DE4132816C2 - Elektromagnetventil - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Elektromagnetventil nach der Gattung des Hauptanspruchs. Derartige Elektromagnetventile sind in zahlreichen Bauformen bekannt und werden unter anderem als Druckregelventile in Automatikgetrieben in Kraftfahrzeugen eingesetzt. Um bei derartigen Elektromagnetventilen die Ankerbewegungen zu dämpfen, wird deren Ankerraum zumeist schon während der Montage mit Druckmittel (Öl) gefüllt. Da sich das Volumen des Ankerraums bei Bewegungen des Ankers ändert, muß bei derartigen Elektromagnetventilen ein Volumen- bzw. Druckausgleich möglich sein. Dieser Volumen- bzw. Druckausgleich erfolgt zumeist am Anker oder Ventilglied eines solchen Elektromagnetventils vorbei. Wird ein derartiges Elektromagnetventil - wie schon angeführt - in einem Automatikgetriebe eingesetzt, kann ein Volumen- oder Druckausgleich beispielsweise zu einem mit Getriebeöl gefüllten Raum erfolgen. Dadurch kann aber das Elektromagnetventil und insbesondere der Ankerraum leicht verschmutzen. Das kann insbesondere bei einer Verschmutzung mit ferromagnetischen Partikeln leicht zum Ausfall des Ventils führen. Darüber hinaus kann bei einem Volumen- bzw. Druckausgleich am Ventilglied vorbei dieses ebenfalls blockieren.

Aus dem DE 88 09 143 U1 ist beispielsweise ein Elektromagnetventil bekannt, dessen stößelförmiges Ventilglied mit einem Flachanker zusammenwirkt. Der Ankerraum dieses Elektromagnetventils ist ölgefüllt. Bei Bewegung des Ankers erfolgt ein Volumenausgleich über den Ringspalt zwischen Ventilglied und der Wandung der das Ventilglied führenden Bohrung. Im Ankerraum können sich im Betrieb insbesondere ferromagnetische Schmutzpartikel ansammeln, die unter Umständen die Lebensdauer des Elektromagnetventils begrenzen.

Aus der DE 29 28 611 A1 geht ein pneumatisch arbeitendes Elektromagnetventil hervor, dessen Ventilstößel ein Ende mit einem reduzierten Durchmesser aufweist. Wesentlich hierbei ist, daß zwischen dem im Durchmesser reduzierten Ende des Ventilstößels und der das Ende umgebenden Bohrung ein Ringspalt ausgebildet ist, durch den Luft vom Verbraucher zur Entlüftungsbohrung hin strömen kann, wenn der Schließkörper am Ventilsitz anliegt. Mittels des im Durchmesser reduzierten Endes soll ein möglichst großer Luftaustausch zwischen der Kammer und der Entlastungskammer ermöglicht werden.

Aus der DE 40 16 990 A1 geht ein Elektromagnetventil hervor, dessen Ankerraum druckmittelgeführt ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Schmutzanfälligkeit eines mit Druckmittel befüllten Elektromagnetventils zu vermindern. Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Hauptanspruchs. Dazu wird entsprechend der kennzeichnenden Merkmale im wesentlichen vorgeschlagen, das Volumen des in den Ankerraum hineinragenden Stößelabschnittes zu verringern. Die Neigung zum Blockieren bzw. zur Schwergängigkeit aufgrund des Ansammelns von ferromagnetischen Schmutzpartikeln ist dadurch gering. Das Elektromagnetventil ist einfach aufgebaut sowie preisgünstig herzustellen und hat eine hohe Lebensdauer. Es eignet sich unter anderem auch für den Einsatz in relativ stark verschmutzten Druckmittelkreisläufen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung und Zeichnung näher erläutert. Letztere zeigt ein Elektromagnetventil im Längsschnitt.

Das Elektromagnetventil 10 hat ein etwa becherförmiges Magnetgehäuse 11, von dessen Boden 12 ein mittig angeordneter zylindrischer Fortsatz 13 ins Innere ragt. Um diesen Fortsatz herum ist ein Spulenkörper 14 mit Wicklung 15 angeordnet und zur Abdichtung und Fixierung in Kunststoff 16 eingebettet, z. B. eingespritzt. An der Außenseite 17 des Bodens 12 ist ein ebenfalls aus Kunststoff bestehender Steckerkörper 18 angeordnet, dessen Anschlußkontakte auf nicht dar­ gestellte Weise mit der Wicklung 15 kontaktiert sind.

Der Fortsatz 13 ist in Längsrichtung von einer Bohrung 20 durchdrun­ gen, deren dem Boden 12 zugewandtes Ende als Gewindebohrung 20a aus­ gebildet und durch eine Einstellschraube 21 verschlossen ist. Diese ist zur Abdichtung mit einer nicht dargestellten Beschichtung ver­ sehen.

Unterhalb des Spulenkörpers 14 ist im Magnetgehäuse 11 ein Ankerraum 22 gebildet. In diesem befindet sich der im Ausführungsbeispiel als scheibenförmiger Flachanker ausgebildete, elastisch gelagerte Anker 23. Dieser wird mittig von einer Bohrung 24 durchdrungen und hat an seiner Oberseite 25 und seiner Unterseite 26 je einen um die Bohrung 24 verlaufenden ringförmigen Kragen 27 bzw. 28.

An der freien Stirnseite des oberen Kragens 27 liegt mit ihrem inne­ ren Rand 29 eine mit Durchlässen versehene Membranfeder 30 an, deren äußerer Rand 31 auf einer Ringschulter 32 in der Wandung des Magnet­ gehäuses 11 mit Abstand zum Spulenkörper 14 anliegt. Die Membranfe­ der 30 wird an ihrem Außenrand 31 durch einen Distanzring 34 gegen die Ringschulter 32 gedrückt. Der Innendurchmesser des Distanzringes ist größer als der Außendurchmesser des Ankers 23. Der innere Rand 29 der Membranfeder 30 ist zwischen dem oberen Kragen 27 des Ankers und der flanschartigen Abschlußplatte 35 eines Trägerbolzens 36 ein­ geklemmt, der die Bohrung 24 durchdringt. Die Abschlußplatte 35 ragt bis in eine zylindrische Vertiefung 37, die in der freien Stirnseite des Fortsatzes 13 um die Bohrung 20 verlaufend angeordnet ist.

An der freien Stirnseite 38 der Abschlußplatte 35 ist mittig ein Führungszapfen 39 angebracht, der von dem einen Ende einer in der Bohrung 20 befindlichen Druckfeder 40 umfaßt wird, die an der Ab­ schlußplatte 35 anliegt. Das andere Ende der Druckfeder 40 liegt an der Einstellschraube 21 an.

Am unteren Kragen 28 des Ankers 23 liegt der innere Rand 42 einer zweiten Membranfeder 43 an, die ebenfalls mit Durchlässen versehen ist, und deren äußerer Rand 44 am Distanzring 34 anliegt. Der innere Rand 42 der zweiten Membranfeder 43 ist durch einen Sicherungsring 45, der mit dem Trägerbolzen 36 zusammenwirkt, gegen den unteren Kragen 28 des Ankers 23 gedrückt.

Der äußere Rand 44 der zweiten Membranfeder 43 ist durch den Befe­ stigungsflansch 46 eines Ventilanschlußteils 47 gegen den Distanz­ ring 34 gedrückt. Das Ventilanschlußteil 47 wird durch Umbördeln des unteren, als Bördelrand 48 ausgebildeten, Abschnittes des Magnetge­ häuses 11 fixiert und fest mit diesem verbunden.

In die dem Anker 23 zugewandte Stirnseite des Befestigungsflansches 46 des Ventilanschlußteils 47 ist eine zylindrische Vertiefung 50 eingelassen, deren Durchmesser etwa dem Innendurchmesser des Di­ stanzringes 34 entspricht. Der Befestigungsflansch 46 wird von einer mittig angeordneten, zweifach gestuften Längsbohrung durchdrungen, die bis in das Ventilanschlußteil 47 ragt, deren Bohrungsabschnitte von der Vertiefung 50 ausgehend mit 52a-52c bezeichnet sind. Der Bohrungsabschnitt 52c ist mit einer achsgleich verlaufenden Bohrung 53 verbunden, die von der freien Stirnseite 54 des Ventilanschluß­ teils 47 ausgeht und die mit einer Druckleitung 55 verbunden ist.

Der Übergang vom Bohrungsabschnitt 52b zum Bohrungsabschnitt 52c dient als Ventilsitz 56 und wirkt mit der Stirnseite 57 eines aus zwei Zylinderabschnitten 59, 60 bestehenden Ventilstößels 58 zusammen. Der Zylinderabschnitt 59 größeren Durchmessers wirkt mit seiner Stirnseite 57 mit dem Ventilsitz 56 zusammen. Der Durch­ messer des Zylinderabschnittes 59 ist dazu etwas größer als der des im Ausführungsbeispiel als Flachsitz ausgebildeten Ventilsitzes 56.

Der Ventilstößel 58 wird mit seinem Zylinderabschnitt 60 geringeren Durchmessers in der Längsbohrung 62 eines zylinderförmigen Führungs­ einsatzes 63 geführt, der in den Bohrungsabschnitt 52a eingepaßt ist. Der Zylinderabschnitt 60 ragt in den Ankerraum 22 und wirkt dort mit der freien Stirnseite 61 des Trägerbolzens 36 zusammen.

Der Bohrungsabschnitt 52b wird von einer Querbohrung 65 durchdrun­ gen, die mit einem nicht dargestellten Behälter verbunden ist, des­ sen Anschluß mit T bezeichnet ist. Die Druckleitung 55 ist über eine Drossel 66 mit einer Druckmittelquelle P verbunden. Zwischen Drossel 66 und Bohrung 53 zweigt von der Druckleitung 55 eine Verbraucher­ leitung 68 ab, die zu einem nicht dargestellten Verbraucher führt, dessen Anschluß mit A bezeichnet ist.

Das Elektromagnetventil 10 ist in eine hydraulische Brückenschaltung als elektrisch einstellbares Druckregelventil in Verbindung mit der Blende 66 eingesetzt. Der Druck in der Verbraucherleitung 68 ent­ spricht dem sich einstellenden Gleichgewicht aus der auf den Ventil­ stößel 58 von der Druckleitung 55 her ausgeübten Druckkraft und der über den Trägerbolzen 36 auf den Ventilstößel 58 wirkenden Kraft der Druckfeder 40. Wird die Wicklung 15 von einem Strom durchflossen, wird der Anker 23 gegen die Wirkung der Druckfeder 40 angezogen. Die Kraft durch die Druckfeder 40 auf den Ventilstößel 58 wird also durch die auf den Anker 23 einwirkende Magnetkraft verringert. Die für das Kräftegleichgewicht benötigte Druckkraft auf den Ventil­ stößel 58 über die Druckleitung 55 ist also geringer, d. h. der sich einstellende Druck in der Verbraucherleitung 68 ist niedriger. Mit dem Elektromagnetventil kann also eine fallende Erregerstrom-Druck- Kennlinie realisiert werden.

Der Ankerraum 22 des Elektromagnetventils wird bei der Montage zur Dämpfung der Ankerbewegung mit Druckmittel gefüllt. Die Membranfe­ dern 30, 43 weisen Durchlässe auf, durch die Druckmittel strömen kann, so daß eine vollständige Füllung des Ankerraumes gewährleistet ist.

Im Betrieb führt der Anker 23 entsprechend der elektrischen Soll­ wertvorgabe Regelbewegungen aus. Der Ventilstößel 58 liegt dabei mit seiner dem Anker zugewandten Stirnseite aufgrund der Wirkung des an der gegenüberliegenden Stirnseite 57 anstehenden Druckes ständig am Trägerbolzen 36 an. Bei einer Bewegung des Ankers 23 in Richtung Steckerkörper 18 wird der Ventilstößel 58 daher in den Ankerraum 22 gedrückt. Das vom Ventilstößel verdrängte Ölvolumen gelangt über den Ringraum zwischen Ventilstößel 58 und der Wandung der Bohrung 62 im Führungseinsatz 63 in den druckmittelgefüllten Bohrungsabschnitt 52b. Bei der Rückstellung des Ankers bzw. bei einer Bewegung in Richtung Ventilanschlußteil 47 strömt aufgrund des sich vergrößern­ den Ankerraumvolumens entsprechend der Bewegung des Ventilstößels Druckmittel durch diesen Ringraum zurück. Der Ankerraum wird demzu­ folge ständig von einem Druckmittelstrom durchströmt.

Dieses Druckmittel ist durch die Verbindung mit der Druckmittelquel­ le P zum Teil stark verunreinigt, insbesondere durch ferromagneti­ sche Partikel, die u. a. vom Abrieb drehender Teile herrühren können. Diese ferromagnetischen Schmutzpartikel können sich im Ankerraum an der Stelle mit der höchsten magnetischen Feldstärke, d. h. dem Ar­ beitsluftspalt anreichern. Das Volumen des durch den Ringspalt zu- und abströmenden Druckmittels entspricht dem durch den Ventil­ stößel im Ankerraum verdrängten Volumen, d. h. das Druckmittel im Ankerraum 22 wird um einen Betrag vergrößert bzw. verkleinert, der der Grundfläche des eintauchenden Stößels multipliziert mit dessen Hub entspricht. Bei herkömmlichen Elektromagnetventilen entspricht der Durchmesser des Ventilgliedes bzw. des Ventilstößels in etwa dem Durchmesser des Ventilsitzes bzw. der Sitzfläche.

Wird ein bekanntes, herkömmliches Elektromagnetventil beispielsweise in Automatikgetrieben eingesetzt, beträgt dieser Durchmesser ca. 5 mm. Durch die zuvor beschriebene Ausbildung des Ventilstößels 58, d. h. durch die abgestufte Ausbildung, wird das vom Ventilstößel ver­ drängte Volumen erheblich verringert. Wird der Durchmesser des Ab­ satzes 60 geringeren Durchmessers beispielsweise auf 2 mm verrin­ gert, ergibt sich somit ein im Ankerraum verdrängtes Volumen, das um mehr als den Faktor 6 verringert ist. Dementsprechend verringert sich natürlich auch das Einbringen von Schmutzpartikeln in den An­ kerraum.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Elektromagnetventilen ist zwar der zusätzliche Führungseinsatz 63 nötig, dieser ist jedoch ein beson­ ders einfach zu fertigendes Bauteil. Da der Ventilstößel 58 und der Anker 23 nicht starr verbunden sind, sind insbesondere an die Mate­ rialauswahl für den. Führungseinsatz 63 keine besonderen Ansprüche gestellt. Der Führungseinsatz braucht im Gegensatz zu herkömmlichen Gleitlagern nicht aus speziellen Materialien gefertigt sein. Durch die Entkopplung von Anker 23 und Ventilstößel 58 wirken darüber hin­ aus auf den Ventilstößel keine magnetischen Querkräfte, so daß auch aus diesem Grund an die Qualität der Lagerung keine besonderen An­ sprüche gestellt werden müssen. Daher können Ventilstößel und Füh­ rungseinsatz aus kostengünstigen Materialien hergestellt werden. Da insbesondere für beide Bauteile gleiche Materialien verwendet werden können, kann sich auch der Ringspalt zwischen Ventilstößel 58 und Bohrung 62 nicht aufgrund von Temperaturänderungen vergrößern oder verkleinern. Bei herkömmlichen Elektromagnetventilen kann bei Tem­ peraturschwankungen eine Verkleinerung des Ringspaltes auftreten, da Ventilstößel und Führungseinsatz bzw. Gleitlager aus verschiedenar­ tigen Materialien gefertigt sind. Eine Verringerung des Ringspaltes kann durch darin befindliche Schmutzpartikel aber zum Verklemmen des Ventilstößels führen.

Die erfindungsgemäße Ausbildung des Ventilgliedes ist nicht auf das hier beschriebene Ausführungsbeispiel eines Elektromagnetventiles mit einem durch Membranfedern geführten Flachanker beschränkt.

Claims (5)

1. Elektromagnetventil mit einem in einem druckmittelgefüllten Ankerraum (22) geführten Magnetanker (23), der mit einem in den Ankerraum (22) ragenden Ventilstößel (58) zusammenwirkt, welcher wiederum an einem Ventilsitz (56) zur Anlage gebracht werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilstößel (58) aus mindestens zwei unterschiedlich großen Abschnitten (59, 60) zusammengesetzt ist, daß die Grundfläche des in den Ankerraum (22) ragenden Abschnittes (60) kleiner ist als die Grundfläche des mit dem Ventilsitz (56) zusammenwirkenden Abschnittes (59), daß der in den Ankerraum (22) ragende Abschnitt (60) in einer Bohrung (62) geführt ist und daß der Ankerraum (22) über einen Ringraum zwischen dem Ventilstößel (58) und der Bohrung (62) mit einem weiteren druckmittelgefüllten Raum (52b) verbunden ist.

2. Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die einzelnen Abschnitte (59, 60) des Ventil­ stößels (58) zylinderförmig sind.

3. Elektromagnetventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der in den Ankerraum (22) ragende Abschnitt (60) des Ventilstößels (58) mit kleiner Grund­ fläche in einem Führungseinsatz (63) geführt ist.

4. Elektromagnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetanker (23) als Flach­ anker ausgebildet ist.

5. Elektromagnetventil nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Flachanker durch Membranfedern (30, 43) in einem Magnetgehäuse (11) geführt ist.