DE19956160A1

DE19956160A1 - Magnetventil, insbesondere hydraulisches Proportionalventil

Info

Publication number: DE19956160A1
Application number: DE1999156160
Authority: DE
Inventors: Martin Steigerwald; Jens Schaefer; Matthias Dohr
Original assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Current assignee: IHO Holding GmbH and Co KG
Priority date: 1999-11-23
Filing date: 1999-11-23
Publication date: 2001-05-31
Also published as: US6367434B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Magnetventil, insbesondere hydraulisches Proportionalventil, welches innerhalb eines Hydrauliksystems einer Vorrichtung zur Variierung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine angeordnet ist. Das Magnetventil (1) besteht im wesentlichen aus einem Elektromagnet (2) mit einem hohlzylindrischen Magnetgehäuse (3), zumindest einer Spulenwicklung (4) und einem Magnetanker (5) sowie mit einem ersten Polschuh (6) und einem zweiten Polschuh (7) und aus einem Ventilteil (8) mit einem hohlzylindrischen Ventilgehäuse (9) zur Aufnahme eines vom Magnetanker (5) des Elektromagneten (2) relativ zum Ventilgehäuse (9) beweglichen Steuerschiebers. DOLLAR A Erfindungsgemäß sind der Elektromagnet (2) und das Ventilteil (8) über den ventilseitig angeordneten sowie zugleich als Steckarretierung für das Ventilgehäuse (9) ausgebildeten zweiten Polschuh (7) des Elektromagneten (2) kraft- und/oder formschlüssig miteinander verbunden sowie radial und axial zueinander fixiert.

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Magnetventil nach den oberbegriffsbildenden Merk malen des Anspruchs 1, und sie ist insbesondere vorteilhaft bei hydraulischen Proportionalventilen anwendbar.

Hintergrund der Erfindung

Ein derartiges Magnetventil ist gattungsbildend aus der DE 42 28 045 A1 vor bekannt. Dieses Magnetventil besteht im wesentlichen aus einem Elektroma gneten, der ein hohlzylindrisches Magnetgehäuse, eine Spulenwicklung, einen Magnetanker sowie einen ersten und einen zweiten Polschuh aufweist, und aus einem Ventilteil, welches ein ebenfalls hohlzylindrisches Ventilgehäuse zur Aufnahme eines vom Magnetanker des Elektromagneten relativ zum Ventilge häuse beweglichen Steuerschiebers aufweist. Der Elektromagnet und das Ventilteil sind bei dieser Lösung derart miteinander verbunden, dass das ven tilseitig mit einem Boden ausgebildete Magnetgehäuse in diesem Boden einen zentralen Durchbruch aufweist, in den das magnetseitig mit einem Flansch ausgebildete Ventilgehäuse aus dem Magnetgehäuse herausragend einge hängt wird. Durch den anschließend im Magnetgehäuse montierten ersten Pol schuh, die Spulenwicklung und den zweiten Polschuh sowie einen Deckel des Elektromagneten wird dann das Ventilteil am Boden des Magnetgehäuses kraft- und formschlüssig zum Elektromagneten fixiert.

Eine andere Möglichkeit, den Elektromagneten und das Ventilteil eines Ma gnetventils miteinander zu verbinden ist dagegen durch die in der DE 44 23 122 A1 offenbarte Lösung bekannt. Bei diesem im wesentlichen aus den glei chen Elementen bestehenden Magnetventil weist das Ventilgehäuse ebenfalls magnetseitig einen Flansch auf, mit dem es an dem zugleich den Boden des Magnetgehäuses bildenden ventilseitigen Polschuh des Elektromagneten an liegt. Zur Befestigung des Ventilteils am Elektromagneten ist das Magnetge häuse des Elektromagneten bei dieser Lösung derart verlängert ausgebildet, dass es durch umbiegen seiner ventilseitigen Randpartie den Flansch des Ventilgehäuses mit umschließt und somit das Ventilteil ebenfalls kraft- und formschlüssig am Elektromagneten fixiert.

Aus den Zeichnungen der EP 0 212 458 ist es darüber hinaus noch bekannt, bei einem Magnetventil den Boden des Magnetgehäuses des Elektromagneten mit einem koaxial zum Ventilteil gerichteten hohlzylindrischen Fortsatz auszu bilden, der an seiner Außenmantelfläche mit einem Gewinde versehen ist. Auf das Ventilgehäuse des Ventilteils, welches auch bei dieser Lösung wieder ei nen magnetseitigen Flansch aufweist, ist dann eine sich gegen diesen Flansch abstützende Überwurfmutter aufgesteckt, die auf den Fortsatz am Magnetge häuse des Elektromagneten aufgeschraubt wird und somit das Ventilteil kraft schlüssig mit dem Elektromagneten verbindet.

Nachteilig bei diesem bekannten Magnetventilen ist es, dass die jeweiligen Fü geverbindungen zwischen dem Elektromagneten und dem Ventilteil relativ fer tigungs- und kostenintensiv sind und keine ausreichende radiale Fixiermöglich keit aufweisen, um die erforderliche exakte Ausrichtung der Bohrung zur Auf nahme des Steuerschiebers im Ventilgehäuse zum Magnetanker des Elektro magneten gewährleisten zu können. Ebenso ist die jeweilige Art der Fügever bindung zwischen dem Elektromagneten und dem Ventilteil hinsichtlich ihrer Stabilität auch nicht geeignet, die Gefahr von negativen Einflüssen auf die Boh rung zur Aufnahme des Steuerschiebers im Ventilgehäuse während der Mon tage und im Betrieb des Magnetventils auszuschließen. Dabei ist die Fügever bindung mitunter erheblichen Lasten ausgesetzt, die bei weniger stabilen Ver bindungsarten ein Lockern oder Lösen des Ventilteils vom Elektromagneten verursachen und durch den entstehenden axialen Versatz der Bohrung zur Aufnahme des Steuerschiebers zum Magnetanker des Elektromagneten ein Versagen des Magnetventils zur Folge haben. Auch bei einer zu festen Füge verbindung zwischen dem Elektromagneten und dem Ventilteil des Magnetven tils kann es durch die hohen Montagekräfte zu Verzügen in der Bohrung zur Aufnahme des Steuerschiebers im Ventilgehäuse kommen, die ein Verklem men des Steuerschiebers in der Bohrung und somit ebenfalls ein Versagen des Magnetventils verursachen können.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zu Grunde, ein Magnetventil, insbe sondere hydraulisches Proportionalventil, zu konzipieren, bei dem sich die Fü geverbindung zwischen dem Elektromagneten und dem Ventilteil durch geringe Fertigungs- und Montagekosten sowie durch gute radiale Fixiermöglichkeiten des Ventilteils am Elektromagneten auszeichnet und negative Einflüsse auf die Bohrung zur Aufnahme des Steuerschiebers im Ventilgehäuse während der Montage und im Betrieb des Magnetventils weitestgehend ausgeschlossen sind.

Zusammenfassung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Magnetventil nach dem Ober begriff des Anspruchs 1 derart gelöst, dass der Elektromagnet und das Ventil teil über den ventilseitig angeordneten sowie zugleich als Steckarretierung für das Ventilgehäuse ausgebildeten zweiten Polschuh des Elektromagneten kraft- und/oder formschlüssig miteinander verbunden sowie radial und axial zu ein ander fixiert sind.

In zweckmäßiger Weiterbildung der Erfindung weist der zweite Polschuh des Elektromagneten dabei ventilseitig bevorzugt eine hohlzylindrische, koaxiale Verlängerung auf, die innenseitig als Steckarretierung für das Ventilgehäuse des Ventilteils vorgesehen und zumindest an ihrer freien umlaufenden Rand partie dünnwandig ausgebildet ist. Durch eine derartige Steckarretierung ist es möglich, das komplette Ventilteil vor der Verbindung mit dem Elektromagneten radial genau zu fixieren, um die erforderliche exakte Ausrichtung der Bohrung zur Aufnahme des Steuerschiebers im Ventilgehäuse zum Magnetanker des Elektromagneten zu gewährleisten.

Als besonders vorteilhafte erste Ausführungsform der Verbindung des Elektro magneten mit dem Ventilteil wird es dabei vorgeschlagen, das Ventilteil an sei nem magnetseitigen Endbereich bevorzugt mit einer umlaufenden Ringnut auszubilden und den Elektromagnet durch verzahntes Einbördeln der dünn wandigen Randpartie der Verlängerung seines zweiten Polschuhs in diese Ringnut hinein mit dem Ventilteil zu verbinden. Dabei wird eine mit Zähnen versehene Matrize, deren Durchmesser zwischen dem Außendurchmesser des Ventilgehäuses und dem Außendurchmesser der dünnwandigen Randpartie der Verlängerung des zweiten Polschuhs liegt, in axialer oder radialer Richtung über das Ventilgehäuse in Richtung Elektromagnet bewegt. Beim Auftreffen der Matrize auf die dünnwandige Randpartie der Verlängerung des zweiten Pol schuhs wird diese in die am Endbereich des Ventilgehäuses angeordnete um laufende Ringnut gedrückt. Gleichzeitig wird das Ventilgehäuse an eine Anla gefläche in der Verlängerung des zweiten Polschuhs gedrückt, so dass nach dem Entlasten der Teile eine axiale Verspannung zwischen den Polschuh und dem Ventilgehäuse erreicht wird. Die Verzahnung der Bördelverbindung be wirkt dabei, dass die dünnwandige Randpartie der Verlängerung des Pol schuhs im Bereich der Zähne tiefer in die Ringnut im Ventilgehäuse einge drückt wird als im Bereich der Zahnlücken und somit gleichzeitig eine Verdreh sicherung des Ventilteils zum Elektromagneten erreicht wird. Alternativ zu die ser Verbindung mittels einer Bördelmatrize kann eine gleichartige Verbindung zwischen dem Elektromagneten und dem Ventilteil jedoch auch durch Press bördeln erreicht werden.

Als ebenso vorteilhafte zweite Ausführungsform der Verbindung des Elektro magneten mit dem Ventilteil wird es dagegen vorgeschlagen, das Ventilgehäu se an seinem magnetseitigen Endbereich bevorzugt mit zwei umlaufenden Ringnuten auszubilden und den Elektromagneten durch Rollieren der Rand partie der Verlängerung seines zweiten Polschuhs in diese Ringnuten hinein mit dem Ventilteil zu verbinden. Dabei wird die dünnwandige Randpartie der Verlängerung des Polschuhs des Elektromagneten durch ein Umformwerkzeug in die Ringnuten im Ventilgehäuse gedrückt, während der Elektromagnet und das Ventilteil oder auch das Umformwerkzeug eine Drehbewegung ausführen. Gleichzeitig wird auch bei dieser Verbindungsart das Ventilgehäuse an eine Anlagefläche in der Verlängerung des Polschuhs gedrückt, so dass nach dem Entlasten der Teile eine axiale Verspannung zwischen dem Polschuh und dem Ventilgehäuse erreicht wird. Eine gesonderte Verdrehsicherung zwischen dem Ventilteil und dem Elektromagneten hat sich bei dieser Verbindungsart als nicht notwendig erwiesen, da durch das zweifache Verpressen der Randpartie der Verlängerung des Polschuhs in die beiden Ringnuten am Ventilgehäuse zu gleich eine kraftschlüssige Verdrehsicherung entsteht. Die Anordnung von zwei Ringnuten am Ventilgehäuse stellt jedoch nur eine bevorzugte Möglichkeit dar, welche die Anordnung von mehr oder weniger als zwei Ringnuten und die sich daraus ergebenden Mehrfach- oder Einfach-Rollierverbindungen zwischen dem Elektromagneten und dem Ventilteil nicht ausschließen soll.

Schließlich wird es als dritte vorteilhafte Ausführungsform der Verbindung des Elektromagneten mit dem Ventilteil noch vorgeschlagen, das Ventilgehäuse an seinem magnetseitigen Endbereich bevorzugt mit mehreren Vertiefungen aus zubilden und den Elektromagneten durch örtliches Verstemmen der Randpartie der Verlängerung des zweiten Polschuhs in diese Vertiefungen hinein mit dem Ventilteil zu verbinden. Diese Vertiefungen können als radiale Grund- oder Querbohrungen im Ventilgehäuse ausgebildet sein, die in beliebiger Anzahl entweder symmetrisch oder unsymmetrisch zueinander auf einer oder mehre ren Umfangslinien über den Umfang des magnetseitigen Endbereichs des Ventilgehäuses verteilt sind. Durch einen Stempel wird dann die dünnwandige Randpartie der Verlängerung des zweiten Polschuhs örtlich in die Vertiefungen im Ventilgehäuse eingedrückt, während gleichzeitig das Ventilgehäuse wieder an eine Anlagefläche in der Verlängerung des Polschuhs gedrückt wird. Da durch entsteht nach dem Entlasten der Teile sowohl eine axiale Verspannung zwischen dem Polschuh und dem Ventilgehäuse als auch zugleich eine Ver drehsicherung des Ventilteils zum Elektromagneten. Eine gleichartige Verbin dung des Ventilteils mit dem Elektromagneten ist darüber hinaus in Abwand lung dieser Ausführungsform auch denkbar, wenn das Verstemmen der Rand partie der Verlängerung des zweiten Polschuhs mit dem Ventilgehäuse ohne gesonderte Vertiefungen im Ventilgehäuse durchgeführt wird.

Das erfindungsgemäß ausgebildete Magnetventil, insbesondere hydraulische Proportionalventil, weist somit in allen vorgeschlagenen Ausführungsformen gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Magnetventilen den Vorteil auf, dass die Fügeverbindung zwischen dem Elektromagneten und dem Ventilteil durch einfache spanlose Umformung der dünnwandig ausgebildeten Randpartie der koaxialen Verlängerung des ventilseitigen Polschuhs herstell bar ist. Da dieser Polschuh darüber hinaus als kostengünstiges Fließpreßteil herstellbar ist, zeichnet sich die erfindungsgemäße Fügeverbindung durch ge ringste Fertigungs- und Montagekosten sowie ein Optimum an Festigkeit aus. Gleichzeitig ist durch die innenseitig als Steckarretierung ausgebildete Verlän gerung des ventilseitigen Polschuhs eine vorteilhafte radiale Fixiermöglichkeit des Ventilteils am Elektromagneten geschaffen, so dass negative Einflüsse auf die Bohrung zur Aufnahme des Steuerschiebers im Ventilgehäuse während der Montage und im Betrieb des Magnetventils weitgehend ausgeschlossen sind. Als weiterer Vorteil des erfindungsgemäß ausgebildeten Magnetventils ist es schließlich noch zu nennen, dass durch die Art der Fügeverbindung zwischen dem Elektromagneten und dem Ventilteil der am Ventilgehäuse bisher zumeist notwendige Befestigungsabsatz mit größerem Außendurchmesser nunmehr entfallen kann und somit das Ventilgehäuse in ebenfalls kostengünstiger Wei se mit einem durchgehendem Außendurchmesser hergestellt werden kann.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen dabei:

Fig. 1 eine Gesamtansicht eines erfindungsgemäß ausgebildeten Magnetventils mit einer Teilschnittansicht des Elektromagne ten;

Fig. 2 die vergrößert dargestellte Einzelheit X nach Fig. 1 mit einer ersten Ausführungsform der Fügeverbindung zwischen dem Elektromagneten und dem Ventilteil;

Fig. 3 die vergrößert dargestellte Einzelheit X nach Fig. 1 mit einer zweiten Ausführungsform der Fügeverbindung zwischen dem Elektromagneten und dem Ventilteil;

Fig. 4 die vergrößert dargestellt Einzelheit X nach Fig. 1 mit einer dritten Ausführungsform der Fügeverbindung zwischen dem Elektromagneten und dem Ventilteil.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Aus Fig. 1 geht deutlich ein als hydraulisches Proportionalventil ausgebilde tes Magnetventil 1 hervor, wie es beispielsweise innerhalb eines Hydrauliksy stems einer Vorrichtung zur Variierung der Steuerzeiten von Gaswechselven tilen einer Brennkraftmaschine zur Anwendung kommt. Dieses Magnetventil 1 besteht aus einem Elektromagnet 2 und einem hohlzylindrischen Magnetge häuse 3, welches im wesentlichen eine Spulenwicklung 4, einen Magnetanker 5 sowie einen ersten Polschuh 6 und einem zweiten Polschuh 7 ummantelt. Darüber hinaus besteht das Magnetventil 1 aus einem Ventilteil 8 mit einem ebenfalls hohlzylindrisch ausgebildeten Ventilgehäuse 9, welches zur Aufnah me eines vom Magnetanker 5 des Elektromagneten 2 relativ zum Ventilgehäu se 9 beweglichen, nicht näher dargestellten Steuerschiebers vorgesehen ist.

Um eine fertigungstechnisch einfache und kostengünstige Fügeverbindung so wie eine radiale Fixiermöglichkeit zwischen den Elektromagneten 2 und dem Ventilteil 8 des Magnetventils 1 zu erhalten, sind der Elektromagnet 2 und das Ventilteil 8 erfindungsgemäß über den ventilseitig angeordneten sowie zugleich als Steckarretierung für das Ventilgehäuse 9 ausgebildeten zweiten Polschuh 7 des Elektromagneten 2 kraft- und/oder formschlüssig miteinander verbunden sowie radial und axial zueinander fixiert. In Fig. 1 ist dabei deutlich zu sehen, dass der zweite Polschuh 7 des Elektromagneten 2 deshalb ventilseitig eine hohlzylindrische, koaxiale Verlängerung 10 aufweist, die innenseitig die Steck arretierung für das Ventilgehäuse 9 des Ventilteils 8 bildet und an ihrer freien umlaufenden Randpartie 11 dünnwandig ausgebildet ist.

Eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Fügeverbindung zwi schen dem Elektromagneten 2 und dem Ventilteil 8 wird in der vergrößerten Darstellung der Einzelheit X in Fig. 2 gezeigt. Bei dieser Ausführungsform weist das Ventilgehäuse 9 an seinem magnetseitigen Endbereich 12 eine um laufende Ringnut 13 auf, die nach dem Einstecken des Ventilteils 8 in die Ver längerung 10 des zweiten Polschuhs 7 etwa in Höhe der dünnwandigen Rand partie 11 der Verlängerung 10 des Polschuhs 7 angeordnet ist. Mittels einer mit Zähnen versehenen Matrize kann somit der Elektromagnet 2 durch verzahntes Einbördeln der Randpartie 11 der Verlängerung 10 seines zweiten Polschuhs 7 in die Ringnut 13 im Ventilgehäuse 9 hinein mit dem Ventilteil 8 verbunden werden.

Die in Fig. 3 dargestellte Vergrößerung der Einzelheit X zeigt eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Fügeverbindung zwischen dem Elektromagneten 2 und dem Ventilteil 8. Bei dieser Ausführungsform weist das Ventilgehäuse 9 an seinem magnetseitigen Endbereich 12 zwei umlaufende Ringnuten 14, 15 auf, die mit einem keilförmigen Querschnitt ausgebildet sind und nach dem Einstecken des Ventilteils 8 in die Verlängerung 10 des zweiten Polschuhs 7 von dessen dünnwandiger Randpartie 11 ummantelt werden. Mit tels eines sich drehenden Umformwerkzeuges kann somit der Elektromagnet 2 durch Rollieren der Randpartie 11 der Verlängerung 10 seines zweiten Pol schuhs 7 in diese Ringnuten 14, 15 hinein mit dem Ventilteil 8 verbunden wer den.

In der in Fig. 4 abgebildeten Vergrößerung der Einzelheit X ist schließlich noch eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Fügeverbindung zwischen dem Elektromagneten 2 und dem Ventilteil 8 dargestellt. Deutlich zu sehen ist, dass bei dieser Ausführungsform das Ventilgehäuse 9 an seinem magnetseitigen Endbereich 12 mehrere, als Grundbohrungen ausgebildete ra diale Vertiefungen 16 aufweist, die symmetrisch auf einer Umfangslinie ange ordnet sind und nach dem Einstecken des Ventilteils 8 in die Verlängerung 10 des zweiten Polschuhs 7 von dessen dünnwandiger Randpartie 11 ummantelt werden. Somit kann der Elektromagnet 2 durch örtliches Verstemmen der Randpartie 11 der Verlängerung 10 seines zweiten Polschuhs 7 in diese Ver tiefungen 16 hinein mit dem Ventilteil 8 verbunden werden.

Bezugszahlenliste

1

Magnetventil

2

Elektromagnet

3

Magnetgehäuse

4

Spulenwicklung

5

Magnetanker

6

erster Polschuh

7

zweiter Polschuh

8

Ventilteil

9

Ventilgehäuse

10

Verlängerung

11

Randpartie

12

Endbereich

13

Ringnut

14

Ringnut

15

Ringnut

16

Vertiefungen

Claims

1. Magnetventil, insbesondere hydraulisches Proportionalventil, welches inner halb eines Hydrauliksystems einer Vorrichtung zur Variierung der Steuer zeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine angeordnet ist, im wesentlichen bestehend aus

- einem Elektromagnet (2) mit einem hohlzylindrischen Magnetgehäuse (3), zumindest einer Spulenwicklung (4) und einem Magnetanker (5) sowie mit einem ersten Polschuh (6) und einem zweiten Polschuh (7),
- und einem Ventilteil (8) mit einem hohlzylindrischen Ventilgehäuse (9) zur Aufnahme eines vom Magnetanker (5) des Elektromagneten (2) relativ zum Ventilgehäuse (9) beweglichen Steuerschiebers,

dadurch gekennzeichnet, dass

- der Elektromagnet (2) und das Ventilteil (8) über den ventilseitig angeord neten sowie zugleich als Steckarretierung für das Ventilgehäuse (7) aus gebildeten zweiten Polschuh (7) des Elektromagneten (2) kraft- und/oder formschlüssig miteinander verbunden sowie radial und axial zueinander fixiert sind.

2. Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Polschuh (7) des Elektromagneten (2) ventilseitig bevorzugt eine hohlzylin drische koaxiale Verlängerung (10) aufweist, die innenseitig als Steckarretie rung für das Ventilgehäuse (9) des Ventilteils (8) vorgesehen und zumindest an ihrer freien umlaufenden Randpartie (11) dünnwandig ausgebildet ist.

3. Magnetventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil gehäuse (9) an seinem magnetseitigen Endbereich (12) bevorzugt eine um = laufende Ringnut (13) aufweist und der Elektromagnet (2) durch verzahntes Einbördeln der Randpartie (11) der Verlängerung (10) seines zweiten Pol schuhs (7) in diese Ringnut (13) hinein mit dem Ventilteil (8) verbunden ist.

4. Magnetventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil gehäuse (9) an seinem magnetseitigen Endbereich (12) bevorzugt zwei um laufende Ringnuten (14, 15) aufweist und der Elektromagnet (2) durch Rol lieren der Randpartie (11) der Verlängerung (10) seines zweiten Polschuhs (7) in diese Ringnuten (14, 15) hinein mit dem Ventilteil (8) verbunden ist.

5. Magnetventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil gehäuse (9) an seinem magnetseitigen Endbereich (12) bevorzugt mehrere radiale Vertiefungen (16) aufweist und der Elektromagnet (2) durch örtliches Verstemmen der Randpartie (11) der Verlängerung (10) seines zweiten Pol schuhs (7) in diese Vertiefungen (16) hinein mit dem Ventilteil (8) verbunden ist.