-
Die
Erfindung betrifft ein Magnetventil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1. Derartige Magnetventile werden in pneumatischen oder hydraulischen
Getriebeschaltungen, in mechatronischen Geräten, in pneumatischen Aktuatoren,
in pneumatischen Systemen und in elektronischen Steuergeräten zum
elektromechanischen Betätigen bzw.
Schalten, insbesondere in der Kraftfahrzeugtechnik, verwendet.
-
Diese
bekannten Magnetventile weisen eine Spule mit einem Spulenkörper und
einer um diesen Spulenkörper
gewickelten Wicklung, einen Kern, einen Magnetanker und eine Ankerführung zur
Führung
dieses Magnetankers auf. Eine Kern-Ankerführung-Einheit, bestehend aus
diesem Kern und dieser Ankerführung,
ist entlang einer Spulenlängsachse der
Spule angeordnet und zumindest teilweise von dem Spulenkörper umgeben.
-
Bei
einem Magnetventil des Standes der Technik sind die Abmessungen
des Kerns, der Ankerführung
und des Spulenkörpers
derart aufeinander abgestimmt, dass der Kern und die Ankerführung bzw.
die Kern-Ankerführung-Einheit
im Fertigungsprozess des Magnetventils in den Spulenkörper eingeschoben
werden können.
Zwischen dem Kern und dem Spulenkörper verbleibt daher ein Luftspalt
einer Breite von ca. 1 mm. Ein weiterer Luftspalt von ca. 0,1 mm
Breite verbleibt bei einem derartigen Magnetventil zwischen einem
in den Spulenkörper
eingeschobenen Abschnitt der Ankerführung und diesem Spulenkörper.
-
Die
Kern-Ankerführung-Einheit
muss in dem Spulenkörper
fixiert werden, wobei diese Fixierung auch bei sehr hohen Temperatur-
und Schwingbeanspruchungen erhalten bleiben soll. Die Kern-Ankerführung-Einheit
wird bei einem bekannten Magnetventil hierfür bei der Montage mittels Pressung,
Verklebung und/oder Verschweißung
mit dem Spulenkörper
verbunden.
-
Nachteilig
an diesem bekannten Magnetventil ist der Fertigungsaufwand mit etlichen
Fertigungsprozessen und damit verbundenen Prozessschwankungen und
-streuungen. Die Fertigung des Magnetventils und daher das Magnetventil
selbst ist daher kostenintensiv. Darüber hinaus wirken sich Temperaturwechsel
ungünstig
auf die bekannten Verbindungen, insbesondere Pressverbindungen,
aus. Überdies
benötigt
das bekannte Magnetventil viel elektrische Energie, um die zum Betätigen bzw.
Schalten notwendigen Magnetkräfte
aufbringen zu können.
-
Der
Erfindung liegt das Problem zugrunde, den zum Betätigen bzw.
Schalten des Magnetventils benötigten
Energieverbrauch unter Beibehaltung der bereitgestellten Magnetkräfte zu senken,
Prozessschwankungen und -streuungen bei der Herstellung zu minimieren,
Kosten des Magnetventils zu senken und die Langlebigkeit des Ventils
auch bei Temperaturwechseln zu erhöhen.
-
Die
Erfindung löst
dieses Problem mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.
Das erfindungsgemäße Magnetventil
weist nämlich
eine formschlüssige
und/oder kraftschlüssige,
insbesondere reibschlüssige,
sog. erste Verbindung zwischen der Kern-Ankerführung-Einheit und dem Spulenkörper auf.
Hierdurch ist die Kern-Ankerführung-Einheit an
dem Spulenkörper
fixiert. Luftspalte zwischen der Kern-Ankerführung-Einheit und dem Spulenkörper können entfallen,
was verglichen mit dem Magnetventil des Standes der Technik zu höheren Magnetkräften bzw.
zu einem höheren
Spulenwiderstand und somit zu einer reduzierten Leistungsaufnahme dieser
Spule führt.
Der Magnetanker ist hierbei von der Ankerführung zumindest teilweise umgeben
und derart führbar
gelagert, dass dieser Magnetanker in Erwiderung auf eine Bestromung
der Spule magnetisch entlang der Spulenlängsachse zum Betätigen des
Magnetventils bewegbar ist.
-
Bevorzugt
wird die formschlüssige
bzw. kraftschlüssige
erste Verbindung dadurch erreicht, dass der Spulenkörper mittels
Spritzgießen
an der Kern-Ankerführung-Einheit
angeformt ist. Im Fertigungsprozess wird hierbei die Kern-Ankerführung-Einheit
derart mit einem Material umspritzt, dass dieses Material nachfolgend
den Spulenkörper bildet.
Hierdurch reduziert sich die Anzahl an Fertigungsprozessen, da die
Fertigung des Spulenkörpers
gleichzeitig die erste Ver bindung herstellt. Luftspalte entfallen,
Pressverbindungen, Schweißverbindungen
oder Klebeverbindungen sind nicht notwendig.
-
Vorzugsweise
weist der Spulenkörper
ein zur Verarbeitung spritzbares und nachfolgend aushärtendes
Material auf, welches insbesondere ein Kunststoff ist. Dieses Material
ist bei der Verarbeitung flüssig
oder zumindest nicht fest. Nach der Verarbeitung härtet das
Material aus, so dass es zumindest teilweise den festen Spulenkörper und
die erste Verbindung zwischen diesem Spulenkörper und der Kern-Ankerführung-Einheit
bildet.
-
Das
Material des Spulenkörpers,
insbesondere der Kunststoff, ist an den Verwendungszweck des Magnetventils
angepasst. Bspw. ist das Material unempfindlich gegenüber Säuren, ölen und/oder
Fetten und/oder kann hohen thermischen und/oder mechanischen Belastungen
standhalten.
-
In
der ersten Verbindung sind vorzugsweise wenigstens der Kern und
der Spulenkörper
formschlüssig
und/oder kraftschlüssig
miteinander verbunden. Im Falle einer kraftschlüssigen Verbindung halten Reibungskräfte zwischen
dem ausgehärteten Spulenkörper und
dem Kern den Kern in dem Spulenkörper
fest. Ggf. weist der Kern jedoch auch einen uneinheitlichen Außendurchmesser,
wenigstens eine Kerbe oder Verjüngung
auf, welche eine Verzahnung des Spulenkörpers mit diesem Kern und somit
eine formschlüssige
Verbindung ermöglicht.
Diese formschlüssige
Verbindung wirkt einer Veränderung
der Position des Kerns in dem Spulenkörper auch bei hohen mechanischen
Belastungen entgegen.
-
Zusätzlich oder
alternativ zu der Verbindung des Kerns mit dem Spulenkörper besteht
die erste Verbindung formschlüssig
und/oder kraftschlüssig zwischen
der Ankerführung
und diesem Spulenkörper.
Im Falle der alternativen Verbindung ist die Kern-Ankerführung-Einheit über diese
Ankerführung mit
dem Spulenkörper
verbunden. Im Falle der zusätzlichen
Verbindung ist hierdurch gleichzeitig auch die Ankerführung zumindest
mittelbar an dem Kern fixiert.
-
Bevorzugt
ist die erste Verbindung ohne Stoffschluss und/oder ohne Verbördelung
hergestellt. Hierdurch werden Fertigungsschritte, nämlich ein Verbördeln und/oder
bpsw. ein Kleben und/oder Verschweißen zur Herstellung des Stoffschlusses
eingespart. Zudem werden Prozessschwankungen und -streuungen minimiert,
wie sie bspw. beim Schweißen
auftreten können.
-
Bevorzugt
weist das Magnetventil eine formschlüssige und/oder kraftschlüssige, insbesondere reibschlüssige, zweite
Verbindung zwischen der Ankerführung
und dem Kern auf. Insbesondere dann, wenn die Kern-Ankerführung-Einheit
lediglich über den
Kern oder über
die Ankerführung
mit dem Spulenkörper
formschlüssig
und/oder kraftschlüssig
verbunden ist, sorgt diese zweite Verbindung dafür, dass sich der Anker dauerhaft
entlang einer Geraden, welche eine feste Position relativ zu dem
Kern aufweist, bewegen kann. Auch ist es vorteilhaft, im Fertigungsprozess
bereits vor dem Spritzgießen
die Ankerführung
fest relativ zu dem Kern fixiert zu haben. Bei der Ankerführung handelt
es sich bspw. um ein Ankerführungsrohr,
in welches der Kern eingeschoben ist. In einfachster Ausführungsform
besteht somit eine reibschlüssige
Verbindung zwischen dem Kern und der Ankerführung. Darüber hinaus kann der Kern jedoch auch
wenigstens eine Verjüngung
aufweisen, in welche das Rohr nach dem Einschieben des Kerns in dieses
Rohr zur Fixierung gepresst wird.
-
Alternativ
kann die Ankerführung
mittels dieser zweiten Verbindung jedoch auch stoffschlüssig mit
dem Kern verbunden sein. Bspw. kann das Rohr an dem Kern angeklebt
sein. Ggf. kann auch zumindest ein Teil des Kerns und zumindest
ein Teil der Ankerführung
aus einem Stück
gefertigt sein. Zur Vermeidung eines magnetischen Kurzschlusses
kann in diesem Fall, wie in allen anderen Fällen auch, eine dünnwandige
Verjüngung
an der Ankerführung
bzw. dem Ankerführungsrohr
vorgesehen sein.
-
In
einer besonderen Ausführungsform
ist ein die Spule zumindest teilweise umgebendes Gehäuse formschlüssig und/oder
kraftschlüssig,
insbesondere reibschlüssig, über eine
dritte Verbindung mit den Spulenkörper verbunden. Hierzu ist
bspw. der Spulenkörper
an dieses Gehäuse
oder an einen Teil dieses Gehäuses
angespritzt. Das Gehäuse
kann bspw. eine Bodenplatte und einen auf dieser Bodenplatte angeordneten
Topf aufweisen. Der Spulenkörper kann
mit dieser Bodenplatte formschlüssig
und/oder kraftschlüssig
verbunden sein. Bspw. weist die Bodenplatte wenigstens eine Aussparung
auf, durch welche das Material des Spulenkörpers hindurchgeführt ist.
Somit ist ein Teil dieses Gehäuses
in dem Fall, dass das Material des Spulenkörpers spritzbar ist, mit umspritzt.
Auf diese Weise kann vorteilhaft das Gehäuse mit der Spule verbunden
sein.
-
Weitere
Ausführungsformen
ergeben sich aus den Ansprüchen
sowie aus dem anhand der Zeichnung näher erläuterten Ausführungsbeispiel.
In der Zeichnung zeigen:
-
1 eine
Schnittdarstellung eines Magnetventils gemäß dem Stand der Technik;
-
2 eine
Schnittdarstellung eines Magnetventils gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung und
-
3 eine
Schnittdarstellung des Magnetventils von 2 in perspektivischer
Ansicht.
-
1 zeigt
ein bekanntes Magnetventil 1. Diese Magnetventil 1 weist
eine Spule bestehend aus einem Spulenkörper 2, eine um diesen
Spulenkörper 2 gewickelte
Wicklung 4 und einen Kern 6 auf. Ferner weist
das Magnetventil 1 eine Kern-Ankerführung-Einheit, bestehend aus
einem Magnetanker 8 und einer Ankerführung 10 zur Führung des
Magnetankers 8 auf.
-
Das
Magnetventil 1 ist im Wesentlichen rotationssymmetrisch
um eine Spulenlängsachse 12 ausgebildet.
Die Kern-Ankerführung-Einheit
ist entlang der Spulenlängsachse 12 der
Spule angeordnet und ist teilweise von dem Spulenkörper 2 umgeben. Der
Spulenkörper 2 stellt
hierbei eine im Bereich der Spulenlängsachse 12 angeordnete Öffnung bereit, welche
an ihren Seiten durch den im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildeten
Spulenkörper 2 gebildet
wird und aus welcher nach oben der Kern 6 und nach unten
der Magnetanker 8 herausragen.
-
Die
Ankerführung 10 ist
als Ankerführungsrohr
ausgebildet, in welches der Kern 6 eingeschoben ist. Im
Fertigungsprozess des Magnetventils 1 wird hierbei der
Kern 6 in das Ankerführungsrohr 10 hineingepresst.
Hierbei weist das Ankerführungsrohr 10 eine
rotationssymmetrisch um die Spulenlängsachse 12 ausgebildete
Verjüngung 13 auf,
welche in eine korrespondierend hierzu angeordnete Verjüngung 13' im Kern 6 eingreift.
-
Der
Kern 6 und die Ankerführung 10 weisen jeweils
einen Außendurchmesser
auf, welcher geringer ist als ein Innendurchmesser des Spulenkörpers 2.
Hierdurch verbleibt ein kleiner Luftspalt zwischen Kern 6 und
Spulenkörper 2 sowie
ein weiterer noch kleinerer Luftspalt zwischen Ankerführung 10 und Spulenkörper 2.
Mithin ist die Kern-Ankerführung-Einheit
von einem Luftspalt umgeben, welcher notwendig ist, um diese Kern-Ankerführung-Einheit im
Fertigungsprozess des Magnetventils 1 in den Spulenkörper 2 einschieben
zu können.
-
Das
Magnetventil 1 weist ferner ein Gehäuse 14 auf, das den
Spulenkörper 2 trägt. In seinem
Kern 6 weist das Magnetventil 1 einen Durchgang 16 auf, welcher
mittels des Magnetankers 8 verschließbar ist. Hierzu weist der
Magnetanker 8 in seinem Inneren einen Elastomereinsatz 18 auf,
um den Durchgang 16 im Kern 6 abdichten zu können. Eine
Feder 20 hält
den Magnetanker 8 beabstandet vom Kern 6.
-
Im
Falle einer Bestromung der Wicklung 4 der Spule wird ein
magnetisches Feld erzeugt, wobei eine magnetische Felddichte im
Inneren der Spule am größten ist.
Der magnetische Widerstand im magnetischen Kreis ist umso größer, je
größer der
Abstand zwischen dem Kern 6 und dem Magnetanker 8 ist.
Im Bestreben den magnetischen Widerstand zu verringern, drückt der
Magnetanker 8 gegen einen von der Feder hervorgerufenen
Widerstand nach oben gegen den Kern 6 und verschließt mittels
dem Elastomereinsatz 18 den Durchgang 16. Das
Ventil ist nun verschlossen. Sobald die Spule nicht mehr bestromt
wird, drückt
die Feder 20 den Magnetanker 8 wieder nach unten
und öffnet
das Magnetventil 1.
-
Insgesamt
ist das bekannte Magnetventil 1 aufwendiger und teurer
im Vergleich zu der erfindungsgemäßen Lösung herzustellen. Insbesondere sind
der Kern 6, die Ankerführung 10 und
der Spulenkörper 2 exakt
zueinander zu positionieren und zu verbinden und hiernach in dem
Gehäuse 14 zu
fixieren.
-
2 und 3 zeigen
ein erfindungsgemäßes Magnetventil 21 gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Das Magnetventil 21 weist eine Spule, bestsehend
aus einem Spulenkörper 22, einer
um diesen Spulenkörper 22 gewickelten
Wicklung 24 und einem Kern 26 auf. Ferner weist
das Magnetventil 21 einen Magnetanker 28 und eine
Ankerführung 30 auf,
wobei der Kern 26 und die Ankerführung 30 zusammen
eine Kern-Ankerführung-Einheit bilden,
welche entlang einer Spulenlängsachse 32 der
Spule angeordnet und zumindest teilweise von dem Spulenkörper 22 umgeben
ist.
-
Die
Kern-Anerkführung-Einheit
ist sowohl formschlüssig
als auch reibschlüssig
mittels einer sog. ersten Verbindung mit dem Spulenkörper 22 verbunden.
Der Spulenkörper 22 ist
nämlich
an der Kern-Ankerführung-Einheit,
d. h. an dem Kern 26 und an der Ankerführung 30 mittels Spritzgießen angeformt.
Hierfür
weist der Spulenkörper 22 einen
zur Verarbeitung spritzbaren und nachfolgend aushärtenden
Kunststoff auf. Es verbleiben somit keine Luftspalte zwischen der
Kern-Ankerführung-Einheit und
dem Spulenkörper 22.
Der Spulenkörper 22 ist deshalb
reibschlüssig
mit der Kern-Ankerführung-Einheit
verbunden. Darüber
hinaus weist der Kern 26 eine rotationssymmetrisch um die
Spulenlängsachse 32 angeordnete
Verjüngung 33 auf,
in welche der Spulenkörper 22 einfasst.
Somit sind der Spulenkörper 22 und
der Kern 26 formschlüssig
miteinander verbunden bzw. miteinander verzahnt. Der Kern 26 bleibt
mittels der ersten Verbindung auch bei großen mechanischen und/oder thermischen
Belastungen fest mit dem Spulenkörper 22 verbunden.
-
Ferner
ist der Spulenkörper 22 direkt
an die Ankerführung 30 angespritzt,
so dass eine reibschlüssige
Verbindung zwischen dem Spulenkörper 22 und
der Ankerführung 30 gegeben
ist. In einem oberen Abschnitt der Ankerführung 30 ist der Kern 26 eingeschoben
und somit ebenfalls reibschlüssig
mit der Ankerführung 30 verbunden.
Dieser obere Abschnitt der Ankerführung 30 ist hierbei
derart zwischen dem Spulenkörper 22 und
dem Kern 26 eingeklemmt, dass einer Aufweitung der Ankerführung in diesem
Abschnitt und einer damit verbundenen Lockerung der Verbindung zu
dem Kern 22 entgegengewirkt wird.
-
Die
Ankerführung 30 ist
als Ankerführungsrohr
ausgebildet, welches rotationssymmetrisch um die Spulenlängsachse 32 angeordnet
ist und welches im Bereich der Spule einen einheitlichen Durchmesser
aufweist. In einem unteren Bereich außerhalb der Spule weist die
Ankerführung 30 hingegen
einen größeren Durchmesser
auf. In diesem unteren Bereich ist eine Feder 34 angeordnet,
welche im Falle der unbestromten Wicklung 24 der Spule
den Magnetanker 28 beabstandet von dem Kern 26 hält und somit
das Magnetventil 21 geöffnet
lässt.
Im Falle der bestromten Wicklung 24 drückt jedoch der Magnetanker 28 gegen
eine Kraft der Feder 34 nach oben und verschließt mit einem
in dem Magnetanker 28 angeordneten Elastomereinsatz 36 einen
im Bereich der Spulenlängsachse
verlaufenden Durchgang 38 in dem Kern 26.
-
Alternativ
kann das Magnetventil 21 jedoch auch derart ausgebildet
sein, dass der Magnetanker 28 im unbestromten Zustand der
Wicklung 22 den Durchgang 38 verschließt und somit
das Magnetventil 21 schließt. Umgekehrt ist das Magnetventil 21 in dieser
alternativen Ausführungsform
im Falle der bestromten Wicklung 24 geöffnet.
-
Die
erste Verbindung erfolgt ohne einen Stoffschluss. D. h. die Ankerführung 30,
der Spulenkörper 22 und
der Kern 26 sind in jeglicher Kombination nicht miteinander
verklebt und/oder verschweißt. Ggf.
kann die erste Verbindung auch ohne Verbördelung erfolgen. Die reibschlüssige Verbindung
zwischen der Ankerführung 30 und
dem Kern 26 ist eine sog. zweite Verbindung. In Abweichung
von dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel
kann diese zweite Verbindung jedoch zusätzlich oder alternativ einen Formschluss
aufweisen. Insbesondere kann der Kern 26 eine Verjüngung aufweisen,
in welche die Ankerführung 30 hineingreift.
Eine hierzu notwendige korrespondierende Verjüngung in der Ankerführung 30 kann
bereits vor dem Einpressen des Kerns 26 in die Ankerführung 30 vorhanden
sein, wobei dies jedoch einen großen Kraftaufwand beim Einführen des Kerns 26 in
die Ankerführung 30 bei
der Fertigung des Magnetventils 21 erfor derlich macht.
Alternativ kann die Ankerführung 30 auch
erst nach dem Einpressen des Kerns 26 in die Ankerführung 30 in
einem umlaufenden Abschnitt in eine umlaufende Verjüngung des
Kerns 26 eingedrückt
werden.
-
Ggf.
kann in Abweichung von dem gezeigten Ausführungsbeispiel die erste Verbindung
einen Formschluss zwischen dem Spulenkörper 22 und der Ankerführung 30 aufweisen.
Insbesondere im Falle der oben beschriebenen Ausbildung der Ankerführung 30,
welche formschlüssig
in eine Verjüngung des
Kerns 26 eingreift, kann sich vorteilhaft eine Verjüngung an
einer Außenseite
der Ankerführung 30 ergeben,
in welche wiederum formschlüssig
der angespritzte Spulenkörper 22 eingreift.
-
Das
Magnetventil 21 weist ferner einen elektrischen Anschluss 40 auf, über welchen
die Wicklung 24 mit elektrischer Energie versorgt wird.
-
Ferner
weist das Magnetventil ein Gehäuse auf,
welches die Spule zumindest teilweise umgibt. Dieses Gehäuse weist
wiederum ein Bodenelement 42 und ein Deckelelement 44 auf.
Das Deckelelement 44 ist topfartig ausgebildet, wobei ein
Topfboden an der Oberseite des Magnetventils 21 angeordnet
ist und ein Loch aufweist, in welchem ein Abschnitt des Kerns 26 angeordnet
ist. Alternativ kann der Kern 26 jedoch auch aus dem Deckelelement
herausragen oder zumindest teilweise von dem Deckelelement 24 überdeckt
sein. Es verbleibt jedoch eine Zugangsöffnung zum Durchgang 38.
-
Das
Bodenelement 42 weist Öffnungen 46 und 48 auf,
durch welche der Spulenkörper 22 hindurchragt.
Der Spulenkörper 22 ist
hierbei direkt an das Bodenelement 42 angeformt, nämlich nach
Ausformung des Spulenkörpers 22 mittels
Spritzgießen sowohl
formschlüssig
als auch reibschlüssig
mit dem angespritzten Spulenkörper 22 verbunden.
Insgesamt ergibt sich somit eine dauerhaft feste Verbindung zwischen
dem Spulenkörper 22 sowie
mittelbar aller fest mit diesem Spulenkörper 22 verbundenen Teile
des Magnetventils 21 und dem Bodenelement 42.
-
Alternativ
zu dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel
kann der Spulenkörper 22 auch
weiter nach unten durch das Bodenelement 42 hindurchgehend
herausgeführt
sein, wobei derartig weiter herausgeführte Abschnitte des Spulenkörpers auch
abseits der Öffnungen 46 und 48 unterhalb
des Bodenelements 42 angeordnet sein können. Hierdurch kann eine noch
bessere Verzahnung und somit stabilere Verbindung zwischen dem Bodenelement 42 und
dem Spulenkörper 22 erreicht
werden.
-
Das
Deckelelement 44 wird im Fertigungsprozess des Magnetventils 21 erst
nach Anformung des Spulenkörpers 22 an
dem Bodenelement 42 montiert. Entweder hält das Deckelelement 44 ohne weitere
Befestigungsmittel bspw. am Spulenkörper 22 und/oder am
Kern 26 fest, da es diesen eng umschließt. Alternativ kann das Deckelelement 44 jedoch
auch an dem Bodenelement 42 und/oder an dem Kern 26 angeklebt,
angeschweißt
und/oder angeschraubt werden.
-
Alle
in der vorgenannten Figurenbeschreibung, in den Ansprüchen und
in der Beschreibungseinleitung genannten Merkmale sind sowohl einzeln als
auch in beliebiger Kombination miteinander einsetzbar. Die Erfindung
ist somit nicht auf die beschriebenen bzw. beanspruchten Merkmalskombinationen
beschränkt.
Vielmehr sind alle Merkmalskombinationen als offenbart zu betrachten.