-
Die Erfindung betrifft ein Elektromagnetventil, insbesondere zur Anwendung als Umschaltventil in, bevorzugt regelbaren und/oder zweistufigen, Ölpumpen oder als Bestandteil einer Nockenwellenverstellvorrichtung zur Einstellung der Nockenwinkellage gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Bevorzugt handelt es sich um ein Hydraulikventil zur Schaltung eines Ölvolumenstroms. Ferner betrifft die Erfindung ein Elektromagnetventil-Sortiment, umfassend mindestens zwei Elektromagnetventile gemäß Anspruch 13.
-
Bei der Anmelderin ist es bekannt, in Elektromagnetventilen, insbesondere für die Anwendung als Umschaltventile in Ölpumpen oder Hydraulikventile in Nockenwellenverstellvorrichtungen von Verbrennungsmotoren den durch Bestromen einer strombaren Wicklung entlang einer Verstellachse verstellbaren Anker aus Sintermaterial auszubilden. Der als Sinteranker ausgebildete Anker wirkt dabei über einen Ventilstößel mit einer Ventilkugel zum Öffnen und Schließen des Ventils zusammen, wobei sich der Ventilstößel stirnseitig am Sintermaterial des Ankers abstützt. Hierbei kommt es zu Verschleißerscheinungen im Kontaktbereich zwischen dem Sinteranker und dem Ventilstößel – insbesondere ist ein Einlaufen des Ventilstößels in den Sinteranker zu beobachten. Ein weiteres Problem mit Sinterankern besteht in den vergleichsweise stark toleranzbehafteten Abmessungen, insbesondere entlang der Verstellachse des Ankers, wodurch das Schaltverhalten aufgrund aus den unterschiedlichen Abmessungen resultierenden unterschiedlichen Schaltwegen von Elektromagnetventil zu Elektromagnetventil trotz identischer Bauart variieren kann.
-
Ausgehend von dem vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, ein Elektromagnetventil, insbesondere zu dem Einsatz als Umschaltventil in Ölpumpen oder als Hydraulikventil in Nockenwellenverstellvorrichtungen mit erhöhter Standzeit anzugeben. Bevorzugt sollen gleichzeitig bisherige Längentoleranzen des Ankers minimiert werden.
-
Diese Aufgabe wird mit einem Elektromagnetventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.
-
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, bei einem Elektromagnetventil, bei welchem über einen durch Bestromen einer elektromagnetischen Entwicklung entlang einer Verstellachse verstellbaren Anker ein Ventilstößel zum Verändern einer Schaltstellung des Elektromagnetventils, insbesondere durch Verstellen eines, ganz besonders bevorzugt kugelförmigen, Ventilkörpers mittels des Ventilstößels, den Anker nicht einteilig, sondern mehrteilig, insbesondere ausschließlich zweiteilig auszubilden und zur unmittelbaren Wechselwirkung mit dem Ventilstößel einen Kontaktflächenkörper am Anker vorzusehen, der an einem Ankerkörper des Ankers festgelegt ist. Dieser konstruktive Unterschied ermöglicht die Ausgestaltung des Ankerkörpers und des Kontaktflächenkörpers aus unterschiedlichen Materialien, um somit die beiden Teile zur Erfüllung unterschiedlicher Anforderungen unabhängig voneinander optimieren zu können. So ist es möglich und bevorzugt, den Ankerkörper zur Gewichtsminimierung aus einem vergleichsweise leichten und weniger festen, insbesondere magnetisch leitfähigen Material, insbesondere aus einem Sintermaterial, ganz besonders bevorzugt aus einem metallischen Sintermaterial auszugestalten und den, bevorzugt magnetisch leitfähigen, Kontaktflächenkörper im Hinblick auf eine Verschleißminimierung bei Wechselwirkung mit dem Ventilstößel zu optimieren, also den Kontaktflächenkörper aus einem Kontaktflächenkörpermaterial auszugestalten, welches härter und/oder schlagzäher und/oder druckfester ist als das Ankerkörpermaterial. Anders ausgedrückt liegt der Erfindung der Gedanke zugrunde, einen mehrteiligen Anker zu realisieren, umfassend einen Ankerkörper sowie einen an dem Ankerkörper, bevorzugt stirnseitig, festgelegten Kontaktflächenkörper, wobei der Ankerkörper im Verhältnis zum Kontaktflächenkörper bevorzugt ein deutlich größeres, insbesondere mehrfaches Volumen aufweist. Dabei sind das Kontaktflächenkörpermaterial und das Ankerkörpermaterial voneinander unterschiedlich, beispielsweise indem der Ankerkörper aus einem Sintermaterial und der Kontaktflächenkörper aus einem Vollmaterial ausgebildet sind.
-
Bevorzugt ist der Ventilstößel bei dem erfindungsgemäßen Magnetventil nicht am Kontaktflächenkörper festgelegt, sondern stützt sich lediglich an diesem ab, d.h. liegt auf diesem auf.
-
Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn als Ankerkörpermaterial ein, insbesondere metallisches, Sintermaterial und/oder als Kontaktkörpermaterial ein Stahl, insbesondere ein Edelstahl vorgesehen ist. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Kontaktkörpermaterial um ein Vollkörpermaterial.
-
Im Hinblick auf die Art und Weise der Festlegung des die Kontaktfläche zum Ventilstößel bildenden Kontaktflächenkörpers an dem Ankerkörper gibt es unterschiedliche Möglichkeiten. Besonders bevorzugt ist es, den Kontaktflächenkörper, insbesondere ausschließlich, durch Einpressen, d.h. durch die Realisierung einer Presspassung am Kontaktflächenkörper, insbesondere in einer stirnseitigen Ausnehmung im Ankerkörper. Durch Realisierung eines Einpressvorgangs kann gleichzeitig auf einfache Weise eine Längentoleranz zur Einstellung einer definierten, wirksamen Gesamtlänge des Ankers (Abstand der Kontaktfläche zur axial beabstandeten Anschlagfläche oder einer Federanlage des Ankers) Ankers entlang der Verstellachse ausgeglichen werden, indem vor dem Einpressen die Länge des Ankerkörpers entlang der Verstellachse gemessen und die Einpresstiefe (Tiefenposition) des bevorzugt als nicht Sinterteil ausgebildeten Kontaktflächenkörpers in dem Ankerkörper eingestellt bzw. errechnet wird, um dann im Ergebnis einen Anker mit deutlich geringeren Längentoleranzen zu erhalten. Ein Längentoleranzausgleich zur Einstellung einer definierten, wirksamen Gesamtlänge des Ankers kann alternativ auch dadurch realisiert werden, dass der Kontaktflächenkörper auf ein vorgegebenes Blockmaß in eine entsprechende stirnseitige Ausnehmung im Ankerkörper mittels einer entsprechenden Montagevorrichtung gefahren wird und der Kontaktflächenkörper dann in dieser Position durch Verstemmen, insbesondere durch Aufbringen einer stirnseitigen Verstemmkraft auf den Anker in der Ausnehmung an seiner Blocktiefe (Tiefenpositon) in der Ausnehmung des Ankers festgelegt wird. Durch das Verstemmen wird bevorzugt ein oberer Öffnungsrand der den Kontaktflächenkörper aufnehmenden Ausnehmung nach radial innen verstellt und somit der Kontaktflächenkörper formschlüssig axial gesichert bzw. gefangen. Ein Vorteil des Fahrens auf Blocks mit anschließendem Verstemmen des Kontaktflächenkörpers besteht darin, dass die Passung nicht zwingend so genau ausgeführt werden muss wie bei der Realisierung einer Presspassung und es entstehen keine Kräfte auf den bevorzugt dünnen Kontaktflächenkörper, der bei zu großer Kraftbeanspruchung zur Verformung neigen könnte. Ganz besonders bevorzugt ist es, wenn das Fahren des Kontaktflächenkörpers auf Block sowie das Verstemmen in einem gemeinsamen Arbeitsgang durchgeführt wird.
-
Die wirksame Gesamtlänge des Ankers entspricht dabei dem Abstand entlang der Verstellachse zwischen der stirnseitigen Kontaktfläche des Kontaktflächenkörpers und der davon abgewandten Anschlagfläche des Ankers oder einer Federabstützfläche am Anker, wobei der Abstand der Kontaktfläche von der benachbarten Stirnseite des Ankerkörpers in Abhängigkeit der zuvor gemessenen Ankerkörperlänge durch entsprechende Parametrisierung des Einpressvorgangs (Einpresstiefe) oder des Auf-Block-Fahrens (Blockmaß) eingestellt wird. Der Einpressvorgang oder das auf Block-Fahren dient also weiterbildungsgemäß zur Kalibrierung der Gesamtlänge des Ankers.
-
Als besonders vorteilhaft hat es sich herausgestellt, wenn der Kontaktflächenkörper mit seiner (unteren) Auflagefläche nicht vollflächig am Ankerkörper aufliegt bzw. sich an diesem abstützt, sondern dass eine entsprechende, insbesondere filigranere Abstützstruktur, beispielsweise eine Abstützringfläche oder mehrere beabstandete Abstützflächenabschnitte vorgesehen sind, um somit eine Kompression des Ankerkörpermaterials beim Einpressvorgang oder beim Fahren auf Block zu erleichtern.
-
Im Hinblick auf die geometrische Gestaltung des Kontaktflächenkörpers gibt es unterschiedliche Möglichkeiten. Besonders zweckmäßig ist es, wenn eine an dem Kontaktflächenkörper anliegende Kontaktfläche, insbesondere Stirnseitenfläche des Ventilstößel kleiner ist, d.h. eine geringere Flächenerstreckung aufweist als eine Querschnittsfläche (axiale Projektionsfläche) des Kontaktflächenkörpers in einer sich senkrecht zur Verstellachse erstreckenden Ebene, um somit die Flächenpressung zu minimieren, d.h. die von dem Ventilkörper auf den Kontaktflächenkörper übertragende Kraft auf eine größere Abstützfläche zu verteilen und um somit den Verschleiß in einem Kontaktbereich zwischen Kontaktflächenkörper und Ankerkörper zu minimieren.
-
Besonders vorteilhaft ist die Ausgestaltung des Kontaktflächenkörpers als Scheibe, d.h. als geometrischer Körper mit im Vergleich zur Körperhöhe größeren Seitenlängen. Bevorzugt handelt es sich um eine (Kreis-)Zylinderscheibe. Diese ist optimal für den vorgenannten Einpressvorgang geeignet, da diese nicht in Umfangsrichtung auf eine entsprechende stirnseitige Ausnehmung im Ankerkörper ausgerichtet werden muss.
-
Im Hinblick auf eine einfache und kostengünstige Fertigung ist es vorteilhaft, den Kontaktflächenkörper als Stanzteil aus Metall, insbesondere Stahl, bevorzugt Edelstahl auszubilden.
-
Für den bevorzugten Anwendungszweck des Elektromagnetventils als Umschalt-Ventil in Ölpumpen oder als Hydraulikventil von Nockenwellenverstellvorrichtungen hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Anker durch Bestromen der Wicklung entgegen der Federkraft einer Rückstellfeder, insbesondere in Richtung eines über dem Anker axial von dem Ventilstößel beabstandeten Kerns des elektromagnetischen Aktuators verstellbar ist, wobei es noch weiter bevorzugt ist, wenn das Elektromagnetventil als stromlos geschlossenes Schaltventil ausgebildet ist, wobei die Rückstellfeder den Anker und damit den Ventilstößel und einen ggf. vorgesehenen, insbesondere kugelförmigen Ventilkörper in Richtung Schließstellung federkraftbeaufschlagt. Besonders bevorzugt weist das Elektromagnetventil ausschließlich zwei einander gegenüberliegende Schaltstellungen auf.
-
Ganz besonders bevorzugt ist eine konstruktive Ausgestaltung des Elektromagnetventils, bei welchem der langgestreckte Ventilstößel in einem Führungskörper, bevorzugt aus einer Aluminiumlegierung, geführt ist, der an einem, insbesondere metallischen Aktuatorgehäuse festgelegt ist, welches die elektromagnetische Wicklung (Spule) umschließt, wobei die elektromagnetische Wicklung bevorzugt in einem Kunststoffspritzgussteil eingegossen ist. Als besonders vorteilhaft hat es sich herausgestellt, das bevorzugt metallische Akuatorgehäuse durch Umbördeln desselben am Ventilstößel festzulegen. Besonders zweckmäßig ist es, den Führungskörper so auszugestalten, dass in diesem nicht nur der Ventilstößel geführt ist, sondern gleichzeitig auch ein bevorzugt vorgesehener, insbesondere kugelförmiger Ventilkörper aufgenommen ist, der an einem, insbesondere zwei gegenüberliegenden Ventilsitzen innerhalb des Führungskörpers anliegen kann.
-
Die Erfindung führt auch auf ein Elektromagnetventil-Sortiment umfassend mindestens zwei Elektromagnetventile, die nach dem Konzept der Erfindung ausgebildet sind.
-
Jedes Elektromagnetventil umfasst also jeweils einen mehrteiligen, insbesondere ausschließlich zweiteiligen Anker, wobei sich die Tiefenpositionen, insbesondere Einpresstiefen oder Blocktiefen, der Kontaktflächenkörper in den jeweiligen Ankerkörper voneinander unterscheiden um somit die Ankerkörperlänge auf ein Sollmaß zu kalibrieren. Anders ausgedrückt weisen die beiden mehrteiligen Anker (unter Berücksichtigung minimaler Toleranzen) die gleiche Längenerstreckung auf und unterscheiden sich durch ein unterschiedliches Abstandsmaß zur beabstandeten Stirnseite des Ankerkörpers bzw. eine voneinander abweichende Einpresstiefe bzw. Blocktiefe des Kontaktflächenkörpers in Bezug auf den jeweiligen Ankerkörper. Anders ausgedrückt weisen die zwei Anker des Sortimentes eine voneinander unterschiedlich wirksame Axialerstreckung auf.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen.
-
Diese zeigen in:
-
1: eine bevorzugte Ausführungsform eines als 3/2-Ventil ausgebildeten Elektromagnetventils in einer geschnitten Darstellung und
-
2: einen Ankerkörper eines Ankers mit stirnseitiger Sacklochöffnung zur Aufnahme eines als Einpressteil ausgebildeten Kontaktflächenkörpers.
-
In den Figuren sind gleiche Elemente und Elemente mit der gleichen Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
-
In 1 ist ein Elektromagnetventil 1 gezeigt. Dieses umfasst einen in der Zeichnung rechts dargestellten elektromagnetischen Aktuator 2 mit einer in einem Kunststoffspritzgussteil 3 vergossenen, bestrombaren Wicklung 4 (Spule), die über eine im Kunststoffspritzgussteil 3 ausgebildete Kontaktbuchse 5 bestrombar ist.
-
Das Kunststoffspritzgussteil 3 ist abschnittsweise umgeben von einem metallischen, hülsenförmigen Aktuatorgehäuse 6, an welchem durch Umbördeln des Gehäuses im Bereich einer Gehäusestirnseite ein langgestreckter Führungskörper 7 festgelegt ist, in dem ein Ventilstößel 8 entlang einer Verstellachse 9 zur Betätigung eines kugelförmigen Ventilkörper 10 zwischen zwei Schaltstellungen hin und her verstellbar ist.
-
In der Darstellung liegt der Ventilkörper 10 an einem in der Zeichnungsebene linken Ventilsitz 11 innerhalb des Führungskörpers 7 an. In diese geschlossene Ventilstellung wird der Ventilkörper 10 mittelbar über eine Rückstellfeder 12 kraftbeaufschlagt. Die Rückstellfeder 12 wirkt dabei unmittelbar auf einen Anker 13 des elektromagnetischen Aktuators 2, der hierdurch gegen den an dem Anker 13 anliegenden Ventilstößel 8 federkraftbeaufschlagt wird.
-
Der Anker 13 wird durch Bestromen der Wicklung 4 entgegen der Federkraft der Rückstellfeder 12, welche sich im Grund einer stirnseitigen Vertiefung 14 am Anker 13 abstützt in der Zeichnungsebene nach rechts entlang der Verstellachse 9 gegen einen Kern 15 verstellt, wobei dann der Ventilkörper 10 und in der Folge der Ventilstößel 8 durch den Flüssigkeitsdruck eines von links gegen den Ventilkörper 10 drückenden Öls mit in Richtung des Kerns 15 verstellt wird.
-
Der magnetische Fluss-Kreis zum Verstellen des Ankers 13 in Richtung Kern 15 verläuft ausgehend von der bestrombaren Wicklung 4 über das Aktuatorgehäuse 6 zunächst parallel zur Verstellachse 9 und dann radial nach innen über einen Rumpfabschnitt 16 des Führungskörpers 7 nach radial innen, überwindet einen Spalt zum Anker 13 und verläuft innerhalb des Ankers 13 wieder parallel zur Verstellachse 9 in Richtung Kern 15, überwindet einen Arbeitsluftspalt zwischen Anker 13 und Kern 15 und verläuft wieder über eine endseitige Flussleitscheibe 17 nach radial außen.
-
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Anker 13 zweiteilig ausgebildet und umfasst einen vergleichsweise großvolumigen Ankerkörper 18, der in dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus einem Sintermaterial ausgebildet ist und einen Kontaktflächenkörper 19, an welchem sich der Ventilstößel 8 in axialer Richtung entlang der Verstellachse 9 abstützt. Der Kontaktflächenkörper 19 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als zylindrische Edelstahlscheibe ausgebildet, die durch Stanzen hergestellt wurde, und zwar aus einem Edelstahlvollmaterialblech. Wie sich aus 1 unmittelbar ergibt, ist eine, hier beispielhaft zylindrische Kontaktfläche, mit der sich der Ventilstößel axial an dem Kontaktflächenkörper 19 abstützt deutlich kleiner als eine Querschnittsfläche des Kontaktflächenkörpers 19 in einer sich senkrecht zur Verstellachse 9 erstreckenden Ebene.
-
Der Kontaktflächenkörper 19 ist durch Einpressen am Ankerkörper 18 festgelegt, wozu der Kontaktflächenkörper 19 in einer stirnseitigen, als Sacklochöffnung ausgebildeten Ausnehmung 20 durch Einpressen gehalten ist.
-
Im Betrieb auftretende Schläge des Ventilstößel 8 auf den Anker 13 beim Verstellen des Ventils zwischen den zwei Schaltstellungen werden durch den Kontaktflächenkörper 19 aufgefangen und eine Beschädigung des Sintermaterials des Ankerkörpers 18 wird weitgehend vermieden.
-
In 2 ist in einer vergrößerten Darstellung der Ankerkörper 18 eines Elektromagnetventils 1 gezeigt. Zu erkennen ist die stirnseitige, als Sacklochöffnung ausgebildete Ausnehmung 20 zur Aufnahme des durch Einpressen festlegbaren Kontaktflächenkörpers 19. Der Kontaktflächenkörper 19 liegt mit seiner unteren Stirnseite auf ein hier beispielhaft ringförmigen Abstützstruktur 21 am Grund der stirnseitigen Ausnehmung 20 auf, also nicht vollflächig. Die Abstützstruktur 21 lässt sich beim Einpressvorgang einfacher bzw. definierter komprimieren, als wenn sich der Kontaktflächenkörper 19 vollflächig am Ausnehmungsgrund abstützen würde. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Kontaktflächenkörper durch Einpressen festgelegt. Alternativ dient als Befestigungsmethode ein Verstemmen, wobei hierzu ein oberer Ausnehmungsrand nach radial innen gestellt wird, durch Aufbringen einer axialen Verstemmkraft. Im Falle des Vorsehens eines Sortimentes aus mindestens zwei Ankern 13 differiert bei gleicher wirksamer Axialerstreckung der Abstand einer oberen Stirnseite (Kontaktfläche des Kontaktflächenkörpers 19) zur benachbarten axialen Stirnseite des Ankerkörpers 18.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Elektromagnetventil
- 2
- elektromagnetischer Aktuator
- 3
- Kunststoffspritzgussteil
- 4
- bestrombare Wicklung
- 5
- Kontaktbuchse
- 6
- Aktuatorgehäuse
- 7
- Führungskörper
- 8
- Ventilstößel
- 9
- Verstellachse
- 10
- Ventilkörper (hier Ventilkugel)
- 11
- Ventilsitz
- 12
- Rückstellfeder
- 13
- Anker
- 14
- Vertiefung
- 15
- Kern
- 16
- Rumpfabschnitt
- 17
- Flussleitscheibe
- 18
- Ankerkörper
- 19
- Kontaktflächenkörper
- 20
- stirnseitige Ausnehmung
- 21
- Abstützstruktur
