DE10117608A1

DE10117608A1 - Elektromagnetventil

Info

Publication number: DE10117608A1
Application number: DE10117608A
Authority: DE
Inventors: Andre F L Goossens; Marc Timmermans
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2000-10-30
Filing date: 2001-04-07
Publication date: 2002-05-02
Also published as: DE50106651D1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Elektromagnetventil mit einer Rückstellfeder (1), die zwischen dem Magnetanker (8) und einer Hülse (2) angeordnet ist, um nach Beendigung der elektromagnetischen Erregung in der Ventilöffnungsrichtung eine Abbremsung des Magnetankers (8) zu bewirken.

Description

Die Erfindung betrifft ein Elektromagnetventil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betrieb des Elektromagnetventils.

Bei einem bekannten Elektromagnetventil der angegebenen Art (DE 199 40 260 A1) ist zur Verminderung von magnetischen Verlusten die den Magnetanker aufnehmende Hülse möglichst dünnwandig ausgeführt. Dies führt zwangsläufig außer der hy draulischen Beanspruchung zusätzlich zu einer hohen mechani schen Beanspruchung der Hülse in ihrem geschlossenen Endbe reich, da am Endbereich der Hülse der Magnetanker bei jeder Ventilbetätigung kontinuierlich anschlägt. Damit ist abgese hen vom Anschlaggeräusch des Magnetankers die Dauerhaltbar keit und Dünnwandigkeit der Hülse beschränkt.

Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Elektromagnetventil sowie ein Verfahren zum Betrieb des Elektromagnetventils zu schaffen, das vorgenannte Nachteile nicht aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für ein Elektromagnetven til der angegebenen Art durch die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche 1 und 7 gelöst.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung gehen aus der Beschreibung eines Ausführungsbei spiels hervor.

Die Fig. 1 zeigt ein als 2/2-Wege-Sitzventil ausgeführtes Elektromagnetventil in einer Schnittdarstellung. Das Elek tromagnetventil weist ein in Patronenbauweise ausgeführtes Ventilgehäuse 10 auf, das fertigungstechnisch vorzugsweise als automatengerechtes Drehteil ausgebildet ist. Im Oberteil des Ventilgehäuses 10 ist ein rohrförmiger Magnetkern 6 ein gesetzt, der beispielhaft mittels einer Außenverstemmung des Ventilgehäuses 10 flüssigkeitsdicht im Ventilgehäuse 10 fi xiert ist. Auf den Magnetkern 6 ist eine äußerst dünnwandi ge, vorzugsweise im Tiefziehverfahren hergestellte, im End bereich topfförmig geschlossene Hülse 2 aufgesetzt, die in ihrem Endbereich eine massive Endscheibe 9 aufnimmt. Der un terhalb der Endscheibe 9 in der Hülse 2 beweglich angeordne te Magnetanker 8 ist mit einem rohrförmigen Ventilstößel 4 verbunden, der vorzugsweise mittels einer Presspassung im Magnetanker 8 fixiert ist. Hierzu weist der zylindrische Ma gnetanker 8 auf seiner Symmetrieachse eine Stufenbohrung 11 auf, die im Fügebereich des Ventilstößels 4 mit Querrillen, Querriefen oder Gewindegängen versehen ist, wodurch sich ei ne nahezu konstante Einpresskraft ergibt, die weitgehend un abhängig vom Ist-Maß der Presspassung ist. Zwischen dem Ma gnetanker 8 und der Endscheibe 9 befindet sich im Magnetan kerraum eine Rückstellfeder 1, die zur sicheren Ausrichtung in der Stufenbohrung 11 abschnittsweise geführt ist. An die aus dem Magnetanker 8 und Ventilstößel 4 bestehende Verbin dung schließt sich ein gleichfalls rohrförmiges Ventil schließglied 5 an, dessen Außenmantel ebenso wie der Außen mantel des Ventilstößels 4 abschnittsweise in der zentral gelegenen Durchgangsbohrung 12 des Magnetkerns 6 sicher ge führt ist. Die Durchgangsbohrung 12 ist hierzu als Stufen bohrung ausgeführt, die im unteren, erweiterten Stufenab schnitt das Ventilschließglied 5 und eine Buchse 7 aufnimmt. Die Buchse 7 ist zur Stößelzentrierung und Führung im Innen durchmesser an den Außendurchmesser des Ventilstößels 4 an gepasst. Der Außendurchmesser der Buchse 7 ist hingegen zur Herstellung einer Pressverbindung an den Innendurchmesser im erweiterten Abschnitt der Stufenbohrung Il angepaßt, wozu die Stufenbohrung 11 mit Rillen, Riefen, Gewindegängen oder dergleichen versehen ist, um die bereits eingangs erwähnte Kontinuität der Einpresskraft sicherzustellen. Die Einpres stiefe der Buchse 7 im Magnetkern 4 ist derart gewählt, dass auf einfache Weise der gewünschte Hub für das Ventilschließ glied 5 eingestellt werden kann. Das Ventilschließglied 5 ruht unter der Wirkung einer Ventilfeder 3 in der offenen, elektromagnetisch nicht erregten Position an der Stirnfläche der Buchse 7. Die Ventilfeder 3 ist zweckmäßigerweise mit tels eines von unten in die Öffnung des Ventilgehäuses 10 eingepressten Federanschlags 13 vorgespannt und dementspre chend auch einstellbar, wobei die Pressverbindung für den Federanschlag 13 fertigungstechnisch der bereits erläuterten Pressverbindung für die Buchse 7 entspricht. Die im Innen durchmesser abgesetzte Rohrform des Ventilschließgliedes 5 ermöglicht eine sichere, kompakte Aufnahme und Abstützung einzelner Federwindungen der Ventilfeder 3, ohne den Druck ausgleich zu behindern. Das vom Ventilschließglied 5 abge wandte Windungsende ist mittels eines Mundstücks am kappen förmigen Federanschlag 13 gleichfalls zentriert, der vor zugsweise mittels Tiefziehen von Dünnblech hergestellt ist. Oberhalb des Federanschlags 13 ist in das Ventilgehäuse 10 ein Ringkörper eingepresst bzw. verstemmt gehalten, der den Ventilsitz 14 in Form eines Kegeldichtsitzes aufnimmt. Das Ventilgehäuse 10 ist auf Höhe des Ventilschließgliedes 5 und damit oberhalb des Ventilsitzes 14 von einem Druckmittelein lasskanal 15 horizontal durchdrungen, der in der abbildungs gemäßen offenen Ventilschaltstellung mit dem von unten ver tikal in das Ventilgehäuse 10 einmündenden Druckmittelaus lasskanals 16 verbunden ist.

Das Elektromagnetventil ist in vorliegendem Beispiel hydrau lisch durckausgeglichen, wozu am Ventilschließglied 5 ein konzentrischer, federbelasteter Dichtring 17 angeordnet ist, der von unten gegen die Stirnfläche des Magnetkerns 6 ge presst ist. Zur Reduzierung des hydraulischen Widerstands ist der Magnetanker 8 parallel zur Ventilsymmetrieachse von einer Druckausgleichsbohrung 19 durchdrungen. Das in den Druckmittelauslass- bzw. Druckmitteleinlasskanal 16, 15 strömende Druckmittel kann somit ungehindert durch die das Ventilschließglied 5, den Ventilstößel 4 und Magnetanker 8 durchdringende Druckausgleichsbohrung 19 in den Magnetanker raum und damit zum Endbereich der Hülse 2 gelangen, so dass unabhängig von Druck- und Temperaturunterschieden der Flüs sigkeit vorteilhaft eine nahezu gleichbleibende Schaltcha rakteristik des Elektromagnetventils gewährleistet ist.

Die folgende Beschreibung stellt die Funktionsweise des Elektromagnetventils mit den für die Erfindung wesentlichen Merkmale dar. In der Abbildung nach Fig. 1 befindet sich das Elektromagnetventil in der elektromagnetisch nicht erregten, offenen Grundstellung, in der eine ungehinderte Druckmittel verbindung des Druckmitteleinlasskanals 15 und Druckmitte lauslasskanals 16 infolge des vom Ventilsitz 14 abgehobene Ventilschließgliedes 5 gewährleistet ist. In dieser Grund stellung ruht infolge der Wirkung der Ventilfeder 3 die vom Ventilsitz 14 abgewandte Stirnfläche des Ventilschließglie des 5 an der Stirnseite der Buchse 7. Die Buchse 7 ist der art in der Durchgangsbohrung 12 des Magnetkerns 6 justiert, dass in der offenen Ventilstellung der am Ventilstößel 4 be festigte Magnetanker 8 um wenigstens ein dem Ventilhub X entsprechendes Maß vom Magnetkern 6 entfernt ist. Die vom Magnetkern 6 abgewandte Stirnfläche des Magnetankers 8 ist in der offenen Ventilstellung gleichfalls um einen definier ten Axialabstand von der Endscheibe 9 am domförmigen Ab schnitt der Hülse 2 entfernt, wodurch der sog. Dämpfungshub Y des Magnetankers 8 ermöglicht wird, um den Magnetanker 8 gemäß der folgenden Funktionsbeschreibung nach der Entmagne tisierung abbremsen zu können, worauf noch ausführlich ein gegangen wird.

Zunächst aber, wenn die elektromagnetische Erregung des Ven tils erfolgt, entfernt sich das Ventilschließglied 5 durch die Wirkung des Magnetankers 8 und des Ventilstößels 4 von der Buchse 7 und gelangt am Ventilsitz 14 zur Anlage. Wäh rend dieses Vorgangs entspannt sich die Rückstellfeder 1 zwangsläufig und die Ventilfeder 3 ist demgegenüber propor tional zum Ventilhub X vorgespannt, bis nach dem Abschalten der elektromagnetischen Erregung das Magnetfeld der Magnet spule 18 zusammenbricht (Entmagnetisierung). Dann wird die gegenüber der Rückstellfeder 1 steifere Ventilfeder 3 im Ventilöffnungssinn wirksam, die das Ventilschließglied 5, den Ventilstößel 4 und den Magnetanker 8 entgegen der Wir kung der zunächst schwachen Rückstellfeder 1 in Richtung der Endscheibe 9 beschleunigt. Diese Beschleunigung der aus dem Ventilschließglied 5, dem Ventilstößel 4 und dem Magnetanker 8 bestehenden Gesamtmasse findet vorteilhaft nur so lange statt, bis das Ventilschließglied 5 zur Anlage an der Buchse 7 gelangt, so dass die ursprünglich auf den Ventilstößel 4 und den Magnetanker 8 wirksame Kraft der Ventilfeder 3 nur noch auf das an der Buchse 7 zur Ruhe gekommene Ventil schließglied 5 wirkt. Folglich bewegt sich dann lediglich die um die Masse des Ventilschließgliedes 5 reduzierten Ma gnetanker- und Ventilstößelmasse aufgrund ihrer Massenträg heit entgegen der hubproportional ansteigenden Kraft der Rückstellfeder 1 in Richtung der Endscheibe 9 weiter. Mit zunehmender Kompression der Rückstellfeder 1 und unter Be rücksichtigung der viskosen Dämpfung des im Magnetankerraum befindlichen Druckmittels, erfährt der Magnetanker 8 und der Ventilstößel 4 während des Dämpfungshubs Y eine Abbremsung bis zum Stillstand kurz vor der Endscheibe 9 oder unter ex trem ungünstigen Bedingungen (Trockenlauf, verschäumte Flüs sigkeit) direkt an der Endscheibe 9, mit einer sich daran anschließenden, durch die Rückstellfeder 1 initiierten Um kehrung der Bewegungsrichtung des Magnetankers 8 und Ven tilstößels 4 zurück in die abbildungsgemäße Ruhelage, in der der Ventilstößel 4 wieder am Ventilschließglied 5 anliegt.

Durch die vorbeschriebenen Einzelheiten des Elektromagnet ventils wird deutlich, dass durch die gezielte Abbremsung aller beschleunigten Massen vorteilhaft nicht nur ein erheb licher Beitrag zur Reduzierung der Ventilgeräusche geleistet wird, sondern auch die mechanische Beanspruchung der Hülse erheblich reduziert wird. In der Konsequenz lassen sich kleinste Hülsenwandstärken realisieren, die sich günstig im Sinne einer kleinstmöglichen Reduktanz des Magnetkreises auswirken. Ferner ist durch die vorgeschlagene Ventilkon struktion ein für die Großserienfertigung einfach zu reali sierender Magnetventilaufbau möglich, der insbesondere eine hochgenaue Fertigung und Einjustierung des Ventilhubs X er möglicht, wozu auf die Anordnung und auf das eingangs er wähnte Fügeverfahren für die Buchse 7 beispielhaft hingewie sen wird. Vorteilhaft zu erwähnen ist schließlich die Tatsa che, dass durch den frei wählbaren Dämpfungshub Y die von der Betriebstemperatur des Druckmittels stark abhängige vis kose Dämpfungscharakteristik vermieden werden kann.

Bezugszeichenliste

1

Rückstellfeder

2

Hülse

3

Ventilfeder

4

Ventilstößel

5

Ventilschließglied

6

Magnetkern

7

Buchse

8

Magnetanker

9

Endscheibe

10

Ventilgehäuse

11

Stufenbohrung

12

Durchgangsbohrung

13

Federanschlag

14

Ventilsitz

15

Druckmitteleinlasskanal

16

Druckmittelauslasskanal

17

Dichtring

18

Magnetspule

19

Druckausgleichsbohrung

Claims

1. Elektromagnetventil, mit einem Ventilgehäuse, das ein mit einem Ventilstößel zusammenwirkendes Ventilschließ glied und einen Magnetanker aufnimmt, wobei das Ventil schließglied an einem Ventilsitz sowie der Magnetanker an einem Magnetkern anlegbar sind, mit einer am Magnet kern gehaltenen Hülse, in der der Magnetanker axial be weglich geführt ist, sowie mit einer am Umfang der Hül se angeordneten Magnetspule zwecks Erregung des Magne- . tankers in eine Schaltstellung, in der das Ventil schließglied entgegen der Wirkung einer Ventilfeder die Druckmittelverbindung zwischen wenigstens einem Druck mitteleinlasskanal und einem Druckmittelauslasskanal im Ventilgehäuse zu sperren vermag, dadurch gekennzeich net, dass eine Rückstellfeder (1) in der Hülse (2) an geordnet ist, die nach Beendigung der elektromagneti schen Erregung, in der sich das Ventilschließglied (5) unter der Wirkung der Ventilfeder (3) vom Ventilsitz (14) entfernt, eine Abbremsung des Magnetankers (8) be wirkt.

2. Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass der Ventilstößel (4) in der nicht erreg ten offenen Ventilschaltstellung so lange vom Ventil schließglied (5) entfernt ist, bis durch die Rückstell feder (1) der Ventilstößel (4) wieder am Ventilschließ glied (5) anliegt.

3. Elektromagnetventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, dass mittels der gegenüber der Rückstell feder (1) stärkeren Ventilfeder (3) das Ventilschließ glied (5) in einer nicht erregten, offenen Ventil schaltstellung an einer im Magnetkern (6) eingesetzten Buchse (7) anliegt, durch die sich der Ventilstößel (4) auf das Ventilschließglied (5) erstreckt.

4. Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass der Magnetanker (8) in der elektromagne tisch nicht erregten, offenen Ventilschaltstellung vom geschlossenen, die Rückstellfeder (1) aufweisende End bereich der Hülse (2) beabstandet ist.

5. Elektromagnetventil nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellfe der (1) zwischen dem Magnetanker (8) und einer im End bereich der Hülse (2) zugeordneten Endscheibe (9) ein gespannt ist, die an die Innenkontur der Hülse (2) an gepasst ist.

6. Elektromagnetventil nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, dass zwischen der Endscheibe (9) und dem Ma gnetanker (8) ein Axialabstand (Dämpfungshub Y) vorge sehen ist, welcher der maximalen Verzögerungsstrecke des Magnetankers (8) nach der Entmagnetisierung und Be schleunigung des Magnetankers (8) durch die Ventilfeder (3) in Richtung der offenen Ventilschaltstellung ent spricht.

7. Verfahren zum Betrieb eines Elektromagnetventils, mit einem Ventilgehäuse, das ein mit einem Ventilstößel zu sammenwirkendes Ventilschließglied und einen Magnetan ker aufnimmt, wobei das Ventilschließglied an einem Ventilsitz sowie der Magnetanker an einem Magnetkern anlegbar sind, mit einer am Magnetkern gehaltenen Hül se, in der der Magnetanker axial beweglich geführt wird, sowie mit einer den Umfang der Hülse umschließen den Magnetspule zwecks Erregung des Magnetankers in ei ne Schaltstellung, in der das Ventilschließglied entge gen der Wirkung einer Ventilfeder die Druckmittelver bindung zwischen wenigstens einem Druckmitteleinlasska nal und einem Druckmittelauslasskanal im Ventilgehäuse zu sperren vermag, dadurch gekennzeichnet, dass nach Abschluss der elektromagnetischen Erregung:

a) das Ventilschließglied (5) früher als der Ventilstö ßel (4) zum Stillstand kommt, so dass der Ventilstö ßel (4) vom Ventilschließglied (5) abhebt,
b) der Magnetanker (8) in Richtung dem Ende der Hülse (2) abgebremst wird, vor dem Hülsenende zum Still stand kommt und anschließend seine Bewegungsrichtung umkehrt, um wieder zur Anlage am Ventilschließglied (5) zu gelangen.