DE4401747A1 - Elektromagnetventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Elektromagnetventil nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiges Elektromagnetventil, das auf dem Markt erhältlich ist, ist ein direkt gesteuertes 2/2-Ventil, das im betriebslosen, d. h. stromlosen Zustand geschlossen ist.

Der prinzipielle Nachteil von direkt gesteuerten Elek­ tromagnetventilen ist der kleine Ankerhub, so daß bei großen Durchsätzen entsprechend große Querschnitte am Dichtbereich nötig sind, um die Drosselwirkung der Öffnungsspalte klein zu halten. Daraus ergeben sich große äußere Abmessungen und ein entsprechendes Gewicht, so daß Elektromagnetventile für viele Anwendungsfälle nicht mehr einsetzbar sind.

Das gilt insbesondere für die Verwendung eines derarti­ gen Ventils in der Luftversorgung eines Kraftfahrzeugmotors. Bei dieser Anwendung kommt die zugeführte Luft vom Luftfil­ ter des Motors und geht die abgeführte Luft in das Ansaug­ rohr des Motors, um die Drosselklappe während der Startphase zu umgehen. Sobald der Motor angelassen wird, wird er über das Ventil mit Luft versorgt.

Ein Elektromagnetventil, das für diesen Anwendungszweck geeignet ist, muß für Luftdurchsatzmengen von bis zu 60 m³/Std. bei -0,8 bar Druck ausgelegt sein und bis -0,2 bar öffnen und im Bereich von 0 bis 0,8 bar schließen. Es muß insbesondere geringe Abmessungen und ein möglichst kleines Gewicht haben sowie kostengünstig herzustellen sein. Dabei soll die zulässige Leckrate nur bei 1% der Durchsatzmenge liegen und muß der Temperaturbereich von -40 bis +140°C abgedeckt werden. Es ist bevorzugt, daß die Einschaltzeit bei maximal 30 s liegt.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher darin, ein Elektromagnetventil nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, das bei hohen Luftdurch­ satzmengen leicht und kompakt ausgebildet werden kann und dennoch eine geringe Drosselwirkung zeigt.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Aus­ bildung gelöst, die im kennzeichnenden Teil des Patentan­ spruchs 1 angegeben ist.

Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung ist somit dafür gesorgt, daß beim Öffnen des Ventiles mehrere Verbindungs­ hohlräume parallel zueinander geöffnet werden, so daß der Durchtrittsquerschnitt für die Luft immer mindestens so groß wie die Öffnung für die Zu- und Abluft ist. Auf diese Weise tritt bei dem erfindungsgemäßen Elektromagnetventil nahezu keine Drosselwirkung auf.

Besonders bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildun­ gen des erfindungsgemäßen Elektromagnetventils sind Gegen­ stand der Patentansprüche 2 und 3.

Wenn insbesondere die Hohlräume konzentrisch zur Mag­ netkopfachse angeordnet sind, lassen sich die äußeren Ab­ messungen des erfindungsgemäßen Elektromagnetventiles so klein wie möglich halten.

Durch die Ausbildung des Gehäuses und evtl. auch der Ventilplatte aus einem thermoplastischen. Material ist es möglich, durch Einbringen heißer Luft in das Ventil und mehrmaliges Betätigen des Ventils die Dichtstellen zu erwei­ chen und aneinander anzugleichen, so daß Leckspalte redu­ ziert werden und damit die Leckrate im geforderten Bereich bleibt. Die dabei vorgesehenen Zentrier- und Führungsansätze dienen dazu, eine relative Verdrehung des Gehäuses und der Ventilplatte zu verhindern, damit die angepaßten Dichtstel­ len immer aufeinandertreffen.

Im folgenden wird anhand der zugehörigen Zeichnung ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine Schnittansicht des Elektromagnetventils im geschlossenen Zustand,

Fig. 2 eine Schnittansicht des Elektromagnetventils im geöffneten Zustand, wobei die Luftströmungswege durch Pfeile dargestellt sind, und

Fig. 3 eine Schnittansicht längs der Ebene A-B in Fig. 1.

Das in Fig. 1 dargestellte Elektromagnetventil besteht üblicherweise aus einem Magnetkopf 1 mit einem Anker 2, an dem eine Ventilplatte 3a befestigt ist. Der Magnetkopf 1 ist an eine metallische Platte angebördelt, die in ein Gehäuse 5, vorzugsweise aus einem thermoplastischen Material, einge­ setzt und beispielsweise durch Warmverstemmen oder Ultra­ schweißen damit dicht verbunden ist.

Das Gehäuse 5 weist einen Lufteinlaß 6 und einen Luft­ auslaß 7 auf, die an das Gehäuse 5 angeformt sind.

Das Gehäuse 5 kann spritztechnisch optimiert werden und besteht vorzugsweise aus einem schlagzähen thermoplastischen Werkstoff, der chemisch, mechanisch und thermisch die Anfor­ derungen erfüllt, die an ein Ventil zu stellen sind, das im Motorraum eines Kraftfahrzeuges anzuordnen ist.

Das Gehäuse 5 ist so ausgebildet, daß der Lufteinlaß 6 nicht direkt mit dem Lufteinlaß 7, sondern indirekt über Gehäusehohlräume 8a und 9a verbunden ist, wobei die Gehäuse­ hohlräume 8a mit großem Durchtrittsquerschnitt mit dem Luft­ einlaß 6 verbunden sind, während die restlichen Gehäusehohl­ räume 9a mit dem Luftauslaß 7 verbunden sind.

Die Gehäusehohlräume 8a und 9a stehen ihrerseits über Spalte 10a in Verbindung, die von der Ventilplatte 3 im entregten Zustand des Magnetkopfes 1 dicht verschlossen sind.

Wenn die Ventilplatte 3 bei einer Erregung des Magnet­ kopfes, d. h. bei seiner Stromversorgung über den Anker 2 des Magnetkopfes 1 vom Gehäuse 5 abgehoben wird, wird eine Ver­ bindung zwischen den Gehäusehohlräumen 8a und 9a herge­ stellt, so daß die Luft vom Lufteinlaß 6 über die Spalte 10a gleichzeitig und parallel in der Summe durch die Spaltquer­ schnitte geht. Zu diesem Zweck sind in der dargestellten Weise die Gehäusehohlräume 8a und 9a parallel zueinander und vorzugsweise konzentrisch zur Achse des Magnetkopfes 1, d. h. zur Ankerachse, angeordnet. Die Querschnitte sind so ge­ wählt, daß die Gesamtdurchtrittsquerschnittsfläche der Hohl­ räume 8a, 9a wenigstens gleich der Durchtrittsquer­ schnittsfläche des Lufteinlasses 6 oder des Luftauslasses 7 ist. Auf diese Weise wird eine minimale Drosselwirkung im Ventil erreicht.

Bei einer konzentrischen Anordnung der Gehäusehohlräume 8a und 9a ergibt sich eine stark reduzierte Gehäuseabmessung und somit letztendlich in Verbindung mit einem entsprechen­ den Gehäusewerkstoff geringer Dichte ein geringes Gewicht.

Wenn das Gehäuse 5 und vorzugsweise auch die Ventilplatte 3a aus einem thermoplastischen Material bestehen, dann ist es möglich, durch Einbringen von ausreichend heißer Luft in das Ventil die Oberflächen an den Dichtstellen 11a, an denen die Ventilplatte 3a im geschlossenen Zustand des Ventiles am Gehäuse 5 anliegt, zu erweichen und durch mehr­ malige Ventilbetätigung aneinander anzugleichen. Leckspalte werden dadurch reduziert. Um sicherzustellen, daß die in dieser Weise angepaßten Dichtflächen immer aufeinander tref­ fen, ist eine relative Verdrehung des Gehäuses 5 und der Ventilplatte 3 dadurch verhindert, daß in der in Fig. 3 dargestellten Weise Zentrier- und Führungsansätze 12a am Umfang der Ventilplatte 3a vorgesehen sind, die in Gegen­ nuten im Gehäuse 5 eingreifen.

Das Gehäuse kann statt aus einem thermoplastischen Material auch als Metallguß, wie beispielsweise Zinkdruck­ guß, Aluminiumguß, Messingguß oder Rotguß ausgebildet sein, wenn das für höhere Drücke erforderlich ist.

Das oben beschriebene Elektromagnetventil ist als Öffner ausgebildet, das im stromlosen Zustand den Luftdurchfluß sperrt. Dabei liegt die Ventilplatte 3a an den insbesondere konzentrisch ausgebildeten Dichtstellen 11a abdichtend an.

Wird der Magnetkopf 1 erregt, d. h. mit Strom versorgt, dann wird ein Magnetfeld induziert, durch das der Anker 2 mit der Ventilplatte 3a, d. h. der Magnetkolben 3b, in Rich­ tung der Spulenmitte um einen Hub von beispielsweise 1 mm angezogen und von den Dichtflächen 11a abgehoben wird. In dieser Weise wird das Ventil geöffnet.

Wie es in Fig. 2 dargestellt ist, strömt dann die Luft vom Lufteinlaß 6 über wenigstens zwei Wege in den Luftauslaß 7.

Der erste Weg führt vom Lufteinlaß 6 über einen in Form eines mittleren Ringkanals ausgebildeten Hohlraum 8a und über eine Dichtfläche 11a in einen als innere Bohrung ausge­ bildeten Hohlraum 9a, der mit dem Luftauslaß 7 verbunden ist, an dem die Luft austritt. Der zweite Weg führt vom mittleren Ringkanal 8a durch Aussparungen 4a in der Ventil­ platte 3a in einen Kolbenraum 13 und vom Kolbenraum 13 durch einen als äußeren Ringkanal ausgebildeten Hohlraum 9a über Dichtflächen oder Dichtkanten 11a in den Luftauslaß 7.

Bei einem derartigen Verlauf der Strömungswege kann keinerlei Drosselwirkung entstehen.

Wenn der Magnetkopf 1 entregt wird, bricht das Magnet­ feld zusammen, so daß sich der Magnetkolben 3b aufgrund einer am Magnetkolben 3b liegenden Vorspannung in die Schließstellung zurückbewegt, in der die Ventilplatte 3a die Verbindung zwischen den Hohlräumen 8a und 9a, d. h. zwischen dem Lufteinlaß 6 und dem Luftauslaß 7 schließt.

Die Form der Hohlräume 8a und 9a und der Querschnitte muß nicht kreisrund sein, es sind auch andere Formen denk­ bar.

Die Aussparungen oder Durchtrittsöffnungen 4a können an der Ventilplatte 3a so angeordnet sein, daß nur der mittlere Ringkanal 8a im geschlossenen Zustand des Ventiles abgedeckt ist und die mittlere Bohrung sowie der äußere Ringkanal im geschlossenen Zustand geöffnet sind. Es muß lediglich eine Unterbrechung des Durchflusses im unbetätigten Zustand ge­ währleistet sein.

Die erfindungsgemäße Ausbildung ermöglicht es weiter­ hin, übliche bereits entwickelte Magnetköpfe zu verwenden und läßt einen automatisierungsgerechten Aufbau zu.

Claims (3)

1. Elektromagnetventil mit einem Gehäuse, das einen Lufteinlaß und einen Luftauslaß aufweist, und einem Magnet­ kopf, der mit dem Gehäuse verbunden ist und an dessen Anker eine Ventilplatte angebracht ist, wobei der Lufteinlaß und der Luftauslaß über eine Verbindungshohlraumeinrichtung im Gehäuse verbunden sind, die durch die Ventilplatte in Ab­ hängigkeit vom erregten oder entregten Zustand des Magnet­ kopfes geöffnet oder geschlossen ist, dadurch gekennzeich­ net, daß die Verbindungshohlraumeinrichtung aus mehreren parallel zueinander geschalteten Hohlräumen (8a, 9a) be­ steht, deren Gesamtdurchtrittsquerschnittsfläche wenigstens gleich der Durchtrittsquerschnittsfläche des Lufteinlasses (6) oder des Luftauslasses (7) ist.

2. Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Hohlräume (8a, 9a) konzentrisch zur Ma­ gnetkopfachse verlaufen.

3. Elektromagnetventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (5) und/oder die Ventilplat­ te (3a) aus einem thermoplastischen Material bestehen und am Umfang der Ventilplatte (3a) Zentrier- oder Führungsansätze (12a) vorgesehen sind, die in Gegennuten im Gehäuse (5) eingreifen.