DE102006039945B4

DE102006039945B4 - Mit verschiedenen Betriebsspannungen betreibbares elektromagnetisches Ventil und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE102006039945B4
Application number: DE102006039945A
Authority: DE
Inventors: Thomas Feucht; Markus Deeg; Friedbert Röther
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH; Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH; Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Priority date: 2006-08-25
Filing date: 2006-08-25
Publication date: 2010-04-22
Anticipated expiration: 2026-08-26
Also published as: JP2010502168A; EP2057645A1; EP2057645B1; DE102006039945A1; DE502007004208D1; ATE472160T1; WO2008022794A1; US8427268B2; US20090261283A1

Abstract

Elektromagnetisches Ventil mit wenigstens einer Spule (1) beinhaltend wenigstens einen Spulenkörper (10), wobei der Spulenkörper (10) mit wenigstens zwei separaten Drahtwicklungen (2, 4, 12) versehen ist, welche entweder in Reihe oder parallel zueinander verschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl und Wicklungsparameter der Drahtwicklungen (2, 4, 12) wie Drahtdurchmesser, Windungszahl, Drahtquerschnitt derart gewählt sind, dass abhängig von der Verschaltung ihrer Drahtwicklungen (2, 4, 12) in Reihe oder parallel die mit vorbestimmten unterschiedlichen Betriebsspannungen beaufschlagte Spule (1) im wesentlichen identische elektrische und magnetische Kenngrößen wie elektrische Leistung und/oder magnetische Leistung liefert.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem elektromagnetischen Ventil mit wenigstens einer Spule beinhaltend wenigstens einen Spulenkörper, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung gemäß Anspruch 4.
In elektromagnetischen Ventilen werden elektromagnetische Spulen eingesetzt, um mittels elektromagnetischer Kräfte mit Ventilsitzen zusammenwirkende Ventilkörper zu steuern. Solche elektromagnetischen Ventile finden beispielsweise in elektronisch geregelten Bremssystemen (EBS) von Nutzfahrzeugen Anwendung und schalten oder steuern abhängig von ihrer Bestromung Brems- oder Steuerdrücke.
Je nach dem Einsatzumfeld werden diese Ventile mit unterschiedlichen Betriebsspannungen beaufschlagt. Bei in den USA verwendeten Nutzfahrzeugen ist eine Bordspannung von 12 Volt üblich, in Europa beträgt diese Spannung in der Regel aber 24 Volt. Mit Ausnahme der unterschiedlichen Betriebsspannungen sollen die Leistungsdaten der 12 Volt- und 24 Volt-Magnetventile aber im wesentlichen identisch sein.
Bisher wird bei den Spulen für 12 Volt-Magnetventile jeweils eine einstückige Drahtwicklung mit einem Drahtdurchmesser von ca. 0,3 bis 0,5 mm mit einer relativ hohen Anzahl von Windungen verwendet, um eine geforderte elektrische und/oder magnetische Mindestleistung zu erreichen. Dadurch baut eine solche Spule relativ groß. Zum Erzielen annährend identischer Leistungswerte wird bei den Spulen für 24 Volt-Magnetventile demgegenüber ein Spulendraht mit kleinerem Drahtdurchmesser von ca. 0,2 bis 0,3 mm eingesetzt, wodurch die 24 Volt-Spulen ca. 20% kleiner bauen als die 12 Volt-Spulen. Dadurch bedingt sind die jeweiligen Aufnahmen für die unterschiedlich großen Spulen an ansonsten identisch aufgebauten Magnetventilen mit unterschiedlichen Maßen auszuführen, was den Fertigungsaufwand unvorteilhaft erhöht.
Weiterhin werden solche, in elektronischen geregelten Bremssystemen (EBS) verwendeten Magnetventile in der Regel in sog. Druckregelmoduln als Einlass- Auslass- und Backupventilkombination eingesetzt, welche rad- bzw. achsnah verbaut sind, wo üblicherweise nur wenig Bauraum zur Verfügung steht. Deshalb besteht ein Bedürfnis nach möglichst klein bauenden Magnetventilen. Dasselbe gilt auch für Magnetventile für andere Anwendungen, beispielsweise für Magnetventile in Getriebesteuerungen.
Aus der gattungsbildenden DE 33 06 324 A1 ist eine Magnetspule bekannt, durch welche mittels einer geeigneten Auswahl an handelsüblichen Drähten in Reihe geschaltete Drahtwicklungen mit unterschiedlichen Drahtdurchmessern und Drahtlängen derart erzeugt werden, dass die Magnetspule eine vorgegebene Zugkraft erzeugt. Damit sollen Fälle vermieden werden, in denen eine vorgegebene Zugkraft nur unter Verwendung einer einzigen Drahtwicklung mit einem handelsunüblichen Drahtdurchmesser erzielt werden kann.
Die DE 100 51 433 A1 offenbart eine Ventilspule mit mehreren Drahtwicklungen, welche während des Betriebs abhängig von einem gewünschten Gesamtwiderstand der Spule durch eine Schalteinrichtung miteinander oder einzeln ver- oder geschaltet werden, um entweder eine schnelle Schaltzeit oder eine minimale Verlustleistung zu erzielen.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein elektromagnetisches Ventil der eingangs erwähnten Art derart weiter zu bilden, dass es ohne größere Veränderungen mit unterschiedlichen Betriebsspannungen betrieben werden kann und dabei möglichst klein baut. Darüber hinaus ist ein Verfahren zu seiner Herstellung anzugeben.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale von Patentanspruch 1 gelöst.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung basiert auf dem Gedanken, dass der Spulenkörper der Spule des elektromagnetischen Ventils mit wenigstens zwei separaten Drahtwicklungen versehen wird, von welchen jeweils zwei in Reihe oder parallel zueinander verschaltet sind. Dies beinhaltet beispielsweise nur zwei Drahtwicklungen, die in Reihe oder parallel verschaltet sind. Darüber hinaus ist eine Vielzahl von Kombinationen denkbar, beispielsweise vier Drahtwicklungen, von welchen die erste und die zweite Drahtwicklung parallel, die zweite und dritte Drahtwicklung in Reihe und die dritte und vierte Drahtwicklung wieder parallel zueinander verschaltet sind.
Insbesondere werden die Anzahl und die Wicklungsparameter der Drahtwicklungen wie Drahtdurchmesser und/oder Windungszahl derart gewählt, dass abhängig von der Verschaltung ihrer Drahtwicklungen die mit vorbestimmten unterschiedlichen Betriebsspannungen beaufschlagte Spule im wesentlichen identische elektrische und magnetische Kenngrößen wie elektrische Leistung und/oder magnetische Leistung liefert.
Beispielsweise kann für die Drahtwicklung einer Spule für ein 12 Volt-Magnetventil ein gegenüber dem Stand der Technik dünnerer Draht verwendet werden, insbesondere mit einem Drahtdurchmesser, welcher demjenigen der Drahtwicklung einer Spule eines 24 Volt-Magnetventils entspricht. Bei zusätzlich gleicher Windungszahl der Drahtwicklung wie bei der Spule des 24 Volt-Magnetventils ergibt sich dann, Spulenkörper gleicher Größe vorausgesetzt, eine Spule für ein 12 Volt-Magnetventil, welche die gleiche Größe hat wie die Spule für ein 24 Volt-Magnetventil, so dass die Spulenaufnahmen und insbesondere die Spulenbohrungen in den Ventilgehäusen der elektromagnetischen Ventile mit identischen geometrischen Maßen ausgebildet werden können.
Da sich von der Spule abgesehen die restlichen Bauteile eines 12 Volt-Magnetventils und im 24 Volt-Magnetventils möglichst nicht voneinander unterscheiden und die Schaltcharakteristiken in beiden Fällen möglichst identisch sein sollen, sind annährend identische elektrische Größen wie beispielsweise die elektrische Leistung und magnetische Leistung der Spulen im 12 Volt-Magnetventil und im 24 Volt-Magnetventil wünschenswert.
Dies wird gemäß der Erfindung dadurch realisiert, dass für eine Ausführung beispielsweise als 12 Volt-Magnetventil die ursprünglich einstückige Drahtwicklung mit dickem Draht in zwei gleich große separate Drahtwicklungen getrennt wird, welche parallel zueinander geschaltet werden. Hingegen werden die beiden Drahtwicklungen für die Spule des 24 Volt-Magnetventils in Reihe geschaltet. Der einzige Unterschied zwischen einer Spule für ein 12 Volt-Magnetventil und einer Spule für ein 24 Volt-Magnetventil besteht folglich lediglich in der jeweiligen Verschaltung der beiden Drahtwicklungen, was fertigungstechnisch eine äußerst einfache Maßnahme darstellt. Der restliche Aufbau der Spulen wie beispielsweise die Windungszahl, der Drahtdurchmesser oder der Spulenkörper ist ansonsten identisch, was auch die gleiche Baugröße der Spulen untereinander bedingt.
Ein Verfahren zur Herstellung des beschriebenen elektromagnetischen Ventils beinhaltet wenigstens folgende Schritte:

a) Versehen wenigstens eines Spulenkörpers mit wenigstens zwei separaten Drahtwicklungen,
b) Verschalten von jeweils zwei Drahtwicklungen in Reihe oder parallel zueinander abhängig von der Betriebsspannung,
c) Versehen des elektromagnetischen Ventils mit der entsprechend verschalteten Spule.

Folglich können mit Hilfe der Erfindung durch Einsetzen einer lediglich durch entsprechendes Verschalten der beiden Drahtwicklungen an die jeweils geforderte Betriebsspannung angepasste und ansonsten standardisierte Spule in ein ebenfalls standardisiertes Magnetventil Magnetventiltypen für unterschiedliche Betriebsspannungen, aber gleicher Leistungsdaten realisiert werden. Dies erspart eine teure Fertigung und Lagerhaltung unterschiedlicher Spulen und Magnetventile.
Bei gleichem Bauraum für die Spule ergibt sich eine höhere elektrische Leistung oder bei gleicher Leistung der Spule ein kleinerer Bauraum gegenüber dem Stand der Technik. Dies spart insbesondere Kupferdraht, wodurch die Herstellkosten der Magnetventile gesenkt werden.
Die Erfindung wird anhand des im folgenden ausführlich beschriebenen Ausführungsbeispiels besonders deutlich.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
1 eine schematische Schaltplandarstellung einer Spule für ein 12 Volt-Magnetventil gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
2 eine schematische Schaltplandarstellung der Spule von 1 in der Ausführung für ein 24 Volt-Magnetventil,
3 eine schematische Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform einer Spule für ein Magnetventil gemäß der Erfindung.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In 1 ist mit der Bezugszahl 1 eine Spule eines ansonsten nicht gezeigten elektromagnetischen Ventils gezeigt, wie es beispielsweise in einem Druckregelmodul einer elektronisch geregelten Bremsvorrichtung (EBS) eines Nutzfahrzeugs verwendet wird. Die Spule sei beispielsweise für ein 12 Volt-Magnetventil vorgesehen, d. h. ihre Betriebsspannung beträgt 12 Volt, weil das Bordnetz des Nutzfahrzeugs für diese Spannung ausgelegt ist.
Die Spule beinhaltet beispielsweise zwei, vorzugsweise hinsichtlich der Wicklungsparameter wie Windungszahl, Drahtdurchmesser, Drahtquerschnitt (rund, eckig) und Drahtmaterial identische, aber separate Drahtwicklungen 2, 4 aus üblichem Kupferdraht, welche auf einem vorzugsweise einstückigen, hier nicht gezeigten Spulenkörper aufgewickelt sind. Alternativ könnte der Spulenkörper auch mehrteilig sein, oder jede Drahtwicklung 2, 4 ist einem eigenen Spulenkörper zugeordnet.
Die Enden 6 der Drahtwicklungen 2, 4 sind aus diesen derart herausgeführt, dass die beiden Drahtwicklungen 2, 4 entweder in Reihe oder parallel zueinander verschaltet werden können. Der Durchmesser des Spulendrahts beträgt beispielsweise 0,2 mm bis 0,3 mm. Im vorliegenden Fall einer 12 Volt Betriebsspannung werden die beiden Drahtwicklungen 2, 4 parallel zueinander verschaltet, beispielsweise dadurch, dass die aus den Drahtwicklungen 2, 4 herausgeführten Enden 6 auf einer Leiterplatte miteinander entsprechend verbunden werden.
Jede der beiden Drahtwicklungen 2, 4 weist beispielsweise einen Widerstand von 4 Ohm und eine Windungszahl von 100 auf, so dass für den Gesamtwiderstand R_ges der Parallelschaltung gemäß 1 gilt:
Dann gilt für die elektrische Leistung der Spule 1:
bzw. für die magnetische Leistung:
Soll die gleiche Spule 1 für eine Betriebsspannung von 24 Volt eingesetzt werden und die Leistungsdaten identisch sein, werden die Enden 6 der Drahtwicklungen 2, 4 derart auf der Leiterplatte miteinander verbunden, dass die beiden Drahtwicklungen 2, 4 in Reihe verschaltet sind, wie in 2 gezeigt ist. Dann gilt für den Gesamtwiderstand R_ges: Rges = R1 + R2 = 4 + 4 = 80 hm
Dann gilt für die elektrische Leistung der Spule 1:
bzw. für die magnetische Leistung:
Infolgedessen weist die Spule 1 unter unterschiedlichen Betriebsspannungen, hier beispielsweise 12 Volt und 24 Volt, in paralleler Verschaltung und in Reihenschaltung ihrer beiden Drahtwicklungen 2, 4 im wesentlichen identische elektrische Kenngrößen wie elektrische Leistung und/oder magnetische Leistung auf und bildet somit eine standardisierte Baueinheit zur Verwendung in Magnetventilen mit 12 Volt und mit 24 Volt Betriebsspannung. Dann können auch die Spulenaufnahmen eines 12 Volt-Magnetventils bzw. eines 24 Volt-Magnetventils, welche in der Regel jeweils durch eine Spulenbohrung im Ventilgehäuse gebildet werden, identische Maße aufweisen. Dadurch bildet ein solches 12 Volt- bzw. 24 Volt-Magnetventil wiederum eine standardisierte Baueinheit, da sich von der Verschaltung der Drahtwicklungen 2, 4 der Spule 1 abgesehen die restlichen Bauteile des 12-Volt-Magnetventils und des 24-Volt-Magnetventils nicht voneinander unterscheiden.
Die Erfindung ist nicht auf das Ausführungsbeispiel mit zwei separaten Drahtwicklungen 2, 4 auf dem Spulenkörper beschränkt. Vielmehr können abhängig von den jeweils vorgegebenen Betriebsspannungen mehr als zwei separate Drahtwicklungen vorgesehen sein, welche auch unterschiedliche Wicklungsparameter wie Windungszahl, Drahtdurchmesser etc. aufweisen können. Die Anzahl und Verschaltung der einzelnen Drahtwicklungen sowie deren Wicklungsparameter werden vom Fachmann abhängig von dem geforderten elektrischen und magnetischen Leistungsverhalten und insbesondere von den vorgegebenen Betriebsspannungen fallweise angepasst.
Besonders bevorzugt sind die Drahtwicklungen auf dem Spulenkörper 10 übereinander gewickelt, wie aus 3 hervorgeht. Dort ist auf dem einen Spulenkern 8 umschließenden Spulenkörper 10 als innerste Lage eine erste Drahtwicklung 2 aufgewickelt. Diese erste Drahtwicklung 2 ist wiederum von einer zweiten Drahtwicklung 4 umwickelt und Letztere wiederum von einer dritten Drahtwicklung 12.

Claims

Elektromagnetisches Ventil mit wenigstens einer Spule (1) beinhaltend wenigstens einen Spulenkörper (10), wobei der Spulenkörper (10) mit wenigstens zwei separaten Drahtwicklungen (2, 4, 12) versehen ist, welche entweder in Reihe oder parallel zueinander verschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl und Wicklungsparameter der Drahtwicklungen (2, 4, 12) wie Drahtdurchmesser, Windungszahl, Drahtquerschnitt derart gewählt sind, dass abhängig von der Verschaltung ihrer Drahtwicklungen (2, 4, 12) in Reihe oder parallel die mit vorbestimmten unterschiedlichen Betriebsspannungen beaufschlagte Spule (1) im wesentlichen identische elektrische und magnetische Kenngrößen wie elektrische Leistung und/oder magnetische Leistung liefert.
Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Drahtwicklungen (2, 4) die gleiche Anzahl von Windungen aufweisen.
Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Drahtwicklungen (2, 4) aus einem Draht gleichen Durchmessers und Querschnitts gefertigt sind.
Verfahren zur Herstellung eines elektromagnetischen Ventils beinhaltend wenigstens eine elektromagnetischen Spule (1), beinhaltend wenigstens folgende Schritte: a) Versehen wenigstens eines Spulenkörpers (10) der Spule (1) mit wenigstens zwei separaten Drahtwicklungen (2, 4, 12), b) Verschalten von jeweils zwei Drahtwicklungen (2, 4, 12) in Reihe oder parallel zueinander, c) Versehen des elektromagnetischen Ventils mit der entsprechend verschalteten Spule (1), gekennzeichnet durch d) Wählen der Anzahl und von Wicklungsparametern der Drahtwicklungen (2, 4, 12) wie Drahtdurchmesser, Windungszahl, Drahtquerschnitt derart, dass abhängig von der Verschaltung ihrer Drahtwicklungen (2, 4, 12) in Reihe oder parallel die mit vorbestimmten unterschiedlichen Betriebsspannungen beaufschlagte Spule (1) im wesentlichen identische elektrische und magnetische Kenngrößen wie elektrische Leistung und/oder magnetische Leistung liefert.