DE69008266T2

DE69008266T2 - Elektromagnetisches Ventil.

Info

Publication number: DE69008266T2
Application number: DE69008266T
Authority: DE
Inventors: Juan Simon C/O Bendix Europe Dranc F-93700 Drancy Bacardit
Original assignee: Bendix Espana SA
Current assignee: AlliedSignal Automotive Espana SA
Priority date: 1989-08-07
Filing date: 1990-06-29
Publication date: 1994-08-04
Anticipated expiration: 2010-06-30
Also published as: BR9003637A; DE69008266D1; ES2055364T3; ES2015438A6; EP0412860B1; US5314163A; JPH0369875A; EP0412860A1

Description

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Ventil und insbesondere ein derartiges Ventil, das zum Steuern des Strömungsmittels in einer hydraulischen Anordnung verwendet wird. Solche Ventile können in einem weiten Bereich hydraulischer Anordnungen verwendet werden, insbesondere bei Kraftfahrzeugen, doch ist die vorliegende Erfindung besonders interessant für Schwingungsdämpfer, die adaptiv arbeiten und für Lenkhilfen.
Für gewöhnlich weisen bisherige elektromagnetische Ventile, beispielsweise das in US-A-2,392,741 erläuterte Ventil ein allgemein konisches Absperrorgan auf, das mit Hilfe eines Magneten einen kreisförmigen Strömungsmittelkanal öffnen oder schließen kann. Solch ein Ventil bietet nur eine minimale Steuerung des Strömungsmitteldurchgangs, wobei der Durchgangskanal entweder offen oder geschlossen ist.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein elektromagnetisches Ventil einfacher Bauweise zu schaffen, das zuverlässig arbeitet und bei dem der Strömungsmitteldurchgang durch das Ventil eine Funktion des Stroms in der Magnetwicklung ist.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Ventil zu schaffen, bei dem das Verhältnis zwischen dem Strömungsmitteldruck im Ventil und dem Strom in der Magnetwicklung eine vorbestimmte Funktion ist, beispielsweise eine lineare Funktion, eine kontinuierlich ansteigende oder eine kontinuierlich abnehmende Funktion.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist ein elektromagnetisches Ventil zum Steuern eines Strömungsmitteldurchflusses zwischen einem Einlaß und einem Auslaß vorgesehen, mit einem Ventilkörper, an dem eine Magneticklung angeordnet ist, mit einer Bohrung, in der ein Ventilkörper gleitend angeordnet ist, der entsprechend der Betätigung der Magnetwicklung zwischen einer ersten und einer zweiten Position progressiv verschiebbar ist, wobei das Ventilglied und das Ventilgehäuse zusammenwirkende, den Durchgang bildende Ventilflächen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ventilfläche im axialen Schnitt ein veränderliches Profil derart aufweist, daß der Durchflußbereich in einem radialen Schnitt eine vorbestimmte Funktion der der Magnetwicklung zugeführten Stromstärke ist.
Die Erfindung wird nunmehr für ein Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Die Zeichnung zeigt:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektromagnetischen Ventils;
Fig. 2 eine vergrößerte perspektivische Teilansicht eines Teils des in Fig. 1 dargestellten Ventils;
Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht der Fig. 2;
Fig. 4 ein Diagramm, das die Ausführung der Drosselflächen des Ventils erläutert;
Fig. 5 ein Druck/Stromstärkendiagramm;
Fig. 6 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektromagnetischen Ventils.
Das in Fig. 1 dargestellte elektromagnetische Ventil besitzt ein erstes Gehäuseteil 10 und ein zweites Gehäuseteil 16, das mit einem Ring 18 aus nicht magnetischem Werkstoff mit dem ersten Gehäuseteil 10 verbunden ist. Die beiden Gehäuseteile 10 und 16 bilden zusammen einen allgemein zylindrischen Mittelteil 20, auf dem eine allgemein zylindrische Magnetwicklung 22 sitzt, die mit elektrischen Anschlüssen 24 an eine nicht dargestellte Stromversorgung versehen ist. Ein Deckel 12 sitzt über der Wicklung 22 und dient zum Schließen des magnetischen Feldes. In den ersten und zweiten Gehäuseteilen 10 und 16 ist eine axiale Sackbohrung 26 ausgebildet. Der Innendurchmesser der Wandung 28 des Rings 18 ist ähnlich dem Innendurchmesser der Bohrung 26. Ein rohrförmiges oder zylindrisches Ventilglied 30 aus magnetischem Werkstoff ist in der Bohrung 26 gleitend angeordnet und wird von einer Wendelfeder 32 an das offene Ende der Bohrung 26 gedrückt, wobei ein Federende in einer Ausnehmung 34 am Ende der Bohrung 26 und das andere Federende an einer Ringschulter 36 an der Innenfläche des rohrförmigen Ventilgliedes 30 aufgenommen ist.
Das zweite Gehäuseteil 16 hat einen Endbereich 38 mit vergrößertem Durchmesser, in dem eine Gewindeöffnung 40 ausgebildet ist, die zu einer ringförmigen Bohrung 42 führt. Eine ringförmige Kammer 44 liegt zwischen der ringförmigen Bohrung 42 und dem Ventilglied 30. Ein Verschlußglied 46 liegt in der Gewindeöffnung 40 und ist mit einer axialen, abgestuften Bohrung 48 versehen. Ein Abschnitt 50 der abgestuften Bohrung 48 hat einen Durchmesser gleich dem der Bohrung 26 und nimmt gleitend ein Ende des zylindrisches Ventilgliedes 30 auf. Eine in der abgestuften Bohrung 48 ausgeformte radiale Schulter 52 dient als Anschlag für die radiale Stirnfläche 54 am Ventilglied 30. Damit wird das Ventilglied 30 von der Feder 32 in die dargestellte Ruhelage in Anschlag an die radiale Schulter 52 gedrückt. Die ringförmige Kammer 44 kommuniziert mit einem Durchgang 56 im Verschlußglied 46, das, wenn eingebaut, mit einem ersten Strömungsmittelreservoir (nicht gezeigt) kommuniziert. Ebenso ist die Bohrung 48 in Verbindung mit einer zweiten Strömungsmittelquelle (nicht gezeigt). Die Bohrung 48 ist mit mehreren abgeschrägten Durchlässen 48 versehen, die in die radiale Schulter 52 münden.
In der dargestellten Ruhelage des Ventils liegt ein Ende 60 des zylindrischen Ventilgliedes 30 unmittelbar neben der Kante zwischen dem ersten Gehäuseteil 10 und der Wandung 28 des Rings 18. Wird die Magnetwicklung 22 mit einem elektrischen Strom erregt, so wird ein elektromagnetisches Feld erzeugt, das das Ventilglied 30 entgegen der Kraft der Feder 32 zurückzieht und damit den Strömungsmitteldurchgang zwischen der Bohrung 48 und den Durchlässen 56 öffnet. Dann strömt Strömungsmittel in einer Richtung, die von der Druckdifferenz zwischen den beiden Strömungsmittelreservoiren abhängig ist.
Erfindungsgemäß weist das elektromagnetische Ventil ferner einen gedrosselten Strömungsmitteldurchlaß im Strömungsmittelweg zwischen den Reservoiren auf, der von der Bohrung 48 und dem Durchlaß 56 gebildet ist und dessen Formgestaltung derart ist, wie nachstehend erläutert, daß der Druck des durch das Ventil fließenden Strömungsmittels unmittelbar eine Funktion der Stromstärke in der Magnetwicklung 22 ist.
Wie man besser aus den Fig. 2 und 3 sieht, hat das Verschlußglied 46 eine gekrümmte Drosselfläche 62, die sich vom Ende jeder der abgeschrägten Durchlässe 58 zur Kammer 44 zu erstreckt.
Die Drosselfläche 62 ist längs wenigstens eines Teils des ringförmigen Bereichs angeordnet, der das Ventilglied 30 umschließt. Das Profil der Drosselfläche ist im axialen Schnitt gesehen veränderlich, gemäß der gewünschten Funktion zwischen dem Strom in der Magnetwicklung 22 und dem Strömungsmitteldruck, und wird nachstehend in Verbindung mit Fig. 4 bestimmt.
Bei normalen Arbeitsbedingungen ist die von der Magnetwicklung 22 auf das Ventilglied 30 ausgeübte Kraft eine lineare Funktion der Stromstärke I in der Magnetwicklung 22, wie dies im Quadrant I der Darstellung in Fig. 4 gezeigt ist. Bei den gleichen Bedingungen ruft die von dem Ventilglied 30 auf die Feder 32 ausgeübte Kraft F eine Verschiebung D des Ventilgliedes 30 hervor, die eine lineare Funktion der Kraft F ist, wie dies Quadrant II zeigt.
Wenn die gewünschte Funktion zwischen dem Strömungsmitteldruckabfall im Ventil und dem Strom in der Magnetwicklung bekannt ist, dann kann die Achse der Stromstärke auch in Druckeinheiten unterteilt werden und im Quadranten III ist die Ab-hängigkeit des Druckes P vom Schnitt S dargestellt.
Es ist dann möglich, wie Quadrant IV zeigt, entsprechend der Verschiebung D (des Ventilgliedes 30) gegenüber dem Schnitt S (in einem radialen Schnitt der Drosselöffnung), wodurch der Druckabfall P im Ventil genau dem gewünschten Druck entspricht, wenn ein vorbestimmter Strom in der Magnetwicklung fließt, das Profil der Drosselfläche 62 zu bestimmen, das im Ergebnis von der Kurvenform im Quadranten IV bestimmt ist.
Erfindungsgemäß ist es möglich, ein elektromagnetisches Ventil zu schaffen, bei dem der Druckabfall eine vorbestimmte Funktion des Stroms in der Magnetwicklung ist, wie Fig. 5 zeigt. Der Druckabfall im Ventil kann eine lineare Funktion der Stromstärke sein (Kurve L), er kann aber auch stark progressiv im unteren Druckbereich variieren (Kurve A) oder im hohen Druckbereich (Kurve B).
Ist beispielsweise die Funktion linear, so muß das Profil der Drosselfläche 62 parabolisch sein, wie dies die Kurve im Quadranten IV in Fig. 4 zeigt.
Das in Bezug auf Fig. 1 erläuterte elektromagnetische Ventil ist normalerweise geschlossen. Natürlich kann das Ventil genauso gut normalerweise geöffnet sein.
Fig. 6 zeigt ein solches Ventil, bei dem gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Dieses Ventil wird nicht im einzelnen erläutert, da es ähnlich aufgebaut ist wie das Ventil in Fig. 1. Der Hauptunterschied liegt darin, daß die Drosselfläche 62 unmittelbar am Ventilglied 30 ausgebildet ist und zwar mindestens über einen Teil eines ringförmigen Bereichs um das Ventilglied 30 herum, um das Funktionieren eines normalerweise offenen elektromagnetischen Ventils zu erzielen.
Zusätzlich weist dieses Ventil ein Filter 70 am Ende der Bohrung 48 und ein Filter 72 am Ende des Durchgangs 56 auf, um eine Verschmutzung des Ventils und der Drosselöffnung durch Staub- oder Metallpartikel zu vermeiden, die im Strömungsmittel vorhanden sein und die einen fehlsamen Betrieb des Ventils hervorrufen können.
Das Ventil besitzt auch einen elektrischen Verbinder 74 zum Anschluß des Ventils an eine Stromversorgung.
Die Filter 70 und 72 sowie der elektrische Verbinder 74 können auch Bestandteile des in Fig. 1 erläuterten elektromagnetischen Ventils sein.
Das elektromagnetische Ventil gemäß der Erfindung findet eine vorzugsweise Anwendung zum Steuern des Strömungsmittels in hydraulischen Anordnungen wie bei adaptiven Schwingungsdämpfern und bei Lenkhilfen. Die für das Ventil erforderliche elektrische Ansteuerung wird deshalb sehr vereinfacht.
Um die Ansprechzeit des Ventils zu verbessern, kann das Ventilglied aus einer amorphen Metallegierung hergestellt sein.

Claims

1. Elektromagnetisches Ventil zum Steuern eines Strömungsmitteldurchlußes bzw. eines Druckabfalls zwi-schen einem Einlaß (48;56) und einem Auslaß (56;48), mit einem Ventilkörper (10;16;46), an dem eine Magnetwicklung (22) angeordnet ist, mit einer Bohrung (26), in der ein Ventilkörper (30) gleitend angeordnet ist, der entsprechend der Betätigung der Magnetwicklung (22) zwischen einer ersten und einer zweiten Position progressiv verschiebbar ist, wobei das Ventilglied (30) und das Ventilgehäuse (46) zusammenwirkende, den Durchgang bildende Ventilflächen (54;62) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ventilfläche (62) im axialen Schnitt ein veränderliches Profil derart auf-weist, daß der Durchflußbereich in einem radialen Schnitt eine vorbestimmte Funktion der der Magnetwicklung (22) zugeführten Stromstärke ist.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckabfall zwischen dem Einlaß (48;56) und Auslaß (56; 48) eine lineare Funktion der der Wicklung (22) zugeführten Stromstärke ist.

3. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilfläche (62) im axialen Schnitt ein parabolisches Profil aufweist.

4. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckabfall zwischen dem Einlaß (48;56) und dem Auslaß (56;48) eine kontinuierlich ansteigende Funktion der der Wicklung (22) zugeführten Stromstärke ist.

5. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckabfall zwischen dem Einlaß (48;56) und dem Auslaß (56;48) eine kontinuierlich absinkende Funktion der der Wicklung 22 zugeführten Stromstärke ist.

6. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Ventilfläche (62) an dem Ventilgehäuse (46) ausgebildet ist.

7. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Ventilfläche (62) am Ventilglied (30) ausgebildet ist.

8. Ventil nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Position das Ventil offen ist.

9. Ventil nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Position das Ventil geschlossen ist.

10. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (30) allgemein rohrförmig ist und die eine Ventilfläche (62) über wenigstens einem Teil eines das Ventilglied (30) umgebenden Ringbereichs angeordnet ist.

11. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (30) aus einer amorphen Metallegierung hergestellt ist.

12. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es ferner mindestens ein Filter am Einlaß (48;56) und/oder am Auslaß (56;48) aufweist.

13. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es ferner einen elektrischen Verbinder (74) aufweist.