DE19930969A1

DE19930969A1 - Elektromagnetventil

Info

Publication number: DE19930969A1
Application number: DE19930969A
Authority: DE
Inventors: Edwin Czarnetzki; Peter Volz
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 1998-09-10
Filing date: 1999-07-05
Publication date: 2000-04-20
Also published as: DE59907881D1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Elektromagnetventil, bestehend aus einem Gehäuse (1) und einem Hülsenförmigen Gehäuse (1) geführten Ventilschließglied (11), das mittels eines von einer Ventilspule (8) betätigten, an einem Magnetkern (19) anlegbaren Magnetankers (4) eine Ventilsitzöffnung im Gehäuse (1) freigibt oder verschließt, wobei das Gehäuse oder ein Teil des Gehäuses durch zerspanenede Bearbeitung aus einem Automatenstahl hergestellt ist. Das Gehäuse (1) und der Magnetkern (19) weisen einen Werkstoff mit gleichen hochlegierten Bestandteilen von Chrom und Molybdän auf und der Werkstoff des hülsenförmigen Gehäuseabschnitts (1') entweder aus einer Chrom-Nickel-Legierung oder einer hochlegierten Chrom-Molybdän-Verbindung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Elektromagnetventil nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In der DE 42 21 988 A1 ist ein Elektromagnetventil beschrie ben, das in seiner elektromagnetisch nicht erregten Grund stellung einen Druckmitteldurchlaß zwischen dem Ventil schließglied und dem Ventilsitz aufweist. Das Ventilgehäuse ist aus Automatenstahl gefertigt. Da der gewählte Automaten stahl schlecht schweißbar ist, wird der den Magnetanker um schließende hülsenförmige Gehäuseabschnitt mittels einer Au ßenverstemmung des Gehäusematerials am Magnetkern gehalten. Ferner besteht der hülsenförmige Gehäuseabschnitt aus einem vom Ventilgehäuse abweichenden, besonders korrosionsbestän digen, austenitischen Werkstoff, um unter allen Umständen die im Ventil-Außenbereich besonders große Korrosionsgefahr zu verringern.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Elektromagnetventil der bereits bekannten Bauart dahingehend zu verbessern, daß durch einfache, kostengünstige Maßnahmen ein funktionssicheres Elektromagnetventil geschaffen wird, dessen Gehäuse mit dem hülsenförmigen Gehäuseabschnitt gut verschweißbar ist, wobei auch die Anforderungen an eine hohe Korrosionsbeständigkeit, sehr gute Zerspanungseigenschaft sowie hohe mechanische Festigkeit des Ventils für die Groß serienfertigung mit möglichst geringen Kosten erfüllt werden sollen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für ein Elektromagnetven til der gattungsbildenden Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindungen gehen im nach folgenden aus den Unteransprüchen und der Beschreibung meh rerer Ausführungsbeispiele hervor, die nachfolgend anhand von Zeichnungen erläutert werden.

Es zeigen:

Fig. 1 ein in der Grundstellung elektromagnetisch nicht erregtes, offenes Elektromagnetventil,

Fig. 2 eine zweckmäßige Korrosionsschutzmaßnahme in Form einer Schrumpfschlauchmontageeinheit für mehrere an einem Aufnahmekörper angeordnete Elektromagnetven tile,

Fig. 3 eine alternative Anwendung der Erfindung für ein in Grundstellung elektromagnetisch nicht erregtes, ge schlossenes Elektromagnetventil.

Die Fig. 1 zeigt in erheblich vergrößerter Darstellung die konstruktiven Einzelheiten eines in der Grundstellung elek tromagnetisch nicht erregten, in Offenstellung befindlichen Elektromagnetventils. Das Ventilgehäuse 1 ist als Kalt schlagteil ausgeführt und besteht beispielsweise aus einer Legierung X6CrMoS17 oder alternativ aus X14CrMoS17, wobei der Kohlenstoffgehalt der Legierung vom Betrag her kleiner oder gleich 0,2% ist, um einerseits die automatengerechte Zerspanbarkeit zu begünstigen, andererseits aber die Korro sionsbeständigkeit möglichst wenig zu beeinträchtigen. Bei beiden Werkstoffen handelt es sich um großseriengerechte, für einen Magnetkreis geeignete, hochlegierte Stähle, die dicht nur korrosionsbeständig sind, sondern auch bei sehr geringen Material- und Fertigungskosten die notwendige me chanische Festigkeit und eine besonders gute Zerspanungsei genschaft aufweisen und die für eine Laserschweißung gut ge eignet sind. Die chemische Zusammensetzung des Werkstoffs darf deshalb folgende prozentuale Massenanteile nicht über schreiten: Kohlenstoffanteil maximal 0.08%, Siliziumanteil maximal 1%, Mangan maximal 1%, Phosphor maximal 0,045%. Fer ner müssen auch die Massenanteile von Schwefel zwischen 0,2% bis 0,35% und für Chrom 16% bis 18% sowie für Molybdän 0,2% bis 0,6% in der Legierung betragen.

Das Ventilgehäuse 1 ist überdies in Patronenbauweise ausge führt und mittels einer Verstemm- oder auch Scherbefestigung in einer abgestuften Aufnahmebohrung eines Aufnahmekörpers 5 (Ventilblock) gehalten. Der Aufnahmekörper 5 besteht im vor liegenden Beispiel aus einem weicheren Werkstoff als der Werkstoff des Elektromagnetventils, um das vorzugsweise aus einer Leichtmetallknetlegierung bestehende Werkstoffvolumen des Aufnahmekörpers 5 zur Ventilbefestigung in Richtung des mit einer Hinterschneidung versehenen Stufenabschnitts 9 am Ventilgehäuse 1 zu verdrängen. Dies schließt jedoch nicht die Verwendung der erfindungswesentlichen Teile des vorge schlagenen Elektromagnetventils für eine alternative Befe stigungsart in einem beispielsweise aus Stahl gefertigten Aufnahmekörper 5 aus.

Der eingangs genannte Werkstoff für das Ventilgehäuse 1, den Jochring 2 und den Magnetanker 4 ist entsprechend den Anfor derungen magnetflußleitend, wobei der Magnetkreis zwischen Jochring 2 und dem Ventilgehäuse 1 entweder über ein am Ven tilgehäuse 1 angebrachtes, ferromagnetisches Ringteil und/oder über einen das Ventilgehäuse 1 tragenden ferroma gnetischen Aufnahmekörper 5 hergestellt werden kann.

Bei näherer Betrachtung des Ventils nach Fig. 1 zeigt sich, daß das Ventilgehäuse 1 an der vom hülsenförmigen Gehäuseab schnitt 1' entfernt gelegenen Stirnfläche eine an den Ven tilsitzkörper 6 im Durchmesser angepaßte Öffnung 7 aufweist, in der der Ventilsitzkörper 6 spielfrei eingefügt ist. Die Tiefe der an den Nenndurchmesser des Ventilsitzkörpers 6 an gepaßten Öffnung 7 ist in jedem Fall größer gewählt, als die Dicke des Ventilsitzkörpers 6, damit bei Bedarf ein ge wünschtes Einjustieren des Ventilsitzkörpers in der Öffnung 7 gewährleistet werden kann. Das Ventilgehäuse 1 weist im Bereich des Stufenabschnitts 9 im Aufnahmekörper 5 die Kon tur eines hohlzylinderförmigen, in Richtung des Aufnahmekör pers 5 geöffneten Drehteils auf, an das sich zur Aufnahme des einseitig geschlossenen, hülsenförmigen Gehäuseab schnitts 1' ein im Außendurchmesser verkleinerter, zylindri scher Fortsatz in der Funktion eines Magnetkerns 19 an schließt, der sich bis in die Ventilspule 8 erstreckt. Der hülsenförmige Gehäuseabschnitt 1' ist domförmig geschlossen und vorzugsweise im Tiefziehverfahren aus dem eingangs er wähnten, hochlegierten Stahl hergestellt. Der Gehäuseab schnitt 1' ist als Schweißverbindung am Magnetkern 19 druck mitteldicht befestigt. Erfindungsgemäß wird hierzu für den hülsenförmigen Gehäuseabschnitt 1' eine austenitische Stahl legierung mit einem maximalen Massengehalt, der für Kohlen stoff 0,06%, Silizium 1%, Mangan 2%, Schwefel 0,015% und Stickstoff 0,11% betragen darf. Für Chrom bewegt sich der Massenanteil zwischen 17% bis 18% an der Legierung, während für Nickel 11% bis 13% zulässig sind. Der Phosphoranteil darf bis zu 0,045% an der Stahllegierung betragen. Demnach ist beispielsweise ein Stahl mit der Bezeichnung X4CrNi18-12 für die Herstellung des hülsenförmigen Gehäuseabschnitts 1' verwendbar. Die Kombination der beschriebenen prozentualen Anteile der Elemente in der resultierenden Legierung erfüllt überdies die Anforderung an eine besonders gute Laser schweißbarkeit.

Zur Verbesserung des Korrosionsschutzes und damit zum Schutz des Schweißnahtbereichs wird die Schweißnaht 20 vorzugsweise als Doppelschweißnaht am Gehäuseabschnitt 1' angeordnet, so daß jeweils die dem Korrosionseinfluß ausgesetzte Schweiß naht die Funktion einer sog. Opfernaht übernimmt.

Ferner ist der Abbildung nach Fig. 1 zu entnehmen, daß der innerhalb des hülsenförmigen Gehäuseabschnitts 1' beweglich angeordnete Magnetanker 4 im domförmigen Endbereich des Ge häuseabschnitts 1' auf Anschlag steht, während gleichzeitig das an einem Stößel angeformte kugelförmige Ventilschließ glied 11 in seiner elektromagnetisch nicht erregten, offenen Schaltstellung entfernt vom Ventilsitzkörper 6 verharrt. Für die vorbezeichnete Grundstellung ist am stößelförmigen Ab schnitt des Ventilsehließgliedes 11 eine Druckfeder 12 befe stigt, die sich mit ihrem einen Ende in der Bohrung des als Magnetkern 19 ausgeführten Fortsatzes und mit ihrem anderen Ende am Magnetanker 4 abstützt.

Schließlich sollen im nachfolgende noch einige Details zu der Ausführungsform des Ventils nach Fig. 1 nachgetragen werden. Dies sind im einzelnen die Anordnung eines Ringfil ters 13, der sich oberhalb des Ventilsitzkörpers im Mit telabschnitt der Öffnung 7 des Ventilgehäuses 1 auf Höhe ei nes druckmittelführenden Querkanals 14 befindet. Ferner be findet sich unterhalb des Ventilsitzkörpers 6 ein in die Öffnung eingelassener Plattenfilter 15. Zwischen dem Plat tenfilter 15 und einem den Ventilsitzkörper 6 durchdringen den Bypasskanal 16 ist ein Plattenrückschlagventil 17 ange ordnet. Selbstverständlich kann anstelle des Plattenrück schlagventils 17 auch ein Kugelrückschlagventil verwendet werden. Weiterhin ist der Abbildung zu entnehmen, daß der im Aufnahmekörper 5 anliegende Endbereich des Ventilgehäuses 1 schneidenförmig angefast ist, so daß beim Einpreßvorgang des Ventilgehäuses 1 der Schneidenabschnitt zum Zwecke einer gu ten Dichtwirkung in dem Bohrungsgrund des Aufnahmekörpers 5 eindringt.

Die für das Ventilgehäuse 1 und den Gehäuseabschnitt 1' er findungsgemäß verwendeten und je nach Ausführungsbeispiel miteinander verschweißten Werkstoffe, zum Beispiel X6CrMoS17, X14CrMoS17 bzw. X4CrNi18-12, können zusätzlich zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit an der Oberflä che bei Bedarf gefettet, gewachst oder lackiert werden, was mit kostengünstigen, einfachen Mitteln in der Serienferti gung erfolgen kann.

Eine weitere, besonders sinnvolle Alternative oder auch er gänzende Korrosionsschutzmaßnahme für die Ventil-Außenfläche stellt die Verwendung eines sog. Schrumpfschlauches 21 nach Fig. 2 dar, der als vorgefertigte Montageeinheit für mehrere Elektromagnetventile gleichzeitig an den hülsenförmigen Ge häuseabschnitten 1' bis hin zur Überdeckung der korrosi onsempfindlichen Schweißnaht 20 aufgestülpt werden kann. Dies hat den Vorteil, daß auf die erwähnte Doppelschweißnaht verzichtet werden kann. Der Schrumpfschlauch 21 läßt sich vorteilhafterweise aus einem Polymer oder Elastomer unter Wärmeeinfluß vakuumdicht auf jeden hülsenförmigen Gehäuseab schnitt 1' aufschrumpfen. Eine zusätzliche innenseitige Be netzung oder Beschichtung des Schrumpfschlauches mit einem geeigneten Korrosionsschutzmittel stellt eine ergänzende Korrosionsschutzmaßnahme dar. Die Fig. 2 zeigt hierzu eine zweckmäßige, eigenständig handhabbare Schrumpfschlauchmonta geeinheit in Form einer vierergruppe, die in ihren Abmessun gen an die Ventilkonfiguration im Aufnahmekörper 5 angepaßt und mittels an die Schrumpfschläuche 21 angespritzter Ab standshalter vor der Montage zu einem Quadrat ausgerichtet ist.

Das nachfolgend beschriebene Elektromagnetventil gemäß Fig. 3 zeigt in vielen Einzelmerkmalen einen zu dem Ventil nach Fig. 1 vergleichbaren Aufbau, weshalb im nachfolgenden le diglich auf die Unterschiede des nunmehr beschriebenen Elek tromagnetventils nach Fig. 3 Bezug genommen wird. In der ab bildungsgemäßen, geschlossenen Grundstellung des Elektroma gnetventils verharrt das mittels Selbstverstemmung mit dem Magnetanker 4 verbundene Ventilsehließglied 11 unter Wirkung einer Druckfeder 12 am Ventilsitzkörper 6. Das als Kalt schlagteil ausgeführte Ventilgehäuse 1 ist gleichfalls mit tels einer Laserschweißung mit dem als Stopfen dargestell ten, ebenso als Kaltschlagteil ausgeführten Magnetkern 19 derart verbunden, daß ein möglichst dünnwandiger Übergangs bereich in Form des Gehäuseabschnitts 1' verbleibt. Dieser Übergangsbereich ist hinsichtlich seiner Wandstärke auf ein notwendiges Festigkeitsmaß des Elektromagnetventils be grenzt, um in diesem Bereich die magnetischen Verluste mög lichst gering zu halten. Um das sog. Magnetankerkleben nach elektromagnetischer Erregung zu verhindern, weist die vom Ventilsehließglied 11 abgewandte Stirnfläche des Magnetan kers 4 oder alternativ dazu der Magnetkern 19, eine konkave Form auf, womit sich ohne die Notwendigkeit zum Einfügen ei ner Einlegescheibe eine luftspaltorientierte Ankerstirnflä che ergibt. Ein etwaiger Druckmittelaustausch zwischen dem Bereich außerhalb und innerhalb des Magnetankers 4 wird mit tels einer Druckausgleichsbohrung 18 möglichst zentral im Magnetanker 4 geführt, ohne daß eine bisher verwendete, die Magnetkraft ungünstig beeinflussende Druckausgleichsnut am Umfang des Magnetankers 4 erforderlich ist. Die Bewegung des Magnetankers 4 ist bei Tieftemperaturbetrieb des Druckmit tels erheblich verbessert. Auch die konische Ausbildung der Ankerstirnfläche begünstigt die Druckmittelverteilung im Be reich des Magnetankers 4. Gut zu erkennen ist auch die dop pelt ausgeführte Schweißnaht 20, wobei die obere Schweißnaht 20 zur Vermeidung von Spaltkorrosion am Ende des hülsenför migen Gehäuseabschnitts 1' mit dem Magnetkern 19 verbunden ist.

Das nach Fig. 3 dargestellte, in der Grundstellung geschlos sene Elektromagnetventil zeichnet sich durch eine besonders einfache Konstruktion, insbesondere im Hinblick auf die fla schenförmige, einteilige Kontur des Ventilgehäuses 1 mit dem Gehäuseabschnitt 1 , wobei ebenso wie beim Gegenstand nach Fig. 1 durch die Verwendung von hochlegierten Stählen der Klassifikation X6CrMoS17 oder alternativ dazu X14CrMoS17 für das Ventilgehäuse 1 und den Gehäuseabschnitt 1' beste Zer spanungseigenschaften und Laserschweißbarkeit bei geringen Materialkosten in der Großserie gewährleistet sind.

Das Elektromagnetventil nach Fig. 3 kann infolge der Identi tät wesentliche, bereits aus der Beschreibung des Elektroma gnetventils nach Fig. 1 hervorgegangene Elemente analog dazu die bestehenden vorteile nutzen. Auch wenn nicht alle aus der Beschreibung von Fig. 1 bekannten erfindungswesentli chen- und unwesentlichen Einzelheiten bisher zur Ausfüh rungsform nach Fig. 3 angegeben wurden, sind diese uneinge schränkt auf Fig. 3 übertragbar.

Zusammenfassend läßt sich somit festhalten, daß durch die zweckmäßige Auswahl neuer Ventilwerkstoffe, die Anwendung geeigneter, bereits eingangs beschriebener Korrosionsschutz maßnahmen und die Verwendung einer Laser- Schweißverbindung überraschende Verbesserungen seitens der Ventiltechnik er zielt werden, die für die kostengünstige Großserienfertigung alle erforderlichen Ventileigenschaften, wie gute Schweiß barkeit, sehr gute Zerspanung, gute Korrosionsbeständigkeit und hohe mechanische Festigkeit für den Gehäusebereich mit einander vereinigen.

Bezugszeichenliste

1

Ventilgehäuse

1

' Gehäuseabschnitt

2

Jochring

3

Ringteil

4

Magnetanker

5

Aufnahmekörper

6

Ventilsitzkörper

7

Plattenventil

8

Ventilspule

9

Stufenabschnitt

10

Anfassung

11

Ventilsehließglied

12

Druckfeder

13

Ringfilter

14

Druckmittelbohrung

15

Plattenfilter

16

Bypasskanal

17

Plattenrückschlagventil

18

Druckausgleichsbohrung

19

Magnetkern

20

Schweißnaht

21

Schrumpfschlauch

Claims

1. Elektromagnetventil, bestehend aus einem Gehäuse und einem hülsenförmigen Gehäuseabschnitt, mit einem im Ge häuse geführten Ventilschließglied, das mittels eines von einer Ventilspule betätigten, an einem Magnetkern anlegbaren Magnetankers eine Ventilsitzöffnung im Ge häuse freigibt oder verschließt, wobei das Gehäuse oder ein Teil des Gehäuses durch zerspanende Bearbeitung aus einem Automatenstahl hergestellt ist, dadurch gekenn zeichnet, daß das Gehäuse (1) und der Magnetkern (19) einen Werkstoff mit gleichen hochlegierten Bestandtei len von Chrom und Molybdän aufweisen und daß der Werk stoff des hülsenförmigen Gehäuseabschnitts (1') entwe der aus einer Chrom-Nickel-Legierung oder einer hochle gierten Chrom-Molybdän-Verbindung besteht.

2. Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Gehäuse (1) und der Magnetkern (19) aus einer Legierung X6CrMoS17 oder X14CrMoS17 bestehen.

3. Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß ein Kohlenstoffgehalt in der Legierung des für das Gehäuse (1) und den Magnetkern (19) verwen deten Werkstoffs kleiner oder gleich 0,2 Massenprozent beträgt.

4. Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß ein Schrumpfschlauch (21) den hülsenför migen Gehäuseabschnitt (1') umschließt.

5. Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß ein Schrumpfschlauch (21) zumindest eine den Magnetkern (19) mit dem Gehäuseabschnitt (1') ver bindender Schweißnaht (20) abdeckt.

6. Elektromagnetventil nach Anspruch 4 oder 5, dadurch ge kennzeichnet, daß der Schrumpfschlauch (21) aus einem Polymer oder Elastomer besteht.

7. Elektromagnetventil nach einem der vorhergehenden An sprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schrumpfschlauch (21) unter Wärmeeinfluß vakuumdicht zumindest auf der Schweißnaht (20) oder darüber hinaus reichend auf dem hülsenförmigen Gehäuseabschnitt (1') aufgeschrumpft ist.

8. Elektromagnetventil nach einem der vorhergehenden An sprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schrumpfschlauch (21) an seiner Innenseite eine Benet zung oder Beschichtung mit einem geeigneten Korrosions schutzmittel aufweist.

9. Elektromagnetventil nach einem der vorhergehenden An sprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Schrumpfschläuche (21) für mehrere Elektromagnetventile gruppenweise zu einer eigenständig handhabbaren Unter baugruppe und Montageeinheit zusammengefaßt sind, die an die Ventilkonfiguration in einem Aufnahmekörper (5) angepaßt ist.

10. Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Gehäuse (1, 1') und der Magnetkern (19) mit einer Wachs-, Lack- oder Fettschicht überzogen sind.