DE3922155C2 - Magnetventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Magnetventil, insbesondere zur Dämpfkraftänderung eines Schwingungsdämpfers oder eine hydropneumatischen Federung, entsprechend dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Derartige Magnetventile werden beispielsweise für hydraulische Schwingungsdämpfer zur Dämpfkraftänderung verwendet, wobei dieses Magnetventil zu den üblichen Dämpfventilen angeordnete Bypaßleitungen öffnen oder verschließen. Damit besonders bei kleinen Kolbengeschwindigkeiten die geforderten engen Dämpfkrafttoleranzen ein­ gehalten werden können, müssen diese Ventile absolut dicht schließen. Bei einem be­ kannten Magnetventil bilden Magnetanker und Ventilkörper eine Baueinheit, wobei die von dem Ventilkörper und einer Auflagefläche gebildete Ventildichtfläche äußerst exakt ausgeführt sein muß, so daß die zusammenwirkenden Bauteile mit sehr engen Toleran­ zen zueinander ausgeführt sein müssen. So ist gefordert, daß die Achse des Magnetan­ kers und des Ankergehäuses genau senkrecht zur Ventildichtfläche verläuft; ebenso muß die Bohrung im Gehäuse, welches die Teile aufnimmt, genau senkrecht zur Ventil­ dichtfläche liegen. Um die Forderung nach absoluter Dichtheit des Magnetventiles zu erfüllen, fallen dementsprechend hohe Kosten bei der Herstellung an.

Die DE 37 16 702 A1 beschreibt ein elektromagnetisch betätigtes Hydroventil, bei dem für den Anker ein Druckausgleich realisiert ist. Durch eine besondere Anordnung des Pumpenanschlusses, des Arbeitsanschlusses und des Rücklaufanschlusses zu dem zwi­ schen zwei Sitzringen beweglichen Ventilkörper wird der Pumpendruck auf den mit dem Anker verbundenen Ventilkörper und zugleich auf eine Gegenfläche des Ankers über­ tragen, die als federnde Membran ausgebildet ist.

Aus der DE 33 45 928 A1 ist ein Magnetventil mit einer Eingangs- und einer Ausgangs­ kammer bekannt, wobei die Eingangskammer und die Ausgangskammer über ein Ventil miteinander verbindbar sind. Der Ventilkörper des Ventils ist mittels eines in einem Füh­ rungsrohr eines Elektromagneten geführten Ankers gegen die Kraft einer Feder in Rich­ tung vom Ventilsitz weg bewegbar. Der Anker weist eine in Richtung seiner Längsachse verlaufende erste Ausnehmung auf. Desgleichen ist der Ventilkörper mit einer in Längs­ richtung verlaufenden zweiten Ausnehmung versehen. Die Ausnehmung des Ankers und die Ausnehmung des Ventilkörpers sind so angeordnet, daß die dem Ventilkörper abgewandte Seite des Ankers ständig vom Druck aus der Eingangskammer beaufschlagt wird. Durch diese Ausbildung des Ankers und des Ventilkörpers wird die in Öffnungs­ richtung des Ventils auf den Ventilkörper einwirkende Kraft des Druckes aus der Ein­ gangskammer kompensiert. Die Betätigungskraft für das Ventil wird durch diese Maß­ nahme erheblich reduziert.

Die DE 37 23 959 A1 offenbart ein Ventil, das einen durch einen Elektromagneten ver­ schiebbaren, federbelasteten Anker, eine Führungshülse, ein Ventilgehäuse mit Einlauf- und Auslaßstutzen sowie einen mit dem Anker verbundenen Ventilstößel zur Abdich­ tung des Ventildurchlasses aufweist. Zur Funktionsverbesserung und Vereinfachung des Magnetventils ist vorgesehen, daß der Ventilsitz eine Ventilsitzdichtung trägt, daß der Ventilstößel einen kugelförmigen Kopf aufweist, daß auf dem Ventilstößel eine Kopf­ dichtung vorgesehen ist und daß die Stößelkopfdichtung auf dem Ventilstößelkopf pendelbar angeordnet ist.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Magnetventil zu schaffen, welches aus einfach herzustellenden Bauteilen besteht, an die keine hohen Maßtoleranzanforde­ rungen gestellt werden, und wodurch eine einwandfreie Abdichtung auch bei Schräg­ stellung der miteinander zusammenwirkenden Teile gewährleistet ist, so daß bei hoher Funktionssicherheit eine preiswerte Herstellung ermöglichst wird.

Diese Aufgabe wird entsprechend der Erfindung durch die Merkmale des Patenan­ spruchs 1 gelöst.

Durch diese gelenkige Verbindung des Ventilkörpers mit dem Magnetanker wird eine absolute Dichtheit des Magnetventiles auch bei Schrägstellung zwischen Magnetanker und Ventilsitz erzielt. Die Teile selbst sind leicht und einfach herstellbar, wobei keine hohen Maßanforderungen gestellt werden, so daß eine preiswerte Herstellung des Ma­ gnetventiles ermöglicht wird. Der Ventilring kann ohne weiters als Stanzteil ausgeführt werden, wobei - bedingt durch die kugelkalottenförmige Anlagefläche des Magnetan­ kers - eine selbsttätige Zentrierung des Magnetankers auch dann erfolgt, wenn der Ventilsitz nicht genau zentrisch zum Magnetanker verläuft.

Entsprechend einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Ventilring als starres Bauteil ausgebildet. Um beispielsweise beim Schließen des Ventils das Schließgeräusch zu ver­ mindern, ist der Ventilring erfindungsgemäß durch einen dünnwandigen, elastischen Ring gebildet. Dieser Ventilring wirkt wie eine dünne Tellerfeder und ist in der Lage, sich leicht durchzuschirmen. Außerdem wird dadurch erzielt, daß der Ventilring exakt auf dem inneren Durchmesser des Ventilsitzes aufliegt, wodurch eine genaue Festlegung der druckbeaufschlagten Ventilfläche möglich ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Ventilring mit einem ringförmigen Ven­ tilsitz einstückig ausgebildet. Die Gegenfläche, an der dieser Ventilring aufliegt, kann somit als plane Fläche ausgebildet sein. Um eine einwandfreie Funktion des Magnet­ ventiles auch bei Druckbeaufschlagung von beiden Seiten zu erzielen, sind Ventilsitz und Dichtkante erfindungsgemäß übereinanderliegend - und zumindest annähernd mit dem gleichen Durchmesser versehen - angeordnet.

An Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen mittels Magnetventilen dämpfkraftveränderbaren Zwei­ rohrschwingungsdämpfer im Längsschnitt;

Fig. 2 einen Teil des Magnetventiles gem. Fig. 1 in vergrößerter Darstellung;

Fig. 3 ein Magnetventil mit einem aus einem dünnwandigen, elasti­ schen Ring bestehenden Ventilring;

Fig. 4 einen Einrohrschwingungsdämpfer mit Magnetventil im Längs­ schnitt;

Fig. 5 ein Magnetventil, wobei der Ventilsitz und die Dichtkante übereinanderliegend angeordnet sind;

Fig. 6 eine Magnetventilanordnung zur Dämpfkraftverstellung einer hydropneumatischen Federung.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Zweirohrschwingungsdämpfer 1 sind zur Dämpfkraftverstellung Magnetventile 2 und 3 vorgesehen. Der Schwingungsdämpfer 1 besitzt einen Zylinder 4, in welchem ein mit einer Kolbenstange verbundener und mit Dämpfventilen versehener Kolben den mit Dämpfflüssigkeit gefüllten Zylinderinnenraum in einen oberen Arbeitsraum 6 und einen unteren Arbeitsraum 7 unter­ teilt. Ein von einem Zwischenrohr 10 und dem Zylinder 4 begrenz­ ter Ringraum 9 steht über mindestens eine Durchlaßöffnung 8 mit dem oberen Arbeitsraum 6 in Verbindung. Ein Ausgleichsraum 12 wird von einem Behälterrohr 11 und dem Zwischenrohr 10 begrenzt, wobei dieser Ausgleichsraum 12 über ein Bodenventil 13 mit dem unteren Arbeitsraum 7 verbindbar ist. Das Magnetventil 2 steht mit dem Ringraum 9 über den Zufluß 14 und das Magnetventil 3 über den Zufluß 15 in Verbindung. Eine Magnetspule 17 des Magnetventi­ les 2 wirkt mit einem Magnetanker 18 zusammen, der einerseits von einem Polkern 19 und andererseits von dem einen Ventilsitz bil­ denden Dämpfventil 21 in der Hubbewegung begrenzt ist. Zwischen Polkern 19 und Magnetanker 18 ist eine Zuhaltefeder 20 vorgese­ hen, welche bei nicht erregter Magnetspule 17 den Magnetanker 18 in Ventilschließstellung drückt. Das Magnetventil 3 ist entspre­ chend dem Magnetventil 2 aufgebaut. Bei geöffnetem Magnetventil 2 oder 3 bzw. 2 und 3 kann Dämpfflüssigkeit aus dem Ringraum 9 über den Zufluß 14 bzw. 15 und das Dämpfventil 21 sowie eine Abström­ öffnung 16 in den Ausgleichsraum 12 fließen, wobei dieser Strö­ mungsweg einen Bypaß zu den Dämpfventilen des Kolbens 5 und denen des Bodenventiles 13 bildet. Sowohl beim Zug- als auch beim Druck­ hub des Schwingungsdämpfers bildet sich üblicherweise im oberen Arbeitsraum 6 ein Druck, der über die Durchlaßöffnung 8, den Ringraum 9 und den Zufluß 14 bzw. 15 auf das Magnetventil wirkt. Bedingt durch die Anordnung der Magnetventile 2 und 3 im Bypaß zu den Dämpfventilen des Kolbens 5 und des Bodenventiles 13 können vier verschiedene Dämpfungskennlinien erreicht werden. Die höch­ ste Dämpfung wird erzielt, wenn nur die Dämpfventile des Kolbens 5 und des Bodenventiles 13 wirksam sind, d. h., wenn die Magnet­ ventile 2 und 3 geschlossen sind. Weitere Kennlinien werden da­ durch erreicht, daß beispielsweise das Magnetventil 2 oder 3 ge­ öffnet wird, während die vierte Kennlinie bei Öffnung beider Mag­ netventile 2 und 3 gebildet wird.

Die Fig. 2 zeigt Einzelheiten des Magnetventiles 2 gem. Fig. 1 in vergrößerter Darstellung, wobei die Spule nicht eingezeichnet ist. Der zwischen dem Polkern 19 und einem Ventilsitz 22 angeord­ nete Magnetanker 38 ist von der Zuhaltefeder 20 beaufschlagt und wirkt mit einer kugelkalottenförmigen Anlagefläche 24 auf einen Ventilring 23. Dieser Ventilring 23 bildet mit der kugelkalotten­ förmigen Anlagefläche 24 des Magnetankers 18 eine Dichtkante 25, wobei der Ventilring 23 beim Schließen des Magnetventiles durch die kugelkalottenförmige Anlagefläche 24 zum Magnetanker 18 zen­ triert wird, wobei Schiefstellungen oder außermittige Anordnungen des Ventilkörpers vom Dämpfventil 21 zum Magnetanker 18 ausgegli­ chen werden. Der Ventilsitz 22 weist zumindest annäherungsweise denselben Ventilsitz wie der Magnetanker 18 auf. Durch eine Zen­ tralbohrung 26 im Magnetanker 18 kann sich der im Zufluß 14 herrschende Druck auf die polkernseitige Ankerfläche 27 auswir­ ken, so daß bei gleichem Durchmesser von Ventilsitz 22 und Mag­ netanker 18 keine Kraft vom Druck auf den Magnetanker ausgeübt wird und lediglich die Zuhaltefeder 20 die Schließkraft für den Ventilring 23 bildet. Zum öffnen des Magnetventiles 2 muß bei Er­ regung der Magnetspule eine Kraft auf den Magnetanker 18 ausgeübt werden, die größer als die Kraft der Zuhaltefeder 20 ist. In der geöffneten Stellung des Magnetventiles strömt dann die Dämpfflüs­ sigkeit vom Zufluß 14 über den Ventilsitz 22 zum Dämpfventil 21, welches durch mehrere vorgespannte, tellerfederähnliche Platten, die mit dem Ventilkörper zusammenwirken, gebildet ist. Der Ven­ tilring 23 ist als starres Bauteil ausgebildet und kann bei­ spielsweise durch einen Stanzvorgang ohne Nachbearbeitung herge­ stellt werden.

Die Ausführungsform gem. Fig. 3 entspricht im wesentlichen der gem. Fig. 2, wobei auch hier dieselben Bezugsziffern verwendet wurden. Lediglich der Ventilring 28 ist hier durch einen dünnwan­ digen, elastischen Ring gebildet, der die Schließbewegung des Magnetankers 18 elastisch aufnimmt und dadurch keine wesentlichen Schließgeräusche verursacht. Dieser tellerfederähnlich wirkende Ventilring 28 ist in der Lage, sich leicht durchzuschirmen, und liegt dadurch exakt auf dem inneren Durchmesser des Ventilsitzes 22, wodurch eine genaue Festlegung der druckbeaufschlagten Fläche ermöglicht wird.

Die Anordnung eines Magnetventiles 2 bei einem Einrohrdämpfer 29 - wie dies Fig. 4 zeigt - erfordert die Ausbildung eines Ventil­ ringes 36, der in beiden Anströmrichtungen keine druckabhängig wirkenden Kräfte auf den Magnetanker 18 ausübt. Der Einrohr­ schwingungsdämpfer 29 unterscheidet sich vom Schwingungsdämpfer 1 im wesentlichen dadurch, daß die Dämpfflüssigkeit im Zylinder un­ ter ständiger Druckvorspannung steht und die Zug- und Druckdämp­ fung über im Kolben 30 angeordnete Dämpfventile erfolgt. Die vom Kolben getrennten Arbeitsräume 31 und 32 sind mit dem Magnetven­ til 2 in Verbindung. Hierbei wirkt der untere Arbeitsraum 32 über die untere Öffnung 33 auf den Zufluß 14 zum Magnetventil, während der obere Arbeitsraum 31 durch die obere Öffnung 34 und den Durchlaßquerschnitt 35 auf die andere Ventilseite des Magnetven­ tiles wirkt.

Ein Magnetventil, welches wie bei einem Einrohrdämpfer gem. Fig. 4 in beiden Durchflußrichtungen eine Druckausgeglichenheit des Magnetankers 18 besitzt, ist in Fig. 5 in vergrößerter Dar­ stellung gezeigt. Zur Erfüllung dieser Forderung ist ein Ventil­ ring 36 vorgesehen, der eine mit der kugelkalottenförmigen Anla­ gefläche 24 gebildete Dichtkante 38 aufweist, die auf demselben Durchmesser wie der Ventilsitz 37 angeordnet ist. Dieser Ventil­ ring 36 kann beispielsweise als Stanz- und Prägeteil so ausgebil­ det werden, daß gleichzeitig der Ventilsitz 37 angeprägt ist, so daß die Gegenfläche als ebene Stirnfläche ausgebildet sein kann. Die übrigen Bauteile des Magnetventiles 2 sind mit den Bezugszei­ chen versehen, wie sie auch in den vorhergehenden Figuren verwen­ det wurden.

Die Anordnung von Magnetventilen 2 und 3 bei einer hydropneumati­ schen Federung ist in Fig. 6 gezeigt. Hierbei sind diese Magnet­ ventile 2 und 3 in einer Verbindungsleitung zwischen einem Feder­ zylinder 42 und einem Federspeicher 43 angeordnet. In dieser Ver­ bindungsleitung ist eine erste Dämpfeinheit 40 und eine zweite Dämpfeinheit 41 vorgesehen, wobei das Magnetventil 2 die Umgehung der ersten Dämpfeinheit 40 ermöglicht und das Magnetventil 3 die zweite Dämpfeinheit 41 überbrücken kann. Auch bei dieser Ausfüh­ rungsform wird - wie zu Fig. 5 beschrieben - eine Druckausgegli­ chenheit in beiden Strömungsrichtungen auf den Magnetanker 18 ge­ fordert. Hierzu ist eine weitere Ausführung eines Ventilringes 39 vorgesehen, dessen mit dem Magnetanker 18 gebildete Dichtkante 38 mit dem gleichen Durchmesser wie der Ventilsitz 22 versehen ist. Auch diese Ventilanordnung für die hydropneumatische Federung er­ möglicht eine Dämpfkraftänderung mit vier verschiedenen Dämpf­ kennlinien. Die stärkste Dämpfung wird erreicht, wenn beide Mag­ netventile 2 und 3 geschlossen sind und außer den ggf. im Feder­ zylinder 42 angeordneten Ventilen auch die erste Dämpfeinheit 40 und die zweite Dämpfeinheit 41 wirksam sind. Zwei weitere Dämpf­ kennlinien werden dadurch erreicht, daß entweder das Magnetven­ til 2 oder 3 geöffnet wird, so daß jeweils nur eine Dämpfeinheit 41 oder 40 wirksam ist, wobei die Dämpfeinheiten verschieden hohe Dämpfkräfte aufweisen. Die schwächste Dämpfung wird erzielt, wenn beide Magnetventile 2 und 3 geöffnet sind.

Claims (5)

1. Magnetventil, insbesondere zur Dämpfkraftänderung eines Schwingungsdämpfers oder einer hydropneumatischen Federung, wobei das Magnetventil aus einer Ma­ gnetspule besteht, in welcher ein Magnetanker mit geringem axialen Hub angeord­ net ist und dieser Hub einerseits von einem mit einem Ventilsitz zusammenwirkenden Ventilkörper begrenzt wird, während der Magnetanker von einer in Ventilschließrich­ tung wirkenden Zusatzfeder beaufschlagt ist und der Ventilkörper gelenkig mit dem Magnetanker in Verbindung steht und diese gelenkige Verbindung zumindest in ei­ nem Bereich kugelförmig ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper als Ventilring (23; 28; 36; 39) ausgebildet ist und der Magne­ tanker (18) an dem mit dem Innendurchmesser des Ventilringes (23; 28; 36; 39) zu­ sammenwirkenden Ende eine kugelkalottenförmige Anlagefläche (24) aufweist, wo­ durch eine Dichtkante (25; 38) zwischen Ventilring (23; 28; 36; 39) und dem Mag­ netanker (18) entsteht, so daß eine Zentralbohrung (26) im Magnetanker frei bleibt, über die das am Ventilsitz anstehende Medium auf eine polkernseitige Ankerflä­ che (27) wirken kann.

2. Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilring (23; 36; 39) als starres Bauteil ausgebildet ist.

3. Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilring (28) durch einen dünnwandigen elastischen Ring gebildet ist.

4. Magnetventil nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilring (36) mit einem ringförmigen Ventilsitz (37) einstückig ausgebildet ist.

5. Magnetventil nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (22; 37) und die Dichtkante (38) übereinanderliegend - und zumin­ dest annähernd mit dem gleichen Durchmesser versehen - angeordnet sind.