DE4332117B4

DE4332117B4 - Elektromagnetventil

Info

Publication number: DE4332117B4
Application number: DE4332117A
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl.-Ing. Brehm
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1993-09-22
Filing date: 1993-09-22
Publication date: 2005-05-04
Anticipated expiration: 2013-09-23
Also published as: DE4332117A1; US5427352A; JPH07167331A

Abstract

Elektromagnetventil, insbesondere Druckregelventil für Automatikgetriebe von Kraftfahrzeugen, mit einem Magnetgehäuse (11, 12, 13) zur Aufnahme einer Magnetspule (15) und einem beweglichen Magnetanker (23, 36), der mit einem beweglichen Ventilglied (58) zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eines der beweglichen Bauelemente (23, 36; 58) einen abgeschlossenen Hohlraum (72) hat, der mit einer Dämpfungsmasse (74) gefüllt ist, wobei das Volumen des Hohlraumes (72) größer ist als das Volumen der Dämpfungsmasse (74), und daß die Dämpfungsmasse (74) aus einer Vielzahl von Einzelmassenkörpern (73) besteht.

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. Ein solches Druckregelventil ist beispielsweise aus der DE 41 32 816 A1 bekannt. Um bei derartigen Ventilen die Ankerbewegungen zu dämpfen, wird deren Ankerraum zumeist schon während der Montage mit Druckmittel (Öl) gefüllt. Derartige hydraulische bzw. viskose Dämpfungen der Anker- bzw. Ventilgliedbewegungen haben jedoch erhebliche Nachteile. Bei der Serienfertigung hydraulisch gedämpfter Elektromagnetventile kann eine für alle Ventile gleichbleibende Druckmittelbefüllung nur mit sehr großem Aufwand sichergestellt werden. Darüberhinaus sind erhebliche Maßnahmen zur Abdichtung des Ankerraumes erforderlich. Da bei der hydraulischen bzw. viskosen Dämpfung die Spalthöhe in sehr starkem Maße (in der dritten Potenz) die Dämpfung beeinflußt, führen bereits geringe Fertigungstoleranzen zu erheblichen Abweichungen von der Ventilkennlinie. Weiterhin sind derartige hydraulisch gedämpfte Elektromagnetventile in starkem Maße verschmutzungsempfindlich, da über einen notwendigen Volumen- oder Druckausgleich zum Ankerraum leicht verschmutztes Druckmittel eindringen kann. Das kann vor allem bei einer Verschmutzung mit ferromagnetischen Partikeln leicht zum Ausfall des Ventils führen. In besonders starkem Maße beeinflusst die hydraulische bzw. viskose Dämpfung die Ventilkennlinie aufgrund der sich stark ändernden Viskosität des Druckmittels bei schwankenden Temperaturen. Werden derartige Elektromagnetventile beispielsweise als Druckregelventile in Automatikgetrieben von Kraftfahrzeugen eingesetzt, liegt der übliche Betriebstemperaturbereich bei Temperaturen von 230 bis 420 Kelvin. Innerhalb dieses Temperaturbereiches verändert sich die Viskosität der dafür eingesetzten Druckmittel in erheblichem Maße. Die Viskosität des Druckmittels kann dabei bis zu einem Faktor 3000 veränderlich sein. Damit ist es nahezu ausgeschlossen, bei einem dortigen Elektromagnetventil eine auch nur annähernd konstante Ventilkennlinie und Dynamik zu ermöglichen.

Aus der DE 40 16 990 A1 ist ein Elektromagnetventil bekannt, bei dem ein mit Öl gefüllter Ankerraum zur Schwingungsdämpfung des Ankers verwandt wird. Vom Ankerraum führt eine Druckmittelverbindung zu zwei Ausgleichsräumen, von denen einer mit Luft gefüllt ist. Die zusätzliche Druckmittelverbindung macht einen nicht unerheblichen zusätzlichen Aufwand bei der Herstellung erforderlich.

Die US 3 198 996 beschreibt einen Elektromagneten, bei dem die Verwendung eines Kunststoffes als Dämpfungsmasse zur Stoßabsorption bei plötzlicher Abbremsung oder Beschleunigung einer Ankerplatte vorgeschlagen wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Elektromagnetventile derart weiterzubilden, dass mit einfachen Mitteln eine gute Dämpfung gegeben ist und gleichzeitig eine hohe Langlebigkeit, auch bei starken Schwingungsbelastungen, in Verbindung mit großen Temperaturunterschieden gewährleistet wird.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Elektromagnetventil, insbesondere Druckregelventil für Automatikgetriebe von Kraftfahrzeugen, mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches hat den Vorteil, daß mit einfachen Mitteln eine gute Dämpfung der Anker- bzw. Ventilgliedbewegungen ermöglicht wird. Das erfindungsgemäße Elektromagnetventil kommt ohne eine Olbefüllung des Ankerraumes aus und erreicht dadurch eine nahezu temperaturunabhängige Dämpfungskonstante. Die Abdichtung des Ankerraums des Magnetventils ist gegenüber einem druckmittelgefüllten Ankerraum wesentlich einfacher, da nur noch der Schutz vor dem Eindringen von Schmutzpartikeln ohne einen Volumen- bzw. Druckausgleich erforderlich ist. Ein derartiges Elektromagnetventil ist auch wesentlich weniger empfindlich gegenüber Toleranzen der Spaltbreiten an den beweglichen Elementen, da die Spalthöhe an diesen Stellen keinen Einfluß mehr auf die Dämpfung der Anker- bzw. Ventilbewegungen hat.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der die Dämpfungsmasse aufnehmende Hohlraum im Magnetanker bzw. in einem seiner Bauelemente ausgebildet ist, da dann eventuell auftretende Querbelastungen nicht auf das Ventilglied wirken, sondern über die Lagerung des Magnetankers aufgenommen werden können.

Um eine gute Führung der beweglichen Bauelemente zu gewährleisten und um Querbelastungen zu vermeiden, ist es vorteilhaft, wenn der Hohlraum zur Aufnahme der Dämpfungsmasse symmetrisch ausgebildet ist und seine Symmetrieachse auf der Symmetrieachse des Magnetankers bzw. Ventilgliedes liegt. Da diese Bauelemente in der Regel zylindrisch ausgebildet sind und ihre Symmetrieachse in der Längsachse des Elektromagnetventils liegt, ist eine zylindrische Ausbildung des Hohlraumes vorteilhaft.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Elektromagnetventils ist die Dämpfungsmasse aus einer Vielzahl von Einzelmassenkörpern aufgebaut, da dann über die bei Bewegungen auftretenden Reibungsverluste und Stoßverluste eine gute Dämpfung ermöglicht wird.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die die Dämpfungsmasse bildenden Einzelmassenkörper zumindestens teilweise aus einem Werkstoff bestehen, dessen Stoßzahl wesentlich kleiner als Eins ist. Damit nähern sich die bei der Bewegung erfolgenden Stoßvorgänge der einzelnen Massenkörper stark dem vollkommen unelastischen Stoß an, so daß eine gute Dämpfung ermöglicht wird. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Elektromagnetventils ist die Dämpfungsmasse eine Flüssigkeit, die eine möglichst hohe innere Reibung aufweist. Eine dafür geeignete Flüssigkeit wäre beispielsweise Quecksilber.

Um Querbelastungen bei der Bewegung des Magnetankers besser aufnehmen zu können bzw. von der Lagerung fernzuhalten, ist es vorteilhaft, wenn der Magnetanker als Flachanker ausgebildet ist und in am Gehäuse abgestützten Membranfedern geführt wird.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung.

Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung und Zeichnung näher erläutert. Letztere zeigt ein Elektromagnetventil im Längsschnitt.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Das Elektromagnetventil 10 hat ein etwa becherförmiges Magnetgehäuse 11, von dessen Boden 12 ein mittig angeordneter zylindrischer Magnetkern 13 ins Innere ragt. Um diesen Magnetkern 13 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 dargestellte Weise mit der Wicklung 15 kontaktiert sind.
Der Magnetkern 13 ist in Längsrichtung von einer Bohrung 20 durchdrungen, deren dem Boden 12 zugewandtes Ende als Gewindebohrung 20a ausgebildet und durch eine Einstellschraube 21 verschlossen ist. Diese ist zur Abdichtung mit einer nicht dargestellten Beschichtung versehen.
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 inneren Rand 29 eine mit Durchlässen versehene Membranfeder 30 an, deren äußerer Rand 31 auf einer Ringschulter 32 in der Wandung des Magnetgehäuses 11 mit Abstand zum Spulenkörper 14 anliegt. Die Membranfeder 30 wird an ihrem Außenrand 31 durch einen Flußleitring 34 gegen die Ringschulter 32 gedrückt. Der Innendurchmesser des F1ußleitringes ist größer als der Außendurchmesser des Ankers 23. Der innere Rand 29 der Membranfeder 30 ist zwischen dem oberen Kragen 27 des Ankers 23 und der flanschartigen Abschlußplatte 35 eines Trägerbolzens 36 eingeklemmt, der die Bohrung 24 durchdringt. Die Abschlußplatte 35 ragt bis in eine zylindrische Vertiefung 37, die in der freien Stirnseite des Magnetkerns 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 Abschlußplatte 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 Flußleitring 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 Befestigungsflansch 46 eines Ventilanschlußteils 47 gegen den Flußleitring 34 gedrückt. Das Ventilanschlußteil 47 wird durch Umbördeln des unteren, als Bördelrand 48 ausgebildeten, Abschnittes des Magnetgehäuses 11 fixiert und fest mit diesem verbunden.
Der Magnetkreis des Elektromagnetventils wird durch das die Magnetspule 15 aufnehmende Magnetgehäuse 10 mit dem Magnetkern 13 und dem F1ußleitring 34 sowie den beweglichen Bauelementen Anker 23 und Trägerbolzen 36 gebildet. Der scheibenförmige Anker 23 bildet zusammen mit dem Trägerbolzen 36 den Magnetanker des Magnetkreises, d.h. die beweglichen Bauelementes dieses Kreises. Die beweglichen Bauelemente und die feststehenden Bauelemente des Magnetkreises sind demzufolge aus magnetisch gut leitenden Werkstoffen hergestellt. Um magnetische Verluste zu vermeiden sind das Ventilanschlußteil 47 und die darin befindlichen Ventilbauelemente aus nicht magnetischen Werkstoffen gefertigt.
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 F1ußleitringes 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 Ventilanschlußteils 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 Durchmesser 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 Führungseinsatzes 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 durchdrungen, die mit einem nicht dargestellten Behälter verbunden ist, dessen 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 Verbraucherleitung 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 entspricht dem sich einstellenden Gleichgewicht aus der auf den Ventilstößel 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 Ventilstößel 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.
Im Betrieb führen der Anker 23 und der Trägerbolzen 36 entsprechend der elektrischen Sollwertvorgabe 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. Um die Bewegungen der beweglichen Elemente des Magnetkreises (Anker 23 und Trägerbolzen 36) sowie des Ventilgliedes 58 zu dämpfen, ist im Trägerbolzen eine Sackbohrung 70 ausgebildet, die von der dem Ventilstößel 58 zugewandten Stirnseite ausgeht und durch einen eingepreßten Verschlußstopfen 71 verschlossen ist. Die verschlossene Sackbohrung 70 bildet im Trägerbolzen 36 einen abgeschlossenen Hohlraum 72, der mit einer Vielzahl von einzelnen Massenkörpern 73 gefüllt ist, die zusammen eine Dämpfungsmasse 74 bilden. Der Hohlraum 72 ist nur teilweise mit den Einzelmassenkörpern 73 der Dämpfungsmasse 74 gefüllt, d.h. sein Volumen ist größer als das Volumen der Dämpfungsmasse, so daß bei einer Bewegung des Trägerbolzens 36 Verschiebungsbewegungen der Dämpfungsmasse 74 auftreten. Bei den Verschiebungsbewegungen der Einzelmassenkörper 73 treten Reibungsverluste und Stoßverluste auf, durch die Bewegungsenergie abgebaut wird. Die Bewegungen des Trägerbolzens 36 bzw. des Magnetankers werden demzufolge gedämpft. Die Dämpfung der Bewegungen des Magnetankers (Anker 23 und Trägerbolzen 36) bzw. des Ventilgliedes 58 werden besonders gut bedämpft, wenn die Stoßverluste bei Bewegungen und insbesondere Schwingungen möglichst groß sind. Dazu sollte die Stoßzahl der zusammenwirkenden Einzelmassenkörper 73 möglichst klein bezogen auf eine theoretische Stoßzahl von Eins sein. Eine Stoßzahl von Eins entspricht dabei dem theoretischen völlig elastischen Stoß, während die Stoßzahl Null die für den vollkommen unelastischen Stoß zugrundegelegte Maßzahl ist.
Durch geeignete Wahl von Form, Größe und Stoßzahl der Einzelmassenelemente 73 in Relation zum Volumen des Hohlraumes 72 und zur Masse der beweglichen Bauelemente läßt sich die Dämpfung des Elektromagnetventils abstimmen bzw. optimieren. Die Bestückung des Hohlraumes 72 mit festen Einzelmassenkörpern 73 hat dabei den Vorteil, daß die Dämpfung relativ unabhängig von der Temperatur und von Fertigungstoleranzen ist. Preisgünstig und einfach läßt sich die Dämpfungsmasse 74 beispielsweise aus Bleischrot bzw. Bleikugeln ausbilden.
Um Querbeanspruchungen bei der Bewegung des Ankers 23 bzw. Ventilgliedes 58 zu vermeiden, ist es sinnvoll, wenn die Bohrungsachse der Sackbohrung 70 auf der Längsachse des Elektromagnetventils bzw. auf der Längsachse des Trägerbolzens 36 bzw. des Ankers 23 liegt.
Es ist auch möglich, anstelle der Einzelmassenkörper 73 die Dämpfungsmasse 74 durch eine Flüssigkeit auszubilden. Diese Flüssigkeit sollte zur Erzielung eines guten Dämpfungsverhaltens eine möglichst hohe innere Reibung haben. Die Wahl der die Dämpfungsmasse 74 bildenden Flüssigkeit ist aber auch in erheblichem Maße vom Einsatztemperaturbereich des Elektromagnetventils abhängig. Bei den zuvor geschilderten Einsatztemperaturen eines als Druckregelventil in Automatikgetrieben eingesetzten Elektromagnetventils ist beispielsweise die Befüllung des Hohlraumes 72 mit Quecksilber möglich, wobei auch hier das durch das Quecksilber bzw. die Dämpfungsmasse 74 eingenommene Volumen kleiner ist als das Volumen des Hohlraumes 72.
Im Gegensatz zu dem hier dargestellten Verschlußstopfen 71 kann die Sackbohrung 70 auch durch eine eingepreßte Kugel oder andere Verschlußelemente verschlossen sein.
Die Ausbildung des Ventilgliedes ist nicht auf das hier beschriebene Ausführungsbeispiel eines Elektromagnetventiles mit einem durch Membranfedern geführten Flachanker beschränkt. Es ist ohne weiteres möglich, die Anordnung eines Hohlraumes mit Dämpfungsmasse auch in anderen Ventilbauarten vorzunehmen, beispielsweise bei Elektromagnetventilen mit gleitgelagertem Zylinderanker.

Claims

Elektromagnetventil, insbesondere Druckregelventil für Automatikgetriebe von Kraftfahrzeugen, mit einem Magnetgehäuse (11, 12, 13) zur Aufnahme einer Magnetspule (15) und einem beweglichen Magnetanker (23, 36), der mit einem beweglichen Ventilglied (58) zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eines der beweglichen Bauelemente (23, 36; 58) einen abgeschlossenen Hohlraum (72) hat, der mit einer Dämpfungsmasse (74) gefüllt ist, wobei das Volumen des Hohlraumes (72) größer ist als das Volumen der Dämpfungsmasse (74), und daß die Dämpfungsmasse (74) aus einer Vielzahl von Einzelmassenkörpern (73) besteht.
Elektromagnetventil, insbesondere Druckregelventil für Automatikgetriebe von Kraftfahrzeugen, mit einem Magnetgehäuse (11, 12, 13) zur Aufnahme einer Magnetspule (15) und einem beweglichen Magnetanker (23, 36), der mit einem beweglichen Ventilglied (58) zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eines der beweglichen Bauelemente (23, 36; 58) einen abgeschlossenen Hohlraum (72) hat, der mit einer Dämpfungsmasse (74) gefüllt ist, wobei das Volumen des Hohlraumes (72) größer ist als das Volumen der Dämpfungsmasse (74), und daß die Dämpfungsmasse (74) eine Flüssigkeit ist, die eine im Vergleich zu Wasser hohe innere Reibung hat.
Elektromagnetventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (72) in einem Bauelement (36) des Magnetankers (23, 36) ausgebildet ist.
Elektromagnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (72) symmetrisch ausgebildet ist, wobei seine Symmetrieachse auf der Symmetrieachse des Magnetankers (23, 36) liegt.
Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelmassenkörper (73) mindestens teilweise aus einem Werkstoff bestehen, dessen Stoßzahl sehr viel kleiner als eins, jedoch größer als Null ist.
Elektromagnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetanker (23, 36) ein Flachanker ist, der mit mindestens einer Membranfeder (30, 43) im Magnetgehäuse (11) geführt ist.