WO2001062566A1

WO2001062566A1 - Elektromagnetventil

Info

Publication number: WO2001062566A1
Application number: PCT/EP2001/001938
Authority: WO
Inventors: Diogenes Perez-Cuadro; Christoph Voss
Original assignee: Continental Teves Ag & Co. Ohg
Priority date: 2000-02-25
Filing date: 2001-02-21
Publication date: 2001-08-30

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Elektromagnetventil mit einem Ventilgehäuse (12), in dem ein an einem Magnetanker (6) angebrachter Ventilstössel (2) angeordnet ist, der mit seinem vom Magnetanker (6) abgewandten Ende auf einen federbelasteten Ventilkolben (4) gerichtet ist, der in einem hülsenförmigen Kolbenträger (3) geführt ist, sowie mit einer Zentralöffnung (1) zur hydraulischen Verbindung eines Einlasskanals (14) mit einem Auslasskanal (15) im Ventilgehäuse (12). Die Zentralöffnung (1) ist fluchtend zum Ventilstössel (2) im Kolbenträger (3) angeordnet, wobei in der Ventilgrundstellung die Stirnfläche des federbelasteten Ventilkolbens (4) in der Funktion eines Sitzventils die Zentralöffnung (1) druckmitteldicht verschlossen hält, während bei elektromagnetischer Erregung des Magnetankers (6) der Ventilstössel (2) den Ventilkolben (4) entgegen der Wirkung der Feder (5) von einer die Zentralöffnung (1) begrenzenden Ventilsitzfläche (7) abhebt.

Description

Elektromagnetventil

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

Aus der DE 44 27 905 AI ist bereits ein Elektromagnetventil bekannt geworden, in dessen Ventilgehäuse ein an einem Magnetanker angebrachter Ventilstößel angeordnet ist, der mit seinem vom Magnetanker abgewandten Ende auf einen federbelasteten Ventilkolben im Ventilgehäuse gerichtet ist.

Der Ventilkolben übernimmt mit seiner Steuerkante die Funktion eines Stromregelventils, so dass es zur leckagefreien Abdichtung des Ventilkolbens im Ventilgehäuse einer besonders eng tolerierten Auswahl des Passungsspiels bedarf. Der damit verbundene herstelltechnische Aufwand ist dementsprechend groß .

Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Elektromagnetventil der eingangs genannten Art derart zu verbessern, dass die genannten Nachteile nicht auftreten, wobei das Elektromagnetventil bei Bedarf als Zweistellungsventil oder auch als analog betätigbares Elektromagnetventil schaltbar sein soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für ein Elektromagnetventil der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung werden im folgenden anhand mehrerer Zeichnungen erläutert .

Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elektromagnetventils im Querschnitt,

Fig. 2 eine alternative Ausgestaltungsform des Elektromagnetventils nach Fig. 1 mit einer geänderten Ventilstößel- und Ventilkolbenausführung,

Fig. 3 eine Abwandlung des Elektromagnetventils nach Fig. 1 mit einem als Tiefziehteil ausgeführten Ventilgehäuseabschnitt,

Fig. 4 ein weiteres baulich als auch funktioneil gegenüber den Ventilen nach den Figuren 1-3 verändertes, proportional betätigbares Elektromagnetventil,

Fig. 5 eine Abwandlung des aus Fig. 4 bekannten Elektromagnetventils mit einem aus Dünnblech gefertigten Gehäuseunterteil .

In der Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen, in Grundstellung stromlos geschlossenen Elektromagnetventils gezeigt, das ein Ventilgehäuse 12 aufweist, in dem ein an einem Magnetanker 6 angebrachter Ventilstößel 2 angeordnet ist, der mit seinem vom Magnetanker 6 abgewandten Ende auf einen federbelasteten Ventilkolben 4 gerichtet ist, der in einem hülsenförmigen Kolbenträger 3 geführt ist. Ferner befindet sich eine Zentralöffnung 1 zur hydraulischen Verbindung eines Einlasskanals 14 mit einem Auslasskanal 15 im Kolbenträger 3. Die Zentralöffnung 1 ist fluchtend zum Ventilstößel 2 und den übrigen Ventilbauteilen im Kolbenträger 3 angeordnet. Erfindungsgemäß hält in der Ventilgrundstellung die Stirnfläche des federbelasteten Ventilkolbens 4 die Zentralöffnung 1 in der Funktion eines Sitzventils druckmitteldicht verschlossen. Bei elektromagnetischer Erregung des Magnetankers 6 hebt der Ventilstößel 2 den Ventilkolben 4 entgegen der Wirkung der gefesselten Feder 5 von einer die Zentralöffnung 1 begrenzenden Ventilsitzfläche 7 des Kolbenträgers 3 ab. Der Kolbenträger 3 ist aus einer topfförmigen Hülse gebildet, wobei im Topfboden die Zentralöffnung 1 als kalibrierte Druckmittelbohrung angeordnet ist. Die Zentralöffnung 1 wird von der bereits erwähnten Ventilsitzfläche 7 begrenzt, die anstelle' eines Platten- dichtsitzes abbildungsgemäß als Kegeldichtsitz ausgeführt ist. Der hülsenförmige Kolbenträger 3 ist im Innendurchmesser an den Außendurchmesser eines Federanschlags 8 sowie an den Außendurchmesser des Ventilkolbens 4 angepasst, wobei der Federanschlag 8 gegenüber dem Kolbenträger 3 mit einer Preßpassung und der Ventilkolben 4 mit einer Spielpassung versehen ist. Der Kolbenträger 3, der Ventilkolben 4, die Feder 5 und der Federanschlag 8 bilden vorteilhaft eine eigenständig handhabbare, funktionsfähig vormontierte und vorgeprüfte Baugruppe des Elektromagnetventils. Der Ventilkolben 4 ist am Kolbenboden zur Ausbildung eines Ventilschließgliedes 4 in Richtung der im Kolbenträger 3 vorgesehenen Zentralöffnung 1 im wesentlichen kegelförmig erhaben an die die Zentralöffnung 1 begrenzende Ventilsitzfläche 7 angepaßt. Der Ventilkolben 4 weist am Kolbenschaft eine Ausnehmung 9 in Form eines Längsschlitzes auf, die eine permanente hydraulische Verbindung zu den unmittelbar beiderseits des Ventilkolbens 4 im Kolbenträger 3 gelegenen Druckmittelräume 10, 11 ermöglicht. Parallel zur Feder 5 wirkt eine auf dem Ventilstößel 2 aufgeschobene Druckfeder 17 zwischen einer Ventilgehäusestufe 13 und dem Magnetanker 6, so daß der Magnetanker 6 normalerweise den Ventilstößel 2 vom Ventilschließglied 4' abgehoben ist. Der Ventilstößel 2 und der Ventilkolben 4 sind aus einem Metall hergestellt. Zur Aufnahme des Kolbenträgers 3 im Elektromagnetventil ist das als massives Drehteil (Patrone) gestaltete Ventilgehäuse 12 mit einer in Richtung des Ventilstößels 2 im Durchmesser abnehmenden Stufenbohrung versehen, an deren größter Bohrungsstufe der Topfboden des Kolbenträgers 3 anliegt. Als dauerhafte Fixierung des Kolbenträgers 3 in der Stufenbohrung dient eine stoffschlüssige Verbindung in Form einer Verschweißung 16 auf Höhe des scheibenförmigen Federanschlags 8. Der tiefgezogene Rand des Federanschlags 8 bildet eine Pressverbindung mit der Innenwandung des Kolbenträgers 3. Die zwischen dem Ventilkolben 4 und dem Federanschlag 8 angeordnete Feder 5 ist als Schraubenfeder mit großer Federsteifigkeit ausgebildet, um unte'r allen Betriebszuständen ein sicheres Schließen als auch bei Wunsch oder Bedarf das Erreichen einer gewünschten teiloffenen Ventilzwischenstellung zu gewährleisten. Die relativ steife Feder 5 ermöglicht den Verzicht auf einen Proportionalmagneten und gewährleistet den sicheren Betrieb unter kleinen hydraulischen Druckdifferenzen am Ventilkolben 4, wenn der Ventilkolben 4 in der elektromagnetischen Erregung nicht nur als Zweistellungsventil, sondern auch als Analogventil in verschiedenen Teiloffenstellungen betrieben werden soll.

Hingegen ist die zwischen der Bohrungsstufe im Ventilgehäuse 2 und dem Magnetanker 6 angeordnete Druckfeder 17 hinsieht- lieh ihrer Steifigkeit relativ weich ausgelegt, um geradeso die Reibung zwischen dem Magnetanker 6 und dem Ventilgehäuse 12 nach der Beendigung einer elektromagnetischen Erregung zu überwinden .

Zwischen dem Ventilschließglied 4 ^λ am Ventilkolben 4 und der Spitze des Ventilstößels 2 befindet sich in der geschlossenen Ventilschaltstellung ein geringes Axialspiel, um unabhängig von thermisch bedingten Längenänderungen der Teile, Verschleißerscheinungen an der Ventilsitzfläche 7 und möglichen Bauteiltoleranzen ein sicheres Schließen des Ventilkolbens 4 im stromlosen Zustand zu gewährleisten.

Selbstverständlich ist es auch denkbar, anstelle der Integration der Ventilsitzfläche 7 im tiefgezogenen, dünnwandigen Kolbenträger.3 eine separate Ventilsitzplatte am Topfbo- den des Kolbenträgers 3 anzuordnen. Dies führt allerdings zu einem zusätzlichen Bauaufwand, der nicht zwingend erforderlich ist.

Das Elektromagnetventil nach Fig. 2 unterscheidet sich vom Elektromagnetventil nach Fig. 1 durch einen relativ massiven, als Drehteil ausgeführten Kolbenträger 3, der somit eine Alternative zu der in Fig. 1 erläuterten, bei Bedarf zu verwendenden Ventilsitzplatte als auch zu der generell von Verschleißerscheinungen nicht immer ausgenommenen Ventilsitzfläche 7 darstellt. Weiterhin unterscheidet sich das Elektromagnetventil nach Fig. 2 von Fig. 1 durch die unmittelbare Abstützung der Druckfeder 17 zwischen einer Stufe des Ventilstößels 2 und dem Topfboden des Kolbenträgers 3, so dass si h gegenüber dem Elektromagnetventil nach Fig. 1 die Anzahl der Bohrungsstufen im Ventilgehäuse 12 erheblich reduzieren lässt. Durch die gewählte Anordnung nach Fig. 2 kann die Vorspannkraft der Druckfeder 17 sehr genau durch das Verschieben des Kolbenträgers 3 in der Stufenbohrung justiert werden, wobei der .Kolbenträger 3 nach der Justierung mittels einer Verschweißung 16 am Ventilgehäuse 12 sicher fixiert wird. Die gewählte Anordnung ermöglicht überdies eine besonders kurze, über den Ventilstößel 2 gestülpte Druckfeder 17 mit vergleichsweise wenigen Federwindungen. Der ^• ■ Ventilstößel 2 ist vorzugsweise aus Kunststoff hergestellt, so dass sich hierdurch gewichts-, reibungs-, verschleiß- und geräuschreduzierende Effekte ergeben. Bezüglich den weiteren abbildungsgemäßen Details gemäß der Figur 2 wird auf die Beschreibung des Elektromagnetventils nach Figur 1 hingewiesen.

Das Elektromagnetventil nach Fig. 3 unterscheidet sich von den Elektromagnetventilen nach den Fig. 1 und 2 im wesentlichen durch die Vereinfachung des Ventilgehäuses 12, das im Bereich des Kolbenträgers 3 als Tiefziehhülse ausgeführt ist, so dass der tiefgezogene Kolbenträger 3 mit der Feder 5 und dem tiefgezogenen Ventilkolben 4 eine vorgefertigte und voreingestellte Montagebaugruppe bildet, in die ein massiver rohrförmiger Magnetkern 18 auf Anschlag eingeschoben ist, der an seinem Bund mittels einer Außenverstemmung 19 im Ventilaufnahmekörper 20 druckmitteldicht befestigt ist. Die Abdichtung des hülsenförmigen Ventilgehäuses 12 in Richtung des Auslasskanals 15 geschieht mittels eines in die Stufenbohrung des Ventilaufnahmekörpers 20 eingelegten O-Rings 21, so dass die aus den Fig. 1 und 2 bekannte, unterhalb des Einlasskanals 14 zwischen dem Ventilaufnahmekörper 20 und dem Ventilgeh use 12 vorgesehene druckmitteldichte radiale Verpressung bzw. Verstemmung entfällt. Ein weiterer Vorteil ergibt sich durch den Entfall des aus den Fig. 1 und 2 bekannten Federanschlags 8, dessen Funktion nunmehr in Fig. 3 durch den eingezogenen Boden des tiefgezogenen Ventilgehäuses 12 übernommen wird. Das als topfförmiges Tiefziehhülse ausgeführte Ventilgehäuse 12 nimmt zur Herstellung der Montagebaugruppe zunächst die Feder 5, dann den Ventilkolben 4, danach den auf die gewünschte Vorspannkraft der Feder 5 einzustellende Kolbenträger 3 sowie schließlich nach der Verschweißung 16 den Magnetkern 18 auf.

In der Fig. 4 wird ein Elektromagnetventil gezeigt, dessen Ventilgehäuse ^' 12 unter Beibehaltung der massiven Drehteilausführung ebenso wie in den Fig. 1 und 2 im Bereich des Magnetkerns 18 aus Automatenstahl hergestellt und im Ventilaufnahmekörper 20 eingestemmt ist. Die aus dem tiefgezogenen Kolbenträger 3, der Feder 5, dem scheibenförmigen Federanschlag 8 und dem Ventilkolben 4 bestehende Baugruppe nach Fig. 4 weist ferner ein zwischen dem Federanschlag 8 und einem Haltering 22 angeordnetes Federelement 23 mit hoher Steifigkeit auf, das in Form einer Blatt-, Scheiben- oder Tellerfeder ausgeführt ist. Das Federelement 23 übernimmt somit die Funktion der aus den Fig. 1 bis 3 bekannten Feder 5. Die Außenkante des Federelementes 23 stützt sich auf einer Schulter des von unten in den Kolbenträger 3 eingepress- ten Halterings 22 ab, während im Bereich der Flächenmitte des Federelementes 23 der stößeiförmige Fortsatz des Ventilkolbens 4 ruht. Die als Schraubenfeder ausgeführte Feder 5 hat nunmehr abweichend von den vorangegangenen Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 1 bis 3 eine nur geringe Feder- steifigkeit, die sich an dem abgesetzten Mehrkantprofil des Ventilkolbens 4 abstützt. Das Mehrkantprofil ist derart gestaltet, dass am Umfang des Ventilkolbens 4 eine Ausnehmung 9 zur Hindurchführung des Druckmittels verbleibt. Der Ventilkolben 4 ist vorzugsweise aus einem Kunststoff hergestellt. Er ist zur Bildung des Ventilschließgliedes 4^λ im Kopfbereich kegelförmig zulaufend und an der Spitze abgerundet. Unterstützt durch die Wirkung der Feder 5 drückt das Federelement 23 das Ventilschließglied ^Λ gegen die kegelförmige Ventilsitzfläche 7 des Kolbenträgers 3, während der Ventilstößel 2 in die Zentralöffnung 1 ragt und abbildungsgemäß auf dem Ventilschließglied 4^λ zur Anlage gelangt.

Die Fig. 5 offenbart abweichend von der Darstellung der Ventilbauteile nach Fig. 4 ein Ventilgehäuse 12, das im Einsatzbereich des Ventilaufnahmekörpers 20 lediglich aus einem Dünnblechtiefziehteil besteht, das mit dem rohrförmigen Magnetkern 18 verschweißt ist und dessen Bund 24 unmittelbar in der Stufenbohrung des Ventilaufnahmekörpers 20 mittels einer Außenverstemmung 19 gehalten ist. Ansonsten entspricht der Aufbau des Elektromagnetventils nach Figur 5 dem Elektromagnetventil nach Figur 4.

Alle Elektromagnetventile der Fig. 1 bis 5 haben gemeinsam, dass sie funktionell als stromlos geschlossene Elektromagnetventile konzepiert sind, die konstruktiv in ihren Ventilgehäusen 12 jeweils eine vormontierte, vorprüfbare und eigenständig handhabbare Sitzventilbaugruppe aufnehmen. Die genaue Einstellung der Federkräfte erfolgt mittels Kraftmessung, wodurch die Voraussetzung für eine einfache, proportionale Betätigung des Ventilkolbens 4 geschaffen ist. Durch die gewählte Konstruktion kann vorteilhaft der Hub des Ventilkolbens 4 relativ groß gewählt werden und der Ventilkolben 4 kann sich auf einfache Weise gut im Kolbenträger 3 zentrieren. Der Kolbenträger 3 ist derart gestaltet, dass er universell, d.h. unabhängig davon, ob nun das Ventilgehäuse 12 aus einem Tiefziehteil oder einem massiven Drehteil besteht, verwendbar ist. Die grundlegende Betriebsweise eines stromlos geschlossenen Elektromagnetventils der in den Figuren 1-5 beschriebenen Art wird nunmehr exemplarisch am Beispiel nach Fig. 1 erläutert .

Sobald infolge einer elektromagnetischen Erregung die Magnetkraft die Kraft der Druckfeder 17 erreicht hat, beginnt sich der Ventilstößel 2 in Richtung auf das Ventilschließglied 4^Λ abzusenken. Je nachdem, wie groß der elektrische Strom und damit die Magnetkraft eingestellt wird, drückt der Ventilstößel 2 den Ventilkolben 4 entgegen der Wirkung der Feder 5 entsprechend mehr oder weniger weit von der Ventilsitzfläche 7 weg, so dass das am Einlasskanal 14, am Ringfilter 26 und dem Querkanal 25 anstehende Hochdruckmedium durch die Zentralöffnung 1 in den Druckmittelraum 11 und von dort entlang der Ausnehmung 9 durch den Druckmittelraum 10 zum Auslasskanal 15 gelangt.

Nach Abschluss einer elektromagnetischen Erregung kehren sich die Bewegungsvorgänge wieder um, indem die Feder 5 den Ventilkolben 4 gegen die Ventilsitzfläche 7 bewegt und die Druckfeder 17 den Ventilstößel 2 vom Ventilsitzglied 4 abhebt .

Unabhängig von der proportionalen Betätigung des Ventilkolbens 4 ist dieser selbstverständlich auch als Zweistellungsventil, d.h. entweder in die geschlossene oder vollständig offene Ventilstellung schaltbar.

Die Funktionsweise der Elektromagnetventile nach den Figuren 4 und 5 unterscheiden sich von den Elektromagnetventilen der Figuren 1-3 durch eine axialspielfreie Rückstellung des Ven-. tilkolbens 4 in die geschlossene Ventilgrundstellung, ohne daß das Abheben des Ventilstößels 2 vom Ventilschließglied 4' erzwungen wird. Ein weiterer Vorteil ergibt sich durch die Charakteristik des steifen Federelements 23, wodurch sich die Bandbreite der zur Proportionalansteuerung des Elektromagnetventils zu Verfügung stehenden Erregerströme vergrößern läßt, um die Regelbarkeit des Ventilkolbens 4 in die gewünschten Zwischenstellungen zu verfeinern.

Die in den Figuren l-5vorgestellten Elektromagnetventile zeichnen sich somit erfindungsgemäß durch einen besonders einfachen, robusten Aufbau aus. Durch die gewählte Zentrierung des Ventilkolbens 4 im Kolbenträger 3 und durch die Anordnung der Federn 5, 23 ist der Ventilkolben 4 jeweils einfach und präzise mittels Kraftmessung in einer vormontierten Ventilbaugruppe justierbar, wobei durch den großen praktizierbaren Hub des Ventilkolbens 4 eine proportionale Feinregelung begünstigt wird.

Bezugszeichenliste

1 Zentralöffnung

2 Ventilstößel

3 Kolbenträger

4 Ventilkolben

4 ^λ Ventilschließglied

5 Feder

6 Magnetanker

7 Ventilsitzfläche

8 Federanschlag

9 Ausnehmung 10,11 Druckmittelraum

12 Ventilgehäuse

13 Ventilgehäusestufe

14 Einlasskanal

15 Auslasskanal

16 Verschweißung

17 Druckfeder

18 Magnetkern

19 Außenverstemmung

20 Ventilaufnahmekörper

21 O-Ring

22 Haltering

23 Federelement

24 Bund

25 Querkanal

26 Ringfilter

Claims

Patentansprüche

1. Elektromagnetventil mit einem Ventilgehäuse, in dem ein an einem Magnetanker angebrachter Ventilstößel angeordnet ist, der mit seinem vom Magnetanker abgewandten Ende auf einen federbelasteten Ventilkolben gerichtet ist, der in einem hülsenförmigen Kolbenträger geführt ist, sowie mit einer Zentralöffnung zur hydraulischen Verbindung eines Einlasskanals mit einem Auslasskanal im Ventilgehäuse, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentralöffnung (1) fluchtend zum Ventilstößel (2) im Kolbenträger (3) angeordnet ist, wobei in der Ventilgrundstellung die Stirnfläche des federbelasteten Ventilkolbens (4) in der Funktion eines Sitzventils die Zentralöffnung (1) druckmitteldicht verschlossen hält, und dass bei elektromagnetischer Erregung des Magnetankers (6) der Ventilstößel (2) den Ventilkolben (4) entgegen der Wirkung der Feder (5) von einer die Zentralöffnung

(1) begrenzenden Ventilsitzfläche (7) abhebt.

2. Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenträger (3) aus einer topfför- migen Hülse gebildet ist, wobei im Topfboden die Zentralöffnung (1) angeordnet ist.

3. Elektromagnetventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentralöffnung (1) von einer Ventilsitzfläche (7) begrenzt ist, die als Kegel oder Plattendichtsitz ausgeführt ist.

4. Elektromagnetventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine vom Topfboden abgewandte Öffnung des Kolbenträgers (3) im Durchmesser an den Durchmesser eines Federanschlags (8) angepasst ist.

5. Elektromagnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenträger (3), der Ventilkolben (4), die Feder (5) und der Federanschlag (8) eine eigenständig handhabbare, funktionsfähig vormontierte und vorgeprüfte Baugruppe bilden.

6. Elektromagnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkolben (4) zur Ausbildung eines Ventilschließgliedes

(4^Λ) in Richtung der Zentralöffnung (1) im wesentlichen ballig und/oder kegelförmig geformt ist.

7. Elektromagnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkolben (4) am Kolbenschaft eine Ausnehmung (9) oder eine Öff-

. nung (9^Λ) aufweist, die eine permanente hydraulische Verbindung der beiderseits des Ventilkolbens (4) im Kolbenträger (3) unmittelbar gelegenen Druckmittelräume (10,11) ermöglicht.

8. Elektromagnetventil nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zur Feder (5) ein weiteres Federelement (23) auf den Ventilkolben (4) einwirkt, das sich an einem Haltering (22) im Kolbenträger (3) ••abstützt .

9. Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ventilschließstellung der Ventilstößel (2) gegenüber dem Ventilkolben (4) beabstandet ist.

0. Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilstößel (2) und der Ventilkolben (4) aus einem Kunststoff bestehen.