DE102014103245A1

DE102014103245A1 - Elektromagnetventil sowie Pneumatiksystem

Info

Publication number: DE102014103245A1
Application number: DE102014103245.4A
Authority: DE
Inventors: Viktor Raff; Oliver Thode
Original assignee: ETO Magnetic GmbH
Current assignee: ETO Magnetic GmbH
Priority date: 2014-03-11
Filing date: 2014-03-11
Publication date: 2015-09-17
Anticipated expiration: 2034-03-12
Also published as: WO2015135674A1; DE102014103245B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Elektromagnetventil, insbesondere für Pneumatiksysteme in Kraftfahrzeugen, mit einem durch Bestromen einer elektrischen Wicklung (6) axial innerhalb eines Innenkanals eines die Wicklung (6) an einem Wicklungsabschnitt tragenden Spulenträgers (1) relativ zu einem Kern (13) sowie relativ zu einem ersten Ventilsitz (2) verstellbaren Anker (9), wobei der Anker (9) über ein, bevorzugt als Elastomerteil, ausgebildetes Dichtelement (10) mit dem ersten Ventilsitz (2) zusammenwirkend ausgebildet und angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in dem Anker (9) ein Aufnahmekanal vorgesehen ist, in den ein einteilig mit dem Spulenträger (1) ausgebildeter Dom (3) axial bis in den Wicklungsabschnitt hinein ragt, und dass sich der Anker (9) bei in einer von dem ersten Ventilsitz (2) axial weg verstellten Schaltstellung über das Dichtelement (10) an einem dem ersten Ventilsitz (2) axial gegenüberliegenden Bauteil abstützt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Elektromagnetventil, insbesondere für Pneumatiksysteme in Kraftfahrzeugen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, mit einem durch Bestromen einer elektrischen Wicklung axial innerhalb eines Innenkanals eines die Wicklungen an einem Wicklungsabschnitt tragenden Spulenträgers relativ zu einem Kern sowie relativ zu einem ersten Ventilsitz verstellbaren Anker. Ferner betrifft die Erfindung ein Pneumatiksystem, insbesondere für Kraftfahrzeuganwendungen, insbesondere für Nutzfahrzeuganwendungen gemäß Anspruch 14.
Aus der DE 93 000 39 U1 ist ein Elektromagnetventil bekannt, dessen verstellbarer Anker bei seiner axialen Verstellbewegung am Innenumfang eines Spulenträgers geführt ist. Dabei überragt der Anker den Spulenkörper in axialer Richtung. Die Konstruktion des Elektromagnetventils ist vergleichsweise aufwändig. Die DE 41 39 670 C2 zeigt ein alternatives Elektromagnetventil, bei welchem in vorteilhafter Weise der Ventilsitz einteilig mit dem Spulenträger ausgebildet ist. Nachteilig bei dem bekannten Elektromagnetventil ist jedoch der notwendigerweise massive Anker, was ein hohes Gewicht und hohe Herstellungskosten verursacht. Die Dämpfung gegenüber dem Kern ist zudem aufwändig über einen im Anker platzierten Federstift realisiert. Die Dichtungsfunktion gegenüber dem Ventilsitz wird über ein axial von dem Federstift beabstandetes Dichtelement gelöst.
Ausgehend von dem vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein möglichst einfach konstruiertes Elektromagnetventil für Anwendungen in Kraftfahrzeugen anzugeben, dass sich darüber hinaus durch einen möglichst leichten Anker und in der Folge eine kleinvolumige und damit auch kostengünstige (Kupferreduzierung) Spulenwicklung auszeichnet.
Bevorzugt soll die Konstruktion geeignet sein, durch vergleichsweise leichte Modifikationen unterschiedliche Ventilbauformen, insbesondere ein 2/2- oder 3/2-Wegeventil realisieren zu können. Auch soll es auf einfache Weise möglich sein, eine einfache und bauraumoptimierte Dicht- und Dämpfungsfunktion zu realisieren.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Elektromagnetventils mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, das heißt bei einem gattungsgemäßen Elektromagnetventil dadurch, dass in dem Anker ein Aufnahmekanal vorgesehen ist, in den ein einteilig mit dem Spulenträger ausgebildeter Dom axial bis in den Wicklungsabschnitt hineinragt und dass sich der Anker bei in einer von dem ersten Ventilsitz axial weg verstellten Schaltstellung über das Dichtelement an einem dem ersten Ventilsitz axial gegenüberliegendem Bauteil, bevorzugt dem Kern, abstützt. Hinsichtlich des Pneumatiksystems wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, den Anker als Hohlkörper auszubilden, indem in diesem ein Aufnahmekanal vorgesehen ist, der sich ausgehend von einem axialen, von dem Kern abgewandten Ende axial zumindest bis in einen Bereich radial innerhalb des Wicklungsabschnittes hineinerstreckt, und gleichzeitig den Spulenträger so weiterzuentwickeln, dass an diesem ein Dom ausgebildet ist, der sich axial in den Aufnahmekanal des Ankers in Richtung Kern hineinerstreckt und zwar axial bis in einen Bereich radial innerhalb des Wicklungsabschnittes.
Der einteilig mit dem Spulenträger ausgebildete Dom kann je nach Ventilbauform alternativ als Ventilsitzträger dienen, wobei dann der erste Ventilsitz vorzugsweise einteilig mit dem Dom, insbesondere stirnseitig am Dom ausgebildet ist, oder lediglich als Axialanschlag zum Begrenzen der Axialbewegung des Ankers vom Kern weg, insbesondere bei im Bereich des Kerns angeordnetem Ventilsitz. Unabhängig von der konkreten Funktion des Doms befindet sich ein Funktionsabschnitt des Doms (entweder der erster Ventilsitz oder die Anschlagfläche) wesentlich näher axial in Richtung Kern versetzt als bei gattungsgemäßen Elektromagnetventilen aus dem Stand der Technik, wodurch viele Freiheitsgrade hinsichtlich der Gestaltung des Wechselwirkungsbereichs des Ankers mit dem Dom und dem Kern erhalten werden, insbesondere hinsichtlich einer Dämpfungs- und/oder Dichtungsfunktion, wie dies im Folgenden erläutert werden wird. Aufgrund des vergleichsweise geringen Axialabstandes zwischen dem Funktionsbereich des Doms und dem Kern bzw. einem im Bereich des Kerns vorgesehenen (weiteren) Ventilsitzes ist es nämlich möglich, die Dämpfungs- und/oder Dichtungsfunktion des Ankers zur Wechselwirkung mit dem Dom und dem Kern oder einem fakultativen, im Kern aufgenommenen Ventilsitzbauteil mit ein und demselben, vorzugsweise formschlüssig am Anker festgelegten, Dicht- und/oder Dämpfungselement, insbesondere einem Elastomerelement, zu realisieren.
Durch die einteilige Ausbildung des Doms mit dem Spulenträger (Wicklungsträger) wird zudem der Montageaufwand deutlich reduziert. Zur Realisierung einer Einteiligkeit des Doms mit dem Spulenträger erstreckt sich der Spulenträger in axialer Richtung über seinen mit der Wicklung versehenen Wicklungsabschnitt hinaus, um dann in einem Bereich radial weiter innen nach axial zurück in den Wicklungsabschnitt hineinzuragen. Ein weiterer wesentlicher Vorteil des entsprechend ausgebildeten Elektromagnetventils besteht in dem vergleichsweise großvolumigen Innenkanal im Anker, wodurch letzterer mit einem geringen Gewicht realisiert werden kann und sich somit insgesamt der Bauraum des Elektromagnetventils verringert, da auch eine entsprechend kleinvolumigere Wicklung eingesetzt werden kann. Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist die vergleichsweise kurze axiale Baulänge des Elektromagnetventils, da der Anker vollständig im Spulenträger aufgenommen werden und, wie schon angedeutet, im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform die Dicht- und Dämpfungsfunktion von einem einzigen Bauteil (Dichtelement) realisiert werden kann.
Der gewichtsreduzierte, innen hohle Anker kann aufgrund seiner Form sowohl als Dreh- als auch als formgebundenes Bauteil, insbesondere Sinterbauteil oder Kaltfließpressteil kostengünstig realisiert werden. Aufgrund der Gewichtsreduzierung kann bei gleicher Vibrationssicherheit eine vorzugsweise vorgesehene Rückstellfeder, gegen deren Federkraft der Anker bei Bestromung axial verstellbar ist, schwächer ausgeführt und dadurch ein schwächerer Magnet mit geringerem Eisen- und Kupferanteil ausgelegt werden, als bei alternativen Lösungen aus dem Stand der Technik.
Bei dem erfindungsgemäßen Elektromagnetventil ist die Dichtfunktion über ein Dichtelement realisiert, weiter bevorzugt über ein Elastomerteil, wobei noch weiter bevorzugt das Dichtelement formschlüssig am Anker festgelegt ist, bevorzugt, indem das Dichtelement eine axiale Durchgangsöffnung, insbesondere stirnseitig, im Anker durchsetzt und den Durchgangsöffnungsrand zu beiden Axialseiten in radialer Richtung übergreift, was beispielsweise durch eine Außenumfangsnut am Dichtelement realisierbar ist. Dadurch, dass das Dichtelement sowohl – in Abhängigkeit der Schaltstellung – mit dem Dom, insbesondere einem dort vorgesehenen Ventilsitz, und mit dem Kern oder einem fakultativ im Kern vorgesehenen Ventilsitzbauteil zusammenwirkt, kommt dem Dichtelement eine Doppelfunktion zu.
So wirkt das Dichtelement unabhängig von der konkreten Fixierung am Anker zu beiden axialen Seiten hin als, vorzugsweise einziges, Dämpfungselement, so dass auf die im Stand der Technik gezeigte, aufwändige Federstiftkonstruktion verzichtet wird und hat darüber hinaus eine Dichtfunktion zur Abdichtung des ersten Ventilsitzes und, falls vorhanden, zur Abdichtung des dann gegenüberliegenden zweiten Ventilsitzes. Diese vorteilhafte Ausführung des Elektromagnetventils ist nur aufgrund der erfindungsgemäßen Konstruktion möglich, nach welcher ein einteilig mit dem Spulenträger ausgebildeter Dom axial bis radial innerhalb des Wicklungsabschnittes in den Anker hineinragt, wodurch die jeweiligen Wechselwirkungsflächen zur Wechselwirkung mit dem Ventilsitz und dem Kern näher zusammenrücken als im Stand der Technik. Hierdurch ist es möglich, vorstehend erläuterte Doppelfunktion eines Dichtelementes zu realisieren.
Wollte man eine Einstückigkeit von Dichtung und Dämpfung bei dem aus der DE 41 39 670 C2 bekannten Ventil realisieren, so wäre dies nur äußerst aufwändig mittels Elastomer-Durchvulkanisierung durch den Anker oder Montage eines sehr langen Elastomerbauteils im Anker möglich. In diesem Fall würde die Länge dieses einstückigen Elastomerteils in der Größenordnung der Ankerlänge liegen und durch den elastomertypischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen etwa 130 und 185 × 10^–6mm/K typischerweise mehrere zehntel Millimeter Temperaturausdehnung zeigen, insbesondere im typischen Temperatureinsatzbereich für Kraftfahrzeuge zwischen etwa –40°C und 125°C zzgl. Eigenerwärmung. Diese Ausdehnung müsste im Ankerhub vorgehalten werden, wobei jedoch eine größere Ankerhub-Auslegung bei gleicher Schließkraft eine Überdimensionierung des Magneten mit einem größeren Eisen- und Kupferanteil im Flusskreis erfordert und somit neben einem erhöhten Bauraumbedarf zu erhöhten Herstellungskosten führen würde.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die Axialerstreckung des dann sowohl mit der Kernseite als auch mit dem Dom wechselwirkenden Dichtelementes deutlich geringer ist als die Axialerstreckung des Ankers. Bevorzugt beträgt die Axialerstreckung des Dichtelementes weniger als 50%, noch weiter bevorzugt weniger als 40%, ganz besonders bevorzugt weniger als 30% der Axialerstreckung des Ankers. Ganz besonders bevorzugt ist die Axialerstreckung des eine Doppelfunktion erfüllenden Dichtelementes aus einem Wertebereich zwischen etwa 10% und 30%, noch weiter bevorzugt zwischen etwa 15% und 25% der axialen Ankerlänge gewählt.
Durch eine vorteilhafte weiterbildungsgemäße formschlüssige Verbindung zwischen dem Dichtelement und dem Anker kann auf die sonst üblichen Haftvermittler verzichtet werden. Insbesondere dann, wenn dem Dichtelement, bevorzugt auf der Kernseite, gleichzeitig die Funktion einer Anschlagdämpfung zukommt, sorgt dies für eine Minimierung von Schaltgeräuschen sowie eine Verschleißminimierung durch Vermeidung von metallisch harten Anschlägen und damit einer Steigerung der Lebensdauer.
Das nach dem Konzept der Erfindung ausgebildete Elektromagnetventil kann ausschließlich mit einem einzigen, nämlich dem ersten Ventilsitz ausgebildet werden und dann bevorzugt in der Bauform als 2/2-Wegeventil, wobei der einzige, erste Ventilsitz dann alternativ am Dom vorgesehen sein kann, insbesondere stirnseitig an diesem, bevorzugt durch einteilige Ausbildung mit dem Dom, oder gegenüberliegend im Bereich des Kerns, entweder unmittelbar am Kern ausgebildet oder an einem im Kern aufgenommenen, vorzugsweise diesen durchsetzenden Ventilsitzbauteil. Die Ausführungsform mit am Dom vorgesehenem ersten Ventilsitz eignet sich besonders für eine im unbestromten Zustand geschlossene Ausführungsform, insbesondere bei axial zwischen dem Anker und dem Kern angeordneter Rückstellfeder, während sich die Ausführungsform mit im Bereich des Kerns angeordnetem einzigen Ventilsitz besonders als im unbestromten Zustand offene Ausführungsform eignet, ebenfalls mit axial zwischen dem Kern und Anker vorgesehener Rückstellfeder.
Bei einer Ausführung als im unbestromten Zustand geschlossenes Ventil ist es bevorzugt, wenn ein dem ersten Ventilsitz unmittelbar zugeordneter, zu einem Versorgungsanschluss führender Versorgungskanal, vorzugsweise ein Zentralkanal, innerhalb des Ankers verläuft und die Druckluft über am Außenumfang des Doms vorgesehene Kanäle bzw. über zumindest einen solchen Kanal wieder abgeführt bzw. zu einem Arbeitsanschluss geleitet wird.
Alternativ ist, wie erwähnt, eine Ausführung mit zwei Ventilsitzen realisierbar, nämlich einem ersten Ventilsitz und einem axial davon beabstandeten zweiten Ventilsitz, wobei einer der Ventilsitze am Dom vorgesehen ist, während der andere der Ventilsitze am Kernbereich realisiert ist, entweder unmittelbar am Kern, oder an einem im Kern angeordneten Ventilbauteil bzw. -element. Bei einer solchen Ausführungsform wirkt das gemeinsame Dichtelement wechselseitig dichtend mit beiden Ventilsitzen zusammen. Die Ausführungsform mit einem ersten und einem zweiten Ventilsitz eignet sich insbesondere für die Ausbildung des Elektromagnetventils als 3/2-Wegeventil, bevorzugt mit einem im unbestromten Zustand geschlossenen ersten Ventilsitz.
In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass der Dom möglichst weit in den Innenkanal hineinragt, insbesondere so weit, dass er sich und vorzugsweise auch ein am Dom vorgesehener erster Ventilsitz über mindestens ein Viertel der Axialerstreckung der Wicklung bzw. des Wicklungsabschnittes in den Wicklungsabschnitt hineinerstreckt, ganz besonders bevorzugt über mindestens ein Drittel der Axialerstreckung des Wicklungsabschnittes, noch weiter bevorzugt, zumindest näherungsweise über die hälftige Axialerstreckung des Wicklungsabschnittes, so dass eine minimale axiale Baulänge bei guter Funktionalität und bauraumoptimierter Anordnung des Kerns, bevorzugt innerhalb des Spulenträgers möglich ist.
Um eine optimale Gewichtsminimierung zu realisieren ist es bevorzugt, wenn der Dom vergleichsweise breit ist, insbesondere so breit, dass der Durchmesser einer Hüllkontur oder Umfangskontur des Doms in einem Bereich innerhalb des Wicklungsabschnittes mindestens einem Drittel, bevorzugt mindestens der Hälfte des Außendurchmessers des Ankers innerhalb des Wicklungsabschnittes entspricht. Hieraus resultiert eine geringe Wandstärke des Ankers und damit ein geringes Ankergewicht.
Im Hinblick auf die Realisierung einer guten Achsparallelität der Ankerführung ist es von Vorteil, wenn der Anker mit seinem Außenumfang am Innenumfang des Innenkanals in den Spulenträger geführt ist, bevorzugt in einem Bereich radial innerhalb der Wicklung. Besonders zweckmäßig ist es, wenn ein axialer Führungsabschnitt innerhalb des Wicklungsabschnittes des Spulenträgers länger ist als 50% der gesamten axialen Führungslänge – mit anderen Worten ist der Anker bevorzugt über den größten Teil der Axialführung vom Innenumfang des Innenkanals innerhalb des Wicklungsabschnittes geführt.
Besonders bevorzugt ist es, wenn der Anker ausschließlich an seinem Außenumfang geführt ist, wobei ein radiales Führungsspiel zwischen dem Außenumfang des Ankers und dem Innenumfang des Innenkanals kleiner ist als ein Radialspiel zwischen dem Innenumfang des Ankers und dem Außenumfang des Doms. Auch ist eine Ausführungsform realisierbar, bei der der Anker mit seinem Außenumfang nicht oder nicht nur am Innumfang des Innenkanals geführt ist, sondern an einem, zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig innerhalb des Innenkanals des Spulenträgers aufgenommenem Ankerführungsrohr. In diesem Fall ist es bevorzugt, wenn ein radiales Führungsspiel zwischen dem Außenumfang des Ankers und dem Innenumfang des (fakultativen) Ankerführungsrohres kleiner ist als ein Radialspiel zwischen dem Innenumfang des Ankers und dem Außenumfang des Doms.
Besonders zweckmäßig ist es, wenn der Kern, zumindest abschnittsweise innerhalb des Spulenträgers angeordnet ist, wobei der Dom von einem von dem Kern abgewandten Ende des Wicklungsabschnittes her in diesen hineinragt.
Ganz besonders bevorzugt ist dabei eine Ausführungsform, bei der der Kern gegenüber dem Spulenträger in radialer Richtung, insbesondere über eine am Außenumfang des Kerns vorgesehene Ringdichtung und/oder über eine am Innenumfang des Spulenträgers vorgesehene Ringdichtung abgedichtet ist, um einen Druckluftaustritt in axialer Richtung in einem Bereich zwischen Spulenträger und Kern zu vermeiden.
Wie bereits eingangs angedeutet, ist eine Ausführungsform des Elektromagnetventils ganz besonders bevorzugt, bei welcher der erste Ventilsitz, insbesondere stirnseitig, am Dom angeordnet ist, vorzugsweise in dem der erste Ventilsitz einteilig mit dem Dom ausgebildet ist. Alternativ ist es, wie erwähnt, möglich, den ersten Ventilsitz am Kern oder einem im Kern angeordneten Ventilsitzbauteil anzuordnen, wobei im letztgenannten Fall das Ventilsitzbauteil bevorzugt gleichzeitig einen Druckluftkanal zum Ventilsitz begrenzt.
Für den Fall der Anordnung des ersten Ventilsitzes am Dom ist es bevorzugt, wenn innerhalb des Doms, ein, bevorzugt als Zentralkanal ausgebildeter, erster Fluidkanal, insbesondere ein Druckluftkanal, ausgebildet ist, der ganz besonders bevorzugt einen Versorgungskanal bildet, der von einem Versorgungsanschluss versorgt wird. Die Druckluft kann bei geöffnetem erstem Ventilsitz bevorzugt über mindestens einen, am Außenumfang des Doms vorgesehenen Fluidkanal, insbesondere einen zu einem Arbeitsanschluss führenden Arbeitskanal abgeführt werden. Für den Fall des Vorsehens des ersten Ventilsitzes am Kern oder an einem am Kern vorgesehenen Ventilsitzbauteil erfolgt der Zustrom oder Abstrom von Druckluft zu dem bzw. von dem ersten Ventilsitz durch einen innerhalb des Kern oder des Ventilsitzbauteils vorgesehenen Kanal.
Vorgenannte Arbeitskanäle am Außenumfang des Doms werden bevorzugt gebildet von Axialnuten zwischen in Umfangsrichtung beabstandeten Abschnitten bzw. Segmenten, die vorzugsweise eine zylindrische Hüllkontur begrenzen, die in dem bevorzugt hohlzylindrischen Anker aufgenommen ist.
Bei einer Ausführungsform mit zwei axial gegenüberliegenden Ventilsitzen ist es bevorzugt, wenn eine luftleitende Verbindung zwischen einem Ankerinnenraum, vorzugsweise zwischen mindestens einem am Außenumfang des Doms vorgesehenen Kanal und einem Luftkanal im Kern oder in einem im Kern vorgesehenen Ventilsitzbauteil realisiert ist, insbesondere durch mindestens eine axiale Durchgangsöffnung im Bereich einer Ankerstirnseite, so dass ein Luftaustausch bei einem am ersten Ventilsitz anliegenden Anker zwischen dem dann geöffneten kernbereichsseitigen zweiten Ventilsitz und dem Ankerinnenraum, vorzugsweise dem dort mündenden umfangsseitigen Luftkanal am Dom, ermöglicht ist.
Fertigungstechnisch ist es besonders bevorzugt, wenn der Spulenträger und der Dom als gemeinsames Kunststoffspritzgussteil ausgebildet sind, bevorzugt mit integralem ersten Ventilsitz, was jedoch nicht zwingend ist, wenn der erste Ventilsitz im Bereich des Kerns vorgesehen wird.
Bei einer Ausbildung des Spulenträgers und des Doms als gemeinsames Kunststoffspritzgussteil ist es bevorzugt, wenn das Material des Kunststoffspritzgussteils reibungsminimierende Beimischungen, insbesondere PTFE enthält, um dann bevorzugt auf eine Gleitbeschichtung am Innenumfang des Innenkanals zur Verbesserung der tribologischen Eigenschaften verzichten zu können. Zusätzlich oder alternativ kann dadurch auf eine kostenintensive Anker-Gleitbeschichtung verzichtet werden, was bevorzugt ist.
Besonders zweckmäßig ist es, wenn der Arbeitshub des Ankers durch axiales Verstellen und anschließendes Sichern des Kerns, insbesondere durch Verstemmen eines den Spulenträger axial überragenden Kernabschnittes mit einem metallischen, den magnetischen Fluss leitenden Flussleitblech einstellbar oder eingestellt ist.
Hierdurch kann eine optimierte Energieeffizienz des elektromagnetischen Antriebs realisiert werden. Darüber hinaus ist eine derartige Montage bei gegebenen Toleranzen gut beherrschbar.
Die Erfindung führt auch auf ein pneumatisches System für Kraftfahrzeuganwendungen, bevorzugt für Nutzfahrzeuganwendungen mit einem erfindungsgemäßen Elektromagnetventil.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen.
Diese zeigen in:
1 eine geschnittene Darstellung eines als im unbestromten Zustand geschlossenes 2/2-Wegeventils,
2 eine Querschnittansicht des Ventils gemäß 1 im Bereich des Doms,
3 eine Darstellung eines 2/2-Wegeventils einer im unbestromten Zustand offenen Ausführungsvariante,
4 eine mögliche Ausführungsform eines nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeten Elektromagnetventils als 3/2 Wegeventil mit zwei axial beabstandeten Ventilsitzen,
5 eine alternative Ausführungsvariante eines als 2/2-Wegeventils ausgebildeten Elektromagnetventils, bei welcher der Anker mit seinem Außenumfang an einem Ankerführungsrohr axial geführt ist.
In den Figuren sind gleiche Elemente und Elemente mit der gleichen Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
In 1 ist eine Bauform eines nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeten Elektromagnetventils als 2/2-Wegeventil, das im unbestromten Zustand geschlossen ist. Zu erkennen ist ein aus Kunststoff ausgebildeter Spulenträger 1, der in einem axialen Wicklungsabschnitt eine bestrombare Wicklung 6 trägt. Die Bestromung der Wicklung 6 erfolgt über einen Kontaktpin 5. Der Spulenträger ist einteilig ausgebildet mit einem Dom 3, der von einer von einem Kern 13 abgewandten Seite her axial in den Wicklungsabschnitt hineinragt. Ein Radialspiel 18 zwischen dem Außenumfang des Doms 3 und dem einen Aufnahmekanal für den Dom 3 begrenzenden Innenumfang eines Ankers 9 ist dabei größer gewählt als ein Führungsspiel 16 radial zwischen einem einen Innenkanal für den Anker 9 begrenzenden Innenumfang des Spulenträgers 1 und dem Außenumfang des Ankers, so dass zwischen Anker und Innenkanal eine Ankerführung 17 (Ankeraußenführung) resultiert.
Bei unbestromter Wicklung wirkt der Anker 9, genauer ein formschlüssig am Anker 9 festgelegtes, hier elastomeres, Dichtelement 10, welches eine Durchgangsöffnung im Anker in Richtung seines Ankerinnenraums überragt, mit einem stirnseitig am Dom 3 ausgebildeten ersten Ventilsitz 2 zusammen. In Richtung auf diesen ersten Ventilsitz 2 wird der Anker 9 mittels einer Feder 11 (Rückstellfeder) kraftbeaufschlagt, die sich zum einen axial am Kern 13 und zum anderen, axial gegenüberliegend am Anker 9 abstützt. Bei der Bestromung der Wicklung 6 verläuft der magnetische Fluss innerhalb des Kerns 13, dann in radialer Richtung nach außen in ein Flussleitblech 12, welches gleichzeitig eine Jochscheibenfunktion ausübt und dann in entgegengesetzter Axialrichtung innerhalb des Flussleitbleches 12 bis zu einem in der Zeichnungsebene unteren Flussleitblechabschnitt, der in einer Umfangsnut des Spulenträgers 1 aufgenommen ist.
Dort wird der Radialabstand zum Anker 9 überwunden, innerhalb dessen der Fluss weiter axial über ein Axialluftspalt zwischen Anker und Kern in Richtung Kern verläuft.
Der Kern 13 ist abschnittsweise innerhalb des Innenkanals des Spulenträgers 1 angeordnet und gegenüber diesem mittels einer Ringdichtung 14 abgedichtet. Axial weiter außen ist der Kern 13 axial gesichert über eine Verstemmung 15 mit dem metallischen Flussleitblech 12.
Bei Bestromung der Wicklung 6 wird der Anker 9 axial in Richtung des Kerns 13 verstellt, in welchem er sich dann über das Dichtelement 10 abstützt, welchem somit nicht nur eine dichtende, sondern auch eine anschlagsdämpfende Funktion kommt.
Bei geöffnetem erstem Ventilsitz, d.h. bei bestromter Wicklung 6, kann Druckluft über einen ersten als Zentralkanal ausgebildeten Fluidkanal, hier ein Versorgungskanal P, axial in den Ankerinnenraum strömen und aus diesem in entgegengesetzte Richtung über am Außenumfang des Doms 3 ausgebildete zweite Fluidkanäle 4 hin zu einem Versorgungsanschluss A. Selbstverständlich kann das Elektromagnetventil auch in entgegengesetzter Richtung durchströmt werden (dann ändern sich die Anschlusszeichnungen entsprechend).
In Einbaulage ist der Versorgungsanschluss gegenüber dem Arbeitsanschluss über eine O-Ringdichtung 8 abgedichtet und der Arbeitsanschluss gegenüber der Umgebung über eine radial weiter außen angeordnete O-Ringdichtung 7.
In 3 ist eine Detailansicht in Form einer Querschnittsansicht des Doms 3 gezeigt. Zu erkennen sind drei radial vorstehende, zusammen eine zylindrische Hüllkontur begrenzende, Segmente 19, wobei jeweils zwei in Umfangsrichtung beabstandete Segmente 19, die zwischen sich einen Kanal 4 begrenzen, der in dem gezeigten Ausführungsbeispiel bevorzugt als Arbeitsluftkanal dient.
Im Folgenden wird nun das Ausführungsbeispiel gemäß 3 beschrieben, wobei zur Vermeidung von Wiederholungen im Wesentlichen auf die Unterschiede zu dem Ausführungsbeispiel gemäß den vorstehenden Figuren eingegangen wird. Im Hinblick auf die Gemeinsamkeiten wird auf vorstehendes Ausführungsbeispiel samt Figurenbeschreibung verwiesen. Die zeichnerische Darstellung gemäß 3 sowie die Darstellung gemäß 4 erwecken den Eindruck, dass der Anker am Dom 3 geführt ist, was auch möglich ist. Die Führung ist tatsächlich jedoch analog zu der Darstellung gemäß 1 realisiert, also derart, dass der Anker mit seinem Außenumfang am Innenumfang des Innenkanals geführt ist, bevorzugt über den größten Teil der axialen Führung innerhalb des Wicklungsabschnittes.
In 3 ist ein nach dem Konzept der Erfindung ausgebildetes Elektromagnetventil in der Bauform bei Bestromung geschlossen (normal offen) gezeigt. Zu erkennen ist, dass der erste Ventilsitz 2 nicht wie bei dem vorherigen Ausführungsbeispiel am Dom 3 realisiert ist, sondern den Dom 3 gegenüberliegend an einem im Kern 13 aufgenommenen Ventilsitzbauteil 20, welches gleichzeitig ein Druckluftkanal, hier ein Versorgungskanal P beinhaltet, während weitere Kanäle 4, über die Druckluft bei geöffnetem ersten Ventilsitz abströmen kann, am Außenumfang des Ventilsitzbauteils 20 realisiert sind. Die Feder 11 befindet sich auch bei dem Ausführungsbeispiel axial zwischen dem Anker 9 und dem Kern 13. Wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 umgreift auch hier der Spulenträger 1 axial außen in radialer Richtung den Anker 3, um dann axial bis in den Wicklungsabschnitt in Form des Doms 3 hineinzuragen. Das Ausführungsbeispiel eines Elektromagnetventils gemäß 4 umfasst zusätzlich zu dem ersten, am Dom 3 ausgebildeten Ventilsitz 2 einen zweiten Ventilsitz 21, der axial gegenüberliegend, hier beispielhaft unmittelbar am Kern 13 ausgebildet ist, wobei jedoch eine Anordnung an einem Ventilsitzelement, welches im Kern 13 aufgenommen ist, alternativ möglich ist.
Der Anker 9 wirkt in dem gezeigten Ausführungsbeispiel bei Bestromung der Wicklung 6 über das Dichtelement 10 mit dem zweiten Ventilsitz 21 zusammen und liegt bei fehlender Bestromung über das Dichtelement 10 am ersten Ventilsitz 2 an.
Die axialen Kanäle 4 am Außenumfang des Doms 3 bzw. ein Ankerinnenraum ist dauerhaft luftleitend verbunden mit einem Bereich radial benachbart des zweiten Ventilsitzes 21, so dass bei geöffnetem zweiten Ventilsitz 21 und folglich geschlossenem ersten Ventilsitz 2 eine fluidleitende Verbindung zwischen dem hier beispielhaft unmittelbar im Kern 13 ausgebildeten Kanal R bzw. alternativ einem Ventilsitzbauteil und den Kanälen 4 besteht, während bei geöffnetem ersten Ventilsitz 2 diese Verbindung unterbrochen ist und stattdessen eine fluidleitende Verbindung zwischen dem Fluidkanal innerhalb des Doms und den Kanälen 4 besteht.
In 5 ist ein nach dem Konzept der Erfindung ausgebildetes Elektromagnetventil gezeigt, bei dem der Anker 9 axial nicht unmittelbar am Spulenträger 1 bzw. am Innenumfang des darin vorgesehenen Innenkanals geführt ist vollständig im Spulenträger 1 aufgenommenen Ankerführungsrohr 22, welches mit seinem Außenumfang am Innenumfang des Innenkanals anliegt.
Das Ankerführungsrohr 22 ist an seinem von dem Kern abgewandten Ende nach radial innen umgeformt, so dass eine Ringschulter gebildet ist, die zusammen mit einem axialen Endabschnitt des Ankerführungsrohres eine Aufnahme für eine Ringdichtung 23 bildet, mittels derer das Ankerführungsrohr 22 gegenüber dem Spulenträger 1 abgedichtet ist.
Alternativ ist auch eine Ausführungsform (nicht gezeigt) mit einem durchgehend zylindrischen Ankerführungsrohr realisierbar.
Der sonstige Aufbau und die Funktion des in 5 gezeigten Elektromagnetventils entsprechen im Wesentlichen der Ausführungsform gemäß 1, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen diesbezüglich auf 1 und die zugehörige Figurenbeschreibung verwiesen wird. In der Darstellung gemäß 5 ist die Verbindung der Kanäle am Außenumfang des Doms 3 zu einem Versorgungsanschluss A nicht gezeigt.
Bezugszeichenliste

1: Spulenträger
2: erster Ventilsitz
3: Dom
4: Fluidkanal
5: Kontaktpin
6: Wicklung
7: O-Ringdichtung
8: O-Ringdichtung
9: Anker
10: Dichtelement
11: Feder
12: Flussleitblech
13: Kern
14: Ringdichtung
15: Verstemmung
16: Führungsspiel
17: Ankerführung
18: Radialspiel
19: Segmente
20: Ventilsitzbauteil
21: zweiter Ventilsitz
22: Ankerführungsrohr
23: Ringdichtung
A: Versorgungsanschluss
P: Versorgungskanal
R: Kanal

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 9300039 U1 [0002]
DE 4139670 C2 [0002, 0013]

Claims

Elektromagnetventil, insbesondere für Pneumatiksysteme in Kraftfahrzeugen, mit einem durch Bestromen einer elektrischen Wicklung (6) axial innerhalb eines Innenkanals eines die Wicklung (6) an einem Wicklungsabschnitt tragenden Spulenträgers (1) relativ zu einem Kern (13) sowie relativ zu einem ersten Ventilsitz (2) verstellbaren Anker (9), wobei der Anker (9) über ein, bevorzugt als Elastomerteil, ausgebildetes Dichtelement (10) mit dem ersten Ventilsitz (2) zusammenwirkend ausgebildet und angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Anker (9) ein Aufnahmekanal vorgesehen ist, in den ein einteilig mit dem Spulenträger (1) ausgebildeter Dom (3) axial bis in den Wicklungsabschnitt hinein ragt, und dass sich der Anker (9) bei in einer von dem ersten Ventilsitz (2) axial weg verstellten Schaltstellung über das Dichtelement (10) an einem dem ersten Ventilsitz (2) axial gegenüberliegenden Bauteil abstützt.
Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (10) formschlüssig an dem Anker (9) festgelegt ist, bevorzugt in dem es in einer Durchgangsöffnung des Ankers (9) gehalten ist und/oder einen Durchgangsöffnungsrand an beiden Axialseiten in radialer Richtung übergreift.
Elektromagnetventil nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Dom (3) axial, vorzugsweise über mindestens ein Viertel der Axialerstreckung der Wicklung (6), in den Wicklungsabschnitt hinein ragt und/oder dass ein Durchmesser einer Hüllkontur oder Umfangskontur des Doms (3) in einem Bereich innerhalb des Wicklungsabschnittes mindestens einem Drittel, bevorzugt mindestens der Hälfte des Außendurchmessers des Ankers (9) innerhalb des Wicklungsabschnittes entspricht.
Elektromagnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (9) mit seinem Außenumfang am Innenumfang des Innenkanals und/oder am Innenumfang eines im Innenkanal aufgenommenen Ankerführungsrohrs (22) geführt ist, bevorzugt innerhalb des Wicklungsabschnittes.
Elektromagnetventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein radiales Führungsspiel (16) zwischen dem Außenumfang des Ankers (9) und dem Innenumfang des Innenkanals oder des fakultativen Ankerführungsrohres kleiner ist als ein Radialspiel (18) zwischen dem Innenumfang des Ankers (9) und dem Außenumfang des Doms (3).
Elektromagnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (13) zumindest abschnittweise innerhalb des Spulenträgers (1) angeordnet ist, und dass der Dom (3) von einem von dem Kern (13) abgewandten axialen Ende des Wicklungsabschnittes in diesen hinein ragt.
Elektromagnetventil nach Anspruch einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Ventilsitz (2), insbesondere stirnseitig, am dem Dom (3) angeordnet ist, vorzugsweise durch einteilige Ausbildung mit dem Dom (3), oder dass der erste Ventilsitz (2) am Kern (13) oder einem im Kern (13) angeordneten Ventilsitzbauteil (20) angeordnet ist.
Elektromagnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem ersten Ventilsitz (2) ein sich axial innerhalb Doms (3) erstreckender, bevorzugt als Zentralkanal und/oder Versorgungskanal ausgebildeter, erster Fluidkanal, bevorzugt ein Druckluftkanal, und/oder ein, bevorzugt am Außenumfang des Doms (3) vorgesehener, bevorzugt als Arbeitskanal ausgebildeter zweiter Fluidkanal, bevorzugt ein Druckluftkanal, zugeordnet ist.
Elektromagnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dom (3), zumindest in einem axial in den Wicklungsabschnitt hinein ragenden Axialschnitt, eine zylindrische Hüllkontur aufweist und/oder in Umfangsrichtung über axiale Umfangsnuten beabstandete Stege aufweist, die zwischen sich zweite Fluidkanäle, insbesondere Druckluftkanäle, begrenzen.
Elektromagnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein axial von dem ersten Ventilsitz (2) beabstandeter, vorzugsweise am Kern (13) angeordneter oder einteilig mit dem Kern (13) ausgebildeter zweiter Ventilsitz (21) vorgesehen ist.
Elektromagnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenträger (1) und der Dom (3) als gemeinsames Kunststoffspritzgussteil ausgebildet sind, bevorzugt mit integralem ersten Ventilsitz (2).
Elektromagnetventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des, vorzugsweise gleitbeschichtungsfreien, Kunststoffspritzgussteils reibungsminimierende Beimengungen, insbesondere PTFE, enthält.
Elektromagnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Arbeitshub des Ankers (9) durch axiales Verstellen und Sichern des Kerns (13), insbesondere durch Verstemmen eines den Spulenträger (1) axial überragenden Kernabschnittes mit einem metallischen, den magnetischen Fluss leitenden, vorzugsweise als Ventilgehäuse ausgebildeten, Flussleitblech (12) eingestellt ist.
Pneumatiksystem, insbesondere Bremssystem, für Kraftfahrzeuganwendungen, bevorzugt für Nutzfahrzeuganwendungen mit einem Elektromagnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche.