DE102014212322A1

DE102014212322A1 - Elektromagnetventil

Info

Publication number: DE102014212322A1
Application number: DE102014212322.4A
Authority: DE
Inventors: Christian Courth
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2014-06-26
Filing date: 2014-06-26
Publication date: 2015-12-31

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Elektromagnetventil, mit einem Ventilgehäuse (8), in dem ein Magnetanker (1) mit einem relativ beweglich zum Magnetanker (1) angeordneten Ventilschließkörper (2) eingesetzt ist, der innerhalb einer Bohrung (3) des Magnetankers (1) von einer im Wesentlichen zylinderförmigen Druckfeder (13) beaufschlagt ist, mit einer entgegengesetzt zur Druckfeder (13) am Magnetanker (1) angeordneten Rückstellfeder (10), die sich an einem im Ventilgehäuse (8) fixierten Magnetkern (16) abstützt, sowie mit einem in das Ventilgehäuse (8) einmündenden Druckmitteleinlass (12) und einem Druckmittelauslass (15), die bei einer elektromagnetischen Erregung über den vom Ventilsitz (11) im Ventilgehäuse (8) abgehobenen, im Wesentlichen stößelförmig gestalteten Ventilschließkörper (2) miteinander verbunden sind. Zur baulichen Vereinfachung sieht die Erfindung vor, dass zum Ventilöffnen während der elektromagnetischen Erregung des Magnetankers (1) die in der Bohrung (3) des Magnetankers (1) integrierte Druckfeder (13) einen direkten Anschlag zum Anheben des Ventilschließkörpers (2) von seinem Ventilsitz (11) bildet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Elektromagnetventil nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der US 6,390,444 B1 ist bereits ein Elektromagnetventil der angegebenen Art bekannt geworden, mit einem Ventilgehäuse, in dem ein Magnetanker mit einem relativ beweglich zum Magnetanker angeordneten Ventilschließkörper eingesetzt ist, der innerhalb einer Bohrung des Magnetankers von einer zylinderförmigen Druckfeder beaufschlagt ist, mit einer entgegengesetzt zur Druckfeder am Magnetanker angeordneten Rückstellfeder, die sich an einem im Ventilgehäuse fixierten Magnetkern abstützt, sowie mit einem in das Ventilgehäuse einmündenden Druckmitteleinlass und einem Druckmittelauslass, welche bei einer elektromagnetischen Erregung über den vom Ventilsitz im Ventilgehäuse abgehobenen, im Wesentlichen stößelförmig gestalteten Ventilschließkörper miteinander verbunden sind.
Das vorgestellte Elektromagnetventil erfordert jedoch aufgrund seiner Konzeption ein aufwendig herzustellendes, separat in den Magnetanker einzusetzendes und zu fixierendes Anschlagteil, in dem die Druckfeder aufgenommen ist und an dem sich in der geöffneten Ventilstellung der innerhalb des Magnetankers angeordnete Ventilschließkörper mit seinem Bund abstützt.
Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Elektromagnetventil der angegebenen Art mit möglichst einfachen, funktionsgerechten Mitteln kostengünstig und klein-bauend auszuführen, das ein aufwendig herzustellendes, separat in die Bohrung des Magnetankers einzusetzendes Anschlagteil nicht benötigt.
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 eines Ausführungsbeispieles hervor.
Die 1 zeigt in einer erheblichen Vergrößerung ein Elektromagnetventil im Längsschnitt mit einem mehrteiligen, im unteren Gehäusebereich 16 in einem Spritzgußverfahren ausgeführten Ventilgehäuse 8, das in einem massiven mittleren Gehäuseabschnitt 17 fixiert ist. An dem als Kaltschlagteil hergestellten, den Magnetfluss leitenden Stahl-Gehäuseabschnitt 17 schließt sich eine dünnwandige, den Magnetfluss nicht leitende, vorzugsweise aus Edelstahl gefertigte Hülse 18 an, die von einem stopfenförmigen Magnetkern 5 verschlossen ist. Auch der Magnetkern 5 besteht aus einem kostengünstigen und hinreichend präzise gefertigten Kaltschlagteil, das mit der Hülse 18 am Außenumfang laserverschweißt ist.
Das als Ventilpatrone ausgeführte Elektromagnetventil ist im Bereich des massiven Stahl-Gehäuseabschnitts 17 mittels einer Außenverstemmung in einem vorzugsweise aus Strangpressmaterial hergestellten Leichtmetall-Ventilblock 19 befestigt, wozu das Leichtmetall gegen eine Schulter 20 des Stahl-Gehäuseabschnitts 17 plastisch verdrängt ist, der sich abgewandt von der Schulter 20 an einer Bohrungsstufe des Ventilblocks 19 abstützt.
Unterhalb des Magnetkerns 5 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 im Magnetankerfortsatz teleskopartig angebrachten Ventilschließkörper 2 einen im Ventilsitz 11 des patronenförmigen Ventilgehäuses 8 vorgesehenen Ventildurchlass. Der Ventilschließkörper 2 ist als Ventilkolben oder Ventilstößel ausgeführt, der unmittelbar von einer Druckfeder 13 im Magnetanker 1 grundpositioniert ist.
Seitlich in das Ventilgehäuse 8 mündet auf der Höhe des Ventilschließkörpers 2 ein Druckmitteleinlass 12 ein. Unterhalb des Ventilsitzes 11 schließt sich an den Ventildurchlass ein Druckmittelauslass 15 an.
Um große Durchlassquerschnitte in Kombination mit einem großen Ventilhub bei möglichst geringem elektrischen Energiebedarf freigeben zu können, sieht die Erfindung vor, dass der Magnetanker 1 und der Ventilschließkörper 2 nach dem Teleskopprinzip in Hubrichtung relativ beweglich zueinander im Ventilgehäuse 8 ausgerichtet sind, wozu die Druckfeder 13 innerhalb einer Bohrung 3 des Magnetankers 1 unmittelbar die Funktion eines Mitnehmers übernimmt, sodass bei elektromagnetischer Betätigung der Magnetanker 1 nach einem anfänglichen Ankerhub, bei dem der Magnetanker 1 einen sog. Leerhub S2 bis zur Kompression der Druckfeder 13 auf Blocklänge zurücklegt, schließlich der in der Bohrung 3 eingesetzte Ventilschließkörper 2 unter der Wirkung der Druckfeder 13 vom Ventilsitz 11 abgehoben wird.
Folglich bildet die in der Bohrung 3 des Magnetankers 1 integrierte Druckfeder 13 vorteilhaft einen direkten Anschlag zum Anheben des Ventilschließkörpers 2 von seinem Ventilsitz 11 zum Ventilöffnen während der elektromagnetischen Erregung des Magnetankers 1, sodass auf ein separates Anschlagteil verzichtet werden kann.
Wie weiterhin aus der 1 ersichtlich ist, sind somit die beiden Enden der Druckfeder 13 auf einfache Weise unmittelbar zwischen einem am Ventilschließkörper 2 vorgesehenen Federanschlag 4 und einem am äußeren Ende der Bohrung 3 radial nach innen gerichteten Ankervorsprung 6 angeordnet. Der Federanschlag 4 des stößelförmigen Ventilschließkörpers 2 ist zur Abstützung der Druckfeder 13 besonders zweckmäßig als einfach herzustellender Bund ausgeführt, der sich in der geschlossenen als auch voll geöffneten Ventilstellung auf der von der Druckfeder 13 abgewandten Stirnseite an einer die Bohrung 3 im Magnetanker 1 begrenzenden Innenstirnfläche des Magnetankers 1 abstützt.
Zwecks einer möglichst zuverlässigen Abdichtung und geräuscharmen Betätigung, insbesondere bei der Verwendung des Elektromagnetventils als Pneumatikventil, weist die dem Ventilsitz 11 zugewandte Stirnfläche des Ventilschließkörpers 2 ein elastisch verformbares Dichtelement 9 auf, das unter der Wirkung der Rückstellfeder 10 in der Ventilschließstellung am Ventilsitz 11 anliegt. Je nach Verwendungszweck ist der Ventilschließkörper 2 aus einem besonders leichten, verschleißfesten Kunststoff, beispielsweise aus einem Thermoplast, hergestellt, wozu sich besonders gut ein Spritzguß-Verfahren eignet.
Zur präzisen Führung und Ausrichtung weist der Ventilschließkörper 2 einen entgegengesetzt zur Druckfeder 13 am Ventilschließkörper 2 ausgebildeten Führungszapfen 14 auf, der in einer an die Bohrung 3 im Magnetanker 1 angrenzenden Öffnung 7 gleitbeweglich aufgenommen ist, wobei hinsichtlich der im Nachfolgenden noch näher zu erläuternden Funktion der Führungszapfen 14 in der Ventilschließstellung über die in Richtung des Magnetkerns 5 durchgängig ausgeführte Öffnung 7 dem im Druckmitteleinlass 12 wirksamen Druck ausgesetzt ist.
Sowohl in der abgebildeten Ventilschließstellung als auch in der vollständig geöffneten Ventilstellung liegt die dem Magnetanker 1 zugewandte Stirnfläche des Ventilschließkörpers 2 unter der Wirkung der Druckfeder 13 an der die Bohrung 3 begrenzenden Innenstirnfläche des Magnetankers 1 an. Baulich bildet der Magnetanker 1 in Verbindung mit dem teleskopisch darin aufgenommenen Ventilschließkörper 2 und der Druckfeder 13 eine besonders einfache, voreinstellbare und vorprüfbare Baugruppe, die zusammen mit der in der Öffnung 7 abschnittsweise aufgenommenen Rückstellfeder 10 von oben in das Ventilgehäuse 8 eingefügt wird, bevor das Ventilgehäuse 8 durch den stopfenförmigen Magnetkern 5 verschlossen wird. Gleichzeitig lässt sich hierbei über die Schiebepresspassung des Magnetkerns 5 in der Hülse 18 die Kraft der Rückstellfeder 10 präzise justieren.
Auch lässt sich die im Magnetanker 1 eingesetzte Druckfeder 13 und damit der bereits eingangs erwähnte Leerhub S₂, bei dem der Ventilschließkörper 2 zunächst nicht vom Magnetanker 1 mitgenommen wird, präzise einstellen, indem mittels eines geeigneten Werkzeugs das untere Ende des Magnetankers 1 zu einem radial nach innen gerichtete Ankervorsprung 6 um ein gewünschtes Maß in Richtung auf die Druckfeder 13 stetig verformt wird.
Mit Abschluss der erwähnten Montage- und Einstellmaßnahmen lässt sich somit infolge einer elektromagnetisch initiierten Betätigung des Magnetankers 1 mit der Überbrückung eines definierten Leerhubs S₂, der zunächst eine Mitnahme des hydraulisch oder pneumatisch über die Öffnung 7 beaufschlagten Ventilschließkörpers 2 durch den Magnetanker 1 nicht zulässt, die zwischen dem Federanschlag 4 und dem Ankervorsprung 6 angeordnete Druckfeder 13 auf Federblocklänge komprimieren, sodass erst mittels der komprimierten Druckfeder 13 anschließend der Ventilschließkörper 2 vom Ventilsitz 11 um einen Teilhub abgehoben wird.
Nach diesem Teilhub des Ventilschließkörpers 2 erfolgt im Ventilgehäuse 8 ein Druckausgleich zwischen dem Druckmitteleinlass 12 und dem Druckmittelauslass 15, sodass sich auch der entgegengesetzt zur Druckfeder 13 über die Öffnung 7 auf den Führungszapfen 14 wirksame Pneumatik- oder Hydraulikdruck des Druckmitteleinlasses 12 reduziert, womit infolge des sich am Ventilschließkörper 2 einstellenden Druckausgleichs, bei einer Unterschreitung der durch die komprimierte Druckfeder 13 erzeugten Druckkraft, der Ventilschließkörper 2 von der zunehmend sich dekomprimierenden Druckfeder 13 in Richtung des Magnetankers 1 bewegt, sodass der Ventilschließkörper 2 schließlich um den maximalen Hub vom Ventilsitz 11 abhebt, der dem in 1 vermerkten maximalen Ankerhub S₁ entspricht, bei dem der Magnetanker 1 am Magnetkern 5 anliegt.
Da durch den Leerhub S₂ zunächst ausschließlich eine Annäherung des Magnetankers 1 an den Magnetkern 5 erreicht wird, ohne das Erfordernis hoher Betätigungskräfte zum Ventilöffnen, ergibt sich nach der Verkleinerung des Axialspalts zwischen dem Magnetanker 1 und dem Magnetkern 5 eine hinreichend große Magnetkraft zur Mitnahme und damit zum Anheben des Ventilschließkörpers 2 vom Ventilsitz 11, sodass mit relativ geringer elektrischer Energie (Ventilspulenstrom) ein großer Ventildurchlass freigegeben werden kann.
Bezugszeichenliste

1: Magnetanker
2: Ventilschließkörper
3: Bohrung
4: Federanschlag
5: Magnetkern
6: Ankervorsprung
7: Öffnung
8: Ventilgehäuse
9: Dichtelement
10: Rückstellfeder
11: Ventilsitz
12: Druckmitteleinlass
13: Druckfeder
14: Führungszapfen
15: Druckmittelauslass
16: Gehäusebereich
17: Gehäusebereich
18: Hülse
19: Ventilblock
20: Schulter

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

US 6390444 B1 [0002]

Claims

Elektromagnetventil, mit einem Ventilgehäuse, in dem ein Magnetanker mit einem relativ beweglich zum Magnetanker angeordneten Ventilschließkörper eingesetzt ist, der innerhalb einer Bohrung des Magnetankers von einer im Wesentlichen zylinderförmigen Druckfeder beaufschlagt ist, mit einer entgegengesetzt zur Druckfeder am Magnetanker angeordneten Rückstellfeder, die sich an einem im Ventilgehäuse fixierten Magnetkern abstützt, sowie mit einem in das Ventilgehäuse einmündenden Druckmitteleinlass und einem Druckmittelauslass, die bei einer elektromagnetischen Erregung über den vom Ventilsitz im Ventilgehäuse abgehobenen, im Wesentlichen stößelförmig gestalteten Ventilschließkörper miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ventilöffnen während der elektromagnetischen Erregung des Magnetankers (1) die in der Bohrung (3) des Magnetankers (1) integrierte Druckfeder (13) einen direkten Anschlag zum Anheben des Ventilschließkörpers (2) von seinem Ventilsitz (11) bildet.
Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Enden der Druckfeder (13) unmittelbar zwischen einem am Ventilschließkörper (2) vorgesehenen Federanschlag (4) und einem am äußeren Ende der Bohrung (3) radial nach innen gerichteten Ankervorsprung (6) angeordnet sind.
Elektromagnetventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass infolge einer elektromagnetisch initiierten Betätigung des Magnetankers (1) mit der Überbrückung eines definierten Leerhubs (S₂), der eine Mitnahme des Ventilschließkörpers (2) vom Magnetanker (1) zunächst nicht zulässt, die zwischen dem Federanschlag (4) und dem Ankervorsprung (6) angeordnete Druckfeder (13) auf Federblocklänge komprimiert ist, sodass mittels der komprimierten Druckfeder (13) der Ventilschließkörper (2) vom Ventilsitz (11) um einen Teilhub abgehoben ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Teilhub des Ventilschließkörpers (2) im Ventilgehäuse (8) ein Druckausgleich zwischen einem Druckmitteleinlass (12) und einem Druckmittelauslass (15) hergestellt ist, sodass infolge des auf den Ventilschließkörper (2) wirksamen Druckausgleichs bei einer Unterschreitung der durch die komprimierte Druckfeder (13) erzeugten Druckkraft der Ventilschließkörper (2) von der dekomprimierenden Druckfeder (13) in Richtung des Magnetankers (1) bewegt wird, sodass der Ventilschließkörper (2) schließlich um einen maximalen Hub vom Ventilsitz (11) abgehoben ist, der einem maximalen Ankerhub (S₁) entspricht, bei dem der Magnetanker (1) am Magnetkern (5) anliegt.
Elektromagnetventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Federanschlag (4) des stößelförmigen Ventilschließkörpers (2) zur Abstützung der Druckfeder (13) als Bund ausgebildet ist, der auf der von der Druckfeder (13) abgewandten Stirnseite einer die Bohrung (3) begrenzenden Innenstirnfläche des Magnetankers (1) zugewandt ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung eines Leerhubs (S₂), bei dem der Ventilschließkörper (2) zunächst nicht vom Magnetanker (1) mitgenommen wird, der radial nach innen gerichtete Ankervorsprung (6) mittels eines Werkzeugs um ein definiertes Maß in Richtung auf die Druckfeder (13) sowohl radial als auch axial stetig verformbar ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ventilschließstellung als auch in der vollständig geöffneten Ventilstellung die dem Magnetanker (1) zugewandte Stirnfläche des Ventilschließkörpers (2) unter der Wirkung der Druckfeder (13) an einer die Bohrung (3) begrenzenden Innenstirnfläche des Magnetankers (1) anliegt.
Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Ventilsitz (11) zugewandte Stirnfläche des Ventilschließkörpers (2) ein elastisch verformbares Dichtelement (9) aufweist, das unter der Wirkung der Rückstellfeder (10) in der Ventilschließstellung am Ventilsitz (11) anliegt.
Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschließkörper mit einem Führungszapfen (14) versehen ist, der in einer an die Bohrung (3) im Magnetanker (1) angrenzenden Öffnung (7) gleitbeweglich aufgenommen ist, wobei der Führungszapfen (14) über die Öffnung (7) in der Ventilschließstellung dem im Druckmitteleinlass (12) wirksamen Druck ausgesetzt ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 1 zur Verwendung in einem Fahrzeug-Luftfedersystem, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschließkörper (2) aus einem Kunststoff, insbesondere aus einem Thermoplast, hergestellt ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 1 zur Verwendung in einem Fahrzeug-Luftfedersystem, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschließkörper (2) aus einem Spritzgußteil besteht.