DE102012200156A1

DE102012200156A1 - Elektromagnetventil

Info

Publication number: DE102012200156A1
Application number: DE201210200156
Authority: DE
Inventors: Christoph Voss; Christian Courth
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2012-01-06
Filing date: 2012-01-06
Publication date: 2013-07-11
Also published as: BR102013000408A2; CN103195967A; CN103195967B; BR102013000408B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Elektromagnetventil, mit einer Rückstellfeder (10), die in der elektromagnetisch nicht erregten Ventilstellung den Magnetanker (3) in einem definierten Axialabstand vom Magnetkern (4) positioniert, so dass der Magnetanker (3) vom Magnetkern (4) durch einen Zwischenraum getrennt ist, in dem ein scheibenförmiges Federelement (1) angeordnet ist, das der Bewegung des Magnetankers (3) entgegenwirkt. Das Federelement (1) weist in der Mitte einen Befestigungsabschnitt (2) auf, über den es an der dem Magnetanker (3) zugewandten Stirnfläche des Magnetkerns (4) fixiert ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Elektromagnetventil nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der DE 10311486 A1 ist bereits ein Elektromagnetventil der gattungsbildenden Art bekannt geworden, mit einem Ventilgehäuse, in dem ein Ventilschließglied beweglich geführt ist, mit einem an Ventilschließglied angebrachten Magnetanker, der in Abhängigkeit von der elektromagnetischen Erregung eine am Ventilgehäuse angebrachte Ventilspule eine Hubbewegung in Richtung eines im Ventilgehäuse angeordneten Magnetkerns vollzieht sowie mit einer Rückstellfeder, die in der elektromagnetisch nicht erregten Ventilstellung den Magnetanker in einem definierten Axialabstand vom Magnetkern positioniert, so dass der Magnetanker vom Magnetkern durch einen Zwischenraum getrennt ist, in dem ein ringscheibenförmiges Federelement lose angeordnet ist, das der Bewegung des Magnetankers entgegenwirkt. Durch die Anordnung des Federelementes im Luftspalt zwischen dem Magnetanker und dem Magnetkern wird die Magnetkraft virtuell geschwächt, wozu die Charakteristik des Federelementes derart ausgelegt ist, dass die resultierende Magnetkraft bei Annäherung des Magnetankers an den Magnetkern und damit scheinbar mit zunehmendem Ventilhub schneller abnimmt als die aus dem hydraulischen Druck am Ventilschließglied resultierende Stößelkraft, die im wesentlichen durch die hydraulische Beaufschlagung des Stößels festgelegt ist. Hierdurch kann entweder mittels geeigneter elektrischer Stromregelung in der Ventilspule bei jeweils konstantem Hydraulikdruck oder aber durch Regelung des Drucks bei jeweils konstantem Ventilspulenstrom jede beliebige Ventilhubposition zwischen den bistabilen Hubgrenzlagen eingestellt werden. Man hat damit die Möglichkeit, das Elektromagnetventil nicht nur als 2-Wegeventil, sondern auch im Analogbetrieb als Volumenstromregelventil zu betreiben.
Nunmehr ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das an sich bekannte Federelement präzise im Ventilgehäuse eines vorzugsweise in der Grundstellung geschlossenen Elektromagnetventils zu positionieren, um das Elektromagnetventil als bistabiles Zweiwegeventil geräuschreduziert betreiben zu können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für ein Elektromagnetventil der angegebenen Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor und werden anhand mehrerer Zeichnungen nachfolgend erläutert.
Es zeigen:
1 eine Vergrößerung der erfindungswesentlichen Einzelheiten eines Elektromagnetventils in der elektromagnetisch nicht erregten Grundstellung, bestehend aus einer zwischen einem Magnetkern und einem Magnetanker eingespannten Rückstellfeder und einer im Luftspalt zwischen dem Magnetkern und dem Magnetanker am Magnetkern fixierten Federscheibe,
2 den Magnetanker des Elektromagnetventils nach 1 nach dem Zurücklegen eines Teilhubs infolge elektromagnetischer Erregung, wonach der Magnetanker das unverformte scheibenförmige Federelement kontaktiert,
3 den Magnetanker des Elektromagnetventils nach 1 in der elektromagnetisch erregten Endstellung, wodurch das scheibenförmige Federelement durch den Magnetanker elastisch verformt am Magnetkern vollflächig zur Anlage gelangt,
4a–c den Magnetkern in einer Perspektivdarstellung mit Blick auf drei mögliche Varianten zur Ausgestaltung des als Federscheibe konzipierten Federelements.
In der 1 ist eine Anwendung der Erfindung für ein elektromagnetisch nicht erregtes, in Grundstellung geschlossenes Elektromagnetventil gezeigt, dessen Ventilgehäuse 8 beispielhaft in Patronenbauweise ausgeführt ist. Das abgebildete Oberteil des Ventilgehäuses 8 ist als dünnwandige Ventilhülse gestaltet, in welcher ein zylinderförmiger Magnetanker 3 geführt ist. Oberhalb des Magnetankers 3 befindet sich ein stopfenförmiger Magnetkern 4, der das Ventilgehäuse 8 verschließt. Der Magnetanker 3 nimmt innerhalb seiner Stufenbohrung eine Rückstellfeder 10 mit linearem Kennlinienverlauf auf, die sich als Schraubendruckfeder mit ihrem aus dem Magnetanker 3 hervorstehenden Windungsende in Richtung der Stirnfläche des Magnetkerns 4 erstreckt. Der Magnetanker 3 verschließt folglich unter der Wirkung der Rückstellfeder 10 mit einem nicht abgebildeten Ventilschließglied einen Ventilsitz im Ventilgehäuse 8, wodurch eine Druckmittelverbindung im Ventilgehäuse 8 unterbrochen ist.
Durch eine auf dem Ventilgehäuse 1 angebrachte Ventilspule lässt sich auf an sich bekannte Weise elektromagnetisch erregt der Magnetanker 3 in Richtung auf den Magnetkern 4 bewegen, womit das Ventilschließglied den nicht abgebildeten Ventilsitz freigibt.
Gemäß der 1 verharrt in der elektromagnetisch nicht erregten Ventilstellung der Magnetanker 3 in einem definierten Axialabstand vom Magnetkern 4, so dass der Magnetanker 3 vom Magnetkern 4 durch einen Zwischenraum getrennt ist, in dem ein scheibenförmiges Federelement 1 angeordnet ist, das der Bewegung des Magnetankers 3 entgegenwirkt. Um nunmehr das Federelement 1 präzise im Ventilgehäuse 8 zu positionieren und das Elektromagnetventil als bistabiles Zweiwegeventil geräuschreduziert betreiben zu können, sieht die Erfindung vor, dass das Federelement 1 in der Mitte einen Befestigungsabschnitt 2 aufweist, über den das Federelement 1 an der dem Magnetanker 3 zugewandten Stirnfläche des Magnetkerns 4 fixiert ist.
Wie aus den Perspektivdarstellungen nach 4a, 4b, 4c besonders deutlich hervor geht, weist der Befestigungsabschnitt 2 eine kreisförmige Öffnung auf, durch die sich ein mittig an der Stirnfläche des Magnetkerns 4 zapfenförmig ausgebildeter Vorsprung 5 erstreckt, der das Federelement 1 kraft- und/oder formschlüssig am Magnetkern 4 fixiert. Der Vorsprung ist mittels eines Werkzeugstempels radial als auch axial plastisch verformt, wodurch das Federelement 1 sicher verstemmt am Magnetkern 4 befestigt ist. Um abhängig vom Axialabstand der Stirnfläche des Magnetankers 3 gegenüber der Stirnfläche des Magnetkerns 4 ein Durchströmen des Federelement 1 zu ermöglichen, sind vorzugsweise gleichförmig über die Stirnfläche des Federelements 1 verteilt mehrere tangential und/oder radial gerichtete Durchbrüche 6 angeordnet, deren Öffnungsquerschnitte sich bis zu einem peripheren Ringabschnitt des Federelements 1 erstrecken, der am Außenrand der Magnetankerstirnfläche anlegbar ist, um eine oder mehrere an der Mantelfläche des Magnetankers 3 verlaufende Längsnuten 7 hubabhängig zu verschließen.
Aus den 1 bis 3 wird deutlich, dass wenigstens im Bereich der Durchbrüche 6 der Magnetanker 3 eine konkave und der Magnetkern 4 eine konvexe Stirnfläche aufweist, die möglichst parallel zueinander verlaufen, wobei über eine Veränderung der Neigungswinkel der Stirnflächen am Magnetanker 3 und Magnetkern 4 die Anschlagdämpfung des Magnetankers 3 hubabhängig variierbar ist. Die abbildungsgemäß entlang dem Außenmantel des Magnetankers 3 verlaufende Längsnut 7 ist gemäß der 1 ungehindert hydraulisch durchströmbar, sodass mit der elektromagnetisch initiierten Aufwärtsbewegung des Magnetankers 3 zunächst das zwischen dem Magnetanker 3 und dem Magnetkern 4 befindliche Druckmittelvolumen entsprechend der Pfeilrichtung ungehindert über die Längsnut 7 verdrängt werden kann. Erst mit der Annäherung des Magnetankers 3 an den Magnetkern 4 ist die Längsnut 7 vom peripheren Ringabschnitt des Federelements 1 verschließbar, sobald der Magnetanker 3 gemäß der 2 mit seiner Längsnut 7 am Federelement 1 anliegt. Mit dem Anlegen des Magnetankers 3 an der peripheren Ringabschnitt des Federelements 1 ist die Längsnut 7 verschlossen, sodass ein zwischen dem Magnetanker 3 und dem Magnetkern 4 befindliches Hydraulikvolumen entsprechend der Pfeildarstellung ausschließlich über die Durchbrüche 6 entlang der konvexen Stirnfläche des Magnetkerns 4 in Richtung eines zwischen der Mantelfläche des Federelements 1 und dem Ventilgehäuse 8 gelegenen Ringspalt 9 verdrängbar ist, dessen Durchlass zur Drosselung des Hydraulikvolumens zum Zwecke der Magnetanker-Anschlagdämpfung kleiner ist als der maximal freigebbare Durchlass in der Längsnut 7. Bei vollflächiger Anlage des Magnetankers 3 am maximal verspannten Federelement 1 sind gemäß der 3 die Durchbrüche 6 im Federelement 1 von den Stirnflächen des Magnetankers 3 und des Magnetkerns 4 verschlossen.
Die Durchbrüche 6 im Federelement 1 lassen sich besonders kostengünstig in beliebiger Geometrie durch Einätzen oder Einstanzen im Wesentlichen als schlitzförmige Konturen in die scheibenförmige Grundform des Federelements 1 herstellen, wodurch die Federcharakteristik (Federkraftverlauf und Federsteifigkeit) veränderbar ist. Die Durchbrüche 6 als auch die Vorspannung im elastisch verformten Federzustand (siehe 3) des bevorzugt aus einem magnetischen Material bestehenden Federelements 1 haben überdies den Vorteil, dass keine Magnetkraftverluste im magnetischen Arbeitsspalt entstehen (kein unbeabsichtigter Restluftspalt).
Durch die Verwendung des speziell gestalteten Federelements 1 ergibt sich eine besonders effektive Anschlaggeräuschminderung beim Auftreffen des Magnetankers 3 auf das Federelement 1, da zur Abbremsung des Magnetankers 3 über die Durchbrüche 6 und den Ringspalt 9 eine hydraulische Drosseldämpfung erfolgt bei gleichzeitiger Erhöhung der auf den Magnetanker 3 ausgeübten Gegenkraft des Federelements 1 infolge der progressiven elastischen Verformung des Federelements 1.
Bezugszeichenliste

1: Federelement
2: Befestigungsabschnitt
3: Magnetanker
4: Magnetkern
5: Vorsprung
6: Durchbruch
7: Längsnut
8: Ventilgehäuse
9: Ringspalt
10: Rückstellfeder

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10311486 A1 [0002]

Claims

Elektromagnetventil, insbesondere für Kraftfahrzeug-Radschlupfregelsysteme, mit einem Ventilgehäuse, in dem ein Ventilschließglied beweglich geführt ist, mit einem Magnetanker zur Betätigung des Ventilschließgliedes, der in Abhängigkeit von der elektromagnetischen Erregung einer am Ventilgehäuse angebrachte Ventilspule eine Hubbewegung in Richtung eines im Ventilgehäuse angeordneten Magnetkerns vollzieht, sowie mit einer Rückstellfeder, die in der elektromagnetisch nicht erregten Ventilstellung den Magnetanker in einem definierten Axialabstand vom Magnetkern positioniert, so dass der Magnetanker vom Magnetkern durch einen Zwischenraum getrennt ist, in dem ein scheibenförmiges Federelement angeordnet ist, das der Bewegung des Magnetankers entgegenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (1) in der Mitte einen Befestigungsabschnitt (2) aufweist, über den das Federelement (1) an der dem Magnetanker (3) zugewandten Stirnfläche des Magnetkerns (4) fixiert ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungsabschnitt (2) eine kreisförmige Öffnung aufweist, durch die sich ein mittig an der Stirnfläche des Magnetkerns (4) zapfenförmig ausgebildeter Vorsprung (5) erstreckt, der das Federelement (1) kraft- und/oder formschlüssig am Magnetkern (4) fixiert.
Elektromagnetventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (1) vorzugsweise gleichförmig über seine Stirnfläche verteilt mehrere tangential und/oder radial gerichtete Durchbrüche (6) aufweist, deren Öffnungsquerschnitte sich bis zu einem peripheren Ringabschnitt des Federelements (1) erstrecken und abhängig vom Axialabstand der Stirnfläche des Magnetankers (3) gegenüber der Stirnfläche des Magnetkerns (4) durchströmbar sind.
Elektromagnetventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens im Bereich der Durchbrüche (6) der Magnetanker (3) eine konkave und der Magnetkern (4) eine konvexe Stirnfläche aufweist, die bevorzugt im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen.
Elektromagnetventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetanker (3) entlang seinem Außenmantel wenigstens eine hydraulisch durchströmbare Längsnut (7) aufweist, die mit der Annäherung des Magnetankers (3) an den Magnetkern (4) vom Federelement (1) verschließbar ist, sobald der Magnetanker (3) mit seiner Längsnut (7) am Federelement (1) anliegt.
Elektromagnetventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Anlegen des Magnetankers (3) an der peripheren Ringabschnitt des Federelements (1) die Längsnut (7) verschlossen ist, sodass ein zwischen dem Magnetanker (3) und dem Magnetkern (4) befindliches Hydraulikvolumen ausschließlich über die Durchbrüche (6) entlang der konvexen Stirnfläche des Magnetkerns (4) in Richtung eines zwischen der Mantelfläche des Federelements (1) und dem Ventilgehäuse (8) gelegenen Ringspalt (9) verdrängbar ist, dessen Durchlass zur Drosselung des Hydraulikvolumens kleiner ist als maximal freigebbare Durchlass in der Längsnut (7).
Elektromagnetventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei vollflächiger Anlage des Magnetankers (3) am Federelement (1) die Durchbrüche (6) im Federelement (1) von den Stirnflächen des Magnetankers (3) und des Magnetkerns (4) verschlossen sind.
Elektromagnetventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchbrüche (6) im Federelement (1) durch Einätzen oder Einstanzen schlitzförmiger Konturen hergestellt sind.
Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (1) aus einem magnetischen Material hergestellt ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass über eine Veränderung der Neigungswinkel der Stirnflächen am Magnetanker (3) und Magnetkern (4) die Anschlagdämpfung des Magnetankers (3) hubabhängig variierbar ist.