DE102014111980A1

DE102014111980A1 - Elektromagnetventil

Info

Publication number: DE102014111980A1
Application number: DE102014111980.0A
Authority: DE
Inventors: Alvito Fernandes; Andre Kornfeld; Benjamin Grauer; Janusz Zurke; Max Hermann; Franz-Josef Schnelker
Original assignee: Pierburg GmbH
Current assignee: Pierburg GmbH
Priority date: 2014-08-21
Filing date: 2014-08-21
Publication date: 2016-02-25

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Elektromagnetventil mit einem elektromagnetischen Kreis (6), der aus einer auf einen Spulenträger (8) gewickelten Spule (10), einem Anker (12), einem Kern (14) und einer Rückschlusseinrichtung (16) besteht, wobei der Anker (12) eine zum Kern (14) gerichtete Wirkkontur aufweist, die in elektromagnetischer Wirkverbindung mit einer Wirkkontur des Kerns (14) steht, derart, dass der Anker (12) ein Ansatzstück (30) aufweist, dass in eine Aussparung (32) des Kerns (14) bewegbar ist oder vice versa, wobei eine Ankerwirkfläche (40) und eine Kernwirkfläche (38) vorgesehen sind, wobei das Größenverhältnis von Ankerwirkfläche (40) zu Kernwirkfläche (38) zwischen (0,8 bis 1,2):1 liegt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Elektromagnetventil mit einem elektromagnetischen Kreis, der aus einer auf einen Spulenträger gewickelten Spule, einem Anker, einem Kern und einer Rückschlusseinrichtung besteht, wobei der Anker eine zum Kern gerichtete Wirkkontur aufweist, die in elektromagnetischer Wirkverbindung mit einer Wirkkontur des Kerns steht, derart, dass der Anker ein Ansatzstück aufweist, das in eine Aussparung des Kerns bewegbar ist oder vice versa, wobei eine Ansatzstückfläche und eine Bundfläche vorgesehen sind.
Derartige Elektromagnetventile sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. Sie werden beispielsweise als Antrieb für sogenannte Schubumluftventile, elektropneumatische Ventile oder auch als Antrieb für Stellvorrichtungen genutzt. Bei der Auslegung des elektromagnetischen Kreises ist es insbesondere wichtig, möglichst schnell, d. h. bei geringem Hub, eine hohe Magnetkraft zu erzielen, die dann auch noch über den gesamten Hubverlauf möglichst konstant und linear verlaufen soll, da nur hierdurch eine genaue Ansteuerung des jeweiligen Elektromagnetventils möglich ist. Beispiele für derartige Elektromagnetventile sind in der DE 10 2010 010 187 B4 und der DE 10 2012 101 634 A1 genannt. Vor dem Hintergrund der stetig steigenden Anforderungen im Automobilbereich an eine verringerte Bauraumgröße bei steigender Leistung, weisen die derzeit bekannten Elektromagnetventile den Nachteil auf, dass sie eine zu geringe Magnetkraft bedingen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Elektromagnetventil bereitzustellen, das bei geringem Bauraum eine hohe Magnetkraft mit konstantem Verlauf aufweist.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Größenverhältnis von Ansatzfläche zu Bundfläche zwischen (0,8 bis 1,2):1 liegt. Hierdurch ist es möglich, bei einem sehr großen Hubweg eine hohe konstante Magnetkraft zu realisieren. In vorteilhafter Weise beträgt das Größenverhältnis von Ansatzfläche zu Bundfläche 1:1.
Hierbei können die zueinander gerichteten Flächen des Ansatzstückes und der Aussparung zylindrisch ausgebildet sein. In besonders vorteilhafter Weise bezüglich eines linearen Kraftverlaufs sind die zueinander gerichteten Flächen des Ansatzstückes und der Aussparung entsprechend zueinander konisch ausgebildet. Hierbei beträgt ein Konizitätswinkel α bezogen auf die Längsachse zwischen 3° und 13°, vorzugsweise 8°.
Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert, hierbei zeigt:
1 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Schubumluftventils,
2 eine Detailansicht des Elektromagnetventils aus 1, und
3 eine Darstellung des Verlaufs der Magnetkraft über den Ventilhub des Elektromagnetventils.
1 zeigt eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Elektromagnetventils 2, das im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Thermoventil ausgebildet ist, das im Kühlkreislauf eingesetzt wird, um in der Startphase der Brennkraftmaschine den Kühlkreislauf zu unterbrechen, um so eine schnellere Aufheizung der Brennkraftmaschine zu gewährleisten.
Das Elektromagnetventil 2 weist ein Gehäuse 4 auf, in dem ein elektromagnetischer Kreis 6 vorgesehen ist, der im Wesentlichen aus einer auf einem Spulenträger 8 gewickelten Spule 10, einem Anker 12, einem Kern 14 und einer Rückflusseinrichtung 16 besteht. Die Spule 10 kann hierbei auf bekannte Weise über einen Elektrostecker 17 mit einer nicht weiter dargestellten Motorsteuerung verbunden sein. Die Rückflusseinrichtung 16 besteht auf bekannte Weise aus einem Rückschlussblech 18 und einem in dieser Ansicht nicht dargestellten Joch. Dem Anker 12 schließt sich eine Ventilstange 20 an, die einstellbar im Anker 12 befestigt sein kann. Des Weiteren ist ein Hülsenkörper 22 vorgesehen, der einen Ventilinnenraum 24 gegenüber dem elektromagnetischen Kreis 6 abdichtet, damit keine Verschmutzungen des zu regelnden oder zu steuernden Fluids Teile des elektromagnetischen Kreises 6 beschädigen können. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Anker 12 beweglich im Hülsenkörper 22 geführt, der hierzu eine nicht-magnetische Beschichtung aufweist. Es sollte deutlich sein, dass noch viele weitere Ausführungsformen für eine Ankerführung im Elektromagnetventil im Bereich der Erfindung liegen. So kann der Anker 12 auch über eine Gleitlagerbuchse geführt sein, wobei der Anker 12 sowohl über die Außenseite als auch über einen innen verlaufenden Stift geführt sein kann. Auch kann der Anker oberhalb des Kerns 14 angeordnet sein, wobei dann die Ventilstange 20 im Kern 14 in einer Gleitlagerbuchse gelagert ist.
Durch eine Feder 26 ist der Anker 12 gegenüber dem Kern 14 derart vorgespannt, dass das Elektromagnetventil 2 über ein Verschlusselement 28 eine stromlos geschlossene Einstellung vornimmt. Das Verschlusselement 28 ist auf bekannte Weise an der Ventilstange 20 vorgesehen.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist der Kern 14 ein Ansatzstück 30 auf, der in eine entsprechende Aussparung 32 des Ankers 12 bewegbar ist. Die zueinander gerichteten Flächen 34, 36 des Ansatzstückes 30 und der Aussparung 32 sind hierbei konisch ausgeführt und weisen einen Konizitätswinkel α bezogen auf eine Parallele zur Längsachse 38 des Elektromagnetventils 2 von 8° auf (siehe hierzu insbesondere 2). Es ist jedoch auch denkbar, dass das Ansatzstück 30 und die entsprechende Aussparung 32 zylindrisch ausgeführt sind.
Wie 2 deutlich zeigt, werden durch eine derartige Ausbildung des Kerns 14 und des Ankers 12 eine Kernwirkfläche 38, die hier als Kernstirnfläche ausgebildet ist, und eine Ankerwirkfläche 40, die hier als Ankerbundfläche ausgebildet ist, erzeugt. Diese Wirkflächen 38, 40 werden insbesondere durch magnetische Feldlinien für den Übergang und damit für die Kraftübertragung vom Kern 14 auf den Anker 12 genutzt. Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass das Größenverhältnis von Ankerwirkfläche 40 zu Kernwirkfläche 38 zwischen (0,8 bis 1,2):1 liegt. Vorteilhafterweise beträgt dieses Größenverhältnis, wie hier auch dargestellt, 1:1. Bei der Berechnung der Kernwirkfläche 38, also der Kernstirnfläche, muss die Fläche einer Bohrung 42, in der die Feder 26 im zusammengebauten Zustand des Elektromagnetventils 2 angeordnet ist, natürlich abgezogen werden. Die Kernwirkfläche 38 berechnet sich also gemäß der Formel π × r_k1 ² – π × r_k2 ² und die Ankerwirkfläche 40 berechnet sich gemäß der Formel π × r_a1 ² – π × r_a2 ².
3 zeigt nun der Verlauf der Magnetkraft, die auf den Anker 12 wirkt, über den Ventilhub. Die durchgezogene Linie 44 zeigt den Verlauf der Magnetkraft des erfindungsgemäßen Elektromagnetventils 2 mit dem Flächenverhältnis 1:1. Die gestrichelte Linie 46 zeigt den Verlauf der Magnetkraft, wenn das Flächenverhältnis 1:1,5 beträgt. Deutlich zu erkennen ist die wesentlich höhere konstante Magnetkraft über den größten Teil des Hubverlaufs. Lediglich bei geringem Abstand von Anker 12 zu Kern 14 weist das erfindungsgemäße Elektromagnetventil 2 eine geringere Magnetkraft auf, was hinsichtlich der Ansteuerung jedoch Vorteile dahingegen bietet, dass die Magnetkraft über den gesamten Hubverlauf nahezu konstant ist und folglich genauer angesteuert werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010010187 B4 [0002]
DE 102012101634 A1 [0002]

Claims

Elektromagnetventil mit einem elektromagnetischen Kreis (6), der aus einer auf einen Spulenträger (8) gewickelten Spule (10), einem Anker (12), einem Kern (14) und einer Rückschlusseinrichtung (16) besteht, wobei der Anker (12) eine zum Kern (14) gerichtete Wirkkontur aufweist, die in elektromagnetischer Wirkverbindung mit einer Wirkkontur des Kerns (14) steht, derart, dass der Anker (12) ein Ansatzstück (30) aufweist, dass in eine Aussparung (32) des Kerns (14) bewegbar ist oder vice versa, wobei eine Ankerwirkfläche (40) und eine Kernwirkfläche (38) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Größenverhältnis von Ankerwirkfläche (40) zu Kernwirkfläche (38) zwischen (0,8 bis 1,2):1 liegt.
Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Größenverhältnis von Ankerwirkfläche (40) zu Kernwirkfläche 38 1:1 beträgt.
Elektromagnetventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zueinander gerichteten Flächen des Ansatzstückes (30) und der Aussparung (32) zylindrisch ausgebildet sind.
Elektromagnetventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zueinander gerichteten Flächen des Ansatzstückes (30) und der Aussparung (32) entsprechend zueinander konisch ausgebildet sind.
Elektromagnetventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Konizitätswinkel α bezogen auf die Längsachse zwischen 3° und 13°, vorzugsweise 8°, beträgt.