DE102014210066A1

DE102014210066A1 - Elektromagnetventil

Info

Publication number: DE102014210066A1
Application number: DE102014210066.6A
Authority: DE
Inventors: Christoph Voss
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2014-05-27
Filing date: 2014-05-27
Publication date: 2015-12-03

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Elektromagnetventil, insbesondere ein Pneumatikventil für ein Kraftfahrzeug-Luftfedersystem, mit einem in einem Ventilgehäuse (17) angeordneten Ventilschließkörper (2), der im Ventilgehäuse (17) einen Ventildurchlass (7) in einem Ventilsitz (11) zu öffnen oder zu verschließen vermag, mit einem Magnetanker (1), der mit dem Ventilschließkörper (2) eine eigenständig handhabbare Baugruppe bildet, die unter der Wirkung einer Rückstellfeder (10) den Ventildurchlass (7) zu verschließen vermag, mit einem im Ventilgehäuse (17) fixierten Magnetkern (18), an dem sich ein von der Baugruppe abgewandtes Federende der Rückstellfeder (10) abstützt, sowie mit einem in das Ventilgehäuse (17) einmündenden Druckmitteleinlass (19) und einem Druckmittelauslass (20), die bei der elektromagnetischen Erregung einer Ventilspule über den vom Ventildurchlass (7) abgehobenen Ventilschließkörper (2) miteinander verbunden sind, wobei zur Erhöhung des Volumendurchsatzes der Magnetanker (1) und der Ventilschließkörper (2) in Hubrichtung relativ beweglich zueinander angeordnet sind

Description

Die Erfindung betrifft ein Elektromagnetventil, insbesondere Pneumatikventil für ein Kraftfahrzeug-Luftfedersystem, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der DE 10 2012 206 282 A1 ist bereits ein Elektromagnetventil der angegebenen Art bekannt geworden, mit einem in einem Ventilgehäuse angeordneten Ventilschließkörper, der im Ventilgehäuse einen Ventildurchlass zu öffnen oder zu verschließen vermag. Der Ventilschließkörper bildet gemeinsam mit einem Magnetanker eine eigenständig handhabbare Baugruppe, die in der Ventilgrundstellung unter der Wirkung einer Rückstellfeder den Ventildurchlass zu verschließen vermag. Das Ventilgehäuse ist auf der vom Ventilschließkörper abgewandten Seite von einem Magnetkern verschlossen, an dem sich ein von der Baugruppe abgewandtes Federende der Rückstellfeder abstützt. In das patronenförmige Ventilgehäuse münden ein Druckmitteleinlass und einem Druckmittelauslass ein, die bei der elektromagnetischen Erregung einer Ventilspule über den vom Ventildurchlass abgehobenen Ventilschließkörper miteinander verbunden sind.
Das vorgestellte Elektromagnetventil ist jedoch aufgrund seiner Konzeption nur für kleine Volumenströme und kleine Ventilhübe ausgelegt.
Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Elektromagnetventil der angegebenen Art mit möglichst einfachen, funktionsgerechten Mitteln kostengünstig und klein-bauend auszuführen und derart zu verbessern, dass große Volumenströme schaltbar sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für das Elektromagnetventil der angegebenen Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen im Nachfolgenden aus der Beschreibung von mehreren Ausführungsbeispielen hervor.
Es zeigen:
1 und 7 jeweils einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Elektromagnetventil in der elektromagnetisch nicht erregten, geschlossenen Grundstellung,
2 und 8 jeweils das erfindungsgemäße Elektromagnetventil in einer Teilhubstellung des Magnetankers infolge einer elektromagnetischen Erregung, in der der Ventilschließkörper noch am Ventilsitz verharrt,
3 und 9 jeweils das erfindungsgemäße Elektromagnetventil in einer Endhubstellung des Magnetankers infolge der elektromagnetischen Erregung, in welcher der Magnetanker am Magnetkern verharrt und der Ventilschließkörper infolge eines durch den Magnetanker angehobenen, mit dem Ventilschließkörper verbundenen Mitnehmers zwangsläufig von seinem Ventilsitz abgehoben ist,
4 und 10 jeweils das erfindungsgemäße Elektromagnetventil in der unveränderten Endhubstellung des Magnetankers infolge der elektromagnetischen Erregung, in welcher der Ventilschließkörper nunmehr nach erfolgtem Druckausgleich unter der Wirkung einer Druckfeder zum Erreichen des maximalen Öffnungshubs gegen die Stirnfläche des Magnetankers gepresst ist,
5 und 11 jeweils das erfindungsgemäße Elektromagnetventil nach der Beendigung der elektromagnetisch erregten Grundstellung, in welcher der Magnetanker den Ventilschließkörper zum Erreichen der geschlossenen Ventilgrundstellung unter der Wirkung einer Rückstellfeder gegen den Ventilsitz presst,
6 und 12 jeweils eine Perspektivdarstellung des kolbenförmigen Ventilschließkörpers, der entweder an der äußeren oder inneren Kolbenperipherie mehrere gleichförmig über den Umfang verteilte Greifarme mit Haken aufweist, die einen Mitnehmer bilden, der entweder an der äußeren oder inneren Peripherie des Magnetankers teleskopartig fixiert ist.
Die 1 zeigt in einer erheblichen Vergrößerung ein Elektromagnetventil im Längsschnitt mit einem mehrteiligen, im unteren Gehäusebereich 21 im Kunststoff-Spritzgußverfahren ausgeführten Ventilgehäuse 17, das in einem massiven mittleren Gehäuseabschnitt 22 fixiert ist. An dem als Kaltschlagteil hergestellten massiven, den Magnetfluss leitenden Stahl-Gehäuseabschnitt 22 schließt sich eine dünnwandige, den Magnetfluss nicht leitenden, vorzugsweise aus Edelstahl gefertigte Hülse 23 an, die von einem stopfenförmigen Magnetkern 18 verschlossen ist. Auch der Magnetkern 18 besteht aus einem kostengünstigen und hinreichend präzise gefertigten Kaltschlagteil, das mit der Hülse 23 am Außenumfang laserverschweißt ist.
Das als Ventilpatrone ausgeführte Elektromagnetventil ist im Bereich des massiven Stahl-Gehäuseabschnitts 22 mittels einer Außenverstemmung in einem vorzugsweise aus Strangpressmaterial hergestellten Leichtmetall-Ventilblock 24 befestigt, wozu das Leichtmetall gegen eine Schulter des Stahlgehäuseabschnitts 22 plastisch verdrängt ist, der sich abgewandt von der Schulter an einer Bohrungsstufe des Ventilblocks 24 abstützt.
Unterhalb des Magnetkerns 18 befindet sich ein Magnetanker 1, der aus einem Rund- oder Mehrkantprofil durch Kaltschlagen bzw. Fließpressen gleichfalls sehr kostengünstig hergestellt ist. Der Magnetanker 1 verschließt unter der Wirkung einer Rückstellfeder 10 in der Ventilgrundstellung mit dem am stößelförmigen Magnetankerfortsatz beweglich angebrachten Ventilschließkörper 2 einen im Ventilsitz 11 des patronenförmigen Ventilgehäuses 17 vorgesehenen Ventildurchlass 7. Der Ventilschließkörper 2 ist als besonders flacher Ventilkolben ausgeführt, der unter der Wirkung einer den Ventilschließkörper 2 vom Ventilsitz 11 anhebenden Druckfeder 13 beaufschlagt ist.
Seitlich in das Ventilgehäuse 17 mündet auf der Höhe des Ventilschließkörpers 2 ein Druckmitteleinlass 19 ein. Unterhalb des Ventilsitzes 11 schließt sich der Druckmittelauslass 20 an.
Um große Durchlassquerschnitte in Kombination mit einem großen Ventilhub freigeben zu können, sieht die Erfindung vor, dass der Magnetanker 1 und der Ventilschließkörper 2 nach dem Teleskopprinzip in Hubrichtung relativ beweglich zueinander verbunden sind, wozu der Ventilschließkörper 2 einen Mitnehmer 3 aufweist, der nach einem definierten Ankerhub den Ventilschließkörper 2 vom Ventilsitz 11 abhebt.
Wie aus sämtlichen Figuren hervor geht, weist der Mitnehmer 3 mehrere in Radialrichtung elastisch verformbare Greifarme 4 auf, die sich in Richtung auf den Magnetanker 1 erstrecken und mit ihren an den Enden der Greifarme 4 ausgebildeten Haken 5 entweder gemäß den 1 bis 6 außerhalb oder gemäß den 7 bis 12 innerhalb des Magnetankers 1 in eine Ausnehmung 6 des Magnetankers 1 über einen definierten Ankerhub axial und damit hubbeweglich einrasten. Der Ventilschließkörper 2 ist in Verbindung mit dem Mitnehmer 3 einstückig ausgebildet und nach Art einer Clipsverbindung mit dem Magnetanker 1 verbunden.
Zwecks einer möglichst kompakten Bauweise hat der Ventilschließkörper 2 die Kontur eines Flachkolbens, dessen dem Ventildurchlass 7 zugewandte Kolbenfläche eine kreisförmige Vertiefung 8 aufweist, in der ein elastisch verformbares Dichtelement 9 aufgenommen ist, das in der geschlossenen Ventilgrundstellung am Ventilsitz 11 anliegt. In der Ventilgrundstellung verharrt folglich die dem Magnetanker 1 zugewandte Kolbenfläche des Ventilschließkörpers 2 infolge der Wirkung der Rückstellfeder 10 an der Stirnfläche des Magnetankers 1, sodass der Magnetanker 1 mit dem kolbenförmigen Ventilschließkörper 2 kraftschlüssig verbunden ist.
Erst unter einer elektromagnetischen Erregung des Magnetankers 1, die den Magnetanker 1 in Richtung auf den Magnetkern 18 bewegt, gelangen die an den Greifarmen 4 des Mitnehmers vorgesehenen Haken 5 nach der Überbrückung eines definierten Magnetankerhubs H, der dem sog. Leerhub L zwischen Haken 5 und dem axialen Anschlag 12 entspricht, in Kontakt mit dem Anschlag 12 des Magnetankers 1, sodass der Ventilschließkörper 2 durch den Mitnehmer 3 von seinem Ventilsitz 11 abgehoben wird (siehe 2).
Zwischen dem Ventilschließkörper 2 und dem Ventilsitz 11 ist eine Druckfeder 13 positioniert, deren Federkraft kleiner bemessen ist als die Schließkraft der Rückstellfeder 10, sodass in der Ventilgrundstellung ein sicheres Verschließen des Ventildurchlasses 7 unter der Wirkung der Rückstellfeder 10 gewährleistet ist. Die Druckfeder 13 ist derart ausgelegt, dass bei elektromagnetischer Erregung des Magnetankers 1 anschließend auch der Ventilschließkörper 2 vollständig vom Ventilsitz 11 abhebt und an die untere Stirnfläche des Magnetankers 1 gepresst wird, sobald der Magnetanker 1 am Magnetkern 18 anliegt und die zwischen dem Druckmitteleinlass 19 und dem Druckmittelauslass 20 auf den Ventilschließkörper 2 wirksame pneumatische oder hydraulische Druckdifferenz weitgehend reduziert wurde.
Abweichend zu den 1 bis 6 zeigen die 7 bis 12 eine mechanisch bewegliche Mitnehmerverbindung zwischen dem Ventilschließkörper 2 und dem Magnetanker 1, bei der die dem Ventilschließkörper 2 zugewandte Stirnseite des Magnetankers 1 mit einer Sackbohrung 14 versehen ist, in die sich der am Ventilschließkörper 2 ausgebildete Mitnehmer 3 mit seinen Greifarmen 4 erstreckt, die mit ihren Haken 5 nach Art einer Clipsverbindung in der Sackbohrung 14 fixiert sind.
Zur Einstellung eines Leerhubs L, bei dem der Ventilschließkörper 2 während der elektromagnetischen Erregung zunächst nicht vom Magnetanker 1 mitgenommen wird, ist ein innerhalb der Sackbohrung 14 verschiebbarer Mitnehmerring 15 eingepresst, dessen Anschlagschulter 16 die Haken 5 nach dem Überbrücken des Leerhubs L und Erreichen eines definierten Magnetankerhubs H zur Mitnahme des Ventilschließkörpers 2 kontaktieren.
In allen Ausführungsbeispielen ist der Ventilschließkörper 2 in Verbindung mit dem Mitnehmer 3 bevorzugt aus einem Kunststoff, insbesondere aus einem Thermoplast, in einem Spritzgußverfahren hergestellt.
Nachfolgend soll zusammenfassend die Funktionsweise des Elektromagnetventils anhand der 1 bis 5 und 7 bis 11 beschrieben werden:
In der in den 1 und 7 abgebildeten, elektromagnetisch nicht erregten Ventilstellung nimmt infolge der Schließkraft der Rückstellfeder 10, deren Federkraft größer dimensioniert ist als die Kraft der entgegengesetzt wirkenden Druckfeder 13, jeweils der Ventilschließkörper 2 seine Ventilschließstellung ein, sodass die Rückstellfeder 10 den Magentanker 1 mit dem teleskopartig an ihm befestigten Ventilschließkörper 2 gegen den Ventilsitz 11 presst. Dabei verbleibt jeweils zwischen den Haken 5 des Mitnehmers 3 und dem Anschlag 12 (siehe 1) bzw. der Anschlagschulter 16 des Mitnehmerrings 15 (siehe 7) ein Leerhub L, der bei elektromagnetischer Erregung einen Teilhub des Magnetankers 1 ermöglicht, ohne den Ventilschließkörper 2 vom Ventilsitz 11 abheben zu müssen.
Die 2 und 8 zeigen den Magnetanker 1 in einer elektromagnetisch erregten Stellung, in welcher der Leerhub L gerade überbrückt ist, sodass die Haken 5 des Mitnehmers 3 den Anschlag 12 (siehe 2) bzw. die Anschlagschulter 16 (siehe 8) kontaktieren. Bis zum Erreichen dieser Stellung verharrt der Ventilschließkörper 2 am Ventilsitz 11, da unter Berücksichtigung der von der Druckfeder 13 ausgeübten Druckkraft der Druck p1 im Druckmitteleinlass 19 zunächst größer ist als der Druck p2 im Druckmittelauslass 20.
Die 3 und 9 zeigen in einer elektromagnetisch erregten Endstellung den Magnetanker 1 in Kontakt am Magnetkern 18, wobei bis zum Erreichen dieser Magnetanker-Endstellung der zwischen dem Leerhub L und der Magnetanker-Endstellung zu überbrückende Hubbbereich derart klein ist, dass eine hinreichend große Magnetkraft zur Verfügung steht, um den Ventilschließkörper 2 entgegen den wirksamen Drücken des Druckmittels mit Hilfe des Mitnehmers 3 zwangsweise um den kleinen Hubbereich des Magnetankers 1 vom Ventilsitz 11 abzuheben, sodass nach einem geringfügigen Abheben des Ventilschließkörpers 2 vom Ventilsitz 11 ein Druckausgleich zwischen den Druckmitteleinlass 19 und dem Druckmittelauslass 20 stattfinden kann, sodass danach mit Hilfe der Druckfeder 13 das vollständige Abheben des Ventilschließkörpers 2 vom Ventilsitz 11 gewährleistet ist.
Die 4 und 10 zeigen schließlich den vollständig geöffneten Ventilquerschnitt, der durch die Wirkung der Druckfeder 13 auf den Ventilschließkörper 2 zustande kommt, wozu die Druckfeder 13 den Ventilschließkörper 2 bis auf Anschlag an die Stirnfläche des Magnetankers 1 drückt.
Mit dem Abschalten des Erregerstroms kehren sich die Bewegungsvorgänge wieder um, sodass gemäß den 5 und 11 jeweils die Druckfeder 13 den Magnetanker 1 gegen den Ventilschließkörper 2 drückt, sodass dieser den Ventildurchlass 7 wieder verschließt.
Bezugszeichenliste

1: Magnetanker
2: Ventilschließkörper
3: Mitnehmer
4: Greifarme
5: Haken
6: Ausnehmung
7: Ventildurchlass
8: Vertiefung
9: Dichtelement
10: Rückstellfeder
11: Ventilsitz
12: Anschlag
13: Druckfeder
14: Sackbohrung
15: Mitnehmerring
16: Anschlagschulter
17: Ventilgehäuse
18: Magnetkern
19: Druckmitteleinlass
20: Druckmittelauslass
21: Gehäusebereich
22: Gehäusebereich
23: Hülse
24: Ventilblock

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012206282 A1 [0002]

Claims

Elektromagnetventil, insbesondere Pneumatikventil für ein Kraftfahrzeug-Luftfedersystem, mit einem in einem Ventilgehäuse angeordneten Ventilschließkörper, der im Ventilgehäuse einen Ventildurchlass in einem Ventilsitz zu öffnen oder zu verschließen vermag, mit einem Magnetanker, der mit dem Ventilschließkörper eine eigenständig handhabbare Baugruppe bildet, die unter der Wirkung einer Rückstellfeder den Ventildurchlass zu verschließen vermag, mit einem im Ventilgehäuse fixierten Magnetkern, an dem sich ein von der Baugruppe abgewandtes Federende der Rückstellfeder abstützt, sowie mit einem in das Ventilgehäuse einmündenden Druckmitteleinlass und einem Druckmittelauslass, die bei der elektromagnetischen Erregung einer Ventilspule über den vom Ventildurchlass abgehobenen Ventilschließkörper miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetanker (1) und der Ventilschließkörper (2) in Hubrichtung relativ beweglich zueinander angeordnet und aus unterschiedlichen Materialen hergestellt sind, wobei der Ventilschließkörper (2) bevorzugt aus einem nichtmetallischen Material besteht.
Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschließkörper (2) einen Mitnehmer (3) aufweist, der nach einem definierten Magnetankerhub in Richtung des Magnetkerns (18) mit dem Magnetanker (1) in Eingriff steht.
Elektromagnetventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Mitnehmer (3) mehrere in Radialrichtung elastisch verformbare Greifarme (4) aufweist, die sich in Richtung auf den Magnetanker (1) erstrecken und mit ihren an den Enden der Greifarme (4) ausgebildeten Haken (5) entweder innerhalb oder außerhalb des Magnetankers (1) in eine Ausnehmung (6) des Magnetankers (1) über einen definierten Ankerhub axial beweglich einrasten.
Elektromagnetventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschließkörper (2) in Verbindung mit dem Mitnehmer (3) einstückig ausgebildet und nach Art einer Clipsverbindung am Magnetanker (1) gehalten ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschließkörper (2) die Kontur eines Flachkolbens aufweist, dessen dem Ventildurchlass (7) zugewandte Kolbenfläche eine kreisförmige Vertiefung (8) aufweist, in der ein elastisch verformbares Dichtelement (9) aufgenommen ist, das unter der Wirkung der Rückstellfeder (10) am Ventilsitz (11) anliegt.
Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschließkörper (2) die Kontur eines Flachkolbens aufweist, dessen dem Magnetanker (1) zugewandte Kolbenfläche in der Ventilschließstellung unter der Wirkung der Rückstellfeder (10) an der Stirnfläche des Magnetankers (1) anliegt.
Elektromagnetventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Magnetanker (1) zugewandte Kolbenfläche des Ventilschließkörpers (2) einen Mitnehmer (3) mit mehreren Greifarmen (4) und Haken (5) aufweist, die nach der Überbrückung eines definierten Ankerhubs mit einem axialen Anschlag (12) des Magnetankers zusammen wirken.
Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Ventilschließkörper (2) und dem Ventilsitz (11) eine Druckfeder (13) positioniert ist, deren Federkraft kleiner bemessen ist als die Schließkraft der Rückstellfeder (10).
Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Ventilschließkörper (2) zugewandte Stirnseite des Magnetankers (1) mit einer Sackbohrung (14) versehen ist, in den sich ein am Ventilschließkörper (2) ausgebildeter Mitnehmer (3) mit seinen Greifarmen (4) erstreckt, die nach Art einer Clipsverbindung mit ihren Haken (5) in der Sackbohrung (14) fixiert sind.
Elektromagnetventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung eines Leerhubs (L), bei dem der Ventilschließkörper (2) nicht vom Magnetanker (1) mitgenommen wird, ein innerhalb der Sackbohrung (14) verschiebbarer Mitnehmerring (15) eingepresst ist, dessen Anschlagschulter (16) die Haken (5) nach dem Überbrücken des Leerhubs (L) und Erreichen eines definierten Magnetankerhubs (H) zur Mitnahme des Ventilschließkörpers (2) kontaktieren.
Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschließkörper (2) in Verbindung mit dem Mitnehmer (3) aus einem Kunststoff, insbesondere aus einem Thermoplast, hergestellt ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschließkörper (2) in Verbindung mit dem Mitnehmer (3) als Spritzgußteil hergestellt ist.