DE102014210066A1 - Elektromagnetventil - Google Patents
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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 und7 jeweils einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Elektromagnetventil in der elektromagnetisch nicht erregten, geschlossenen Grundstellung, -
2 und8 jeweils das erfindungsgemäße Elektromagnetventil in einer Teilhubstellung des Magnetankers infolge einer elektromagnetischen Erregung, in der der Ventilschließkörper noch am Ventilsitz verharrt, -
3 und9 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 und10 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 und11 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 und12 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 Gehäusebereich21 im Kunststoff-Spritzgußverfahren ausgeführten Ventilgehäuse17 , das in einem massiven mittleren Gehäuseabschnitt22 fixiert ist. An dem als Kaltschlagteil hergestellten massiven, den Magnetfluss leitenden Stahl-Gehäuseabschnitt22 schließt sich eine dünnwandige, den Magnetfluss nicht leitenden, vorzugsweise aus Edelstahl gefertigte Hülse23 an, die von einem stopfenförmigen Magnetkern18 verschlossen ist. Auch der Magnetkern18 besteht aus einem kostengünstigen und hinreichend präzise gefertigten Kaltschlagteil, das mit der Hülse23 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-Ventilblock24 befestigt, wozu das Leichtmetall gegen eine Schulter des Stahlgehäuseabschnitts22 plastisch verdrängt ist, der sich abgewandt von der Schulter an einer Bohrungsstufe des Ventilblocks24 abstützt. - Unterhalb des Magnetkerns
18 befindet sich ein Magnetanker1 , der aus einem Rund- oder Mehrkantprofil durch Kaltschlagen bzw. Fließpressen gleichfalls sehr kostengünstig hergestellt ist. Der Magnetanker1 verschließt unter der Wirkung einer Rückstellfeder10 in der Ventilgrundstellung mit dem am stößelförmigen Magnetankerfortsatz beweglich angebrachten Ventilschließkörper2 einen im Ventilsitz11 des patronenförmigen Ventilgehäuses17 vorgesehenen Ventildurchlass7 . Der Ventilschließkörper2 ist als besonders flacher Ventilkolben ausgeführt, der unter der Wirkung einer den Ventilschließkörper2 vom Ventilsitz11 anhebenden Druckfeder13 beaufschlagt ist. - Seitlich in das Ventilgehäuse
17 mündet auf der Höhe des Ventilschließkörpers2 ein Druckmitteleinlass19 ein. Unterhalb des Ventilsitzes11 schließt sich der Druckmittelauslass20 an. - Um große Durchlassquerschnitte in Kombination mit einem großen Ventilhub freigeben zu können, sieht die Erfindung vor, dass der Magnetanker
1 und der Ventilschließkörper2 nach dem Teleskopprinzip in Hubrichtung relativ beweglich zueinander verbunden sind, wozu der Ventilschließkörper2 einen Mitnehmer3 aufweist, der nach einem definierten Ankerhub den Ventilschließkörper2 vom Ventilsitz11 abhebt. - Wie aus sämtlichen Figuren hervor geht, weist der Mitnehmer
3 mehrere in Radialrichtung elastisch verformbare Greifarme4 auf, die sich in Richtung auf den Magnetanker1 erstrecken und mit ihren an den Enden der Greifarme4 ausgebildeten Haken5 entweder gemäß den1 bis6 außerhalb oder gemäß den7 bis12 innerhalb des Magnetankers1 in eine Ausnehmung6 des Magnetankers1 über einen definierten Ankerhub axial und damit hubbeweglich einrasten. Der Ventilschließkörper2 ist in Verbindung mit dem Mitnehmer3 einstückig ausgebildet und nach Art einer Clipsverbindung mit dem Magnetanker1 verbunden. - Zwecks einer möglichst kompakten Bauweise hat der Ventilschließkörper
2 die Kontur eines Flachkolbens, dessen dem Ventildurchlass7 zugewandte Kolbenfläche eine kreisförmige Vertiefung8 aufweist, in der ein elastisch verformbares Dichtelement9 aufgenommen ist, das in der geschlossenen Ventilgrundstellung am Ventilsitz11 anliegt. In der Ventilgrundstellung verharrt folglich die dem Magnetanker1 zugewandte Kolbenfläche des Ventilschließkörpers2 infolge der Wirkung der Rückstellfeder10 an der Stirnfläche des Magnetankers1 , sodass der Magnetanker1 mit dem kolbenförmigen Ventilschließkörper2 kraftschlüssig verbunden ist. - Erst unter einer elektromagnetischen Erregung des Magnetankers
1 , die den Magnetanker1 in Richtung auf den Magnetkern18 bewegt, gelangen die an den Greifarmen4 des Mitnehmers vorgesehenen Haken5 nach der Überbrückung eines definierten Magnetankerhubs H, der dem sog. Leerhub L zwischen Haken5 und dem axialen Anschlag12 entspricht, in Kontakt mit dem Anschlag12 des Magnetankers1 , sodass der Ventilschließkörper2 durch den Mitnehmer3 von seinem Ventilsitz11 abgehoben wird (siehe2 ). - Zwischen dem Ventilschließkörper
2 und dem Ventilsitz11 ist eine Druckfeder13 positioniert, deren Federkraft kleiner bemessen ist als die Schließkraft der Rückstellfeder10 , sodass in der Ventilgrundstellung ein sicheres Verschließen des Ventildurchlasses7 unter der Wirkung der Rückstellfeder10 gewährleistet ist. Die Druckfeder13 ist derart ausgelegt, dass bei elektromagnetischer Erregung des Magnetankers1 anschließend auch der Ventilschließkörper2 vollständig vom Ventilsitz11 abhebt und an die untere Stirnfläche des Magnetankers1 gepresst wird, sobald der Magnetanker1 am Magnetkern18 anliegt und die zwischen dem Druckmitteleinlass19 und dem Druckmittelauslass20 auf den Ventilschließkörper2 wirksame pneumatische oder hydraulische Druckdifferenz weitgehend reduziert wurde. - Abweichend zu den
1 bis6 zeigen die7 bis12 eine mechanisch bewegliche Mitnehmerverbindung zwischen dem Ventilschließkörper2 und dem Magnetanker1 , bei der die dem Ventilschließkörper2 zugewandte Stirnseite des Magnetankers1 mit einer Sackbohrung14 versehen ist, in die sich der am Ventilschließkörper2 ausgebildete Mitnehmer3 mit seinen Greifarmen4 erstreckt, die mit ihren Haken5 nach Art einer Clipsverbindung in der Sackbohrung14 fixiert sind. - Zur Einstellung eines Leerhubs L, bei dem der Ventilschließkörper
2 während der elektromagnetischen Erregung zunächst nicht vom Magnetanker1 mitgenommen wird, ist ein innerhalb der Sackbohrung14 verschiebbarer Mitnehmerring15 eingepresst, dessen Anschlagschulter16 die Haken5 nach dem Überbrücken des Leerhubs L und Erreichen eines definierten Magnetankerhubs H zur Mitnahme des Ventilschließkörpers2 kontaktieren. - In allen Ausführungsbeispielen ist der Ventilschließkörper
2 in Verbindung mit dem Mitnehmer3 bevorzugt aus einem Kunststoff, insbesondere aus einem Thermoplast, in einem Spritzgußverfahren hergestellt. - Nachfolgend soll zusammenfassend die Funktionsweise des Elektromagnetventils anhand der
1 bis5 und7 bis11 beschrieben werden: - In der in den
1 und7 abgebildeten, elektromagnetisch nicht erregten Ventilstellung nimmt infolge der Schließkraft der Rückstellfeder10 , deren Federkraft größer dimensioniert ist als die Kraft der entgegengesetzt wirkenden Druckfeder13 , jeweils der Ventilschließkörper2 seine Ventilschließstellung ein, sodass die Rückstellfeder10 den Magentanker1 mit dem teleskopartig an ihm befestigten Ventilschließkörper2 gegen den Ventilsitz11 presst. Dabei verbleibt jeweils zwischen den Haken5 des Mitnehmers3 und dem Anschlag12 (siehe1 ) bzw. der Anschlagschulter16 des Mitnehmerrings15 (siehe7 ) ein Leerhub L, der bei elektromagnetischer Erregung einen Teilhub des Magnetankers1 ermöglicht, ohne den Ventilschließkörper2 vom Ventilsitz11 abheben zu müssen. - Die
2 und8 zeigen den Magnetanker1 in einer elektromagnetisch erregten Stellung, in welcher der Leerhub L gerade überbrückt ist, sodass die Haken5 des Mitnehmers3 den Anschlag12 (siehe2 ) bzw. die Anschlagschulter16 (siehe8 ) kontaktieren. Bis zum Erreichen dieser Stellung verharrt der Ventilschließkörper2 am Ventilsitz11 , da unter Berücksichtigung der von der Druckfeder13 ausgeübten Druckkraft der Druck p1 im Druckmitteleinlass19 zunächst größer ist als der Druck p2 im Druckmittelauslass20 . - Die
3 und9 zeigen in einer elektromagnetisch erregten Endstellung den Magnetanker1 in Kontakt am Magnetkern18 , 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 Ventilschließkörper2 entgegen den wirksamen Drücken des Druckmittels mit Hilfe des Mitnehmers3 zwangsweise um den kleinen Hubbereich des Magnetankers1 vom Ventilsitz11 abzuheben, sodass nach einem geringfügigen Abheben des Ventilschließkörpers2 vom Ventilsitz11 ein Druckausgleich zwischen den Druckmitteleinlass19 und dem Druckmittelauslass20 stattfinden kann, sodass danach mit Hilfe der Druckfeder13 das vollständige Abheben des Ventilschließkörpers2 vom Ventilsitz11 gewährleistet ist. - Die
4 und10 zeigen schließlich den vollständig geöffneten Ventilquerschnitt, der durch die Wirkung der Druckfeder13 auf den Ventilschließkörper2 zustande kommt, wozu die Druckfeder13 den Ventilschließkörper2 bis auf Anschlag an die Stirnfläche des Magnetankers1 drückt. - Mit dem Abschalten des Erregerstroms kehren sich die Bewegungsvorgänge wieder um, sodass gemäß den
5 und11 jeweils die Druckfeder13 den Magnetanker1 gegen den Ventilschließkörper2 drückt, sodass dieser den Ventildurchlass7 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 (12)
- 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.
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