegenüber dem Ventilsitzkör per 6 verharrt. Für die vorbezeichnete Grundstellung ist am stößelförmigen Abschnitt des Ventilschließgliedes 11 eine Druckfeder 12 befestigt, die sich mit ihrem einen Ende am Ventilsitzkörper 6 abstützt und den Stößel an den Magnetan ker 4 andrückt.

Der sich daraus ergebende Magnetankerhub zum Zwecke des Schließvorganges während einer elektromagnetischen Erregung wird folglich von der Position des hülsenförmigen Gehäuse abschnitts 1' am Fortsatz des Ventilgehäuses 1 bestimmt. Ein zweckmäßiges Verfahren zur Hubeinstellung des Magnetankers 4 sieht deshalb vor, daß der Magnetanker 4 unter Wirkung der Druckfeder 12 mit seiner vom Ventilschließglied 11 abgewand ten Stirnfläche zunächst im Dombereich des Gehäuseabschnit tes 1' zum Anliegen gebracht wird, wonach der hülsenförmige Gehäuseabschnitt 1' auf dem Fortsatz des Ventilgehäuses 1 in Richtung des Ventilschließgliedes 11 verschoben wird, bis ein unter geringem Druck den offenen Ventilsitzkörper 6 durchströmendes Druckmittelvolumen ein für die gewünschte Hubeinstellung des Magnetankers 4 repräsentativen Volumen durchsatz erreicht, wonach anschließend der hülsenförmige Gehäuseabschnitt 1' in der entsprechenden Position am Fort satz kraftschlüssig fixiert wird. Dies geschieht vorzugs weise mittels Elektronenstrahlschweißung.

Ergänzend zu den vorangegangenen Einzelheiten soll im nach folgenden kurz auf weitere Details nach Fig. 1 eingegangen werden. Dies sind im einzelnen die Anordnung eine Ringfil ters 13 oberhalb des Ventilsitzkörpers 6 im Mittelabschnitt der Öffnung 7 des Ventilgehäuses 1 auf Höhe eines druckmit telführenden Querkanals 14. Ferner befindet sich unterhalb des Ventilsitzkörpers 6 ein in die Öffnung 7 eingelassener Plattenfilter 15. Zwischen dem Plattenfilter 15 und einem den Ventilsitzkörper 6 durchdringenden Bypass-Kanal 16 ist ein Plattenrückschlagventil 17 angeordnet. Ferner ist der Abbildung zu entnehmen, daß der im Aufnahmekörper 5 anlie gende Endbereich des Ventilgehäuses 1 schneidenförmig ange phast ist, so daß beim Einpreßvorgang des Ventilgehäuses 1 mittels des Ringteils 3 der Schneidenabschnitt zum Zwecke einer guten Dichtwirkung in den Bohrungsgrund des Aufnahme körpers 5 eindrückt und damit die für den Verstemmvorgang im Bereich des Ringteils 3 erforderliche Gegenkraft erzeugt.

Das Elektromagnetventil nach Fig. 2 zeigt in vielen Einzel merkmalen einen zu Fig. 1 vergleichbaren Aufbau, weshalb im nachfolgenden lediglich auf die Unterschiede des nunmehr beschriebenen Elektromagnetventils nach Fig. 2 Bezug genom men wird. In der abbildungsgemäßen, geschlossenen Grundstel lung des Elektromagnetventils verharrt das einstückig mit dem Magnetanker 4 verbundene Ventilschließglied 11 unter Wirkung einer Druckfeder 12 am Ventilsitzkörper 6. Das Ven tilgehäuse 1 ist einstückig mit dem als Vollzylinderkernteil ausgeführten Gehäuseabschnitt 1' derart verbunden, daß ein möglichst dünnwandiger Übergangsbereich zwischen dem Magnet kernteil (Gehäuseabschnitt 1') und dem Ventilgehäuse 1 ver bleibt. Dieser Übergangsbereich ist hinsichtlich seiner Wandstärke auf ein notwendiges Festigkeitsmaß des Elektro magnetventils zu begrenzen, um in diesem Bereich die magne tischen Verluste gering zu halten. Um das sogenannte Magne tankerkleben nach elektromagnetischer Erregung zu verhin dern, weist die vom Ventilschließglied 11 abgewandte Stirn fläche des Magnetankers 4 eine konkave Form auf, womit sich ohne die Notwendigkeit zum Einfügen einer Einlegscheibe eine luftspaltorientierte Ankerstirnfläche ergibt. Ein etwaiger Druckmittelaustausch zwischen dem Bereich außerhalb und in nerhalb des Magnetankers 4 wird mittels einer Druckaus gleichsbohrung 18 möglichst zentral geführt, ohne daß eine bis her verordnete magnetkraftschwächende Druckausgleichsnut am Umfang des Magnetankers 4 erforderlich ist. Die Bewegung des Magnetankers ist bei Tieftemperaturbetrieb des Druck mittels erheblich verbessert. Auch die konische Ausbildung der Ankerstirnfläche begünstigt die Druckmittelverteilung im Bereich des Magnetankers 4.

Das nach Fig. 2 dargestellte, in der Grundstellung geschlos sene Elektromagnetventil zeichnet sich durch eine besonders einfache Konstruktion insbesondere im Hinblick auf die fla schenförmige, einstückige Kontur des Ventilgehäuses 1 mit dem Gehäuseabschnitt 1' aus, wobei durch Verwendung von fer romagnetischen Materialien für das Ventilgehäuse keine bis her bekannten, antimagnetischen Übergangswiderstände zwi schen dem Jochring 2 und dem Gehäuseabschnitt 1' entstehen. Der Magnetanker 4 ist zweckmäßigerweise einteilig mit dem Ventilschließglied 11 verbunden, was erheblich zur Einspa rung von Herstellkosten und Baugröße beiträgt. Gleichfalls kann dieses Elektromagnetventil nach Fig. 2 infolge der Identität von Elementen, die bereits aus der Beschreibung des Elektromagnetventils nach Fig. 1 hervorgegangen sind, dessen Vorteile nutzen. Dies sind u. a., die relativ einfache Verstemmung des Ventilgehäuses 1 im Aufnahmekörper 5 mittels des Ringteils 3, wobei die Abdichtung des Ventilgehäuses 1 in der Bohrung des Aufnahmekörpers 5 einerseits durch die auf die Gehäuseunterkante wirksame Vorspannkraft des Ring teils 3 als auch durch die Verformung des Gehäusematerials der Aufnahmebohrung 5 im Bereich der Anphasung 10 zustande kommt.

Hinsichtlich der Einstellung des Magnetankerhubs im Ventil gehäuse braucht lediglich der Ventilsitzkörper 6 in der Öff nung 7 in die gewünschte Position verschoben und fixiert zu werden, in der ein das Elektromagnetventil unter geringem Druck durchströmendes Druckmittelvolumen ein für die ge wünschte Magnetankerhubeinstellung repräsentativer Volumen durchsatz bei zunächst offenem Ventilsitzkörper 6 erreicht wird. Zur Überbrückung der Wirkung der Druckfeder 12 wird während der Hubeinstellung der Magnetanker 4 elektromagne tisch erregt.

Bezugszeichenliste

1

Ventilgehäuse

1'

Gehäuseabschnitt

2

Jochring

3

Ringteil

4

Magnetanker

5

Aufnahmekörper

6

Ventilsitzkörper

7

Plattenventil

8

Ventilspule

9

Stufenabschnitt

10

Anphasung

11

Ventilschließglied

12

Druckfeder

13

Ringfilter

14

Druckmittelbohrung

15

Plattenfilter

16

Bypass-Kanal

17

Plattenrückschlagventil

18

Druckausgleichsbohrung

Claims

1. Elektromagnetventil mit einem Ventilgehäuse, das einen Ventilsitzkörper und ein von einem Magnetanker gesteuer tes Ventilschließglied aufweist, mit einer in Nähe des Magnetankers angeordneten, von einem Jochring begrenzten Ventilspule, mit einem das Ventilgehäuse verschließenden Gehäuseabschnitt, an dem sich der Magnetanker abstützt, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilgehäuse (1), der das Ventilgehäuse (1) verschließende Gehäuseabschnitt (1'), der Jochring (2) und der Magnetanker (4) aus einem den Magnetfluß leitenden Werkstoff bestehen, wobei der Magnetkreis zwischen Jochring (2) und dem Ventilgehäuse (1) entweder über ein am Ventilgehäuse (1) angebrachtes ferromagnetisches Ringteil (3) und/oder über einen das Ventilgehäuse (1) tragenden ferromagnetischen Aufnahme körper (5) geschlossen ist.

2. Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Ventilgehäuse (1) an einer vom Gehäu seabschnitt (1') entfernt gelegenen Stirnfläche eine an den Außendurchmesser des Ventilsitzkörpers (6) angepaßte Öffnung (7) aufweist, in der der Ventilsitzkörper (6) spielfrei eingefügt ist, wobei die Öffnung (7) vom Boh rungsgrund des Aufnahmekörpers (5) begrenzt ist.

3. Elektromagnetventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die Tiefe der an den Nenndurchmesser des Ventilsitzkörpers (6) angepaßten Öffnung (7) größer ist als die Dicke des Ventilsitzkörpers (6).

4. Elektromagnetventil nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilgehäuse (1) im Bereich des Aufnahmekörpers (5) die Kontur eines hohlzylinderförmigen, in Richtung des Aufnahmekörpers (5) geöffneten Drehteils aufweist, an den sich zur Bil dung des geschlossenen Gehäuseabschnitts (1') ein im Außendurchmesser verkleinerter, zylinderförmiger Fort satz anschließt, der sich bis in die Ventilspule (8) erstreckt.

5. Elektromagnetventil nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäuseabschnitt (1') aus einer ferromagnetischen, insbesondere domförmig ge schlossenen Hülse besteht, die vorzugsweise als Tief ziehteil aus einem rostfreien Stahl hergestellt ist.

6. Elektromagnetventil nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, daß der Gehäuseabschnitt (1') als Schweiß- oder Hartlotverbindung am Fortsatz des Ventilgehäuses (1') befestigt ist.

7. Elektromagnetventil nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, daß der Gehäuseabschnitt (1') als Vollzylin derkernteil einstückig mit dem Ventilgehäuse (1) her gestellt ist, wobei ein dünnwandiger Übergangsbereich zwischen dem Gehäuseabschnitt (1') und dem Ventilgehäuse (1) besteht.

8. Elektromagnetventil nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Gehäu seabschnitt (1') und dem Ventilgehäuse (1) ein Stufen abschnitt (9) mit einer Anphasung (10) vorgesehen ist, der ein Ringteil (3) aufnimmt.

9. Elektromagnetventil nach Anspruch 8, dadurch gekenn zeichnet, daß das Werkstoffvolumen des Aufnahmekörpers (5) mittels des Ringteils (3) in Richtung des Stufen abschnitts (9) auf die Anphasung (10) verdrängt ist.

10. Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die vom Ventilschließglied (11) abgewandte Stirnfläche des Magnetankers (4) konkav geformt ist.

11. Verfahren zur Hubeinstellung eines Magnetankers in einem Ventilgehäuse eines Elektromagnetventils, insbesondere für ein Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitzkörper (6) auf der vom Magnetanker (4) abgewandten Stirnseite in eine Öffnung (7) im Ventilgehäuse (1) eingesetzt wird, daß der Ven tilsitzkörper (6) in der Öffnung (7) in eine definierte Position verschoben und fixiert wird, wenn ein das Elek tromagnetventil unter geringem Druck durchströmendes Druckmittelvolumen, insbesondere Druckluft, einen für die gewünschte Hubeinstellung des Magnetankers (4) re präsentativen Volumendurchsatz erreicht.

12. Verfahren zur Hubeinstellung eines Magnetankers in einem Ventilgehäuse eines Elektromagnetventils, insbesondere für ein Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetanker (4) unter Wirkung einer Druckfeder (12) mit seiner vom Ventilschließglied (11) abgewandten Stirnfläche an einem hülsenförmigen Gehäuseabschnitt (1') zum Anliegen gebracht wird, daß der Gehäuseabschnitt (1') über einen Fortsatz des Ven tilgehäuses (1) in Richtung des Ventilschließgliedes (11) verschoben wird, bis ein unter geringem Druck den Ventilsitzkörper (6) durchströmendes Druckmittelvolumen, insbesondere Druckluft, ein für die gewünschte Hubein stellung des Magnetankers (4) repräsentativen Volumen durchsatz erreicht wird und daß anschließend der Gehäu seabschnitt (1') kraftschlüssig, insbesondere mittels Laserschweißung am Ventilgehäuse (1) befestigt wird.