DE2657197A1

DE2657197A1 - Elektromagnetische ventileinrichtung

Info

Publication number: DE2657197A1
Application number: DE19762657197
Authority: DE
Inventors: Sytze Brouwers; Waldemar Hans; Helmut Staib
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1976-12-17
Filing date: 1976-12-17
Publication date: 1978-06-29
Also published as: JPS6039913B2; DE2657197C2; JPS5376424A; GB1583699A

Description

Die Erfindung geht aus von einer elektromagnetischen Ventileinrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Eine solche Ventileinrichtung ist bekannt (DT-OS 2 403 77O). Bei dieser bekannten Ventileinrichtung ist der Anker in seiner Hülse gleitgeführt. Der Magnet ist in zwei Stufen erregbar. Dabei gibt es drei stabile Stellungen von Ventilschließkörpern in der Ventileinrichtung und damit drei verschiedene Wege-Korabinationen. Es handelt sich um ein 3/3-Wege-Magnetventil.

Bei nichterregtera Magnet führt die Kraft einer Feder eine stabile Endlage des Ankers herbei, in der ein Verbraucher an eine Pumpe angeschlossen und ein Rücklauf verschlossen ist. Bei ungefähr halbem Nennstrom findet sich eine weitere stabile Lage der Schließkörper, in der alle Anschlüsse abgesperrt sind. Bei Nennstrom und damit voller Magnetisierung ist die andere Endlage des Ankers realisiert, wobei die Pumpe abgesperrt und der Verbraucher an den Rücklauf angeschlossen ist. Die Schalttotzeit von vollerregten in halb-erregtem Zustand ist für die Funktionsfähigkeit dieses Ventils sehr wichtig. Diese Zeit sollte sehr kurz sein. Da beim Zurückschalten von voll-erregtem in halb-erregtem Zustand ein bestimmtes Magnetkraftpotential erhalten bleibt, ist die Differenzkraft zwischen einer Gesamtfederkraft und der Magnetkraft und damit die Rückstellkraft für den Magnetanker recht klein. Da der Anker als Gleitanker ausgeführt ist, macht sich hier die Reibung zwischen Magnetanker und Ventilgehäuse negativ bemerkbar.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße elektromagnetische Ventileinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die Reibung in axialer Richtung vernachlässigbar klein und' daß die Lagerung in radialer Richtung stabil und spielfrei ist; außerdem ist sie verschleißfest und temperaturbeständig bis l80°C.

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Desweiteren ist gewährleistet, daß kein magnetischer Nebenfluß durch die Lagerung auftritt. Auch ist ihre Herstellung 'einfach und billig, insbesondere auch deshalb, weil die im Ventil ohnehin notwendigen Ventilsitz-Rohransätze gleichzeitig Träger der Lagerung sind. Damit der Druckmitteldurchfluß nicht behindert ist, haben die Kugellager einen großen, freien Durchflußquerschnitt.

Schließlich ist die besondere Ankerlagerung auch vorteilhaft anwendbar bei elektromagnetisch betätigten Druckreglern, weil sie bei geringem Stromverbrauch eine sehr genaue Regelung des Druckes gestattet.

Zeichnung

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 die Ankerlagerung bei einer 3/3-Wege-Magnetventileinrichtung, Fig. 2 die Ankerlagerung bei einem Druckregel ventil., Fig. 3 ein für die Ankerlagerung bestimmtes Kugellager, Fig. i| einen Kugellagerkäfig-Grundkörper in Ansicht und Draufsicht unf Fig. 5 eine Käfig-Deckplatte.

Beschreibung der Erfindung

Eine elektromagnetische 3~Wege-Ventilanordnung 1 ist zwischen einem Druckempfänger 2 sowie einer Druckquelle 3 und einer Entlastungsstelle 4 angeordnet. Eine Spule 5 sitzt auf einem Spulenträger 6, und dieser wiederum ist auf ein Führungsrohr 7 aufgesetzt, das einen Nichteisenteil 8 aufweist.

Im Führungsrohr 7 sind zwei Aufnahmen 9 und 10 befestigt, die beide je ein Rohrstück 9' bzw. 10' tragen. Das der Druckquelle 3 zugekehrte Rohrstück 10' hat einen Einlaßventilsitz 11 und das der Entlastungsstelle zugekehrte Rohrstück 9' hat einen Auslaßventilsitz 12. Beide Rohrstücke 9¹ und 10' ragen über einen verhältnismäßig großen Bereich in einen im Führungsrohr 7 beweglichen Anker 13 hinein, der mit einer außermittig angeordneten Hauptfeder lh gegen die Aufnahme 10 abgestützt ist. Auf einer

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Schulter 15 der Aufnahme 10 liegt ein Distanzring 16 mit dem der Ankerhub im Endhubbereich verkleinert ist und der ein Kleben des Ankers verhindert.

Im Anker 13 ist eine Ausnehmung 17 vorgesehen, die auf der dem Einlaß zugekehrten Seite eine Schulter 17' beläßt und in die zwei Ringstücke 18 und 19 eingesetzt sind. Die Ringstücke 18 und 19 sind in ihrem Abstand durch eine Hülse 20 und mehrere Ringe festgelegt. In einem Spalt 21 zwischen den Ringen und an einer durch die Ringe gebildeten Schulter 22 liegen zwei Halter 25 und 26, die je ein Verschlußstück 27 bzw. 28 tragen. Über eine Spreizfeder 29 v/erden die Halter 25 und 26 und damit die Verschlußstücke 27 und 28 nach außen gedruckt. Das Verschlußstück 27 bildet mit dem Ventilsitz 11 ein Einlaßventil 11/27, und das Verschlußstück 28 stellt mit dem Ventilsitz 12 ein Auslaßventil 12/28 dar.

Jedes den Ventilsitz 11 bzw. 12 tragende Rohrstück 9¹ und 10^r hat eine Andrehung, auf die ein Innenring eines Kugellagers 30 bzw. 31 aufgepreßt ist. Jeder Kugellager-Innenring ist gehärtet und nicht magnetisch. Die Kugeln jedes Lagers 30 bzw. sind zwischen dem Lagerinnenring und den Ringstücken 18 und angeordnet, die den Kugeln als Laufflächen dienende Oberflächen sind gehärtet. Die Kugeln 40 sind einfache Serienkugeln und sind so groß wie möglich gewählt, um die Flächenpressung klein zu halten. Jedes Kugellager 30 bzw. 31 hat einen Käfig, der in den Fig. 3 bis 5 noch einmal dargestellt ist. Dort ist zu erkennen, daß jeder Kugelkäfig 32 im wesentlichen aus einem zylindrischen Kunststoffspritzteil als Grundkörper 32' mit einer Wandstärke besteht, die etwas kleiner ist als der Kugeldurchmesser. Der Kunststoffspritzteil ist glasfaserverstärkt. In der Zylinderwand 33 des Grundkörpers 32' befinden sich soviel zylindrische Blindbohrungen 3¹I, wie das Lager Kugeln hat, mit einem Durchmesser, der etwas größer ist als der Kugeldurchmesser. Bei jeder Blindbohrung 34 entsteht dadurch nach innen und nach außen je ein Schlitz 35· Die Schlitze 35 sind so breit, daß die Kugeln 40 reibungsfrei abrollen können, sie sind aber kleiner als der Kugeldurchmesser.

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Nach der Montage der Kugeln 40 werden die Blindbohrungen 34 an der offenen Stirnseite verschlossen mit einer Scheibe 36, die in der Fig.5 als Einzelteil dargestellt ist. Die Scheibe 36 wird zentriert durch Zapfen 37, die' am Kugelkäfiggrundkörper 32' angespritzt sind. Die Verbindung von Grundkörper 32' und Scheibe 36 wird durch Kleben oder Ultraschallschweissen hergestellt. Der Kugelkäfig 32 mit den Kugeln 40 liegt bei der Endmontage also als vorgefertigtes Bauteil vor (Fig. 3)· Der Käfig 32 wird, wie bereits ausgeführt, fest in dem Ringstück 18 bzw. 19 montiert.

Da die Durchströmung'dieser Ventileinrichtung 1 durch die Kugellager 30 und 31 stattfindet, ist der Innendurchmesser des Kugelkäfigs 32 so groß wie möglich, damit ein genügend großer Ringspalt zum Durchfluß frei bleibt.

Wirkungsweise

Die Fig. 1 zeigt die stromlose Ausgangsstellung der Ventileinrichtung 1. Das Auslaßventil 12/28 ist geschlossen. Das Einlaßventil II/27 ist dadurch verhältnismäßig weit geöffnet, daß die Hauptfeder 14 den Anker I3 ganz nach oben gedruckt hat. Der Druckempfänger 2 ist an die Druckquelle 3 angeschlossen.

Zum Erreichen einer ersten Erregungsstufe wird die Spule 5 mit einem Teilstrom beschickt. Der Anker 13 legt einen ersten Teil seines Weges zurück.

In dieser Mittelstellung sind sowohl das Einlaßventil 11/27 als auch das Auslaßventil 12/28 geschlossen. Nun entsteht ein Kraftsprung, der zu überwinden ist, um von der Mittelstellung in die erregte Endstellung zu kommen. Durch diesen Kraftsprung ist erreicht, daß die Mittelstellung absolut stabil ist.

Soll die Ventileinrichtung 1 völlig umschalten, so wird der Strom für die Spule 5 erhöht, und der Anker 13 geht ganz nach unten. Die Feder 14 wird stark zusammengedrückt. In dieser Stellung wird der das Verschlußstück 28 tragende Halter 26 so

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nach unten gezogen, daß das Verschlußstück 28 seinen Sitz 12 nicht mehr abdecken kann. Das Auslaßventil 12/28 wird geöffnet, und Druckmittel vom Druckempfänger 2 kann zur Entlastungsstelle 4 abströmen.

Den letzten Teil seines Hubs kann der Anker 13 nicht mehr machen, weil er durch den Distanzring 16 daran gehindert wird. Dadurch wird der steile Bereich der Magnetkraft-Kennlinien abgeschnitten, so daß für die Arbeit des Ankers 13 ein flacher Bereich der Kraftkennlinien des Magneten zur Verfügung steht.

Beim Zurückschalten vom voll erregten Magneten in den halberregten Zustand bleibt ein gewisses Magnetkraftpotential erhalten und die Differenzkraft zwischen der Gesamtfederkraft und der Magnetkraft ist sehr klein. Durch die besondere ■Kugellagerung wird aber trotzdem eine sehr kurze Schaltzeit erreicht.

Die Fig. 2 zeigt die Anwendung einer erfindungsgemäßen Ventileinrichtung 4l bei einem Druckregelventil. Dort ist ein Anker auf einer Stange 43 befestigt, die aus gehärtetem, nichtmagnetischem Material besteht. Der Anker 42 bildet zusammen mit einer Spule 55 einen Magneten, der über, etwa 15 mm eine lineare Kennlinie hat. Auf der Stange 43 ist außer dem Anker ein Schließoder ■ Drosselkörper 44 befestigt, der gegenüber einem kegeligen Ventilsitz 45 so verstellbar ist, daß sich der Durchgangsquerschnitt im Sitz 45 im weiten Bereich verändert. Der Magnet wird stufenlos bis zur vollen Magnetisierung erregt, wobei sein Schließkörper 44 einen ständig größer werdenden Durchgan^sfuerschnitt freigibt. Bei nicht erregtem Magneten führt eine Rückstellfeder 46 eine stabile Endlage des Ankers 42 herbei. Dabei ist der eingestellte Druck des Druckregelventils minimal. Bei voller Magnetisierung wird die andere Endlage des Ankers 42 erreicht, und der dann durchgesteuerte Druck ist maximal. Zwischen diesen beiden'Endlagen ist der Druck stufenlos regelbar und ein einmal eingestellter Druck kann genau gehalten werden, unabhängig von dem Mengenangebot einer Pumpe. Die Anforderung an die Linearität der Magnetkraft und an die Hysterese ist daher sehr hoch.

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Die erfindungsgemäße reibungsarmo Lagerung des Ankers macht ein Erreichen dieser Forderungen möglich."An der Stange 43 sind zwei Kugellager 47 und 48 befestigt, wobei das eine Lager 47 in einem feststehenden Kern 49 und das andere Lager 48 in einem zylindrischen Gehäuseansatz 50 angeordnet ist. Nur das innere Lager 47 wird von Druckmittel durchflossen. Beide Lager 47 und 48 sind zwischen einer Stangenschulter 51 bzw. 52 und einem Sprengring 53 bzw. 54 fest auf der Stange 43 montiert. Bei beiden Kugellagern 47 und 48 handelt es sich um Lager, (wie -es in den Fig. 3 bis 5 dargestellt rfIC W(ilicfchencH scPctcsscr&bj(*(&rStH<?f J

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Claims

•: ■'■■ ■ c Ansprüche

1. Elektromagnetische, Ventileinrichtung zum Steuern eines Druckmitteldurchgangs durch die Ventileinrichtung hindurch, mit einem in bezug auf eine feststehende, von einer Erregerwicklung umgebene Hülse axial beweglichen Anker, der mit Hilfe zweier Kugellager zentriert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (13,42) von zwei gekäfigten Kugellagern (3O,31;47,48) im Ventilgehäuse zentrisch geführt ist und daß je ein Käfig (32) der beiden Kugellager (30,31; 47,48) in der Ventxleinrichtung (1,41) festgespannt ist.

2. Ventileinrichtung nach Anspruch 1, die als 3/3-Wege-Magnet-Ventil ausgebildet ist und zwei, jeweils am Ende von Rohrstücken vorgesehene Ventilsitze aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrstücke (9',1O¹) Träger der Kugellager (30,31) sind.

3. Ventxleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Kugellager (30, 31) einen gehärteten Innenring hat, der auf eine Außenwand des Rohrstückes (9^?,10') aufgepreßt ist und daß jeder Käfig (32) an einem Ringstück (18,19) im Anker (13) gehalten ist.

4. Ventxleinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kugellager (30,31) von dem Druckmittel durchflossen sind.

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ORIGINAL INSPECTED,

5. Ventxlexnrichtung nach Anspruch 1, die als Druckregelventil ausgebildet ist, wobei der Anker den Schließkörper trägt, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (42) auf einer die Ventileinrichtung (4l) koaxial durchdringenden Stange (43) befestigt ist, welche über die beiden Kugellager (47_a48) im Gehäuse zentriert ist.

6. Ventileinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Grundkörper (32') des Kugellager-Käfigs (32) Blindbohrung (34) für die Kugeln (40) hat, die einseitig auf einer Käfig-Stirnseite auslaufen und daß die Bohrungen (34) dort mit einer Scheibe (36) verschlossen sind.

7. Ventileinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Käfig-Grundkörper (32·) und die Scheibe (36) aus Kunststoff bestehen und unter Einkammerung der Kugeln (40) zu einer Einbaueinheit miteinander verklebt oder verschweißt sind.

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