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Die Erfindung betrifft ein pneumatisches Magnetventil.
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In einer Vielzahl von technischen Anwendungsgebieten werden zur Steuerung von Luftströmen pneumatische Magnetventile verwendet. In diesen Magnetventilen wird mittels einer Magnetspule eine Magnetkraft erzeugt und hierdurch ein Schaltvorgang des Ventils ausgelöst. Ein Anwendungsbereich solcher Magnetventile ist die Befüllung von elastischen Luftblasen in einer Vorrichtung zur pneumatischen Verstellung eines Sitzes in einem Verkehrsmittel, wie z. B. eines Kraftfahrzeugsitzes.
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Herkömmliche Magnetventile weisen den Nachteil auf, dass die Magnetkraft bei deren Betätigung durch Bestromung der Magnetspule überproportional stark ansteigt, was sich in einem lauten Schaltgeräusch in der Form eines Klackens äußert. Ursache hierfür ist, dass der Luftspalt zwischen der Magnetspule bzw. einem zugeordneten Joch und einem beweglichen Anker mit dem Weg abnimmt, was zum Ansteigen der magnetischen Kraft mit dem zurückgelegten Weg führt. Dies führt zu einer hohen Geschwindigkeit des Ankers, der erst beim Auftreffen auf einem entsprechenden Anschlag ruckartig abgebremst wird.
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Aus der Druckschrift
DE 198 60 272 B4 ist ein Verfahren zum Vermindern der Geräuschentwicklung in einem Magnetventil bekannt, bei dem die Bestromung der Magnetspule bei Betätigung des Ventils rampenförmig ansteigt bzw. abfällt.
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Darüber hinaus ist es bekannt, den magnetischen Kreis in einem Magnetventil derart auszugestalten, dass der magnetische Fluss im Wesentlichen nur durch den Strom der Magnetspule und nicht mehr durch die Bewegung des Ankers zunimmt.
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Aus dem Dokument
DE 10 2008 060 342 B3 ist eine Ventilanordnung mit gemeinsamen Wicklungs- und Ventildüsenträger für zwei Magnetventile bekannt. Ferner zeigt das Dokument
WO 2013/011340 A1 eine Ventilanordnung mit Wicklungen im druckbeaufschlagten Ventilraum.
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Das Dokument
US 5,603,482 A zeigt ein Magnetventil zum Steuern eines Ölflusses, bei dem ein Teil eines Ankers in einen Kern eines Elektromagneten eintaucht. Die Geräuschentwicklung wird durch verschiedene Federn, O-Ringe, Schaumkissen und dergleichen reduziert.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein pneumatisches Magnetventil zu schaffen, welches geringe Schaltgeräusche bei gleichzeitig hohem Wirkungsgrad und begrenzter Erwärmung der Magnetspule aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch das Magnetventil gemäß Patentanspruch 1 und durch die Vorrichtung zur pneumatischen Verstellung eines Sitzes gemäß Patentanspruch 15 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Das erfindungsgemäße pneumatische Magnetventil umfasst eine Luftkammer (Ventilraum), an der mehrere Luftanschlüsse vorgesehen sind, welche über mehrere Schaltstellungen des Magnetventils unter Zwischenschaltung der Luftkammer verschaltbar sind. Das Magnetventil umfasst in an sich bekannter Weise eine Magnetspule, ein an der Magnetspule angeordnetes Joch aus weichmagnetischem Material sowie einen relativ zum Joch bewegbaren Anker, die ebenfalls aus weichmagnetischem Material gebildet sind.
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In dem erfindungsgemäßen Magnetventil ist der magnetische Kreis, d. h. die Magnetspule, das Joch und der Anker, vollkommen innerhalb der Luftkammer des Ventils angeordnet. Ferner ist der Anker in Bezug auf das Joch derart angeordnet, dass er sich bei Bestromung der Magnetspule mittels der hierdurch erzeugten Magnetkraft um eine einzelne Drehachse gegen eine Rückstellkraft solange dreht, bis die Magnetkraft der Rückstellkraft entspricht, wobei sich bei der Drehung des Ankers die Größe zumindest eines Überlappungsbereichs zwischen Joch und Anker verändert und in dem zumindest einen Überlappungsbereich ein Luftspalt zwischen Joch und Anker ausgebildet ist. Der durch den Luftspalt gebildete Abstand zwischen Joch und Anker bleibt in Richtung der Drehung des Ankers im Wesentlichen konstant. Dieser Abstand kann zumindest bereichsweise auch in Richtung senkrecht zu der Drehung des Ankers konstant bleiben, er kann jedoch auch in dieser Richtung gegebenenfalls variieren.
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Das erfindungsgemäße Magnetventil weist den Vorteil auf, dass über den im Wesentlichen konstanten Luftspalt ein proportional ansteuerbares Ventil geschaffen wird, so dass es nicht zu einer lauten Geräuschentwicklung bei der Betätigung des Ventils kommt. Das Ventil weist somit geringe Schaltgeräusche auf. Darüber hinaus wird durch die Anordnung des gesamten Magnetkreises in der Luftkammer erreicht, dass keine weiteren Dichtebenen erforderlich sind, welche ansonsten durch zusätzliche Luftspalte den magnetischen Wirkungskreis verringern. Ferner wird eine effiziente Kühlung der Magnetspule durch entsprechende Luftströme in der Luftkammer sichergestellt.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Magnetventil derart ausgestaltet, dass sich bei Bestromung der Magnetspule eine konstante (d. h. wegunabhängige) Magnetkraft oder eine über den Weg linear ansteigende Magnetkraft ausbildet. Eine linear ansteigende Magnetkraft kann z. B. auch durch eine lineare Zunahme des Stroms der Magnetspule beim Schaltvorgang des Ventils erreicht werden. Gleichzeitig nimmt in dieser Ausführungsform die Rückstellkraft während der Drehung des Ankers zu, wodurch erreicht wird, dass der Anker eine vorbestimmte Endposition einnimmt. Es ist dabei sichergestellt, dass die Rückstellkraft schneller zunimmt als eine eventuell linear ansteigende Magnetkraft. Die Rückstellkraft kann in dem erfindungsgemäßen Magnetventil auf verschiedene Weise erzeugt werden. In einer bevorzugten Variante ist hierfür eine Blattfeder am Anker angebracht.
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In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Magnetventils wird das Joch durch den Anker an zumindest einer Stelle kontaktiert, vorzugsweise entlang der einzelnen Drehachse. Hierdurch kann die Verlustleistung des Magnetventils minimiert werden. In einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform ist ein Hebelmechanismus am Anker derart ausgebildet, dass die Magnetkraft, welche bei Bestromung der Magnetspule am entgegengesetzt zur Drehachse liegenden Ende des Ankers auftritt, in eine größere Kraft zum Schließen oder Öffnen einer Luftöffnung umgesetzt wird.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist der Anker des erfindungsgemäßen Magnetventils starr mit einem Vorsprung verbunden, wobei sich an dem Vorsprung ein Dichtelement befindet, welches bei Drehung des Ankers mittels der Magnetkraft, die durch Bestromung der Magnetspule erzeugt wird, eine Luftöffnung verschließt. Ohne Bestromung der Magnetspule verschließt das Dichtelement vorzugsweise eine andere Luftöffnung. Auf diese Weise wird eine einfache Wandlung der Magnetkraft in eine Schließkraft für eine Luftöffnung erreicht. Vorzugsweise ist dabei der Vorsprung, an dem sich das Dichtelement befindet, Teil des oben beschriebenen Hebelmechanismus, d. h. die am Dichtelement erzeugte Schließkraft ist größer als die Magnetkraft am entgegengesetzt zur Drehachse liegenden Ende des Ankers.
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In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Magnetventils umfasst der Anker zumindest eine Öffnung, in welche bei Drehung des Ankers ein Ende des Jochs eindringt und dabei der durch den Luftspalt gebildete Abstand zwischen Joch und Anker (d. h. der Abstand zwischen Öffnungsrand und Joch) in Richtung der Drehung des Ankers im Wesentlichen konstant bleibt.
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In einer weiteren Ausführungsform ist der Anker über eine Führung gegen ein Verkippen um die Drehachse gesichert, wobei die Führung vorzugsweise an einem zur Magnetspule gehörigen Spulenkörper, d. h. an einem Wicklungskörper, auf dem die Wicklung der Magnetspule aufgewickelt ist, ausgebildet ist. Die Führung kann dabei auf verschiedene Art und Weise realisiert sein. In einer Variante umfasst die Führung eine Führungsnase, welche sich durch eine Öffnung des Ankers erstreckt. In einer anderen Variante umfasst die Führung eine Blattfeder, die an wenigstens einer Stelle fest mit dem Anker und an wenigstens einer anderen Stelle fest mit dem Spulenkörper oder dem Joch verbunden ist.
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In einer Weiterbildung der Erfindung ist zumindest ein Teil des Jochs in einem inneren Hohlraum eines zur Magnetspule gehörigen Spulenkörpers angeordnet. Der innere Hohlraum des Spulenkörpers ist vorzugsweise komplett mit weichmagnetischem Material des Jochs gefüllt, so dass die Spule im Durchmesser klein gebaut werden kann und hierdurch der elektrische Wirkungsgrad erhöht wird.
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In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Magnetventils ist das Joch U-förmig ausgestaltet, wobei an dem Ende zumindest eines Schenkels des Jochs ein Überlappungsbereich zwischen Joch und Anker bei Drehung des Ankers entsteht.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Magnetventils sind die Luftöffnungen an entgegengesetzten Enden der Luftkammer angeordnet. Vorzugsweise erstreckt sich die Magnetspule dabei in ihrer Längsrichtung zwischen diesen entgegengesetzten Enden. Mit dieser Variante der Erfindung wird eine sehr effiziente Kühlung der Magnetspule bei deren Bestromung erreicht.
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Um der Magnetspule Strom zuzuführen, ist sie in einer bevorzugten Variante mit zumindest einem Pin, vorzugsweise zwei oder mehr Pins, verbunden, der über eine abgedichtete Öffnung aus der Luftkammer hin zu einer Platine herausgeführt wird.
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Das erfindungsgemäße Ventil kann für verschiedene Anwendungszwecke vorgesehen sein. Vorzugsweise dient das Magnetventil zum Befüllen und/oder Entleeren zumindest einer elastischen Luftblase in einer Vorrichtung zur pneumatischen Verstellung eines Sitzes in einem Verkehrsmittel. Mit anderen Worten umfasst die Erfindung auch eine Vorrichtung zur pneumatischen Verstellung eines Sitzes in einem Verkehrsmittel mit zumindest einer elastischen Luftblase sowie einem Magnetventil zum Befüllen und/oder Entleeren der zumindest einen Luftblase.
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Das erfindungsgemäße Magnetventil kann je nach Ausgestaltung eine unterschiedliche Anzahl an Luftöffnungen und Schaltstellungen aufweisen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Magnetventil ein 3/2-Schaltventil.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Figuren detailliert beschrieben.
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Es zeigen:
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1 eine Schnittansicht eines Magnetventils gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit unbestromter Magnetspule;
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2 eine Schnittansicht analog zu 1 bei bestromter Magnetspule;
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3 eine Draufsicht auf den im Magnetventil der 1 und 2 verbauten Anker;
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4 eine Draufsicht auf die in dem Magnetventil der 1 und 2 verbauten Blattfeder; und
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5 eine Draufsicht auf den im Magnetventil der 1 und 2 verbauten Clip.
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Nachfolgend wird eine Ausführungsform der Erfindung anhand eines 3/2-Magnetventils beschrieben, das zum Befüllen und Entlüften einer elastischen Luftblase (nicht gezeigt) in einer Vorrichtung zur pneumatischen Verstellung eines Kraftfahrzeugsitzes eingesetzt wird. Das Magnetventil umfasst eine Luftkammer 1 mit entsprechenden Luftanschlüssen 2, 3 und 4. Die Oberseite der Luftkammer ist durch eine Abdeckplatte 14 luftdicht abgedeckt. Oberhalb der Abdeckplatte 14 befindet sich eine Leiterplatte 16, die wiederum mittels eines Deckels 15 abgedeckt ist.
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Der Luftanschluss 2 der Luftkammer 1 führt hin zu der Luftblase. Die Befüllung der Luftblase erfolgt über eine Druckluftzufuhr (nicht gezeigt), die an dem Kanal 5 angeschlossen ist, der wiederum über die Luftöffnung 3 mit der Luftkammer 1 verbunden ist. Zum Entlüften bzw. Ablassen von Druckluft aus der Luftblase wird die obere Öffnung 4 genutzt, die unter Zwischenschaltung eines Dämpfungselements 23 aus Schaumstoff mit der Umgebung verbunden ist. Durch das Dämpfungselement werden die nach außen dringenden Geräusche des Ventils vermindert.
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Innerhalb der Luftkammer 1 ist eine Magnetspule 6 angeordnet. Diese Spule umfasst eine Wicklung 601, die auf einem Spulenkörper 7 aufgewickelt ist. Ferner ist in der Luftkammer ein U-förmiges Joch 8 aus weichmagnetischem Material angeordnet, wobei sich der untere Schenkel des U-förmigen Jochs durch einen Hohlraum des Spulenkörpers 7 erstreckt. Der obere Schenkel des Jochs 8 läuft an der Wicklung 601 des Spulenkörpers vorbei und erstreckt sich durch eine Öffnung in einem oberen Fortsatz des Spulenkörpers 7.
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Innerhalb der Luftkammer 1 befindet sich ferner der im Schnitt gezeigte Anker 9, der aus weichmagnetischem Material besteht und bei Bestromung der Spule 6 mittels Magnetkraft um eine einzelne Drehachse A verdreht wird, wie weiter unten noch näher erläutert wird. In dem Anker sind Öffnungen ausgestanzt. Insbesondere umfasst der Anker eine obere Öffnung 20, eine daran anschließende T-förmige Öffnung 22 (siehe 3) sowie eine untere Öffnung 21. Die Öffnungen 20 und 21 sind quadratisch ausgestaltet (siehe 3), können aber auch andere Querschnitte aufweisen (insbesondere rechteckig und für die Öffnung 20 auch kreisförmig oder elliptisch, wofür die nachfolgende Beschreibung dann sinngemäß abgewandelt gilt). Die untere Kante der Öffnung 21 liegt an dem unteren Schenkel des Jochs 8 an, wodurch eine Berührungslinie zwischen Joch und Anker gebildet wird, die auch die Drehachse A des Ankers 9 bei Bestromung der Spule 6 darstellt.
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An dem Anker 9 ist ein Clip 10 befestigt, aus dem ein Vorsprung 11 hervorsteht, auf dem sich ein elastisches Dichtelement 12 befindet. In dem in 1 gezeigten nicht-bestromten Zustand der Spule liegt das Dichtelement 12 an der Öffnung 3 an, wohingegen die Öffnung 4 geöffnet ist. In dieser Schaltstellung des Ventils erfolgt eine Entlüftung der Blase durch einen Luftstrom von dem Anschluss 2 über die Luftkammer 1 hin zu der Öffnung 4.
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Der Spulenkörper 7 umfasst eine Führungsnase 13, welche ein Verkippen der Drehachse A des Ankers 9 dadurch verhindert, dass die Führungsnase in der Öffnung 22 (siehe 3) geführt ist. Bei der Bestromung der Spule 6 wird eine Magnetkraft erzeugt, welche den Anker 9 hin zum Joch 8 zieht. Dabei überlappen die vier Kanten der oberen quadratischen Öffnung 20 mit dem oberen Ende des Jochs 8. Ebenso vergrößert sich eine entsprechende Überlappung von drei Kanten der unteren Öffnung 21 mit dem unteren Ende des Jochs 8. 2 zeigt dabei die Endposition des Ankers 9 bei Bestromung der Spule. Wie man erkennt, ist der Anker 9 nunmehr nicht mehr gegenüber dem Joch 8 verkippt, sondern erstreckt sich in vertikaler Richtung.
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In der gezeigten Magnetspule bleibt der Luftspalt L zwischen den Kanten der oberen quadratischen Öffnung 20 und dem Joch 8 sowie der Luftspalt L' zwischen den Kanten der unteren quadratischen Öffnung 21 und dem Joch 8 in Richtung der Drehung des Ankers unabhängig von der Größe der Überlappung zwischen Joch und Anker im Wesentlichen konstant. Dies ist nochmals in 3 verdeutlicht. Man erkennt hierbei insbesondere den Luftspalt L zwischen dem Rand der oberen Öffnung 20 und dem oberen Schenkel des Jochs 8 sowie den Luftspalt L' zwischen dem Rand der unteren Öffnung 21 und dem unteren Schenkel des Jochs 8. Zu beachten ist dabei, dass entlang der unteren Kante der Öffnung 21 kein Luftspalt existiert, da sich dort das Joch und der Anker direkt an einer Berührungslinie berühren. Entlang dieser Berührungslinie verläuft die Drehachse A des Ankers, wie bereits eingangs erwähnt wurde.
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Gemäß 3 ist die Größe des Luftspalts L bzw. L' entlang der Kanten der Öffnung konstant. Dies muss jedoch nicht so realisiert sein. Entscheidend ist vielmehr, dass der durch die Luftspalte gebildete Abstand zwischen Anker 9 und Joch 8 in Drehrichtung des Ankers, d. h. entlang jeweiliger senkrecht zur Blattebene verlaufenden Linien, konstant bleibt. Demgegenüber kann die Größe des Luftspalts entlang des Umfangs der Öffnungen 20 und 21 ggf. variieren. Insbesondere können z. B. die linke und rechte Seite des Luftspalts L' auch leicht schräg nach unten verlaufen. Dadurch wird erreicht, dass der Anker im Bereich der Drehachse A zum Joch zentriert ist. Die Größe des Luftspalts an den übrigen Kanten liegt etwa bei 0,2 mm.
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Durch den im Wesentlichen konstanten Luftspalt in Richtung der Drehung des Ankers 9 wird erreicht, dass die auf den Anker wirkende magnetische Kraft nur noch vom Strom und nicht davon abhängt, wie stark sich der Anker dem Joch genähert hat. Im Gegensatz zu herkömmlichen Magnetventilen, bei denen sich der Luftspalt mit zunehmender Verschiebung des Ankers verkleinert und hierdurch die Magnetkraft zunimmt, wird mit dem Magnetventil der 1 und 2 ein Proportionalventil geschaffen, dessen Magnetkraft bei konstanter Bestromung der Spule konstant ist. In dem Magnetventil der 1 bzw. 2 ist dabei ferner eine Blattfeder 19 vorgesehen, welche entgegengesetzt zur Magnetkraft wirkt und somit eine Rückstellkraft erzeugt. Die Blattfeder ist im oberen Bereich am Spulenkörper 7 und im unteren Bereich an dem Anker 9 sowie dem Clip 10 befestigt. Die Rückstellkraft wird mit zunehmender Verdrehung des Ankers bei Bestromung der Spule immer größer, bis sie schließlich genauso groß wie die konstante Magnetkraft ist, wodurch die in 2 gezeigte Endposition des Ankers erreicht wird. Der Aufbau der Blattfeder 19 wird weiter unten anhand von 4 näher erläutert. Ebenso wird der Aufbau des Clips 10 weiter unten anhand von 5 näher erläutert.
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Wie man aus 2 erkennt, führt die Bestromung der Spule zu einer Verdrehung des Ankers 9 um die Drehachse A. In der in 2 gezeigten Endposition liegt dann das Dichtelement 12 dichtend an der oberen Öffnung 4 an, wohingegen die Öffnung 3 des Luftkanals 5 nunmehr geöffnet ist. In dieser Schaltstellung wird von einer Druckluftzufuhr stammende Druckluft über den Kanal 5, die Kammer 1 und den Anschluss 2 hin zu der Luftblase zu deren Befüllung geführt. Das Ventil der 1 und 2 stellt somit ein 3/2-Schaltventil mit drei Luftanschlüssen und zwei Schaltstellungen dar.
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Die Bestromung der Wicklung 601 der Spule 6 erfolgt über elektrische Pins 17, die sich durch eine Öffnung der Abdeckplatte 14 erstrecken und mit einem entsprechenden elektrischen Kontakt der Platine 16 verbunden sind. Die Öffnung in der Abdeckplatte ist dabei abgedichtet, z. B. mittels Verklebung, Einpressen oder Einspritzen. Es tritt somit über diese Öffnung keine Luft aus der druckbeaufschlagten Luftkammer 1 aus. Aus 1 und 2 ist ferner ein Gitterfilter 18 ersichtlich, der das Eindringen von Partikeln aus der elastischen Luftblase vermeidet.
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Aus der bereits oben erwähnten 3 ist ferner die Form der mittleren Öffnung 22 des Ankers 9 ersichtlich. Die Öffnung hat die Gestalt eines auf dem Kopf stehenden Buchstabens T, wobei in dem vertikalen Balken des Buchstabens T die Führungsnase 13 eingreift, welche das seitliche Verkippen des Ankers 9 verhindert. Demgegenüber dient der vertikale Balken des Buchstabens T zum Durchtritt einer oberen Rastnase 10a des Clips 10. Diese Rastnase ist sehr gut aus der weiter unten erläuterten 5 ersichtlich.
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Aus 4 ist nochmals in Draufsicht die Blattfeder 19 ersichtlich, die in 1 und 2 im Schnitt dargestellt ist. Die Blattfeder besteht aus einem Metallblech, das an vier Stellen 19a geknickt ist. Am oberen Ende weist die Blattfeder eine T-Form auf. Dort erfolgt die Befestigung der Blattfeder am Spulenkörper 7. Innerhalb einer mittleren Öffnung der Blattfeder befindet sich ein vorstehender Lappen 19b mit einer Aussparung 19c. Im eingebauten Zustand der Blattfeder liegt der Lappen 19b an der Innenfläche des Clips 10 an, wobei die Rastnase 10a des Clips 10 über die Aussparung 19c geschoben wurde. In den Clip 10 mit dem darin eingesetzten Lappen 19b wird der untere Teil des Ankers 9 eingesetzt. Der Anker wird dabei über die Rastnase 10a sowie die beiden unteren Rastnasen 10b (siehe 5) am Clip 10 verrastet. Über eine Verbiegung des Lappens 19b gegenüber dem Rest der Blattfeder 19 wird eine entsprechende Rückstellkraft erzeugt. Diese wird bei größerer Verdrehung des Ankers bei Bestromung der Spule umso größer, bis schließlich die Endposition erreicht ist, bei der die erzeugte Magnetkraft der Rückstellkraft der Blattfeder entspricht.
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Mittels der Blattfeder 19 wird im eingebauten Zustand zum einen eine Kraft erzeugt, die den Anker 9 nach oben sowie in Richtung zur Magnetspule zieht, um die Drehachse A des Ankers 9 zu fixieren. Zum anderen erzeugt die Verformung der Blattfeder auf der Höhe der Drehachse A ein Drehmoment, welches den Anker von der Spule 6 wegkippt und gleichzeitig das Dichtelement 12 auf die untere Öffnung 3 des Luftkanals 5 drückt. Dieses Drehmoment wird durch die Verrastung der Blattfeder an dem oberen Ende des Spulenträgers 7 abgefangen.
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Wie bereits erwähnt, zeigt die 5 eine Draufsicht auf den Clip 10 aus 1 und 2. Man erkennt dabei die drei Vorsprünge 10a und 10b, mit denen der Anker in dem Clip verrastet wird. Ferner ist auch nochmals der Vorsprung 11 ersichtlich, auf dem sich das Dichtelement 12 befindet.
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Im Folgenden werden nochmals die wesentlichen Bestandteile des Magnetventils aus den vorangegangenen Figuren und deren technische Effekte erläutert. In dem Magnetventil befinden sich der Magnetkreis aus Magnetspule 6, Joch 8 und Anker 9 in einer gemeinsamen Luftkammer 1, d. h. innerhalb des pneumatisch betriebenen Bereichs des Ventils. Auf diese Weise kann eine Kühlung der Magnetspule bewirkt werden, indem der pneumatische Luftstrom entlang der Wicklung geführt wird, was durch die Anordnung des Luftanschlusses 2 sowie der Luftanschlüsse 3 und 4 an entgegengesetzten Enden der Luftkammer 1 sichergestellt ist. Die Anordnung des Magnetkreises innerhalb der Luftkammer hat ferner den Vorteil, dass keine weiteren Dichtebenen erforderlich sind, welche ansonsten durch zusätzliche Luftspalte den magnetischen Wirkungsgrad verringern.
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Die Luftspalte L bzw. L' im überlappenden Bereich zwischen Anker und Joch sind in Drehrichtung des Ankers im Wesentlichen konstant, wodurch bei konstanter Bestromung der Spule eine konstante Magnetkraft erreicht wird, die zu einem leisen Schaltvorgang des Ventils führt. Gegebenenfalls kann die Magnetkraft durch linear ansteigende Bestromung der Spule auch leicht ansteigen. Die zunehmende Rückstellkraft der Blattfeder stellt dabei sicher, dass eine vorgegebene Endposition des Ankers erreicht wird. Die Führung des Ankers mittels der Führungsnase 13 bewirkt, dass nur ein Freiheitsgrad der Bewegung des Ankers, nämlich dessen Verdrehung um die Achse A, möglich ist. Durch die Anordnung des Ankers mit darauf befestigtem Clip 10 und entsprechendem Dichtelement 12 wird darüber hinaus ein Hebelmechanismus erreicht, da der Abstand zwischen Drehachse A und oberem Ende des Ankers größer ist als zwischen der Drehachse und der Position des Dichtelements 12. Auf diese Weise wird die Kraft verstärkt, mit der das Dichtelement gegen die Öffnung 4 drückt. Es wird somit eine hohe Kraft zur Abdichtung der Öffnung 4 bei gleichzeitig niedrigem Ventilhub erreicht.
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Das Ventil der 1 und 2 weist als Drehachse A eine sich berührende Linie zwischen Anker 9 und Joch 8 auf, die magnetisch als minimaler Luftspalt wirkt, wodurch die Verlustleistung des magnetischen Kreises minimiert wird. Der Anker 9 des Magnetkreises weist entsprechende Ausstanzungen zum Durchtritt der Enden des Jochs 9 sowie der Führungsnase 13 des Spulenkörpers 7 auf. Der Spalt zwischen Anker und Führungsnase muss dabei enger toleriert sein als der Spalt zwischen Anker und Joch. Das Joch 8 tritt bei unbestromtem Magnetventil nur teilweise durch die Öffnungen im Anker hindurch, denn bei vollständigem Durchtritt kann sich die überlappende Fläche des Luftspalts nicht weiter vergrößern, was zur Folge hätte, dass keine magnetische Kraft mehr erzeugt würde.
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Anstelle einer Führungsnase 13 kann die Drehachse A des Ankers 9 auch mittels einer Blattfeder (vorzugsweise eine andere Blattfeder als die Feder 19) gegen Verkippen gesichert sein. In diesem Fall ist die Blattfeder an wenigstens einer Stelle (vorzugsweise an zwei Punkten) fest mit dem Anker verbunden (z. B. Formschluss oder Materialschluss). An einer anderen Stelle ist die Blattfeder zusätzlich an einem feststehenden Bauteil fixiert, welches vorzugsweise der Spulenkörper oder das Joch ist.
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Gegebenenfalls können die beiden Enden des Jochs 8 eine geeignete Kontur aufweisen, um die Größe der Überlappung zwischen Joch und Anker zu steuern. Nichtsdestotrotz bleibt dabei die Größe des Luftspalts in Richtung der Verdrehung des Ankers konstant. Hierdurch kann die Magnetkraft als Funktion des Wegs bzw. Anker-Kippwinkels geeignet beeinflusst werden.
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Die elastischen Dichtflächen des Dichtelements 12, das zur Abdichtung der Öffnungen 3 und 4 dient, werden durch das Kippen des Ankers 9 mechanisch so geführt, dass sie stets an der gleichen Position auf den zugehörigen Öffnungen zu liegen kommen. Dies verbessert die Dichtigkeit insbesondere bei niedrigen Temperaturen.
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Das Innere der Spule 6 (d. h. der Hohlraum des Spulenkörpers 7) wird in dem Magnetventil der 1 und 2 nicht zur Luftführung verwendet, sondern ausschließlich zur Aufnahme des weichmagnetischen Jochs 8. Dadurch kann die Spule im Durchmesser vergleichsweise klein gebaut werden, was wiederum den elektrischen Wirkungsgrad erhöht (geringere Drahtlänge bzw. Wicklungswiderstand, alternativ höhere Windungszahl). Es ist dabei zusätzlich von Vorteil, die Spule bei gegebener Windungszahl möglichst dünn und lang zu bauen.
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Die im Vorangegangenen beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung weisen eine Reihe von Vorteilen auf. Insbesondere wird auf einfache Weise ein proportional ansteuerbares Magnetventil mit geringen Schaltgeräuschen geschaffen. Darüber hinaus wird eine effiziente Kühlung des Magnetventils sowie ein hoher magnetischer Wirkungsgrad erreicht, indem der gesamte Magnetkreis in der entsprechenden Luftkammer des Ventils angeordnet ist. Dabei wird eine Bewegung des Ankers mit nur einem Freiheitsgrad um eine einzelne Drehachse bewirkt. Ferner kann zur Erhöhung der Schließkraft des Ventils ein entsprechender Hebelmechanismus bei gleichzeitiger Reduktion des Ventilwegs vorgesehen sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Luftkammer
- 2, 3, 4
- Luftanschlüsse
- 5
- Luftkanal
- 6
- Magnetspule
- 601
- Wicklung der Magnetspule
- 7
- Spulenkörper der Magnetspule
- 8
- Joch
- 9
- Anker
- 10
- Clip
- 10a, 10b
- Rastnasen des Clips
- 11
- Vorsprung des Clips
- 12
- Dichtelement
- 13
- Führungsnase des Spulenkörpers
- 14
- Abdeckplatte
- 15
- Deckel
- 16
- Platine
- 17
- Pin
- 18
- Gitterfilter
- 19
- Blattfeder
- 19a
- Knickstellen der Blattfeder
- 19b
- Lappen der Blattfeder
- 19c
- Aussparung am Lappen der Blattfeder
- 20, 21, 22
- Öffnungen im Anker
- 23
- Dämpfungselement
- L, L'
- Luftspalte
- A
- Drehachse
