DE102015220358A1

DE102015220358A1 - Elektromagnetventil

Info

Publication number: DE102015220358A1
Application number: DE102015220358.1A
Authority: DE
Inventors: Christoph Voss; Christian Courth
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2015-10-20
Filing date: 2015-10-20
Publication date: 2017-04-20

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 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 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. Der Magnetanker (1) und der Ventilschließkörper (2) sind in Hubrichtung relativ beweglich zueinander angeordnet, wobei der Ventilschließkörper (2) zum Ventilöffnen von einer Druckfeder (13) beaufschlagt ist, die als einfache Vormontageeinheit unmittelbar an dem Ventilschließkörper (2) fixiert ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Elektromagnetventil, insbesondere 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 einen kleinen Volumenstrom und einen kleinen Ventilhub ausgelegt.
Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Elektromagnetventil der angegebenen Art mit möglichst einfachen, funktionsgerechten Mitteln kostengünstig und kleinbauend auszuführen und derart zu verbessern, dass große Volumenströme mit möglichst geringem Energiebedarf 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 einen Längsschnitt einer zweckmäßigen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Elektromagnetventils in der geschlossenen Ventilgrundstellung,
2 die erfindungsgemäße Anordnung der Druckfeder am Ventilschließkörper für das in der 1 abgebildete Elektromagnetventil.
Die 1 zeigt in einer erheblichen Vergrößerung ein Elektromagnetventil im Längsschnitt mit einem mehrteiligen, im unteren Gehäusebereich 21 im Tiefziehverfahren 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 leitende, 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 wird im Bereich des massiven Stahl-Gehäuseabschnitts 22 mittels einer Außenverstemmung in einem vorzugsweise aus Strangpressmaterial hergestellten Leichtmetall-Ventilblock befestigt, wozu das Leichtmetall gegen eine Schulter des Stahl-Gehäuseabschnitts 22 plastisch verdrängt wird.
Unterhalb des Magnetkerns 18 befindet sich ein in der Hülse 23 geführter 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 verjüngten Magnetankerfortsatz beweglich angebrachten Ventilschließkörper 2 einen im Ventilsitz 11 des patronenförmigen Ventilgehäuses 17 vorgesehenen Ventildurchlass. Der Ventilschließkörper 2 ist als 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, ist vorgesehen, dass der Magnetanker 1 und der kolbenförmige Ventilschließkörper 2 nach dem Teleskopprinzip in Hubrichtung relativ beweglich zueinander verbunden sind, wozu ein Mitnehmer 3 am Magnetanker 1 ausgebildet ist, sodass bei elektromagnetischer Betätigung der Magnetanker 1 nach einem definierten Ankerhub in Richtung des Magnetkerns 18, bei dem gleichzeitig der Mitnehmer 3 einen Leerhubs L bis zur Kontaktierung eines am Ventilschließkörper 2 vorgesehenen Bunds 12 zurücklegt, mit Hilfe des Mitnehmers 3 der Ventilschließkörper 2 durch eine Druckfeder 13 unterstützt vom Ventilsitz 11 abhebt.
Der Magnetanker 1 bildet mit dem Mitnehmer 3 und dem Ventilschließkörper 2 eine eigenständig handhabbare sowie vorprüfbare Baugruppe, sodass der Mitnehmer 3 bei einem in Richtung des Magnetkerns 18 vollzogenen Magnetankerhub, nach der Überbrückung des sogenannten Leerhubs L, auf einfache Weise mit dem Ventilschließkörper 2 mechanisch in Eingriff steht.
Vorteilhaft besteht der Mitnehmer 3 aus einer am Magnetanker 1 fixierten Mitnehmerhülse, die in Richtung des Ventilsitzes 11 am Magnetanker 1 hervor steht, wobei der am Ventilschließkörper 2 angebrachte Bund 12 funktionsgerecht in dem am Magnetanker 1 hervorstehenden Abschnitt der Mitnehmerhülse formschlüssig aufgenommen ist. Als Formschlussverbindung ist ein an der Mitnehmerhülse radial nach innen gerichteter Kragen 4 vorgesehen, der nach der Überbrückung des Leerhubs L an dem Bund 12 anliegt, sodass der mit dem Bund 12 fest verbundene Ventilschließkörper 2 durch den Mitnehmer 3 vom Ventilsitz 11 abhebbar ist.
Die dem Magnetanker 1 zugewandte Stirnfläche des Bundes 12 ist mit einem Führungszapfen 14 versehen, der zur präzisen Ausrichtung und Führung des Ventilschließkörpers 2 in Richtung des Ventilsitzes 11 gleitbeweglich in einer mittigen Führungsbohrung 5 des Magnetankers 1 aufgenommen ist. Weiterhin weist die dem kolbenförmigen Ventilsitzkörper 2 zugewandte Stirnfläche des Bundes 12 einen stößelförmigen Vorsprung 7 auf, der in dem vorzugsweise aus Kunststoff oder Gummi bestehenden Ventilsitzkörper 2 entweder mittels eine Kunststoffumspritzung oder nach Art einer Clipsverbindung fixiert ist.
Um eine vollständige Freigabe des Ventildurchlasses zu gewährleisten, sieht die Konstruktion vor, dass der Ventilschließkörper 2 mit seinem vom Bund 12 abgewandten, aus der Mitnehmerhülse hervorstehenden Kolbenbereich permanent von der Druckfeder 13 in Ventilöffnungsrichtung beaufschlagt ist, die sich mit ihrem vom Ventilschließkörper 2 abgewandten Ende am Ventilsitz 11 abstützt.
Zwecks eines einwandfrei abdichtenden und geräuschlosen Ventilverschlusses in der elektromagnetisch nicht erregten Ventilschließstellung, in der die Rückstellfeder 10 über den Magnetanker 1 und den Bund 12 den Ventilschließkörper 2 auf den Ventilsitz 11 drückt, ist der Ventilschließkörper 2 durch eine geeignete Werkstoffauswahl elastisch verformbar, sodass bevorzugt Kunststoffe und/oder Kautschukverbindungen zur Anwendung gelangen.
Durch eine elektromagnetische Betätigung des Magnetankers 1 kontaktiert der Kragen 4 am hülsenförmige Mitnehmer 3 nach der Überbrückung des Leerhubs L den Bund 12, wodurch sich bei einem weiterem Ankerhub der Ventilschließkörper 2 vom Ventilsitz 11 abhebt und synchron der Hubbewegung des Magnetankers 1 folgt. Dabei ist zu beachten, dass zunächst der Eingangsdruck im Druckmitteleinlass 19 den Ventilschließkörper 2 in der Ventilschließrichtung beaufschlagt, bis durch das durch den Mitnehmer 3 erzwungene Öffnen des Ventildurchlasses 7 ein Druckabbau des Eingangsdrucks in Richtung des Druckmittelauslasses 20 erfolgt.
Erst eine Teilöffnung des Ventildurchlasses ermöglicht einen Druckausgleich zwischen dem Druckmitteleinlass 19 und Druckmittelauslass 20, indem infolge des Druckausgleichs der Ventilschließkörper 2 soweit druckentlastet ist, dass die Federkraft der zwischen dem Ventilschließkörper 2 und dem Ventilsitz 11 positionierte Druckfeder 13 groß genug ist, um bei bereits am Magnetkern 18 anliegendem Magnetanker 1 den vollständigen Öffnungshub des Ventilschließkörpers 2 zu ermöglichen.
Grundsätzlich ist die Druckfeder 13 derart konzipiert, dass sie zum vollständigen Ventilöffnen eine hinreichende Federkraft aufweist, die allerdings zum sicheren Verschluss des Ventildurchlasses in der Ventilgrundstellung kleiner bemessen ist als die Schließkraft der Rückstellfeder 10.
Zur Einstellung des Leerhubs L, bei dem der Ventilschließkörper 2 zu Beginn einer elektromagnetischen Erregung des Magnetankers 1 gemäß der Definition zunächst nicht von dem am Magnetanker 1 angebrachten Mitnehmer 3 mitgenommen wird, steht der Mitnehmer 3 mittels einer Schiebepresspassung mit der Mantelfläche des Magnetankers 1 in Eingriff. Nach korrekter Einstellung des Leerhubs L kontaktiert der Bund 12 erst nach dem Überbrücken des Leerhubs L (Vertikalabstand zwischen dem Kragen 4 und dem Bund 12) und Erreichen eines definierten Magnetankerhubs den Kragen 4 zur Mitnahme des Ventilschließkörpers 2. Durch den Leerhub L wird zunächst ausschließlich eine Annäherung des Magnetankers 2 an den Magnetkern 18 erreicht, ohne das Erfordernis einer hohen magnetischen Betätigungskraft zum Ventilöffnen, sodass nach der Verkleinerung des Luftspalts zwischen dem Magnetanker 1 und dem Magnetkern 18 eine hinreichend große Magnetkraft zur Mitnahme und damit zum Anheben des Ventilschließkörpers 2 vom Ventilsitz 11 durch den Mitnehmer 3 gegeben ist.
Zwecks Vereinfachung der Konstruktion sieht die Erfindung vor, dass die Druckfeder 13 unmittelbar an dem Ventilschließkörper 2 fixiert ist, der aus einem nichtmetallischen organischen Werkstoff, vorzugsweise aus Kautschuk oder einem Elastomere hergestellt ist, während der Magnetanker 1 aus einem ferromagnetischen Material und die Druckfeder 13 aus einem Federstahl bestehen. Zur sicheren Fixierung der Druckfeder 13 weist der Ventilschließkörper 2 an seinem Umfang eine Ringnut 6 auf, in der das vom Ventilsitz 11 abgewandte Ende der Druckfeder 13 nach Art einer Clipsverbindung eingreift. Das der Ringnut 6 zugewandte Ende der Druckfeder 13 ist hierzu im Durchmesser an den Innendurchmesser der Ringnut 6 angepasst, sodass das Drahtende der Druckfeder 13 spielfrei in der Ringnut 6 aufgenommen ist. Folglich weist das der Ringnut 6 zugewandte Ende der Druckfeder 13 einen kleineren Durchmesser auf als das dem Ventilsitz 11 zugewandte Ende der Druckfeder 13.
Je nach gewählter Gestaltung des Ventilschließkörpers 2 und den gegebenen Bauraumverhältnissen im Ventilgehäuse 17 ist der Draht der Druckfeder 13 schrauben-, spiral- oder tonnenförmig gewickelt, wobei der Draht nach Wunsch oder Bedarf entweder einen runden oder rechteckigen Querschnitt aufweist.
Analog zu 1 zeigt die 2 in einem erheblich vergrößerten Längsschnitt die weiteren Einzelheiten zur Ausgestaltung des kolbenförmigen Ventilschließkörpers 2, wonach zur axialen Abstützung der Druckfeder 13 in der Ringnut 6 oberhalb der Druckfeder 13 die Ringnut 6 von einer horizontalen Anschlagschulter 8 begrenzt ist, wobei sowohl zum präzisen Einführen als auch wieder zum leichten Entfernen der Druckfeder 13 weiterhin diametral zur Anschlagschulter 8 eine in Richtung der Ringnut 6 kegelförmig verjüngte Schrägschulter 9 in die Ringnut 6 einmündet.
Ferner ist zwischen dem Ventilschließkörper 2 und der Druckfeder 13 ein Ringspalt 15 vorgesehen, in den zur Zuführung der Druckfeder 13 in die Ringnut 6 wenigstens bis zur Schrägschulter 9 eine Montagehülse 16 eintaucht, sodass nach dem Aufweiten und Überschieben der Druckfeder 13 entlang dem Außenunfang der Montagehülse 16 die am oberen Ende der Druckfeder 13 im Durchmesser verkleinerte Drahtwindung anschließend zur Endfixierung in die Ringnut 6 einschnappt. An den unteren Hülsenabschnitt der Montagehülse 16 schließt sich ein Anschlagkonus 24 an, der zur präzisen Positionierung mit seiner Innenstirnfläche die Stirnfläche des Ventilschließkörpers 2 kontaktiert, während über die trichterförmig erweiterte Außenstirnfläche am Anschlagkonus 24 die Zuführung und Aufweitung der Druckfeder 13 erfolgt.
Beim Einsatz des vorgeschlagenen Elektromagnetventils in einem Pneumatiksystem ist durch die Verwendung von Edelstahl für das Ventilgehäuse 17 ein dauerhafter Korrosionsschutz gewährleistet, welcher bei unzureichender Trocknung der Luft infolge der Luftfeuchte zu berücksichtigen ist.
Bezugszeichenliste

1: Magnetanker
2: Ventilschließkörper
3: Mitnehmer
4: Kragen
5: Führungsbohrung
6: Ringnut
7: Vorsprung
8: Anschlagschulter
9: Schrägschulter
10: Rückstellfeder
11: Ventilsitz
12: Bund
13: Druckfeder
14: Führungszapfen
15: Ringspalt
16: Montagehülse
17: Ventilgehäuse
18: Magnetkern
19: Druckmitteleinlass
20: Druckmittelauslass
21: Gehäusebereich
22: Gehäusebereich
23: Hülse
24: Anschlagkonus

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012206282 A1 [0002]

Claims

Elektromagnetventil, insbesondere 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 Ventilsitz abgehobenen Ventilschließkörper miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetanker (1) und der Ventilschließkörper (2) in Hubrichtung relativ beweglich zueinander angeordnet sind, und dass der Ventilschließkörper (2) zum Ventilöffnen von einer Druckfeder (13) beaufschlagt ist, die als Vormontageeinheit unmittelbar an dem Ventilschließkörper (2) fixiert ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetanker (1), die Druckfeder und der Ventilschließkörper (2) aus unterschiedlichen Materialen hergestellt sind, wonach der Magnetanker (1) aus einem ferromagnetischen Material, der die Druckfeder (13) tragende Ventilschließkörper (2) aus einem nichtmetallischen organischen Werkstoff, vorzugsweise aus Kautschuk oder einem Elastomere und die Druckfeder (13) aus einem Federstahl bestehen.
Elektromagnetventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschließkörper (2) an seinem Umfang eine Ringnut (6) aufweist, in der das vom Ventilsitz (11) abgewandte Ende der Druckfeder (13) fixiert ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das der Ringnut (6) zugewandte Ende der Druckfeder (13) im Durchmesser an den Innendurchmesser der Ringnut (6) angepasst ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das der Ringnut (6) zugewandte Ende der Druckfeder (13) einen an die Abmessung der Ringnut (6) angepassten Durchmesser aufweist, der vorzugsweise kleiner ist, als das dem Ventilsitz (11) zugewandte Ende der Druckfeder (13).
Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht der Druckfeder (13) schrauben-, spiral- oder tonnenförmig gewickelt ist, wobei der Draht entweder einen runden oder rechteckigen Querschnitt aufweist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringnut (6) zur axialen Abstützung der Druckfeder (13) in der Ringnut (6) von einer horizontalen Anschlagschulter (8) begrenzt ist, und dass zur Einführung der Druckfeder (13) in die Ringnut (6) die Ringnut (6) von einer in Richtung der Ringnut (6) kegelförmig verjüngten Schrägschulter (9) begrenzt ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Aufnahme einer Montagehülse (16) zwischen dem Ventilschließkörper (2) und der Druckfeder (13) ein Ringspalt (15) vorgesehen ist, in den zur Zuführung der Druckfeder (13) in die Ringnut (6) wenigstens bis zur Schrägschulter (9) die Montagehülse (16) einführbar ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Montagehülse (16) einen Anschlagkonus (24) aufweist, der zur präzisen Positionierung mit seiner Innenstirnfläche die Stirnfläche des Ventilschließkörpers (2) kontaktiert, und dass über eine konische Außenstirnfläche am Anschlagkonus (24) eine Aufweitung der Druckfeder (13) in Richtung der Ringnut (6) erfolgt.
Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetanker (1) einen Mitnehmer (3) aufweist, der nach einem definierten Magnetankerhub in Richtung des Magnetkerns (18) mit dem Ventilschließkörper (2) in Eingriff steht.
Elektromagnetventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Mitnehmer (3) aus einer am Magnetanker (1) fixierten Mitnehmerhülse besteht, die am Magnetanker (1) in Richtung des Ventilsitzes (11) hervor steht, sodass der Ventilschließkörper (2) über einen Führungszapfen (14) in dem am Magnetanker (1) hervorstehenden Abschnitt der Mitnehmerhülse formschlüssig aufgenommen ist, wozu ein an der Mitnehmerhülse radial nach innen gerichteter Kragen (4) vorgesehen ist, an dem der Führungszapfen (14) mit seinem Bund (12) anlegbar ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Überbrückung eines definierten Ankerhubs, infolge einer elektromagnetischen Betätigung des Magnetankers (1), der Bund (12) vom Kragen (4) des Mitnehmers (3) kontaktiert und der Ventilschließkörper (2) synchron zur Hubbewegung des Magnetankers (1) vom Ventilsitz (11) abgehoben ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungszapfen (14) gleitbeweglich in einer Führungsbohrung (5) des Magnetankers (1) aufgenommen ist.
Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen dem Ventilschließkörper (2) und dem Ventilsitz (11) positionierte Druckfeder (13) eine Federkraft aufweist, die kleiner bemessen ist als die Schließkraft der Rückstellfeder (10).