DE10064169A1 - Elektromagnetventil - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Elektromagnetventil, dessen Ventilgehäuse aus zwei durch spanlose Umformung hergestellte Ventilhülsen (1a, 1b) besteht, die koaxial zueinander ausgerichtet sind und die sich mit ihren einander zugewandten Endbereichen abschnittsweise in Form einer spielfreien Fügeverbindung überdecken.

Description

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

Aus der DE 297 23 707 U1 ist bereits ein Elektromagnetventil der gattungsbildenden Art bekannt geworden, das zwischen dem Magnetanker und dem Magnetkern eine Federscheibe aufweist. Die Federscheibe bewirkt, sofern diese aus einem magneti­ schen Material besteht, dass entweder mit konstantem Erre­ gerstrom bereits zu Beginn der elektromagnetischen Erregung eine signifikante Krafterhöhung des Magnetantriebs eintritt oder dass das Elektromagnetventil bei Wunsch oder Bedarf auch mit möglichst geringem Erregerstrom betrieben werden kann, wobei in beiden alternativen Betriebsarten ein mög­ lichst geräuscharmer Schaltvorgang gewährleistet ist. Aller­ dings hat das Elektromagnetventil die Nachteile, dass es aufwendiger Maßnahmen bezüglich der Ventilbefestigung, der Abdichtung und Filteranordnung im Ventilaufnahmekörper be­ darf.

Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Elektromagnetventil der gattungsbildenden Art derart zu ver­ bessern, dass die vorgenannten Nachteile vermieden werden und dass konstruktive Maßnahmen getroffen werden, die eine Montage, Einstellung und Funktionsprüfung außerhalb des Ven­ tilaufnahmekörpers mit geringem Aufwand gewährleisten.

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 mit den erfindungswesentlichen Merkmalen,

Fig. 2 eine Abwandlung des Elektromagnetventils nach Fig. 1,

Fig. 3 eine weitere Gestaltungsvariante des aus Fig. 1 bekannten Elektromagnetventils,

Fig. 4 eine spezielle Ausgestaltungsform des aus dem Elektromagnetventil nach Fig. 1 bekannten Ven­ tilstößels.

Die Fig. 1 zeigt ein in Grundstellung stromlos geschlossenes Elektromagnetventil, dessen Ventilgehäuse in Patronenbauwei­ se ausgeführt ist. Der Mittenabschnitt des Ventilgehäuses ist als dünnwandige Ventilhülse 1a mit konstantem Quer­ schnitt gestaltet, die von außen durch einen zylinderförmi­ gen Magnetkern 3 in Form eines Stopfens verschlossen ist. Unterhalb des Magnetkerns 3 befindet sich eine ringscheiben­ förmige Feder 4, die lose an der Außenkante der konvex ge­ formten Stirnfläche des kolbenförmigen Magnetankers 5 an­ liegt. Die Dicke der zusätzlich zur ersten Feder 6 angeord­ neten zweiten Feder 4 entspricht dem erforderlichen Festig­ keitsmaß, so dass in der abbildungsgemäßen elektromagnetisch nicht erregten Ventilschaltstellung der Abstand zwischen der Magnetankerstirnfläche und der konkaven Magnetkernstirnflä­ che durch die Dicke der zweiten Feder 4 und durch den Ar­ beitsluftspalt definiert ist, der dem möglichen Magnetanker­ hub entspricht.

Der Magnetanker 5 nimmt innerhalb einer Stufenbohrung die bereits erwähnte erste Feder 6 mit linearem Kennlinienver­ lauf auf, die sich als Schraubenfeder mit ihrem einem Win­ dungsende durch die Öffnung der zweiten Feder 4 auf die Stirnfläche des Magnetkerns 3 und mit ihrem zweiten Win­ dungsende auf einem Absatz des Ventilstößels 13 erstreckt. Der Magnetanker 5 ist folglich unter der Wirkung der ersten Feder 6 mit dem stößelförmigen Ventilschließglied 7 gegen einen Ventilsitzkörper 8 in der unteren Ventilhülse 1b ge­ presst, wodurch die in Horizontal- und Vertikalrichtung im Ventilaufnahmekörper 17 angeordneten Ventilanschlusskanäle 21 in der geschlossenen Ventilgrundstellung unterbrochen sind. Der mit einem Mehrkantprofil versehene Ventilstößel 13 ist mittels einer Presspassung in der Stufenbohrung des Ma­ gnetankers 5 fixiert und an seinem dem Ventilsitzkörper 8 zugewandten Endabschnitt durch einen Zentrierabschnitt 15 in der unteren Ventilhülse 1b geführt, die auf die obere Ven­ tilhülse 1a aufgesteckt und verschweißt ist. Das Mehrkant­ profil des Ventilstößels 13 begünstigt den Druckausgleich beiderseits des Magnetankers 5 über die durch das Mehrkant­ profil und die Wandung der Stufenbohrung gebildeten Druck­ mitteldurchlässe.

Durch eine auf dem Ventilgehäuse aufgeschobene Ventilspule 11 und einen die Ventilspule 11 teilweise umschließenden Jochring 12 lässt sich bei Erregung der Ventilspule 11 der Magnetkreis schließen, so dass sich der Magnetanker 5 nach oben in Richtung auf den Magnetkern 3 bewegt, wodurch die zweite Feder 4 elastisch verformt wird und zur Anlage am Ma­ gnetkern 3 gelangt, so dass sie vollflächig an den abgebil­ deten schrägen Stirnflächen des Magnetkerns 3 und des Magne­ tankers 5 anliegt. Es ist somit eine der Bewegung des Magne­ tankers 5 entgegen gerichtete Federkraft der zweiten Feder 4 wirksam, so dass der Magnetanker 5 zwangsläufig abgebremst wird, bevor er die zweite Feder 4 vollflächig gegen die Stirnfläche des Magnetkerns 3 drücken kann, wodurch sich u. a. auch das Schaltgeräusch des Elektromagneten vermindert.

Durch die Vorspannkraft der zweiten Feder 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 der Feder 4 der durch Remanenz hervorgerufenen Haltekraft entge­ genwirkt.

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 der zweiten Feder 4 erheblich reduziert werden kann. Dies hat den Vor­ teil, dass sich zwangsläufig während der elektromagnetischen Erregung ein Verstärkungseffekt der Magnetkraft einstellt, während der Restmagnetismus nach Abschluss der Erregung si­ cher von der Kraftwirkung der zweiten Feder 4 überwunden wird, welche nur im letzten Abschnitt des Ventilhubs, d. h. nur bei Annäherung des Magnetankers 5 an den Magnetkern 3 wirksam ist.

Durch die Ausführung der zweiten Feder 4 als besonders flach bauende Federscheibe, die sich an schrägen Stirnflächen ab­ stützt oder auch durch die Ausführung der zweiten Feder 4 als Tellerfeder, lässt sich vorteilhafterweise auch eine progressive Federkennlinie realisieren, die über die eigent­ liche Auslegung des Elektromagnetventils als Zweistellungs­ ventil einen analogen bzw. proportionalen Betrieb des Elek­ tromagnetventils begünstigt. Hierbei bewirkt die progressive zweite Feder 4 gewissermaßen eine Linealisierung der Magne­ tankerkraft.

Im einzelnen ist abbildungsgemäß der Magnetanker 5 in einer elektromagnetisch nicht erregten Schaltstellung deutlich zu erkennen, in der die scheibenförmige zweite Feder 4 ledig­ lich an der Außenkante der konkav geformten Magnetkernstirn­ fläche anliegt, so dass die zweite Feder 4 im Bereich der die erste Feder 6 aufweisenden Öffnung von der konkav ge­ formten Stirnfläche des Magnetkerns 3 entfernt ist. Der zwi­ schen der Oberkante des Federelementes 4 und der Stirnfläche des Magnetkerns 3 gelegene Luftspalt entspricht somit dem maximalen Magnetankerhub. In der elektromagnetisch erregten Ventilschaltstellung liegt zwangsläufig die zweite Feder 4 elastisch vorgespannt und vollflächig an den schrägen Stirn­ flächen von Magnetanker 5 und Magnetkern 3 an, wobei die Dicke der magnetisierbaren zweiten Feder 4 den Magnetfluss eben nicht behindert, sondern vielmehr günstigerweise über­ brückt.

Abweichend von dem bisher behandelten Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 kann selbstverständlich auch eine gekrümmte Fe­ der 4 in Form einer bereits eingangs erwähnten Tellerfeder verwendet werden, was die Herstellung des Magnetankers 5 und des Magnetkerns 3 zusätzlich vereinfachen könnte, da anstel­ le der konvexen und konkaven Stirnflächen, d. h. jeweils ho­ rizontal zueinander verlaufende Stirnflächen am Magnetanker 5 und Magnetkern 3 der zweiten Feder 4 zugewandt wären. Die Herstellung einer Tellerfeder ist aber in der Praxis aufwen­ diger und weniger genau als die Herstellung der bereits be­ schriebenen flachen Federscheibe.

Außerdem gilt es zu beachten, dass für die einwandfreie Funktion das Elektromagnetventil aus der Richtung des verti­ kal in das Ventilgehäuse einmündenden Ventilanschlusskanals 21 hydraulisch zu beaufschlagen ist, so dass das eingangs­ seitige Druckmittel immer an der Stirnfläche des Ventil­ schließgliedes 7 ansteht, unabhängig davon, ob sich das Ven­ tilschließglied 7 in der offenen oder geschlossenen Stellung befindet. Das Druckmittel verlässt demnach das Ventilgehäuse ausschließlich über den horizontal durch die untere Ventil­ hülse 1b führenden Durchgangsöffnung 20.

Erfindungsgemäß ist im besonderen zu beachten, dass das Ven­ tilgehäuse aus zwei durch spanlose Umformung hergestellte Ventilhülsen 1a, 1b besteht, die koaxial zueinander ausge­ richtet sind und die sich mit ihren einander zugewandten Endbereichen abschnittsweise in Form einer spielfreien Füge­ verbindung überdecken. Die voneinander abgewandten Endberei­ che der beiden Ventilhülsen 1a, 1b nehmen somit auf der ei­ nen Seite den Magnetkern 3 und auf der anderen Seite den Ventilsitzkörper 8 auf, wobei der Magnetkern 3 als Stopfen und der Ventilsitzkörper 8 als Hülsentopf abschnittsweise in die voneinander entfernt gelegenen Endbereiche der beiden Ventilhülsen 1a, 1b eingepresst sind. Die den Ventilsitzkör­ per 8 aufweisende Ventilhülse 1b ist als Stufenhülse ausge­ führt, deren kleinster Innendurchmesser an den Außendurch­ messer eines das Ventilschließglied 7 tragenden Ventilstö­ ßels 13 derart angepasst ist, dass die Stufenhülse einen Zentrierabschnitt 15 für den mit Passungsspiel in der Ven­ tilhülse 1b geführten Ventilstößel 13 bildet. Die den Ven­ tilsitzkörper 8 tragende Ventilhülse 1b ist im Überdeckungs­ bereich mit der den Magnetkern 3 tragenden Ventilhülse 1a radial nach außen zu einem Haltekragen 16 abgekröpft, der mittels Verstemmung von Werkstoffvolumen des Ventilaufnahme­ körpers 17 in einer nahezu durchgehend schlanken Bohrung 18 des Ventilaufnahmekörpers 17 druckmitteldicht befestigt ist. Die beiden zusammengefügten Endbereiche der Ventilhülsen 1a, 1b weisen im Bereich des Haltekragens 16 eine Schweißverbin­ dung 19 auf. Die den Ventilsitzkörper 8 tragende Ventilhülse 1b ist mit mehreren Durchgangsöffnungen 20 versehen, die so­ wohl in Richtung des Magnetankers 5 als auch in der Ven­ tiloffenstellung eine Druckmittelverbindung zwischen den einlass- und auslassseitigen Ventilanschlusskänälen 21 im Ventilaufnahmekörper 17 herstellen. Die den Ventilsitzkörper 8 tragende Ventilhülse 1b nimmt einen Kunststofftopf 22 auf, der mittels eines rohrförmigen Fortsatzes 23 in den hülsen­ förmigen Ventilsitzkörper 8 eingepresst ist. Der Kunststoff­ topf 22 bildet mit seiner Mantelfläche einen Dichtsitz 24 im Ventilaufnahmekörper 17. Ferner trägt der Kunststofftopf 22 einen Plattenfilter 26.

Die Konstruktion ermöglicht ferner, daß sich die Mantelflä­ che des Kunststofftopfs 22 bei Bedarf bis zu dem Haltekragen 16 an der Ventilhülse 1b erstreckt, um zwischen dem Halte­ kragen 16 und dem Dichtsitz 24 einen Ringfilter 25 anzuord­ nen (vergleiche hierzu Fig. 4).

Abweichend von der geschilderten Konstruktion des Elektroma­ gnetventils nach Fig. 1 ist der Ventilstößel 13 des Elektro­ magnetventils nach Fig. 2 mit einem im Durchmesser an den Durchmesser des Ventilsitzkörpers 8 angepassten Kolbenab­ schnitt 9 versehen, so dass der Zentrierabschnitt 15 der Ventilhülse 1b über einen relativ großen Längenabschnitt konstant gehalten werden kann. Dies hat herstelltechnisch den Vorteil, dass lediglich im Fügebereich beider Ventilhül­ sen 1a, 1b die untere Ventilhülse 1b an den Außendurchmesser der Ventilhülse 1a durch ein Tiefziehverfahren relativ ein­ fach angepasst werden kann.

Anstelle des Kolbenabschnitts 9 kann gemäß dem Ausführungs­ beispiel nach Fig. 3 eine Buchse 10 in die untere Ventilhül­ se 1b eingepresst werden, die analog zum bereits beschriebe­ nen Führungsabschnitt 15 die Zentrierung des Ventilstößels 13 mit den zuvor erwähnten herstelltechnische Vorteilen er­ möglicht.

Eine weitere Alternative zur Zentrierung des Ventilstößels 13 in der unteren Ventilhülse 1b geht aus der Darstellung des Elektromagnetventils nach Fig. 4 hervor. Der Ventilstö­ ßel 13 ist nämlich als hülsenförmiger Blechstößel durch Tiefziehen verhältnismäßig einfach herzustellen, in dessen Mantelfläche Rillen 2 und Druckausgleichsbohrungen 27 einge­ bracht sind, um eine sichere Pressverbindung mit dem Magne­ tanker 5 herzustellen. Das Ventilschließglied 7 ist mittels einer in dem offenen Endbereich eingepressten Stahlkugel dargestellt. Es kann aber ebenso durch eine entsprechende Umformung des Blechstößel-Endabschnitts realisiert werden.

Abweichend von den voran beschriebenen Elektromagnetventilen zeigt die Fig. 4 die Verwendung eines unmittelbar in den Kunststofftopf 22 eingespritzten Ringfilter 25, wozu sich der vertikale Wandabschnitt des Kunststofftopfs 22 dichtend bis zur Höhe der Schweißverbindung 19 an der Ventilhülse 1b erstreckt.

Soweit nicht alle abbildungsgemäßen Einzelheiten der Elek­ tromagnetventile nach den Fig. 2 bis 4 im Detail beschrieben wurden, sind diese identisch zum Aufbau des Elektromagnet­ ventils nach Fig. 1.

Bezugszeichenliste

1

a Ventilhülse

1

b Ventilhülse

2

Rille

3

Magnetkern

4

Feder

5

Magnetanker

6

Feder

7

Ventilschließglied

8

Ventilsitzkörper

9

Kolbenabschnitt

10

Buchse

11

Ventilspule

12

Jochring

13

Ventilstößel

14

Zwischenraum

15

Zentrierabschnitt

16

Haltekragen

17

Ventilaufnahmekörper

18

Bohrung

19

Schweißverbindung

20

Durchgangsöffnung

21

Ventilanschlusskanal

22

Kunststofftopf

23

Fortsatz

24

Dichtsitz

25

Ringfilter

26

Plattenfilter

27

Druckausgleichsbohrung

Claims (11)

1. Elektromagnetventil, insbesondere für Kraftfahrzeug- Bremsanlagen, mit einem Ventilgehäuse, in dem ein Ven­ tilschließglied beweglich geführt ist, mit einem am Ventilschließglied angebrachten Magnetanker, der in Ab­ hängigkeit von der elektromagnetischen Erregung einer am Ventilgehäuse angebrachten Ventilspule eine Hubbewe­ gung in Richtung auf einen im Ventilgehäuse angeordne­ ten Magnetkern vollzieht, mit einem Ventilsitzkörper im Ventilgehäuse, mit einer Feder, die in der elektroma­ gnetisch nicht erregten Ventilstellung den Magnetanker in einem definierten Axialabstand vom Magnetkern posi­ tioniert, so dass der Magnetanker vom Magnetkern durch einen Zwischenraum getrennt ist, sowie mit einer zwei­ ten Feder, die zwischen der Stirnfläche des Magnetan­ kers und der Stirnfläche des Magnetkerns eingefügt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse aus zwei durch spanlose Umformung hergestellte Ventilhülsen (1a, 1b) besteht, die koaxial zueinander ausgerichtet sind und die sich mit ihren einander zugewandten Endberei­ chen abschnittsweise in Form einer spielfreien Fügever­ bindung überdecken.

2. Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die voneinander abgewandten Endbereiche der beiden Ventilhülsen (1a, 1b) auf der einen Seite den Magnetkern (3) und auf der anderen Seite den Ven­ tilsitzkörper (8) aufnehmen, wobei der Magnetkern (3) als Stopfen und der Ventilsitzkörper als Hülsentopf ab­ schnittsweise in die voneinander entfernt gelegenen Endbereiche der beiden Ventilhülsen (1a, 1b) einge­ presst sind.

3. Elektromagnetventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die den Ventilsitzkörper (8) aufwei­ sende Ventilhülse (1b) als Stufenhülse ausgeführt ist, deren kleinster Innendurchmesser an den Außendurchmes­ ser eines das Ventilschließglied (7) tragenden Ven­ tilstößels (13) derart angepasst ist, dass die Stufen­ hülse einen Zentrierabschnitt (15) für den mit Pas­ sungsspiel in der Ventilhülse (16) geführten Ventilstö­ ßel (13) bildet.

4. Elektromagnetventil nach einem der vorhergehenden An­ sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die den Ventilsitzkörper (8) tragende Ventilhülse (1b) im Über­ deckungsbereich mit der den Magnetkern (3) tragenden Ventilhülse (1) radial nach außen zu einem Haltekragen (16) abgekröpft ist, der mittels Verstemmung von Werk­ stoffvolumen eines Ventilaufnahmekörpers (17) in einer Bohrung (18) des Ventilaufnahmekörpers (17) druckmit­ teldicht befestigt ist.

5. Elektromagnetventil nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die beiden zusammengefügten Endbereiche der Ventilhülsen (1a, 1b) in der Nähe des Haltekragens (16) eine Schweißverbindung (19) aufweisen.

6. Elektromagnetventil nach einem der vorhergehenden An­ sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die den Ventilsitzkörper (8) tragende Ventilhülse (1b) mehrere Durchgangsöffnungen (20) aufweist, die sowohl in Rich­ tung des Magnetankers (5) als auch in der Ventiloffen­ stellung eine Druckmittelverbindung zwischen den ein­ lass- und auslassseitigen Ventilanschlusskanälen (21) im Ventilaufnahmekörper (17) herstellen.

7. Elektromagnetventil nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die den Ventil­ sitzkörper (8) tragende Ventilhülse (1b) einen Kunst­ stofftopf (22) aufnimmt, der vorzugsweise mittels eines rohrförmigen Fortsatzes (23) in den hülsenförmigen Ven­ tilsitzkörper (8) eingepresst ist.

8. Elektromagnetventil nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Kunststofftopf (22) mit seiner Man­ telfläche einen Dichtsitz (24) im Ventilaufnahmekörper (17) bildet.

9. Elektromagnetventil nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Kunststofftopf (22) einen Ring- und/oder Plattenfilter (25, 26) trägt.

10. Elektromagnetventil nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, dass sich die Mantelfläche des Kunststoff­ topfs (22) bis zu einem Haltekragen (16) der Ventilhül­ se (1b) erstreckt, wobei zwischen dem Haltekragen (16) und dem Dichtsitz (24) der Ringfilter (25) angeordnet ist.

11. Elektromagnetventil nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Ventilstößel (13) als hülsenförmiges Tiefziehteil ausgeführt ist, dessen Mantelfläche mit einer Druckausgleichsbohrung (27) versehen ist, um über den in den Magnetanker (5) eingepressten Ventilstößel (13) einen hydraulischen Druckausgleich in Richtung des Zwischenraums (14) herzustellen.