DE4426161C2 - Magnetventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Magnetventil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, wie es beispielsweise aus der DE 37 04 504 A1 bekanntgeworden ist. Dieses Magnetventil hat einen Anker, aus dessen Oberfläche ein als separates Bauteil ausgebildetes Ventilelement zur Druckmittelflußsteuerung herausragt. Die separate Fertigung von Anker und Ventilelement und das Verbinden der beiden Bauteile erfordert einen relativ hohen Fertigungsaufwand. Aus der US 4 524 948 ist es weiterhin bei einem nicht gattungsgemäßen Druckventil bekannt, einen Anker einteilig auszubilden und als Dichtelement für den Anker einen separaten Ring zu verwenden. Der für die Ventilfunktion erforderliche zusätzliche Ring erhöht somit ebenfalls den Fertigungsaufwand.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Magnetventil so weiterzubilden, daß der Fertigungsaufwand und die Herstellkosten des Ventilelements verringert werden. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Durch die in den Unteransprüchen aufgezeigten Merkmale ergeben sich vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Magnetventils.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein erstes Magnetventil im Längsschnitt,

Fig. 2 eine Abwandlung des Magnetventils im Bereich des Ankers,

Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Anker,

Fig. 4 eine Einzelheit eines zweiten Magnetventils und

Fig. 5 einen Querschnitt in der Ebene V-V der Fig. 4.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Ein 2/2-Magnetventil 10 hat einen becherförmigen Magnettopf 11 mit einem flanschförmig abstehenden Rand 12. Im Boden 13 des Magnettopfes 11 ist eine Ventilöffnung 14 ausgebildet. Die Ventilöffnung 14 ist zwischen einem Druckanschluß P und einem Rücklaufanschluß T angeordnet. Der Magnettopf 11 ist bevorzugt im Tiefziehverfahren hergestellt. Die Wanddicke des Magnettopfes 11 nimmt im Bereich des Bodens 13 zur Ventilöffnung 14 hin ab.

Mit der Ventilöffnung 14 des Magnettopfes 11 wirkt gleichzeitig ein als Ventilglied dienender Anker 15 zusammen. Der Anker 15 ist als einteiliges Stanzprägeteil ausgebildet und hat eine kreisförmige Querschnittsfläche mit einem eingeprägten, abgesenkten Mittelbereich 16. Der Mittelbereich 16 weist auf der der Ventilöffnung 14 zugewandten Seite ein Kugelsegment 17 auf, das zusammen mit der Ventilöffnung 14 einen Ventilsitz 18 bildet. Zwischen dem Boden 13 und der zugeordneten Unterseite des Ankers 15 ist ein Arbeitsluftspalt 19 ausgebildet.

In dem Anker 15 sind mehrere kreuz- oder sternförmig um das Kugelsegment 17 angeordnete Durchlässe 21 für das Druckmittel, z. B. durch Ausstanzen, ausgebildet. Die Ausbildung der Durchlässe 21 ist derart, daß deren Breite in Richtung zum äußeren Rand des Ankers 15 zunimmt.

Auf den Magnettopf 11 ist eine Spule 22 aufgeschoben. Die Spule 22 ist an der dem Rand 12 gegenüberliegenden Stirnseite von einer Ringscheibe 23 begrenzt, die eine abgesenkte Stufe 24 hat. Die Ringscheibe 23 umschließt den Magnettopf 11 im Bereich seines Bodens 13 mit Abstand, so daß ein Luftspalt 25 für den magnetischen Fluß ausgebildet ist. Die im Stanz-Biege-Verfahren hergestellte Ringscheibe 23 hat beispielsweise zwei von der Ringscheibe 23 zur Spule 22 hin rechtwinklig abgebogene Fortsätze 26, die die Spule 22 an ihrem Umfang über jeweils einen bestimmten Bereich umfassen. Die Fortsätze 26 liegen auf dem Rand 12 des Magnettopfes 11 auf oder greifen in entsprechende Aussparungen im Rand 12 des Magnettopfs 11 ein.

Der Verbund aus Magnettopf 11, Spule 22 und Ringscheibe 23 mit Fortsätzen 26 ist mit ein Gehäuse 28 bildenden Kunststoff umspritzt. Das Gehäuse 28 hat einen hülsenförmigen Abschnitt 29, der in das Innere des Magnettopfes 11 bis zu dessen Boden 13 ragt. An den Abschnitt 29 schließt sich ein den Rand 12 überdeckender Boden 31 an. An den Boden 31 ist eine Ringfläche 32 zur Abdichtung beispielsweise gegen eine nicht dargestellte Druckmittelleitung angespritzt. Der Boden 31 wiederum geht in einen im wesentlichen am Umfang der Spule 22 bzw. den Fortsätzen 26 angeordneten Gehäusemantel 33 über. An dem Gehäusemantel 33 ist ein Stecker 34 zur Aufnahme der elektrischen Kontaktierung der Spule 22 angeformt. Weiterhin geht von dem Gehäusemantel 33 im Bereich der Stufe 24 der Ringscheibe 23 eine kragenförmige Anschlagfläche 35 aus. Die Anschlagfläche 35, die auf der Stufe 24 der Ringscheibe 23 formschlüssig aufliegt, überragt die Stufe 24 in deren Höhe, so daß zwischen dem inneren Bereich der Ringscheibe 23 und der Unterseite des Ankers 15 ein Luftspalt 19a ausgebildet ist.

An die Anschlagfläche 35 sind parallel zum Gehäusemantel 33 mehrere, beispielsweise vier, in gleichmäßigem Winkelabstand angeordnete Rasthaken 37 zur Sicherung und Hubbegrenzung des Ankers 15 angeformt. Die Rasthaken 37 haben jeweils einen Anschlag 38, dessen Abstand von der Anschlagfläche 35 den Drosselspalt für das Druckmittel an der Ventilöffnung 14 bestimmt.

Alternativ zu den Rasthaken 37 kann entsprechend der Fig. 2 eine nichtmetallische, zum Beispiel mehreckige Abschlußscheibe 39 verwendet werden. Die Abschlußscheibe 39, die nicht dargestellte Durchlässe oder Kanäle für das Druckmittel hat, ist vorzugsweise durch Ultraschalleinbetten mit dem Gehäuse 28 verbunden. Dazu weist das Gehäuse 28 eine ringförmig ausgebildete Konsole 41 auf, auf der ein im Querschnitt dreiecksförmiger Anschlagring 42 angeordnet ist. Die Abschlußscheibe 39 schließt sich an den Anschlagring 42 an. Durch Plastifizieren von am Randbereich der Abschlußscheibe 39 angeformten Anprägungen 43 beim Ultraschalleinbetten wird die gewünschte Verbindung zwischen dem Gehäuse 28 und der Abschlußscheibe 39 hergestellt.

Das oben beschriebene Magnetventil 10 funktioniert wie folgt: im stromlosen Zustand, d. h. bei nicht stromdurchflossenem Spulendraht der Spule 22 wird der Anker 15 vom Druck des Druckmittels gegen die Anschläge 38 der Rasthaken 37 bzw. gegen die Abschlußscheibe 39 gedrückt. Dadurch kann das Druckmittel durch die Ventilöffnung 14 und die Durchlässe 21 des Ankers 15 zum Rücklaufanschluß T abfließen. Bei stromdurchflossenem Spulendraht wird der Anker 15 aufgrund des magnetisches Feldes mit seinem Kugelsegment 17 gegen die Ventilöffnung 14 gezogen und bildet den Ventilsitz 18, so daß kein Druckmittel durch die Ventilöffnung 14 zum Rücklaufanschluß T gelangt. Dabei ist die Dicke der Anschlagfläche 35 so zu bemessen, daß im Fall daß das Kugelsegment 17 im Ventilsitz 18 anliegt der Anker 15 gegen die Anschlagfläche 35 gepreßt wird und die Anschlagfläche 35 elastisch verformt. Anders ausgedrückt bedeutet das, daß bei lediglich lose auf der Anschlagfläche 35 aufsitzendem Anker 15 im Ventilsitz 18 ein Spalt vorhanden ist. Der (dichte) Ventilsitz 18 entsteht erst mittels die durch die Spule 22 verursachte magnetische Kraft, sobald die elastische Verformung der Anschlagfläche 35 überwunden ist. Da der Anker 15 mit seitlichem Spiel geführt ist, wird dieser infolge der Kippung mit einer zufälligen Vorzugsrichtung auf die Anschlagfläche 35 auftreffen. Dies hat insbesondere beim getakteten Betrieb des Magnetventils 10 den Vorteil, daß das Geräuschverhalten nicht allein durch die gewählte Materialpaarung verbessert wird, sondern auch dadurch, daß der Anker 15 zuerst einseitig gegen die Anschlagfläche 35 prallt, wodurch eine Dämpfung erzielt wird. Weiterhin wird das Geräuschverhalten durch die im Boden 13 des Magnettopfes 11 zur Ventilöffnung 14 hin abnehmende Wanddicke weiter verbessert, da dadurch ebenfalls ein elastisches Verhalten, d. h. ein dämpfendes Nachfedern erzeugt wird. Der Vorteil des verbesserten Geräuschverhaltens gilt ebenso, wenn der Anker 15 bei nicht durchflossenem Spulendraht gegen die Anschläge 38 der Rasthaken 37 bzw. die Abschlußscheibe 39 prallt, da diese ebenfalls aus Kunststoff bestehen. Vorteilhaft für das Geräuschverhalten ist es außerdem, wenn die Öffnungen 21 in dem Anker 15 ein möglichst großes Längen/Breitenverhältnis aufweisen, so daß lange Federarme zwischen den Öffnungen 21 entstehen.

Zusätzlich zum verbesserten Geräuschverhalten wird durch die Kunststoff/Metall-Paarung zwischen dem Anker 15 und der Anschlagfläche 35 auch das Verschleißverhalten des Ventilsitzes 18 günstig beeinflußt. Dies geschieht deshalb, weil beim Aufprall des Ankers 15 auf die Anschlagfläche 35 ein großer Teil der Energie absorbiert wird, da sich die Anschlagfläche 35 durch ihren niedrigeren E-Modul im Vergleich zu einer metallischen Anschlagfläche elastisch verformen kann. Erst nachdem diese Energie durch die Anschlagfläche 35 absorbiert wurde, trifft das Kugelsegment 17 auf den Ventilsitz 18 auf. Aus diesem Grund kann zumindest beim Einsatz des Magnetventils 10 als Ein/Aus- Schaltventil auf eine Härtung des Ankers 15 und insbesondere des Bereichs des Kugelsegments 17 verzichtet werden. Die Anordnung der Anschlagfläche 35 in dem Absatz 24 hat darüberhinaus zur Folge, daß bei erhöhter Beanspruchung ein Teil des Kunststoffes der Anschlagfläche 35 in den Arbeitsluftspalt 19a verdrängt werden kann. Dadurch wird die Anschlagfläche 35 zusätzlich vergrößert und ein sogenanntes Fail-Safe-Verhalten erzielt. Zum verbesserten Verschleißverhalten des Ventilsitzes 18 trägt auch der wanddickenreduzierte Bereich im Boden 13 nahe der Ventilöffnung 14 wesentlich bei, der im geringen Umfang ein elastisches Verhalten beim Aufprall des Kugelsegments 17 auf den Ventilsitz 18 ermöglicht.

Beim Betrieb des Magnetventils 10 mit hohen Schaltspielzahlen, wie sie insbesondere im Pulsweitenmodulationsbetrieb auftreten, kann sich die bei Flachankern übliche Kipp- und Mahlbewegung ungünstig auf den Sitzverschleiß des Dichtsitzes 18 auswirken. Daher wird entsprechend der Fig. 4 vorgeschlagen, im Kugelsegment 17a des Ankers 15a eine Bohrung 44 vorzusehen, in der ein dünner zylindrischer Stift 45 fest, zum Beispiel durch Einpressen, angeordnet ist. Der Stift 45 wird mittels mehrerer, zum Beispiel dreier, im hülsenförmigen Abschnitt 29a angeformten Stegen 46 geführt, die den Stift 45 konzentrisch umfassen. Bei einer derartigen Ausbildung wird der Sitzverschleiß des Ventilsitzes 18a auch bei hohen Schaltspielzahlen verringert. Zur zusätzlichen Verringerung des Verschleißes kann die Dichtfläche des Ankers 15a im Bereich des Kugelsegments 17a partiell gehärtet werden. Um den durch den Stift 45 verursachten geringeren Durchflußquerschnitt im Vergleich zur Öffnung 14 auszugleichen, ist die Öffnung 14a entsprechend größer auszubilden, so daß sich gleiche Öffnungsquerschnitte ergeben.

Ergänzend wird darauf hingewiesen, daß die erfindungsgemäße Ausbildung des Magnetventils 10 nicht auf ein 2/2-Magnetventil beschränkt ist, sondern sich auch entsprechend auf andere Magnetventilbauarten und -ausführungen übertragen läßt.

Claims (8)

1. Magnetventil (10) mit einem in einem Ventilgehäuse (28) angeordneten und mit einer Spule (22) zusammenwirkenden Anker (15, 15a), der ein aus dessen Oberfläche herausragendes Verschlußelement (17, 17a) zur Druckmittelflußsteuerung trägt, und mit einer in einem Magnettopf (11) ausgebildeten Durchflußöffnung (14, 14a), an der eine Ventilsitz (18, 18a) für das Verschlußelement (17, 17a) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (15, 15a) zusammen mit dem als Dichtelement wirkenden Verschlußelement (17, 17a) als einteiliges Stanzprägeteil ausgebildet ist.

2. Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wanddicke in dem Magnettopf (11) in Richtung zur Ventilöffnung (14, 14a) abnimmt.

3. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnettopf (11) ein Tiefziehteil ist.

4. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Anker (15, 15a) auf der dem Ventilsitz (18, 18a) zugewandten Seite eine aus Kunststoff bestehende, elastische Anschlagfläche (35) zugeordnet ist.

5. Magnetventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlagfläche (35) so angeordnet ist, daß bei von der Ventilöffnung (14, 14a) abgehobenem Verschlußelement (17, 17a) zwischen dem Anker (15, 15a) und der Anschlagfläche (35) ein geringerer Abstand herrscht als zwischen der Durchflußöffnung (14, 14a) und dem Verschlußelement (17, 17a) im Bereich des Ventilsitzes (18, 18a).

6. Magnetventil nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlagfläche (35) auf einer Ringscheibe (23) angeordnet ist, die im Bereich der Anschlagfläche (35) einen ringförmigen, dickenreduzierten Bereich (24) hat.

7. Magnetventil nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Anker (15, 15a) auf der der Ventilöffnung (14, 14a) gegenüberliegenden Seite eine zweite Anschlagfläche (38, 39) zugeordnet ist, die gleichzeitig eine Verliersicherung für den Anker (15, 15a) darstellt.

8. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Anker (15, 15a) Öffnungen (21) für den Druckmitteldurchlaß ausgebildet sind, die eine längliche Form haben, wobei deren Breite in Richtung zum äußeren Rand des Ankers (15, 15a) zunimmt.