DE4332117B4 - Elektromagnetventil - Google Patents
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Abstract
Elektromagnetventil,
insbesondere Druckregelventil für
Automatikgetriebe von Kraftfahrzeugen, mit einem Magnetgehäuse (11,
12, 13) zur Aufnahme einer Magnetspule (15) und einem beweglichen
Magnetanker (23, 36), der mit einem beweglichen Ventilglied (58)
zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eines der beweglichen
Bauelemente (23, 36; 58) einen abgeschlossenen Hohlraum (72) hat,
der mit einer Dämpfungsmasse
(74) gefüllt
ist, wobei das Volumen des Hohlraumes (72) größer ist als das Volumen der
Dämpfungsmasse
(74), und daß die
Dämpfungsmasse
(74) aus einer Vielzahl von Einzelmassenkörpern (73) besteht.
Description
- Die Erfindung geht aus von einem Elektromagnetventil nach der Gattung des Hauptanspruchs. Derartige Elektromagnetventile sind in zahlreichen Bauformen bekannt und werden unter anderem als Druckregelventile in Automatikgetrieben in Kraftfahrzeugen eingesetzt. Ein solches Druckregelventil ist beispielsweise aus der
DE 41 32 816 A1 bekannt. Um bei derartigen Ventilen die Ankerbewegungen zu dämpfen, wird deren Ankerraum zumeist schon während der Montage mit Druckmittel (Öl) gefüllt. Derartige hydraulische bzw. viskose Dämpfungen der Anker- bzw. Ventilgliedbewegungen haben jedoch erhebliche Nachteile. Bei der Serienfertigung hydraulisch gedämpfter Elektromagnetventile kann eine für alle Ventile gleichbleibende Druckmittelbefüllung nur mit sehr großem Aufwand sichergestellt werden. Darüberhinaus sind erhebliche Maßnahmen zur Abdichtung des Ankerraumes erforderlich. Da bei der hydraulischen bzw. viskosen Dämpfung die Spalthöhe in sehr starkem Maße (in der dritten Potenz) die Dämpfung beeinflußt, führen bereits geringe Fertigungstoleranzen zu erheblichen Abweichungen von der Ventilkennlinie. Weiterhin sind derartige hydraulisch gedämpfte Elektromagnetventile in starkem Maße verschmutzungsempfindlich, da über einen notwendigen Volumen- oder Druckausgleich zum Ankerraum leicht verschmutztes Druckmittel eindringen kann. Das kann vor allem bei einer Verschmutzung mit ferromagnetischen Partikeln leicht zum Ausfall des Ventils führen. In besonders starkem Maße beeinflusst die hydraulische bzw. viskose Dämpfung die Ventilkennlinie aufgrund der sich stark ändernden Viskosität des Druckmittels bei schwankenden Temperaturen. Werden derartige Elektromagnetventile beispielsweise als Druckregelventile in Automatikgetrieben von Kraftfahrzeugen eingesetzt, liegt der übliche Betriebstemperaturbereich bei Temperaturen von 230 bis 420 Kelvin. Innerhalb dieses Temperaturbereiches verändert sich die Viskosität der dafür eingesetzten Druckmittel in erheblichem Maße. Die Viskosität des Druckmittels kann dabei bis zu einem Faktor 3000 veränderlich sein. Damit ist es nahezu ausgeschlossen, bei einem dortigen Elektromagnetventil eine auch nur annähernd konstante Ventilkennlinie und Dynamik zu ermöglichen. - Aus der
DE 40 16 990 A1 ist ein Elektromagnetventil bekannt, bei dem ein mit Öl gefüllter Ankerraum zur Schwingungsdämpfung des Ankers verwandt wird. Vom Ankerraum führt eine Druckmittelverbindung zu zwei Ausgleichsräumen, von denen einer mit Luft gefüllt ist. Die zusätzliche Druckmittelverbindung macht einen nicht unerheblichen zusätzlichen Aufwand bei der Herstellung erforderlich. - Die
US 3 198 996 beschreibt einen Elektromagneten, bei dem die Verwendung eines Kunststoffes als Dämpfungsmasse zur Stoßabsorption bei plötzlicher Abbremsung oder Beschleunigung einer Ankerplatte vorgeschlagen wird. - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Elektromagnetventile derart weiterzubilden, dass mit einfachen Mitteln eine gute Dämpfung gegeben ist und gleichzeitig eine hohe Langlebigkeit, auch bei starken Schwingungsbelastungen, in Verbindung mit großen Temperaturunterschieden gewährleistet wird.
- Vorteile der Erfindung
- Das erfindungsgemäße Elektromagnetventil, insbesondere Druckregelventil für Automatikgetriebe von Kraftfahrzeugen, mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches hat den Vorteil, daß mit einfachen Mitteln eine gute Dämpfung der Anker- bzw. Ventilgliedbewegungen ermöglicht wird. Das erfindungsgemäße Elektromagnetventil kommt ohne eine Olbefüllung des Ankerraumes aus und erreicht dadurch eine nahezu temperaturunabhängige Dämpfungskonstante. Die Abdichtung des Ankerraums des Magnetventils ist gegenüber einem druckmittelgefüllten Ankerraum wesentlich einfacher, da nur noch der Schutz vor dem Eindringen von Schmutzpartikeln ohne einen Volumen- bzw. Druckausgleich erforderlich ist. Ein derartiges Elektromagnetventil ist auch wesentlich weniger empfindlich gegenüber Toleranzen der Spaltbreiten an den beweglichen Elementen, da die Spalthöhe an diesen Stellen keinen Einfluß mehr auf die Dämpfung der Anker- bzw. Ventilbewegungen hat.
- Besonders vorteilhaft ist es, wenn der die Dämpfungsmasse aufnehmende Hohlraum im Magnetanker bzw. in einem seiner Bauelemente ausgebildet ist, da dann eventuell auftretende Querbelastungen nicht auf das Ventilglied wirken, sondern über die Lagerung des Magnetankers aufgenommen werden können.
- Um eine gute Führung der beweglichen Bauelemente zu gewährleisten und um Querbelastungen zu vermeiden, ist es vorteilhaft, wenn der Hohlraum zur Aufnahme der Dämpfungsmasse symmetrisch ausgebildet ist und seine Symmetrieachse auf der Symmetrieachse des Magnetankers bzw. Ventilgliedes liegt. Da diese Bauelemente in der Regel zylindrisch ausgebildet sind und ihre Symmetrieachse in der Längsachse des Elektromagnetventils liegt, ist eine zylindrische Ausbildung des Hohlraumes vorteilhaft.
- In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Elektromagnetventils ist die Dämpfungsmasse aus einer Vielzahl von Einzelmassenkörpern aufgebaut, da dann über die bei Bewegungen auftretenden Reibungsverluste und Stoßverluste eine gute Dämpfung ermöglicht wird.
- Besonders vorteilhaft ist es, wenn die die Dämpfungsmasse bildenden Einzelmassenkörper zumindestens teilweise aus einem Werkstoff bestehen, dessen Stoßzahl wesentlich kleiner als Eins ist. Damit nähern sich die bei der Bewegung erfolgenden Stoßvorgänge der einzelnen Massenkörper stark dem vollkommen unelastischen Stoß an, so daß eine gute Dämpfung ermöglicht wird. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Elektromagnetventils ist die Dämpfungsmasse eine Flüssigkeit, die eine möglichst hohe innere Reibung aufweist. Eine dafür geeignete Flüssigkeit wäre beispielsweise Quecksilber.
- Um Querbelastungen bei der Bewegung des Magnetankers besser aufnehmen zu können bzw. von der Lagerung fernzuhalten, ist es vorteilhaft, wenn der Magnetanker als Flachanker ausgebildet ist und in am Gehäuse abgestützten Membranfedern geführt wird.
- Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung.
- Zeichnung
- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung und Zeichnung näher erläutert. Letztere zeigt ein Elektromagnetventil im Längsschnitt.
- Beschreibung des Ausführungsbeispiels
- Das Elektromagnetventil
10 hat ein etwa becherförmiges Magnetgehäuse11 , von dessen Boden12 ein mittig angeordneter zylindrischer Magnetkern13 ins Innere ragt. Um diesen Magnetkern13 herum ist ein Spulenkörper14 mit Wicklung15 angeordnet und zur Abdichtung und Fixierung in Kunststoff16 eingebettet, z. B. eingespritzt. An der Außenseite17 des Bodens12 ist ein ebenfalls aus Kunststoff bestehender Steckerkörper18 angeordnet, dessen Anschlußkontakte auf nicht dargestellte Weise mit der Wicklung15 kontaktiert sind. - Der Magnetkern
13 ist in Längsrichtung von einer Bohrung20 durchdrungen, deren dem Boden12 zugewandtes Ende als Gewindebohrung20a ausgebildet und durch eine Einstellschraube21 verschlossen ist. Diese ist zur Abdichtung mit einer nicht dargestellten Beschichtung versehen. - Unterhalb des Spulenkörpers
14 ist im Magnetgehäuse11 ein Ankerraum22 gebildet. In diesem befindet sich der im Ausführungsbeispiel als scheibenförmiger Flachanker ausgebildete, elastisch gelagerte Anker23 . Dieser wird mittig von einer Bohrung24 durchdrungen und hat an seiner Oberseite25 und seiner Unterseite26 je einen um die Bohrung24 verlaufenden ringförmigen Kragen27 bzw.28 . - An der freien Stirnseite des oberen Kragens
27 liegt mit ihrem inneren Rand29 eine mit Durchlässen versehene Membranfeder30 an, deren äußerer Rand31 auf einer Ringschulter32 in der Wandung des Magnetgehäuses11 mit Abstand zum Spulenkörper14 anliegt. Die Membranfeder30 wird an ihrem Außenrand31 durch einen Flußleitring34 gegen die Ringschulter32 gedrückt. Der Innendurchmesser des F1ußleitringes ist größer als der Außendurchmesser des Ankers23 . Der innere Rand29 der Membranfeder30 ist zwischen dem oberen Kragen27 des Ankers23 und der flanschartigen Abschlußplatte35 eines Trägerbolzens36 eingeklemmt, der die Bohrung24 durchdringt. Die Abschlußplatte35 ragt bis in eine zylindrische Vertiefung37 , die in der freien Stirnseite des Magnetkerns13 um die Bohrung20 verlaufend angeordnet ist. - An der freien Stirnseite
38 der Abschlußplatte35 ist mittig ein Führungszapfen39 angebracht, der von dem einen Ende einer in der Bohrung20 befindlichen Druckfeder40 umfaßt wird, die an der Abschlußplatte35 anliegt. Das andere Ende der Druckfeder40 liegt an der Einstellschraube21 an. - Am unteren Kragen
28 des Ankers23 liegt der innere Rand42 einer zweiten Membranfeder43 an, die ebenfalls mit Durchlässen versehen ist, und deren äußerer Rand 44 am Flußleitring34 anliegt. Der innere Rand42 der zweiten Membranfeder43 ist durch einen Sicherungsring45 , der mit dem Trägerbolzen36 zusammenwirkt, gegen den unteren Kragen28 des Ankers23 gedrückt. - Der äußere Rand
44 der zweiten Membranfeder43 ist durch den Befestigungsflansch46 eines Ventilanschlußteils47 gegen den Flußleitring34 gedrückt. Das Ventilanschlußteil47 wird durch Umbördeln des unteren, als Bördelrand48 ausgebildeten, Abschnittes des Magnetgehäuses11 fixiert und fest mit diesem verbunden. - Der Magnetkreis des Elektromagnetventils wird durch das die Magnetspule
15 aufnehmende Magnetgehäuse10 mit dem Magnetkern13 und dem F1ußleitring34 sowie den beweglichen Bauelementen Anker23 und Trägerbolzen36 gebildet. Der scheibenförmige Anker23 bildet zusammen mit dem Trägerbolzen36 den Magnetanker des Magnetkreises, d.h. die beweglichen Bauelementes dieses Kreises. Die beweglichen Bauelemente und die feststehenden Bauelemente des Magnetkreises sind demzufolge aus magnetisch gut leitenden Werkstoffen hergestellt. Um magnetische Verluste zu vermeiden sind das Ventilanschlußteil47 und die darin befindlichen Ventilbauelemente aus nicht magnetischen Werkstoffen gefertigt. - In die dem Anker
23 zugewandte Stirnseite des Befestigungsflansches46 des Ventilanschlußteils47 ist eine zylindrische Vertiefung50 eingelassen, deren Durchmesser etwa dem Innendurchmesser des F1ußleitringes34 entspricht. Der Befestigungsflansch46 wird von einer mittig angeordneten, zweifach gestuften Längsbohrung durchdrungen, die bis in das Ventilanschlußteil47 ragt, deren Bohrungsabschnitte von der Vertiefung50 ausgehend mit52a –52c bezeichnet sind. Der Bohrungsabschnitt52c ist mit einer achsgleich verlaufenden Bohrung53 verbunden, die von der freien Stirnseite54 des Ventilanschlußteils47 ausgeht und die mit einer Druckleitung55 verbunden ist. - Der Übergang vom Bohrungsabschnitt
52b zum Bohrungsabschnitt52c dient als Ventilsitz56 und wirkt mit der Stirnseite57 eines aus zwei Zylinderabschnitten59 ,60 bestehenden Ventilstößels58 zusammen. Der Zylinderabschnitt59 größeren Durchmessers wirkt mit seiner Stirnseite57 mit dem Ventilsitz56 zusammen. Der Durchmesser des Zylinderabschnittes59 ist dazu etwas größer als der des im Ausführungsbeispiel als Flachsitz ausgebildeten Ventilsitzes56 . - Der Ventilstößel
58 wird mit seinem Zylinderabschnitt60 geringeren Durchmessers in der Längsbohrung62 eines zylinderförmigen Führungseinsatzes63 geführt, der in den Bohrungsabschnitt52a eingepaßt ist. Der Zylinderabschnitt60 ragt in den Ankerraum22 und wirkt dort mit der freien Stirnseite61 des Trägerbolzens36 zusammen. - Der Bohrungsabschnitt
52b wird von einer Querbohrung65 durchdrungen, die mit einem nicht dargestellten Behälter verbunden ist, dessen Anschluß mit T bezeichnet ist. Die Druckleitung55 ist über eine Drossel66 mit einer Druckmittelquelle P verbunden. Zwischen Drossel66 und Bohrung53 zweigt von der Druckleitung55 eine Verbraucherleitung68 ab, die zu einem nicht dargestellten Verbraucher führt, dessen Anschluß mit A bezeichnet ist. - Das Elektromagnetventil
10 ist in eine hydraulische Brückenschaltung als elektrisch einstellbares Druckregelventil in Verbindung mit der Blende66 eingesetzt. Der Druck in der Verbraucherleitung68 entspricht dem sich einstellenden Gleichgewicht aus der auf den Ventilstößel58 von der Druckleitung55 her ausgeübten Druckkraft und der über den Trägerbolzen36 auf den Ventilstößel58 wirkenden Kraft der Druckfeder40 . Wird die Wicklung15 von einem Strom durchflossen, wird der Anker23 gegen die Wirkung der Druckfeder40 angezogen. Die Kraft durch die Druckfeder40 auf den Ventilstößel58 wird also durch die auf den Anker23 einwirkende Magnetkraft verringert. Die für das Kräftegleichgewicht benötigte Druckkraft auf den Ventilstößel58 über die Druckleitung55 ist also geringer, d.h. der sich einstellende Druck in der Verbraucherleitung68 ist niedriger. Mit dem Elektromagnetventil kann also eine fallende Erregerstrom-Druck-Kennlinie realisiert werden. - Im Betrieb führen der Anker
23 und der Trägerbolzen36 entsprechend der elektrischen Sollwertvorgabe Regelbewegungen aus. Der Ventilstößel58 liegt dabei mit seiner dem Anker zugewandten Stirnseite aufgrund der Wirkung des an der gegenüberliegenden Stirnseite57 anstehenden Druckes ständig am Trägerbolzen36 an. Um die Bewegungen der beweglichen Elemente des Magnetkreises (Anker23 und Trägerbolzen36 ) sowie des Ventilgliedes58 zu dämpfen, ist im Trägerbolzen eine Sackbohrung70 ausgebildet, die von der dem Ventilstößel58 zugewandten Stirnseite ausgeht und durch einen eingepreßten Verschlußstopfen71 verschlossen ist. Die verschlossene Sackbohrung70 bildet im Trägerbolzen36 einen abgeschlossenen Hohlraum72 , der mit einer Vielzahl von einzelnen Massenkörpern73 gefüllt ist, die zusammen eine Dämpfungsmasse74 bilden. Der Hohlraum72 ist nur teilweise mit den Einzelmassenkörpern73 der Dämpfungsmasse74 gefüllt, d.h. sein Volumen ist größer als das Volumen der Dämpfungsmasse, so daß bei einer Bewegung des Trägerbolzens36 Verschiebungsbewegungen der Dämpfungsmasse74 auftreten. Bei den Verschiebungsbewegungen der Einzelmassenkörper73 treten Reibungsverluste und Stoßverluste auf, durch die Bewegungsenergie abgebaut wird. Die Bewegungen des Trägerbolzens36 bzw. des Magnetankers werden demzufolge gedämpft. Die Dämpfung der Bewegungen des Magnetankers (Anker23 und Trägerbolzen36 ) bzw. des Ventilgliedes58 werden besonders gut bedämpft, wenn die Stoßverluste bei Bewegungen und insbesondere Schwingungen möglichst groß sind. Dazu sollte die Stoßzahl der zusammenwirkenden Einzelmassenkörper73 möglichst klein bezogen auf eine theoretische Stoßzahl von Eins sein. Eine Stoßzahl von Eins entspricht dabei dem theoretischen völlig elastischen Stoß, während die Stoßzahl Null die für den vollkommen unelastischen Stoß zugrundegelegte Maßzahl ist. - Durch geeignete Wahl von Form, Größe und Stoßzahl der Einzelmassenelemente
73 in Relation zum Volumen des Hohlraumes72 und zur Masse der beweglichen Bauelemente läßt sich die Dämpfung des Elektromagnetventils abstimmen bzw. optimieren. Die Bestückung des Hohlraumes72 mit festen Einzelmassenkörpern73 hat dabei den Vorteil, daß die Dämpfung relativ unabhängig von der Temperatur und von Fertigungstoleranzen ist. Preisgünstig und einfach läßt sich die Dämpfungsmasse74 beispielsweise aus Bleischrot bzw. Bleikugeln ausbilden. - Um Querbeanspruchungen bei der Bewegung des Ankers
23 bzw. Ventilgliedes58 zu vermeiden, ist es sinnvoll, wenn die Bohrungsachse der Sackbohrung70 auf der Längsachse des Elektromagnetventils bzw. auf der Längsachse des Trägerbolzens36 bzw. des Ankers23 liegt. - Es ist auch möglich, anstelle der Einzelmassenkörper
73 die Dämpfungsmasse74 durch eine Flüssigkeit auszubilden. Diese Flüssigkeit sollte zur Erzielung eines guten Dämpfungsverhaltens eine möglichst hohe innere Reibung haben. Die Wahl der die Dämpfungsmasse74 bildenden Flüssigkeit ist aber auch in erheblichem Maße vom Einsatztemperaturbereich des Elektromagnetventils abhängig. Bei den zuvor geschilderten Einsatztemperaturen eines als Druckregelventil in Automatikgetrieben eingesetzten Elektromagnetventils ist beispielsweise die Befüllung des Hohlraumes72 mit Quecksilber möglich, wobei auch hier das durch das Quecksilber bzw. die Dämpfungsmasse74 eingenommene Volumen kleiner ist als das Volumen des Hohlraumes72 . - Im Gegensatz zu dem hier dargestellten Verschlußstopfen
71 kann die Sackbohrung70 auch durch eine eingepreßte Kugel oder andere Verschlußelemente verschlossen sein. - Die Ausbildung des Ventilgliedes ist nicht auf das hier beschriebene Ausführungsbeispiel eines Elektromagnetventiles mit einem durch Membranfedern geführten Flachanker beschränkt. Es ist ohne weiteres möglich, die Anordnung eines Hohlraumes mit Dämpfungsmasse auch in anderen Ventilbauarten vorzunehmen, beispielsweise bei Elektromagnetventilen mit gleitgelagertem Zylinderanker.
Claims (6)
- Elektromagnetventil, insbesondere Druckregelventil für Automatikgetriebe von Kraftfahrzeugen, mit einem Magnetgehäuse (
11 ,12 ,13 ) zur Aufnahme einer Magnetspule (15 ) und einem beweglichen Magnetanker (23 ,36 ), der mit einem beweglichen Ventilglied (58 ) zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eines der beweglichen Bauelemente (23 ,36 ;58 ) einen abgeschlossenen Hohlraum (72 ) hat, der mit einer Dämpfungsmasse (74 ) gefüllt ist, wobei das Volumen des Hohlraumes (72 ) größer ist als das Volumen der Dämpfungsmasse (74 ), und daß die Dämpfungsmasse (74 ) aus einer Vielzahl von Einzelmassenkörpern (73 ) besteht. - Elektromagnetventil, insbesondere Druckregelventil für Automatikgetriebe von Kraftfahrzeugen, mit einem Magnetgehäuse (
11 ,12 ,13 ) zur Aufnahme einer Magnetspule (15 ) und einem beweglichen Magnetanker (23 ,36 ), der mit einem beweglichen Ventilglied (58 ) zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eines der beweglichen Bauelemente (23 ,36 ;58 ) einen abgeschlossenen Hohlraum (72 ) hat, der mit einer Dämpfungsmasse (74 ) gefüllt ist, wobei das Volumen des Hohlraumes (72 ) größer ist als das Volumen der Dämpfungsmasse (74 ), und daß die Dämpfungsmasse (74 ) eine Flüssigkeit ist, die eine im Vergleich zu Wasser hohe innere Reibung hat. - Elektromagnetventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (
72 ) in einem Bauelement (36 ) des Magnetankers (23 ,36 ) ausgebildet ist. - Elektromagnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (
72 ) symmetrisch ausgebildet ist, wobei seine Symmetrieachse auf der Symmetrieachse des Magnetankers (23 ,36 ) liegt. - Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelmassenkörper (
73 ) mindestens teilweise aus einem Werkstoff bestehen, dessen Stoßzahl sehr viel kleiner als eins, jedoch größer als Null ist. - Elektromagnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetanker (
23 ,36 ) ein Flachanker ist, der mit mindestens einer Membranfeder (30 ,43 ) im Magnetgehäuse (11 ) geführt ist.
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