DE10016600A1

DE10016600A1 - Elektromagnetventil

Info

Publication number: DE10016600A1
Application number: DE10016600A
Authority: DE
Inventors: Andre F L Goossens; Luc Van Himme
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 1999-11-16
Filing date: 2000-04-04
Publication date: 2001-05-17
Also published as: DE10016599A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Elektromagnetventil, mit einem Ventilgehäuse (1), in dem ein Ventilschließglied (7) beweglich geführt ist, mit einem am Ventilschließglied (7) angebrachten Magnetanker (5), der in Abhängigkeit von der elektromagnetischen Erregung einer am Ventilgehäuse (1) angebrachten Ventilspule (11) eine Hubbewegung in Richtung auf einen im Ventilgehäuse (1) angeordneten Magnetkern (3) vollzieht sowie mit einer Feder (6), die in der elektromagnetisch nicht erregten Ventilstellung den Magnetanker (5) in einem definierten Axialabstand vom Magnetkern (3) positioniert, so dass der Magnetanker (5) vom Magnetkern (3) durch einen Zwischenraum getrennt ist. Zusätzlich zur Feder (6) ist ein Federelement (4) zwischen der Stirnfläche des Magnetankers (5) und der Stirnfläche des Magnetkerns (3) eingefügt.

Description

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

Aus der DE 197 16 856 A1 ist bereits ein Elektromagnetventil der gattungsbildenden Art bekannt geworden, das zwischen dem Magnetanker und dem Magnetkern eine nicht magnetische Schei be aufweist, an der sich die Magnetankerrückstellfeder ab stützt. Die Scheibe ist deshalb unmagnetisch, um wegen dem Restmagnetismus im Magneten das sog. Magnetankerkleben am Magnetkern zu verhindern. Zwangsläufig ergibt sich durch die unmagnetische Scheibe ein relativ großer Restluftspalt, der nicht unterschritten werden kann. Der zu Beginn einer elek tromagnetischen Erregung zu überbrückende Gesamtluftspalt ist dementsprechend um den Restluftspalt vergrößert, so dass auch der Erregerstrom in der Ventilspule entsprechend groß gewählt werden muss.

Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Elektromagnetventil der gattungsbildenden Art unter Beibe haltung eines möglichst einfachen Aufbaus derart zu verbes sern, dass entweder mit konstantem Erregerstrom bereits zu Beginn der elektromagnetischen Erregung eine signifikante Krafterhöhung des Magnetantriebs eintritt oder dass das Elektromagnetventil bei Wunsch oder Bedarf auch mit mög lichst geringem Erregerstrom betrieben werden kann, wobei in beiden alternativen Betriebsarten ein möglichst geräuscharmer Schaltvorgang gewährleistet werden soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für ein Elektromagnetven til der angegebenen Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung werden im nachfolgenden anhand mehrerer Zeichnun gen erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein in der Grundstellung stromlos geschlossenes Elektromagnetventil,

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung der erfindungswesent lichen Einzelheiten des in Fig. 1 dargestellten Elektromagnetventils,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch ein in Grundstellung stromlos geöffnetes Elektromagnetventil,

Fig. 4 eine konstruktive Variante zu den in Fig. 2 ge zeigten Einzelheiten.

Die Fig. 1 zeigt ein in Grundstellung stromlos geschlossenes Elektromagnetventil, dessen Ventilgehäuse 1 beispielhaft in Patronenbauweise ausgeführt ist. Der Mittenabschnitt des Ventilgehäuses 1 ist als dünnwandige Ventilhülse 2 gestal tet, die von außen durch einen zylinderförmigen Magnetkern 3 in Form eines Verschlussstopfens verschlossen ist. Unterhalb des Magnetkerns 3 befindet sich ein ringscheibenförmiges Fe derelement 4, das lose an der Außenkante der konkav geformten Stirnfläche des kolbenförmigen Magnetankers 5 anliegt. Die Dicke des Federelementes 4 entspricht dem erforderlichen Festigkeitsmaß, so dass in der abbildungsgemäßen elektroma gnetisch nicht erregten Ventilschaltstellung der Abstand zwischen der Magnetankerstirnfläche und der konvexen Magnet kernstirnfläche durch die Dicke des Federelementes 4 und durch den Arbeitsluftspalt definiert ist, der dem möglichen Magnetankerhub X entspricht.

Der Magnetanker 5 nimmt innerhalb einer Stufenbohrung eine an sich bekannte Feder 6 mit linearem Kennlinienverlauf auf, die sich als Schraubenfeder mit ihrem Windungsende durch die Öffnung im Federelement 4 auf die Stirnfläche des Magnet kerns 3 erstreckt. Der Magnetanker 5 ist folglich unter der Wirkung der Feder 6 mit dem stößelförmigen Ventilschließ glied 7 gegen einen Ventilsitz 8 im Ventilgehäuse 1 ge presst, wodurch ein das Ventilgehäuse 1 in Horizontal-/und Vertikalrichtung durchdringender Druckmittelkanal 9 in der Ventilgrundstellung unterbrochen ist. Das stößelförmige Ven tilschließglied 7 ist vorzugsweise mittels einer Presspas sung in der Stufenbohrung des Magnetankers 5 fixiert und an seinem dem Ventilsitz 8 zugewandten Endabschnitt in einer Führungshülse 10 zentriert, die konzentrisch zum Ventilsitz 8 im Ventilgehäuse 1 eingeklemmt ist.

Durch eine auf dem Ventilgehäuse 1 angebrachte Ventilspule 11 und einen die Ventilspule 11 teilweise umschließenden Jochring 12 lässt sich durch eine Erregung der Ventilspule 11 der Magnetkreis schließen, so dass sich der Magnetanker 5 in Richtung auf den Magnetkern 3 bewegt, wodurch das Federe lement 4 elastisch mitverformt wird und zur Anlage am Ma gnetkern 3 gelangt, wo es vollflächig an den abgebildeten schrägen Stirnflächen des Magnetkerns 3 und des Magnetankers 5 anliegt. Es wirkt eine der Bewegung des Magnetankers 5 entgegengerichtete Federkraft des Federelementes 4, so daß der Magnetanker 5 zwangsläufig abgebremst wird, bevor er das Federelement 4 vollflächig gegen die Stirnfläche des Magnet kerns 3 drücken kann, wodurch sich u. a. auch das Schaltge räusch des Elektromagneten vermindern läßt.

Durch die Vorspannkraft des Federelementes 4 wird überdies nach Abschluss der elektromagnetischen Erregung eine mög lichst schnelle Rückstellung des Magnetankers 5 aus der End lage am Magnetkern 3 bewirkt, da die Rückstelltendenz des Federelements 4 der durch Remanenz hervorgerufenen Halte kraft entgegen wirkt.

Zu beachten ist hierbei, dass die Rückstellkraft der Feder 6, die immer in einem Elektromagnetventil notwendig ist, um einerseits den Magnetanker 5 beim Wegfall der Erregung in die Grundstellung zurückzuführen, die andererseits aber auch bisher dazu diente, den Restmagnetismus zu überwinden, durch die erfindungsgemäße Anordnung und Verwendung des Federele mentes 4 erheblich reduziert werden kann. Dies hat den Vor teil, dass sich zwangsläufig während der elektromagnetischen Erregung die Magnetkraftwirkung verstärkt, während der Rest magnetismus nach Abschluß der Erregung sicher von der Kraft wirkung des Federelementes 4 überwunden wird, welche nur im letzten Abschnitt des Ventilhubs, d. h. nur nur bei Annähe rung des Magnetankers 5 an den Magnetkern 3 wirksam ist.

Durch die Ausführung des Federelementes 4 als besonders flach bauende Federscheibe, die sich an schrägen Stirnflä chen abstützt oder auch durch die Ausführung als Tellerfeder lässt sich vorteilhafterweise auch eine progressive Feder kennlinie realisieren, die über die eigentliche Auslegung des Elektromagnetventils als Zweistellungsventil einen ana logen bzw. proportionalen Betrieb des Elektromagnetventils ermöglicht. Hierbei bewirkt das progressive Federelement 4 gewissermaßen eine Linearisierung der Magnetankerkraft.

Zur Veranschaulichung der Erfindung wird im nachfolgenden auf die vergrößerte Darstellung des Magnetkerns- und des Ma gnetankerabschnitts gemäß der Fig. 2 verwiesen, die unter Bezug auf das stromlos geschlossene Elektromagnetventil nach Fig. 1 die beiden Endstellungen des Magnetankers 5 in einer gemeinsamen Abbildung veranschaulicht.

Im einzelnen lässt sich unter Berücksichtigung der Erläute rungen zu Fig. 1 nunmehr aus der Fig. 2 rechts der Ven tillängsachse der Magnetanker 5 in einer elektromagnetisch nicht erregten Schaltstellung deutlich erkennen, in der das scheibenförmige Federelement 4 lediglich an der Außenkante der konkav geformten Magnetankerstirnfläche anliegt, so dass das Federelement 4 im Bereich der die Feder 6 aufweisenden Öffnung von der konvex geformten Stirnfläche des Magnetkerns 3 entfernt ist. Der zwischen der Oberkante des Federelemen tes 4 und der Stirnfläche des Magnetkerns 3 gelegene Luftspalt entspricht somit dem maximalen Magnetankerhub X, der in der links von der Ventillängsachse abgebildeten, elektromagnetisch erregten Ventilschaltstellung vom Magne tanker 5 überbrückt ist. In der linken Bildhälfte liegt so mit das Federelement 4 elastisch vorgespannt vollflächig an den schrägen Stirnflächen des Magnetankers 5 und des Magnet kerns 3 an, wobei die Dicke des magnetischen Federelementes 4 den Magnetfluss eben nicht behindert, sondern vielmehr günstig überbrückt.

Abweichend von den Darstellungen nach den Fig. 1 und 2 zeigt die Fig. 3 eine Anwendung des Erfindungsgedankens für ein elektromagnetisch nicht erregtes, in Grundstellung geöffne tes Elektromagnetventil. Ausgehend von dem bereits beschrie benen Aufbau des Ventilgehäuses 1 mit dem darin integrierten Ventilsitz 8, dem Druckmittelkanal 9 und der Führungshülse 10 gemäß der erläuterten Darstellung nach Fig. 1 befindet sich nunmehr der als Hohlzylinder ausgeführte Magnetkern 3 im unteren Endabschnitt der Ventilhülse 2 eingesetzt, die mit dem Magnetkern 3 mittels einer Außenverstemmung des Ven tilgehäuses befestigt ist. Der stößelförmige Abschnitt des Ventilschließgliedes 7 erstreckt sich folglich durch den Ma gnetkern 3 in Richtung des geschlossenen Bereichs der Ven tilhülse 2 bis in den Magnetanker 5, dessen Stirnfläche nun mehr in Richtung auf das beispielhaft gezeigte Paar Federe lemente 4 konvex geformt ist, während die unter den Federe lementen 4 befindliche Stirnfläche des Magnetkerns 3 eine konkave Form aufweist. Eine in der Durchgangsbohrung des Ma gnetkerns 3 angeordnete Feder 6 hält den Magnetanker 5 in der elektromagnetisch nicht erregten Grundstellung auf An schlag am Ventildom, wodurch das Ventilschließglied 7 einen ungehinderten Druckmitteldurchlass über den Druckmittelkanal 9 herstellt. In dieser Ventilstellung liegen die zu einem Federpaket zusammengefassten Federelemente 4 lose an der er habenen Außenkante der Magnetkernstirnfläche an, so dass analog zur Erläuterung des Elektromagnetventils nach Fig. 1 ein hinreichend großer Axialabstand zwischen dem Magnetanker 5 und dem Magnetkern 3 zum Vollzug des Ventilhubes ver bleibt. Wie bereits erwähnt, kann das Federelement 4 aus der Hintereinanderreihung mehrerer einzelner Federscheiben be stehen, die in der elektromagnetisch erregten Ventilschließ stellung nur fast vollflächig zwischen den Stirnflächen des Magnetankers 5 und dem Magnetkern 3 elastisch eingespannt sind, um ein sicheres Schließen des Ventilschließgliedes 7 zu gewährleisten.

In der Fig. 4 wird abweichend von den bisher behandelten Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 1 bis 3 die Verwendung eines gekrümmten Federelements 4 in Form einer bereits ein gangs erwähnten Tellerfeder vorgeschlagen, was die Herstel lung des Magnetankers 5 und des Magnetkerns 3 zusätzlich vereinfacht, da nunmehr anstelle der Stirnflächenschrägen ebene, d. h. jeweils horizontal verlaufende Stirnflächen am Magnetanker 5 und am Magnetkern 3 dem Federelement 4 zuge wandt sind. Die Herstellung einer Tellerfeder ist aber in der Praxis viel aufwendiger und weniger genau als die Her stellung der bereits beschriebenen flachen Federscheibe. Hinsichtlich der Funktion als auch der weiteren technischen Details des Gegenstandes nach Fig. 4 wird auf die vorher be schriebenen Fig. 1 bis 3 verwiesen.

Schließlich gilt es zu beachten, daß für die einwandfreie Funktion die Elektromagnetventile nach Fig. 1-4 aus der Richtung des vertikal in das Ventilgehäuse 1 einmündenden Druckmittelkanals 9 hydraulisch zu beaufschlagen sind, so daß das eingangsseitige Druckmittel immer an der Stirnfläche des Ventilschließgliedes 7 ansteht, unabhängig davon, ob sich das Ventilschließglied 7 in der offenen oder geschlos senen Stellung befindet. Das Druckmittel verläßt demnach das Ventilgehäuse 1 ausschließlich über den schräg aus dem Ven tilgehäuse 1 heraustretenden Druckmitelkanal 9.

Zusammenfassend lässt sich nunmehr für die beschriebenen Beispiele ausführen, dass als wesentliche Merkmale der Er findung die Verwendung des plattenförmigen, relativ steifen, den Magnetfluss leitenden Federelements 4 zu beachten ist, das im zunächst nicht erregten Magnetkreis wirkungslos ist und erst elektromagnetisch erregt gegen Ende des maximal vollziehbaren Ventilhubs vom Magnetanker 5 elastisch ver spannt und näherungsweise vollflächig an den Magnetkern 3 angedrückt wird. Da das vorzugsweise ferritische Federele ment 4 für den Magnetkreis kein Hindernis darstellt, wenn das Federelement 4 in der elektromagnetisch erregten Endlage des Magnetankers 5 vollflächig am Magnetkern 3 anliegt, ent spricht quasi der Arbeitshub X dem vom Magnetanker 5 zu überbrückenden Luftspalt, das heißt es existiert nunmehr kein aus dem Stand der Technik bekannter, dem Magnetkreis schwächender Restluftspalt. Gleichzeitig übt das Federele ment 4 infolge seiner elastischen Vorspannung nach Abschluss der elektromagnetischen Erregung eine Rückstellkraft auf den Magnetanker 5 aus, die dem Restmagnetismus entgegenwirkt und somit das unerwünschte Magnetankerkleben unterbindet. Die Erfindung bewirkt damit einen effektiven Zuwachs der Magnet kraft zu Beginn der Erregung des Magnetankers 5, da der Ar beitshub X nunmehr dem zu überbrückenden Luftspalt ent spricht.

Unabhängig von der jeweils gewählten Ausführungsform vorge nannter Elektromagnetventile gilt grundsätzlich, dass die Federkraft des Federelementes 4 wenigstens so groß ist wie die durch Remanenz hervorgerufene Magnetkraft. Ferner ist die Erfindung auch dahingehend zu interpretieren, dass sich durch das den Magnetfluss leitende Federelement 4 und der möglichen Kraftreduzierung der Feder 6 der erforderliche Ventilspulenstrom zum Betrieb des Elektromagnetventils redu zieren lässt.

Bezugszeichenliste

1

Ventilgehäuse

2

Ventilhülse

3

Magnetkern

4

Federelement

5

Magnetanker

6

Feder

7

Ventilschließglied

8

Ventilsitz

9

Druckmittelkanal

10

Führungshülse

11

Ventilspule

12

Jochring
X Magnetankerhub (Arbeitshub)

Claims

1. Elektromagnetventil, insbesondere für Kraftfahrzeugrad schlupfregelsysteme, mit einem Ventilgehäuse, in dem ein Ventilschließglied beweglich geführt ist, mit einem am Ventilschließglied angebrachten Magnetanker, der in Ab hängigkeit von den elektromagnetischen Erregung einer am Ventilgehäuse angebrachten Ventilspule eine Hubbewegung in Richtung auf einen im Ventilgehäuse angeordneten Ma gnetkern vollzieht sowie mit einer Feder, die in der elektromagnetisch nicht erregten Ventilstellung den Ma gnetanker in einem definierten Axialabstand vom Magnet kern positioniert, so dass der Magnetanker vom Magnet kern durch einen Zwischenraum getrennt ist, dadurch ge kennzeichnet, dass zusätzlich zur Feder (6) ein Federe lement (4) zwischen der Stirnfläche des Magnetankers (5) und der Stirnfläche des Magnetkerns (3) eingefügt ist.

2. Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass die Federrückstellkraft des Federelemen tes (4) nach Beendigung der Erregung des Elektromagnet ventils wenigstens so groß ist wie die durch Remanenz hervorgerufene Kraft.

3. Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass der Magnetkern (3) und der Magnetanker (5) entweder konvex oder konkav geformte Stirnflächen aufweisen, zwischen denen das plattenförmige Federele ment (4) mit einem Hebelarm an einer der erhabenen Stel len der Stirnfläche nachgiebig gelagert ist.

4. Elektromagnetventil nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, dass das Federelement (4) als Ringscheibe ausgeführt ist, die in der elektromagnetisch nicht erregten Ventilschaltstellung mit ihrer Außenkante entweder an der erhabenen Stirnfläche des Magnetkerns (3) oder an der erhabenen Stirnfläche des Magnetankers (5) anliegt.

5. Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass das Federelement (4), die Feder (6), der Magnetkern (3) und der Magnetanker (5) koaxial zur Ven tillängsachse ausgerichtet sind.

6. Elektromagnetventil nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (4) in der elektromagnetisch nicht erregten Ventil schaltstellung spielbehaftet zwischen dem Magnetkern (3) und dem Magnetanker (5) angeordnet ist.

7. Elektromagnetventil nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (4) in elektromagnetisch erregter Ventilschaltstellung entgegen der Wirkung der Federvorspannkraft vom Magne tanker (5) gegen den Magnetkern (3) gepresst ist.

8. Elektromagnetventil nach einem der vorangegangenen An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (4) aus einem den Magnetfluss leitenden, insbesondere ferritischen Werkstoff besteht.

9. Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass das Federelement aus einer Tellerfeder besteht, die zwischen ungekrümmten Stirnflächen des Ma gnetkerns (3) und des Magnetankers (5) angeordnet ist.

10. Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (4) scheibenförmig aus geführt ist und in der Scheibenmitte von der Feder (6) durchdrungen ist.