DE3527995C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Magnetventil mit den im Ober­ begriff des Patentanspruchs 1 angeführten Merkmalen.

Bei einem bekannten Magnetventil (US 34 32 140), von dem die Erfindung ausgeht, ist ein Raum zwischen dem Magnetanker und einer Lagerbuchse für den am Magnetanker befestigten Stößel über einen Kanal mit dem Ventilgehäuseraum verbunden. Dabei mündet der Kanal in eine Ringnut, zwischen der und dem Ven­ tilgehäuseraum eine Filterscheibe eingesetzt ist, so daß ein Flüssigkeitsaustausch zwischen dem Magnetankerraum und dem Ventilgehäuseraum über den Kanal und die Filterscheibe mög­ lich ist.

Es ist auch vorgeschlagen worden (DE 34 04 188 A1), den in den Magnetankerraum führenden Kanal über ein Filter und eine besondere Leitung mit einem Niederdruckraum, insbesondere dem Tank zu verbinden. Diese Maßnahmen bei den bekannten Ventilen sind darauf gerichtet, eine Verschmutzung des Magnetankerraums und der Lagerbuchse zu vermeiden. Durch die Ablagerung von Schmutzpartikeln wird nämlich die Hysterese des Ventils vergrößert und die Lebensdauer verringert. Insbesondere kann sich das Ventil mit Schmutz zusetzen und nicht mehr funktonsfähig sein. Dies trifft insbesondere auf regelbare Ventile, wie Proportionalventile zu. Zur Verringe­ rung der Hysterese ist es auch bekannt, dem Spulenstrom des Porportionalmagneten einen Wechselstromanteil zu überlagern, um die Reibung des Magnetankers infolge der dem Spulenstrom aufgedrückten Chopperfrequenz zu verkleinern. Bei dem ein­ gangs erwähnten Ventil gemäß dem älteren Vorschlag mußte die Chopperfrequenz verhältnismäßig hoch gewählt werden, um eine befriedigende Hysterese und Konstanz der Kennlinie zu erzie­ len. Bei einer hohen Chopperfrequenz ist aber der dem Mag­ netanker aufgedrückte Hub sehr gering.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Magnet­ ventil so weiterzubilden, daß die Verschmutzungsge­ fahr wesentlich verringert wird und das Hysterese­ verhalten verbessert ist.

Die genannte Aufgabe ist durch die in den Patentan­ sprüchen aufgeführten Merkmale gelöst.

Durch die Rückführung des Niederdrucks bzw. des Tank­ drucks über die getrennt von den Ausgangsbohrungen des Ventilgehäuses über eine Engstelle vom ringförmi­ gen Ventilgehäuseraum in eine Beruhigungskanmer und von dort über einen Kanal von verhältnismäßig gerin­ gem Querschnitt in den buchsenseitigen Magnetanker­ raum sowie über eine Bohrung im Magnetanker in den gegenüberliegenden Raum wird die Arbeitsweise des Ventils stabilisiert und erfolgt außerdem eine Schmutzabscheidung in derBeruhigungskammer. Dadurch wird die Lebensdauer in überraschender Weise stark erhöht. Das stabilisierte Ventil ermöglicht geringere Chopper­ frequenzen, welche den Magnetanker und damit den Stößel stärker erregen, wodurch die Hysterese ver­ ringert und die Konstanz der Kennlinie Spulenstrom gegen Druck vergrößert wird. Es hat sich ferner ge­ zeigt, daß mit der erfindungsgemäßen Druckmittelrückfüh­ rung in den Magnetankerraum die Oberflächengüte der La­ gerstelle verringert werden kann. Es können somit die Lagerstellen aus Buntmetall herge­ stellt werden. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. In einer vorteilhaften Ausführungs­ form ist der Anker selbst mit einer Lagerstelle ver­ sehen, die ebenfalls aus Buntmetall besteht. Ferner ist die Strömungsmittelführung und Abdichtung des Ventils durch zwei Ge­ häusehälften verbessert, welche an den Spulenkörper und den Magnetanker auf­ nehmen und die die Räume beidseits des Magnetankers begrenzen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein Magnetventil

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie 2/2 in Fig.

Ein Magnetanker 10 ist in einer Bohrung 11 einer ge­ häusehälfte 12 bzw. 14 verschiebbar angeordnet. An dem Magnetanker ist ein Stößel 15 befestigt, der in einer Lagerbuchse 16 verschiebbar gelagert ist. Der Stößel 15 ist als Schließelement des Ventils ausge­ bildet, das den Druck und damit den Durchfluß von einem an eine Druckmittelquelle angeschlossenen Anschluß 18 zu einem mit einem Tank bzw. Niederdruckraum verbun­ denen Anschluß 19, 20 steuert. Der Raum zwischen der Buchse 16 und dem Ventilsitz 21 ist als Ventilgehäuse­ raum 22 bezeichnet. Der Stößel 15 ist mit einem Ansatz 23 im Magnetanker 10 verstiftet.

Der Magnetanker 10 weist eine Bohrung 24 auf, so daß die Räume 25 und 26 zu beiden Seiten des Magnetankers eine Raumeinheit bilden. Die Bohrung 24 ist außerdem mit einer Düse 27 versehen.

Der buchsenseitige Raum 26 ist über einen Kanal 30 mit einer Beruhigungskammer 31 größeren Volumens verbunden. Die Beruhigungskammer 31 ist von einer seitlich in die Gehäuse­ hälfte 12 führenden Bohrung 32 gebildet, die nach außen durch eine eingepreßte Kugel 33 dicht verschlos­ sen ist. Die Beruhigungskammer 31 mündet über eine Engstelle 34 in den ringförmigen Ventilgehäuseraum 22. Die Engstel­ le 34 wird dadurch gebildet, daß beim Herstellen der Bohrung 32 der Bohrer den Ringraum 22 anschneidet. Die Lagerbuchse 16, die aus Buntme­ tall beispielsweise einer Bronzelegierung besteht, sitzt so nahe wie möglich am Ende des Stößels 15. In Fig. 1 schließt der untere Rand der Lagerbuchse 16 mit der Engstelle 34 bündig ab und deckt somit teilweise die Ausgangsbohrungen 19 und 20 ab. Dies ist unschädlich. Wesentlich ist, daß die Beruhigungskammer 31 gegenüber den Ausgangsbohrungen 19 und 20 getrennt angeordnet ist. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, liegt die Beruhigungskammer 31 im Winkel von 90° zwischen den Bohrun­ gen 19 und 20. Der Magnetanker 10 ist an seinem dem Raum 25 zugekehrten Ende mit einer weiteren Lager­ buchse 36, die ebenfalls aus Buntmetall wie einer Bronzelegierung besteht, versehen. Anstelle der La­ gerbuchse 36 kann aber auch der Umfang des Magnet­ ankers mit einer Lagermetallschicht versehen sein. Eine Feder 38, die in einer Sackbohrung 39 des Magnet­ ankers einsitzt, stützt sich mit ihrem oberen Ende an einem Blechformteil 40 ab, das in eine Bohrung 41 des deckelförmigen Abschlusses 42 eingepreßt und dort im Reibsitz gehalten ist. Außerdem dichtet das Blechformteil 40 den Raum 25 nach außen ab. Zur Hubbegrenzung ist ein Ring 44 aus nichtmagneti­ schem Werkstoff vorgesehen. Anstelle des Ringes 44 können auch ein oder mehrere nicht dargestellte Stif­ te vorgesehen sein. Außerdem kann die axiale Länge des Raums 25 so lang bemessen werden, daß die Hubbe­ grenzung für den Magnetanker 10 nicht erforderlich ist. Anstelle des Blechformteils 40 kann auch zum Abstützen der Feder 38 in bekannter Weise ein Bol­ zen vorgesehen sein, der zur Einstellung der Feder­ kraft in der dann mit einem Gewinde versehenen Bohrung 41 eingeschraubt ist. Das Blechformteil 40 darf über die Bohrung 41 nicht vorstehen. Ein Flansch 43 dient zum Fixieren des Ventils beim Einbau in einen Halter oder eine Platte.

Die Spule 46 ist auf einem Spulenkörper 47 ausge­ bracht, der in eine Ringnut 48 der Gehäusehälfte 12 eingesetzt ist. Die Gehäusehälfte 12 ist zwischen Spulenkörper 47 und dem Magnetanker 10 mit dem Pol­ schuh 49 versehen. Außerdem weist die Gehäusehälfte 12 den Ventilsitz 21, die Buchse 16, die Kammer 31, den Kanal 30 und die Bohrungen 18, 19 und 20 auf. Stirnseitig ist die Gehäusehälfte 12 mit einem radial außen liegenden Dichtrand 51 versehen.

In einen axial vorstehenden Rand 52 der Gehäusehälfte 12 wird die obere Gehäusehälfte 14 eingeschoben, de­ ren Polschuh 53 gegenüber dem Polschuh 49 den Luft­ spalt 54 definiert. Außerdem ist zwischen der Gehäuse­ hälfte 14 und dem Spulenkörper 47 ein O-Ring 55 vor­ gesehen, welcher das Ventil nach außen abdichtet. Die Befestigung der Gehäusehälfte 14 in der Gehäusehälfte 12 unter Vorspannung erfolgt durch Umbördeln des Flansches 57.

Zum Herausführen der Kabel 58 der Spulenanschlüsse ist an dem Spulenkörper 47 ein Ansatz 59 angegossen, der in einer entsprechenden Ausnehmung am oberen Rand der Gehäusehälfte 12 einsitzt. Somit ist der Spulenkörper gegenüber dem Gehäuse gegen Verdrehen und das Kabel 58 gegen Abscheren gesichert.

Die obere Gehäusehälfte 14 kann entweder wie aus dem linken Teil der Fig. 1 ersichtlich einstückig aus­ gebildet sein, so daß der Deckel 42 angeformt ist. Die Gehäusehälfte 14 kann aber auch wie im rechten Teil der Fig. 1 dargestellt ausgebildet sein. In diesem Fall erfolgt der Abschluß durch einen Deckel 60 der von einem umgebördelten Flansch 61 der Gehäu­ sehälfte 14 befestigt wird. Diese Bauweise hat den Vorteil, daß das Ventil vor dem Umbördeln des Flan­ sches 61 mit einem Prüfdorn hinsichtlich der Lage des Magnetankers bzw. der Lager 16 und 36 gegenüber der Gehäusehälfte 14 getestet werden kann. Das Ver­ bördeln des Flansches 57 kann bei eingeführtem Prüf­ dorn erfolgen, so daß ein möglicher Versatz des Lagers 36 zur Gehäusehälfte 14 beim Verbördeln korrigiert werden kann.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, steht der Magnetraum 25, 26 über den Kanal 30 und die Beruhigungskammer 31 mit dem Ventil­ gehäuseraum 22 in Verbindung. Sind die Ausgangsbohrun­ gen 19 und 20 an den Tank angeschlossen, so wird also über die Beruhigungskammer 31 der Tankdruck in den Magnetraum zurückgeführt. Dadurch wird das Ventil stabilisiert, so daß die der Spule 46 des Magneten aufgeschaltete Chopperfrequenz des Spulenstroms verringert werden kann. Dadurch wird der Magnetanker stärker erregt und führt größere Hubbewegungen aus, welche die dem Ven­ til innewohnende Hysterese reduzieren und damit die Konstanz der Ventilkennlinien hinsichtlich hoher Lebensdauer und geringer Drift erhöhen. Es hat sich gezeigt, daß die Chopperfrequenz von üblicher­ weise 300 Hz bei dem dargestellten Ventil auf 150 Hz reduziert werden kann. Es ergibt sich ferner eine weitgehend lineare Kennlinie des Druckes in Abhängig­ keit vom Spulenstrom ohne Resonanzstelle. Die Hystere­ sekennlinie des Ventils weist also keine Resonanzstel­ le auf, was auf die Rückführung des Tankdruckes in den Magnetraum zurückgeführt wird.

Ferner erfolgt in der Beruhigungskammer 31 eine Schmutzabschei­ dung der hydraulischen Flüssigkeit. In der Beruhigungskammer 31 erfolgt eher eine Pulsation als ein Öltransport.

Für die wünschenswerten Eigenschaften der Schmutz­ abscheidung und Druckrückführung sind bestimmte Ab­ messungen des Magnetraums, der Verbindungsbohrung im Magnetanker, des Kanals 30, der Beruhigungskammer 31 und der Engstelle 34 erforderlich. Die Bohrung 24 im Magnet­ anker 10 mit der Düse 27 dient zur hydraulischen Dämpfung des Ankers. Die Bohrung bzw. Düse muß auf den Durchmesser des Kanals 30 abgestimmt sein. Das Verhältnis beträgt etwa 1:1,2. Die beim Schalten bzw. Regeln des Magnetventils auftretende Ölpulsa­ tion in der Kammer 25 wird durch den Dichtring 55 gedämpft, der auch verhindert, daß Öl nach außen tritt. Durch die Vorspannung des Dichtringes 55 wird die Spule auch gegenüber der unteren Gehäuse­ hälfte 12 abgedichtet und ist erschütterungsfrei gelagert. Die Kammer 25 ist im rechten Teil der Fig. 1 klein gehalten, um einen schnellen Druck­ aufbau zu erhalten, wenn das Ventil öffnet und dann Flüssigkeit aus der Kammer 25 über die Bohrung 24 in die Kammer 26 verdrängt wird. Das Volumen der Kammer 25, der Düsendurchmesser 27 und die Kammer 26 sind genau aufeinander abzustimmen, um ein optimales Ver­ halten des Ventils bei Aufschalten der Chopperfre­ quenz auf den Spulenstrom hinsichtlich der Amplitude des Druckes und der Linearität der Kennlinie zu er­ zielen. Beispielsweise betragen die Abmessungen der Kammer 25 in der Höhe 1,5 und im Durchmesser 9 mm. Das Verhältnis der Räume 25 und 26 beträgt etwa 2,5:1 und der Durchmesser der Düse (27) zur Ankerquer­ schnittsfläche etwa 1:80.

Die Lagerbuchse 16 überdeckt geringfügig die Bohrun­ gen 19 bzw. 20, um die Verschmutzung zu verringern und den Lagerabstand zum Lager 36 zu vergrößern. Mittels der Engstelle 34 wird eine verhältnismäßig geringe Drosselwirkung zur Beruhigungskammer 31 erzielt. Insbe­ sondere beträgt der Durchmesser der Engstelle 34 etwa die Hälfte des Durchmessers der Bohrung 32. Der Durchmesser des Kanals 30 weist gegenüber dem Durch­ messer der Bohrung 32 einen kleinen Wert auf. Die Stirnfläche des Stößels 15, welcher das Ventilglied bildet, ist mit einem doppelten Konus versehen. Der mit dem Ventilsitz 21 zusammenwirkende Konus 64 weist zur Stößelachse einen verhältnismäßig steilen Winkel auf, an den sich eine Spitze mit einem sehr steilen Winkel anschließt, um die Baulänge zu verringern und eine bessere Strömungsführung vom Anschluß 18 her zu ermöglichen.

Das Verbördeln des Flansches 57 sowie des Flansches 61 erfolgt jeweils nur punktuell am Umfang. Der An­ satz 59 ist wie aus Fig. 1 ersichtlich nach außen vorgezogen, um die Anschlußkabel 58 zu schützen. Außerdem kann dadurch beim Einbau des Ventils in einfacher Weise eine Verdrehsicherung durch Anlage des Ansatzes 59 an einen entsprechenden gehäuse­ festen Anschlag erzielt werden.

Die Chopperfrequenz wird, wenn das Ventilglied sich im Sitzbereich befindet, erhöht, um ein Prellen des Ven­ tils zu vermeiden. Das Einfahren des Ventils in den Sitzbereich läßt sich durch eine Messung des Hubes oder auch des Druckes, insbesondere aber durch die Erhöhung des Spulenstromes messen. Hat so der Spulen­ strom eine bestimmte Höhe erreicht, so erfolgt die Umschaltung auf eine höhere Chopperfrequenz.

Claims (15)

1. Magnetventil, an dessen Magnetanker ein Stößel zur Betätigung des Ventilgliedes befestigt ist, der in einer zwischen dem Ankerraum des Elektromagneten und dem Ventilge­ häuseraum angeordneten Buchse verschiebbar gelagert ist, wobei die Räume zu beiden Seiten des Magnetankers mitein­ ander verbunden sind und der stößelseitige Raum zwischen dem Magnetanker und der Buchse über einen Kanal mit dem Ventil­ gehäuseraum in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (30) in eine Strömungs- Beruhigungskammer (31) zum Absetzen von Schmutz mündet, die einen größeren Bohrungsquerschnitt als der Kanalquerschnitt aufweist und daß die Kammer über eine Engstelle (34) mit freiem Querschnitt mit dem Ventilgehäuseraum (22) verbunden ist.

2. Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (31) senkrecht zwischen den Ventilgehäuseraum mit einem Niederdruckraum verbindenden Bohrungen (19, 20) und axial auf gleicher Höhe mit diesen Bohrungen angeordnet ist.

3. Magnetventil nach Anspruch 1 oder dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (32) nach außen ver­ schlossen ist und mit ihrer Spitze den als Ventilgehäuseraum (22) dienenden Ringkanal zur Ausbildung der Engstelle (34) anschneidet.

4. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Engstelle (34) etwa den halben Durchmesser der Kammer-Bohrung (32) aufweist.

5. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Magnetanker (10) eine Längs­ bohrung (24) mit einer Düse (27) vorgesehen ist.

6. Magnetventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der in die Kammer (31) mündende Kanal (30) zur Düse (27) im Magnetanker ein Querschnittsverhältnis von etwa 1:1,2 bis 1:1,5 aufweist.

7. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (30) zur Engstelle (34) ein Querschnittsverhältnis von etwa 1:1 aufweist.

8. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein ringförmiges Lager (36) am Umfang des Magnetankers (10) angeordnet ist.

9. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und 8 dadurch gekennzeichnet, daß das Lager (36) an dem dem stößelseitigen Raum (26) abgekehrten Ende des Magnetankers (10) angeordnet ist, der in einer den Spulenkörper (47) tra­ genden Gehäusehälfte (14) gehalten ist, die den lagerseiti­ gen Raum (25) begrenzt.

10. Magnetventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Bohrung (41) eines Deckels (42, 60) der Gehäusehälfte (14) ein Bolzen oder ein Blechformteil (40) nach außen abgedichtet und einstellbar angeordnet ist, an dem eine Feder (38) abgestützt ist.

11. Magnetventil nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die deckelseitige Gehäusehälfte (14) in einer den Ventilsitz (21) aufweisenden Gehäusehälfte (12) befestigt ist, die eine Ringnut (48) zur Aufnahme des Spu­ lenkörpers (47) aufweist.

12. Magnetventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein O-Ring (55) zwischen dem Spulen­ körper (47) und der deckelseitigen Gehäusehälfte (45) ange­ ordnet ist.

13. Magnetventil nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß in der den Ventilsitz aufweisenden Ge­ häusehälfte (12) der Kanal (30), die Beruhigungskammer (31), der Ventilgehäuseraum (22), die Lagerbuchse (16), der stößelseitige Raum (26) und die Ventilanschlüsse (18, 19, 20) angeordnet sind.

14. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen der Räume (25, 26) zu beiden Seiten des Magnetankers in einem Verhältnis von etwa 2,5:1 und der Durchmesser der Düse (27) im Anker zur Anker­ querschnittsfläche in einem Verhältnis von etwa 1:80 stehen.

15. Magnetventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (60) der Gehäusehälfte (14) zur Einführung eines Prüf- und Montagedornes herausnehmbar ist.