DE4431459C2 - Elektromagnetventil und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Elektromagnetventil nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 wie beispielsweise aus der DE 41 11 987 A1 bekannt. Derartige, beispielsweise in Automatikgetrieben von Kraftfahrzeugen verwendete Elektromagnetventile haben einen von einer Magnetspule umfaßten Magnetkern, an den sich ein als Drehteil ausgebildetes Anschlußelement anschließt. In dem Anschlußelement sind ein Ventilsitz sowie Kanäle und Anschlüsse für das Druckmittel ausgebildet. Auf der dem Ventilsitz gegenüberliegenden Seite des Magnetkerns ist ein Anker angeordnet, der mit einem den Magnetkern durchdringenden und auf den Ventilsitz einwirkenden Stößel verbunden ist. Der Stößel ist in einem im Magnetkern angeordneten Lager geführt. Ferner ist der Stößel in dem Anker in einem Loch auf Anschlag eingepresst. Da für eine genaue Kennlinie des Elektromagnetventils der Abstand zwischen dem Arbeitsluftspalt und dem Ventilsitz sowie der Abstand zwischen der dem Ventilsitz zugewandten Ankerunterseite und dem Ventilsitz maßgeblich ist, müssen sowohl die Länge des Stößels als auch die Länge des Anschlußelements sehr genau und damit aufwendig spanend hergestellt werden. Weiterhin ist das den Stößel führende Lager relativ nahe am Arbeitsluftspalt angeordnet, was die Ablagerung von ferrogmagnetischen Schmutzpartikeln im Arbeitsluftspalt begünstigt. Dadurch verschlechtert sich die Genauigkeit der Kennlinie des Elektromagnetventils während dessen Lebensdauer. Bei einem aus der DE 41 11 987 A1 bekannten Elektromagnetventil wird ein Anschlußteil in einem separaten Herstellungsprozeß gefertigt, das dann zusammen mit einem Polelement mittels einer Umspritzung fixiert wird. Da das Anschlußteil beim Anlegen an das Polelement bereits fertig ausgebildet ist, ist der Abstand zwischen dem Arbeitsluftspalt und dem Ventilsitz des Elektromagnetventils sowohl mit der Längentoleranz des Polelements als auch mit der Längentoleranz des Anschlußteils behaftet. Um die Genauigkeit des Abstands zwischen dem Arbeitsluftspalt und dem Ventilsitz zu gewährleisten ist deshalb eine genaue und somit aufwendige Fertigung von Polelement und Anschlußteil notwendig. Auch bei einem aus der DE 38 23 569 C2 bekannten Elektromagnetventil ist der Abstand zwischen einem Anker und einem Ventilsitz von der Genauigkeit zweier Gehäuseteile abhängig, so daß auch dort eine genaue Fertigung der Gehäuseteile erforderlich ist. Weiterhin ist bei einem aus der DE 39 25 794 A1 bekannten Elektromagnetventil offenbart, daß der entsprechende Abstand abhängig von der Genauigkeit einer Distanzscheibe sowie eines aus Metall bestehenden Ventilanschlußelements ist, das durch Umbördeln mit dem Gehäuse mit dem Magnetventil verbunden ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, den als Funktionsmaß maßgebenden Abstand zwischen dem Arbeitsluftspalt und dem Ventilsitz kostengünstig und mit hoher Genauigkeit herzustellen. Diese Aufgabe wird mit einem Elektromagnetventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst. Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Besonders vorteilhaft ist, daß der Abstand zwischen crem Arbeitsluftspalt und dem den Stößel führenden Lager relativ groß ist, so daß die Ablagerung von ferromagnetischen Schmutzpartikeln im Arbeitsluftspalt verringert, und somit die Langzeitgenauigkeit der Kennlinie erhöht wird.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein Elektromagnetventil im Längsschnitt,

Fig. 2 eine Prinzipskizze zur Verdeutlichung der Herstellung des Elektromagnetventils und

Fig. 3 einen Teil eines abgewandelten Elektromagnetventils nach Fig. 1 im Längsschnitt.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Ein Elektromagnetventil 10, das beispielsweise als Druckbegrenzungs- bzw. Überdruckventil in Automatikgetrieben von Kraftfahrzeugen eingesetzt ist, hat ein im wesentlichen hülsenförmiges Magnetgehäuse 11. Im Innenraum 12 des Magnetgehäuses 11 ist eine Magnetspule 13 angeordnet. Die Magnetspule 13 umfaßt einen ebenfalls im wesentlichen hülsenförmigen Magnetkern 14. Der Magnetkern 14 hat eine zylindrische Vertiefung 15, deren Grund 16 als Anschlagfläche für einen Anker 17 dient. Der Anker 17 hat einen zylindrischen Fortsatz 18, der in die Vertiefung 15 des Magnetkerns 14 ragt. Zwischen der Unterseite 19 des Fortsatzes 18 bzw. des Ankers 17 ist ein Arbeitsluftspalt 21 für den Magnetkreis ausgebildet.

An der dem Fortsatz 18 gegenüberliegenden Oberseite 22 des Ankers 17 ist eine ringförmige Erhöhung 23 ausgebildet. Die Erhöhung 23 ist mit einer Membranfeder 24 verbunden, die parallel und mit Abstand von der Oberseite 22 des Ankers 17 angeordnet ist. Die Membranfeder 24 ist in eine im Magnetgehäuse 11 ausgebildete Ringnut 26 eingepaßt, in die auch ein das Magnetgehäuse 11 dichtend verschließender und als Tiefziehteil ausgebildeter Ventildeckel 28 eingreift.

Der Ventildeckel 28 hat einen hülsenförmigen Fortsatz 29, in dem eine Einstellkugel 31 eingestemmt ist. Die Einstellkugel 31 wirkt auf eine Schraubenfeder 32, die in einer in dem Anker 17 ausgebildeten Vertiefung 33 aufliegt. Einstellkugel 31 und Schraubenfeder 32 dienen der Grundjustierung des Ankers 17, um Fertigungstoleranzen des Magnetkreises auszugleichen.

Im Anker 17 ist eine Bohrung 34 ausgebildet, in der ein Stößel 35 eingepreßt ist. Stößel 35, Schraubenfeder 32 und Einstellkugel 31 sind alle auf einer gemeinsamen Symmetrieachse 37 des Ankers 17 angeordnet. Der Stößel 35 ist ein einfacher Paßstift, wie er als Standardmaschinenelement Verwendung findet. Der Stößel 35, der, wie später noch näher erläutert wird, einen möglichst geringen Durchmesser d hat, ist in einem im Magnetkern 14 angeordneten Gleitlager 38 geführt. Das Gleitlager 38 befindet sich in der unteren Hälfte des Magnetkerns 14, d. h. in einem möglichst großen Abstand vom Arbeitsluftspalt 21. Vorteilhafterweise ist der Abstand zwischen dem Arbeitsluftspalt 21 und dem Gleitlager 38 so groß zu wählen, daß die Führung des unteren Bereichs 41 des Stößels 35 gerade noch sichergestellt ist.

Zwischen dem Arbeitsluftspalt 21 und dem Gleitlager 38 ist ein Ankerraum 39 ausgebildet. Der Stößel 35 wirkt auf eine Ventilkugel 42 ein, die in einem unterhalb des Gleitlagers 38 ausgebildeten Ventilraum 43 angeordnet ist, und die mit einem in einem Anschlußelement 45 ausgebildeten Ventilsitz 46 zusammenwirkt. Vom Ventilsitz 46 geht in Ausrichtung mit der Symmetrieachse 37 ein im Anschlußelement 45 ausgebildeter Druckmittelkanal 48 aus, der unter Zwischenschaltung einer Blende 47 in Verbindung mit einer Pumpe P steht. Rechtwinklig und oberhalb des Druckmittelkanals 48 bzw. des Ventilsitzes 46 ist ein Rücklaufkanal 49 im Anschlußelement 45 ausgebildet, der in den Ventilraum 43 mündet. Im Ausführungsbeispiel sind der Rücklaufkanal 49 und der Druckmittelkanal 48 zylindrisch ausgebildet, je nach Anwendungsfall können jedoch auch andere Kanalformen, wie z. B. kegelstumpfförmige Rücklauf- 49 und Druckmittelkanäle 48 vorteilhaft sein.

Die Ventilkugel 42 ist in einem in dem Anschlußelement 45 integral ausgebildeten Kugelkäfig 51 geführt. Dieser hat zumindest in Richtung zum Rücklaufkanal 49 hin Öffnungen 52 für das Druckmittel.

Das aus Kunststoff bestehende Anschlußelement 45 läßt sich auf folgende Weise herstellen, wie in Fig. 2 vereinfacht dargestellt:

In ein entsprechend geformtes, nicht dargestelltes Spritzwerkzeug werden das Magnetgehäuse 11, die Magnetspule 13 und der Magnetkern 14 eingelegt. Dann fahren drei Werkzeugstempel 53, 54, 55 in das Spritzwerkzeug. Der Werkzeugstempel 53 dient als Abschluß für den Boden 57 des Elektromagnetventils 10 und hat einen Fortsatz 58 entsprechend der gewünschten Form des Druckmittelkanals 48. Der Werkzeugstempel 54 bildet den Rücklaufkanal 49 aus. Der mehrfach abgestufte Werkzeugstempel 55 füllt den Innenraum 12 des Magnetgehäuses 11 im Bereich des Ankers 17 und der Vertiefung 15 des Magnetkerns 14 vollständig aus, und ragt mit einem im wesentlichen zylindrischen Fortsatz 59 in den Innenraum des Magnetkerns 14. Die Werkzeugstempel 53 und 55 berühren sich in Höhe des Ventilsitzes 46, wobei dieser vom Übergang 61 zwischen den beiden Stempeln 53 und 55 geformt wird. In das so vorbereitete Stempelwerkzeug wird nun Kunststoff eingespritzt, der dabei das Anschlußelement 45 in gewünschter Weise formt. Gleichzeitig werden durch den Kunststoff der Zwischenraum 63 zwischen der Außenseite der Magnetspule 13 und der Innenseite des Magnetgehäuses 11 ausgefüllt sowie ein Anschlußstecker 64 angeformt, in dem Anschlußfahnen 65 für die Magnetspule 13 angeordnet sind.

Aus dem oben beschriebenen Herstellungsverfahren ergibt sich, daß der für die Funktion des Elektromagnetventils 10 bzw. die Genauigkeit der Kennlinie verantwortliche Abstand a zwischen dem Grund 16 der Vertiefung 15 und dem Ventilsitz 46 bzw. dem Übergang 61 lediglich von der Maßgenauigkeit des Fortsatzes 59 des Werkzeugstempels 55 abhängig ist. Das heißt insbesondere, daß unabhängig von der Längengenauigkeit des Magnetkerns 14 durch das aus Kunststoff bestehende Anschlußelement 45 stets derselbe Abstand a ausgebildet ist.

Nachdem das Anschlußelement 45 hergestellt bzw. angespritzt ist, können die restlichen Teile des Elektromagnetventils 10 montiert bzw. eingesetzt werden. Wesentlich dabei ist, daß der in der Fig. 2 dargestellte Abstand b zwischen der Unterseite 19 des angedeuteten Ankers 17 und dem Ventilsitz 46 bzw. dem Übergang 61, der ebenfalls für die Funktion bzw. Genauigkeit der Kennlinie des Elektromagnetventils 10 wesentlich ist, durch entsprechend tiefes Einpressen des Stößels 35 in den Anker 17 einstellbar ist. Die Einpreßtiefen unterscheiden sich von einem zum anderen Stößel 35 dabei minimal, da es sich sowohl beim Stößel 35 als auch bei der Ventilkugel 42 um preiswert herstellbare Massenteile hoher Genauigkeit handelt.

Das als Überdruck- bzw. Druckbegrenzungsventil dienende Elektromagnetventil 10 funktioniert wie folgt:

Sobald in dem Druckmittelkanal 48 ein durch das Elektromagnetventil 10 eingestellter Systemdruck überschritten ist, hebt die Ventilkugel 42 vom Ventilsitz 46 ab und gibt den Weg für das Druckmittel über den Rücklaufkanal 49 zum Tank T frei, wodurch der Systemdruck in gewünschter Weise begrenzt wird. Der Systemdruck wird durch eine entsprechende Ansteuerung bzw. Bestromung der Magnetspule 13 eingestellt. Dabei ist die Ansteuerung derart, daß bei steigender Bestromung der Anker 17 mit dem Stößel 35 und der Ventilkugel 42 immer stärker gegen den Ventilsitz 46 gedrückt, d. h. die Federkraft der Schraubenfeder 32 in Richtung zum Ventilsitz 46 hin verstärkt wird.

Die Genauigkeit der Kennlinie eines derartigen Elektromagnetventils 10 während seiner Lebensdauer hängt wesentlich davon ab, wieviele durch das Druckmittel eingeschwemmte ferromagnetische Partikel sich im Arbeitsluftspalt 21 als Ort höchster magnetischer Feldstärke ablagern. Diese Ablagerung ist zum einen abhängig von der Menge an Druckmittel, die bei jedem Hub des Stößels 35 mit der Umgebung ausgetauscht wird, und zum anderen von dem Abstand des Gleitlagers 38 vom Arbeitsluftspalt 21. Das Druckmittelaustauschvolumen wird beim Elektromagnetventil 10 dadurch reduziert, daß bei gegebenem Hub der Durchmesser d des Stößels 35 möglichst gering gewählt ist, d. h., daß das pro Hub ausgetauschte Druckmittelvolumen Hub . d/4 . π minimiert ist. Zum anderen wird durch die Anordnung des Gleitlagers 38 in der der Ventilkugel 42 zugewandten Hälfte des Magnetkerns 14 ein möglichst großer Ankerraum 39, und somit ein großer Abstand zwischen dem Gleitlager 28 und dem Arbeitsluftspalt 21 geschaffen. Somit lagern sich durch das Gleitlager 28 in den Ankerraum 39 eingeschwemmte ferromagnetische Partikel bevorzugt am Gleitlager 28 ab.

Ergänzend wird darauf hingewiesen, daß die Ablagerung von ferromagnetischen Partikeln an der Ventilkugel 42 verringert werden kann, indem diese z. B. verkupfert oder verzinkt wird, oder eine Edelstahl- bzw. Glaskugel verwendet wird.

Aus der Konstruktion bzw. Herstellung des Elektromagnetventils 10 ergibt sich, daß die für die Kennlinie maßgeblichen Funktionsmaße a und b mit geringem Aufwand sehr genau hergestellt bzw. eingestellt werden können. Für viele Anwendungsfälle ist deshalb die zusätzliche Einstellmöglichkeit der Vorspannung der Schraubenfeder 32 mittels der Einstellkugel 31 nicht notwendig. Anstelle der Einstellkugel 31 kann selbstverständlich auch eine entsprechend ausgebildete Einstellschraube angeordnet sein. In dem Fall, in dem keine umfangreiche Einstellmöglichkeit notwendig ist genügt es, wie in der Fig. 3 dargestellt, einen unmagnetischen Ventildeckel 28a derart auszubilden, daß dessen Unterseite 66 in einem ringförmigen Bereich 67 des Ankers 17a plan aufliegt. Selbst in diesem Fall ist jedoch ein gewisser Abgleich möglich, indem die Oberseite 68 des Ventildeckels 28a eingedellt bzw. eingedrückt werden kann, wodurch der Anker 17a mit Stößel 35 in Richtung des Ventilsitzes 46 hin verschoben wird.

Zusätzlich wird darauf hingewiesen, daß anstelle der als Ventilglied dienenden Ventilkugel 42 auch ein entsprechend vom Stößel 35 betätigter zweiter Stößel verwendet werden kann. Auch ist es denkbar, anstelle des Stößels 35 und der Ventilkugel 42 einen entsprechend ausgebildeten, einteiligen Stößel zu verwenden.

Claims (8)

1. Elektromagnetventil (10) mit einem Magnetgehäuse (11), in dessen Innenraum (12) ein Magnetkern (14) sowie eine diesen umschließende Magnetspule (13) angeordnet ist, die mit einem Anker (17, 17a) zusammenwirkt, der mit einem als Ventilglied für einen Ventilsitz (46) dienenden Stößel (35) fest verbunden ist, und mit einem wenigstens eine Bohrung (48, 49) für ein Druckmittel aufweisenden Anschlußelement (45), in dem der Ventilsitz (46) integral ausgebildet ist, wobei zwischen dem Ventilsitz (46) und der dem Anker (17, 17a) gegenüberliegenden Stirnseite des Magnetkerns (14) ein bestimmter Abstand (a) herrscht, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (a) durch eine vormontierbare Baueinheit definiert ist, wobei die Baueinheit aus dem Magnetkern (14) und dem direkt als Spritzgußteil aus Kunststoff angeformten Anschlußelement (45) besteht.

2. Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stößel (35) auf ein Ventilelement (42) einwirkt, das in einem in dem Anschlußelement (45) ausgebildeten Führungskäfig (51) geführt ist.

3. Elektromagnetventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilelement eine Ventilkugel (42) ist.

4. Elektromagnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stößel (35) in einem Lager (38) gleitend geführt ist, wobei das Lager (38) in einem dem Ventilsitz (46) zugewandten Bereich des Magnetkerns (14) angeordnet ist.

5. Elektromagnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf der dem Stößel (35) gegenüberliegenden Stirnseite (67) des Ankers (17a) ein mit dem Magnetgehäuse (11) verbundener Deckel (28a) angeordnet ist, und daß der Deckel (28a) auf der Stirnseite (67) zumindest teilweise aufliegt.

6. Verfahren zum Herstellen eines Elektromagnetventils (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem in ein Magnetgehäuse (11) eine Magnetspule (13) und ein Magnetkern (14) eingesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß an den Magnetkern (14) ein einen Ventilsitz (46) aufweisendes Anschlußelement (45) angespritzt wird, wobei durch das Anspritzen zwischen dem Ventilsitz (46) und einer dem Ventilsitz (46) gegenüberliegenden Stirnseite (16) des Magnetkerns (14) ein bestimmter Abstand (a) ausgebildet wird, der unabhängig von der Längentoleranz des Magnetkerns (14) stets konstant ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zum Anspritzen des Anschlußelements (45) an den Magnetkern (14) zwei den Ventilsitz (46) ausbildende Werkzeugstempel (53, 55) in ein Formwerkzeug eingebracht werden, wovon der erste Werkzeugstempel (55) den Magnetkern (14) vollständig durchdringt und bis in Höhe des Ventilsitzes (46) reicht, und daß der zweite Werkzeugstempel (53) mit einem Fortsatz (58) stirnseitig an dem ersten Werkzeugstempel (55) anliegt, wobei zwischen den beiden Werkzeugstempeln (53, 55) ein den Ventilsitz (46) ausbildender Übergangsbereich (61) geschaffen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter Werkzeugstempel (54) in das Formwerkzeug eingebracht wird, der einen Druckmittelkanal (49) im Anschlußelement (45) ausbildet.