DE8112164U1 - Zweiwegeumschaltventil, insbesondere für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Eaton, S.a.M., Monaco Zweiwegeumschaltventil, insbesondere für Kraftfahrzeuge

Die Neuerung betrifft ein elektromagnetisches Zweiwegeumschaltventil für die Steuerung von Unterdruckverbin- " düngen bei Kraftfahrzeugen _f mit einem eine mit einem ersten Anschluß in Verbindung stehende Ankerbohrung enthaltenden Ventilgehäuse, das ein einen mit einem zweiten Anschluß | verbundenen ersten Ventilsitz enthaltendes und abgedichtet von einem Ende her in die Ankerbohrung eingesetztes Anschlußstück sowie ein an dem anderen Ende der Ankerbohrung angeordnetes Gehäuseunterteil aufweist, in dem ein mit einem dritten Anschluß verbundener zweiter Ventilsitz ausgebildet ist, mit einem in der Ankerbohrung verschieblich gelagerten ferromagnetischen Anker, der auf seinen beiden Stirnseiten jeweils ein mit einem der Ventilsitze zusammenwirkendes Ventilverschlußglied trägt, in Richtung auf den zweiten Ventilsitz zu federnd vorgespannt ist und in dem magnetischen Schließungskreis einer auf einen Wickelkörper aufgebrachten Magnetspule liegt.

Aus der Praxis ist ein Zweiwegeumschaltventil bekannt, bei dem der Wickelkörper der Magnetspule als vorgefertigtes Bauteil auf das Ventilgehäuse aufgeschoben wird, in dessen Ankerbohrung ein Anker eingesetzt ist. Die Ankerbohrung ist einenends durch ein mittels eines 0-Ringes abgedichtetes Anschlußstück abgeschlossen. Der Anker wird durch eine Feder in einer Axialrichtung vorgespannt und schließt in dieser Stellung einen der drei Anschlüsse ab. Wenn die Magnetspule erregt ist, bewegt

sich der Anker gegen die Kraft der Feder in die andere Axialrichtung und öffnet den vorher geschlossenen Anschluß, wobei der gegenüberliegende Anschluß dann geschlossen wird.

Bei dem bekannten Umschaltventil hat der Anker eine

Il verhältnismäßig große Masse, weshalb eine verhältnis-

mäßig harte Feder erforderlich wird, damit die Eigenresonanz des Umschaltventiles für Kraftfahrzeuganwendungen genügend hoch liegt. Ist nämlich bei gegebener Ankermasse die Feder weicher, so kann es aufgrund der beim Kraftfahrzeugbetrieb unvermeidlichen Erschütterungen geschehen, daß das Ventil mit der Eigenresonanz des Ankers beaufschlagt wird und der Anker von dem

zugehörigen Ventilsitz abhebt. Eine harte Feder wiederum erfordert/bei sonst gleichen konstruktiven Verhältnissen, jedoch einen großen Strom durch die Magnetspule und deshalb einen entsprechend hohen Energieverbrauch, was gerade bei Kraftfahrzeuganwendungen unerwünscht ist.

Weil der Wickelkörper der Magnetspule auf das Ventilgehäuse aufgeschoben ist, müssen bereits vor dem Zusammenbau der Wickelkörper und das Ventilgehäuse eine ausreichende Wandstärke aufweisen, damit jedes Bauteil für sich genommen genügend stabil ist. Hierdurch entsteht jedoch ein unnötig großes Ventil.

Aufgabe der Neuerung ist es, ein Zweiwegeumschaltventil zu schaffen, das möglichst klein und mit möglichst geringer elektrischer Energie zu schalten ist, wobei die Eigenresonanz des aus Anker und Vorspannfeder gebildeten Systemes so hoch liegt, daß das Umschaltventil für j Kraftfahrzeuganwendungen geeignet ist.

Zur Lösung der Aufgabe ist das neuerungsgemäße Zweiwegeumschaltventil dadurch gekennzeichnet, daß der längliche Anker stirnseitig jeweils einen ferromagnetischen Flansch aufweist, und die beiden Flansche im Durchmesser größer bell messen sind als der zwischen den Flanschen liegende Ab- |,ϊ schnitt des Ankers und daß das ferromagnetische Anschlußb stück Teil des magnetischen Schließungskreises ist.

Dieses Zweiwegeuinschaltventil weist den Vorteil auf, daß bei verhältnismäßig kleinem Ankergewicht große Luftspaltflächen und kleine Luftspaltlängen möglich sind, so daß bei verringertem Leistungsbedarf relativ große Schließkräfte aufgebracht werden können. Die Verringerung des Ankergewichtes läßt ferner bei gleichbleibender Resonanzfrequenz des Umschaltventiles eine weichere Feder zum Vorspannen des Ankers zu, was wiederum den Leistungsbedarf des Umschaltventiles verringert.

Da der Anker in dem zwischen den beiden Flanschen liegenden Abschnitt verjüngt ausgebildet ist, besteht die Möglichkeit, das Ventilgehäuse im Bereich des Ankers quergeteilt auszuführen und bei der Montage an dieser Stelle ultraschall zu verschweißen, ohne daß die Gefahr des Festklemmens des Ankers auftritt, wenn aus der Schweißnaht Wülste in die Ankerbohrung austreten.

Die Herstellung der Spule und die Montage des Zweiwegeumschaltventiles wird vereinfacht, wenn der Wickelkörper der Magnetspule Teil des Ventilgehäuses ist und mit dem Gehäuseunterteil ultraschall verschweißt ist.

Die Herstellung des Zweiwegeumschaltventiles wird weiter vereinfacht, wenn der magnetische Schließungskreis ein C-förmiges Joch aufweist, das die Magnetspule jeweils an ihren Stirnseiten umgreift und das eingesetzte Anschlußstück in einem der beiden Schenkel des C-förmigen Joches sitzt.

Wenn das Anschlußstück mit dem Joch durch einen Preßsitz verbunden ist, sind keine weiteren Befestigungs- und Sicherungsmaßnahmen für das Anschlußstück in dem Zweiwegeumschaltventil notwendig.

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Der Leistungsverbrauch des Zweiwegeuraschaltventiles ist besonders niedrig, wenn der dem eingesetzten Anschlußstück abgewandte Flansch des Ankers bei stromloser Magnetspule außerhalb des Magnetjoches liegt und im umgeschalteten Zustand, d.h. bei erregter Magnetspule in der entsprechenden Öffnung des Magnetjoches steht und mit dem Schenkel des Magnetjoches einen im wesentlichen radial gerichteten Ringspalt bildet.

Die Dichtwirkung des Zweiwegeumschaltventiles kann bei verringerter Schließkraft dadurch verbessert werden, daß die Ventilverschlußglieder kegelförmig und elastisch ausgeführt werden.

Eine weitere Verringerung des Ankergewichts bei guter Abdichtung der Ventilverschlußglieder auf den zugehörigen Ventilsitzen läßt sich erreichen, wenn die Ventilverschlußglieder im wesentlichen eine zylindrische Gestalt aufweisen und ihre mit dem jeweiligen Ventilsitz zusammenwirkende Stirnfläche konvex und ballig ausgebildet ist, während die Ventilsitze erhaben sind, weil sich hierdurch eine nicht unerhebliche Verkürzung der Ventilverschlußglieder ergibt.

Ein geringer magnetischer Widerstand in dem magnetischen Schließungskreis und damit ein geringer Stromverbrauch der Magnetspule kann erreicht werden, wenn der dem Anschlußstück abgewandte Flansch des Ankers in seinem axial außenliegenden Bereich zylindrisch ausgebildet ist und die axiale Erstreckung des zylindrischen Bereiches wenigstens der Dicke des zugehörigen Schenkels des Joches entspricht.

In der Zeichnung ist ein Zweiwegeumschaltventil gemäß
der Neuerung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 ein Zweiwegeumschaltventil gemäß der Neuerung,
teilweise geschnitten entlang der Linie I-I
nach Fig. 2 in einer Seitenansicht,

Fig. 2 das Zweiwegeumschaltventil gemäß der Neuerung
nach Fig. 1 in einer Draufsicht und

Fig. 3 ein Zweiwegeumschaltventil gemäß der Neuerung

mit ballig ausgebildeten Ventilverschlußgliedern
und erhabenen Ventilsitzen in einem Längsschnitt.

Das in Fig. 1 dargestellte Zweiwegeumschaltventil 1 weist
ein Gehäuseunterteil 2 sowie eine Magnetspule 3 auf, die
durch eine in Umfangsrichtung verlaufende Ultraschallschweißnaht 4 derart miteinander verbunden sind, daß eine
Ankerbohrung 5 in dem Gehäuseunterteil 2 mit einer Ankerbohrung 6 in der Magnetspule 3 fluchtet.

Das Gehäuseunterteil 2 trägt zwei Schlauchanschlüsse
7 und 8, die mit entsprechenden Verbrauchern oder Quellen ^. verbunden sein können, wobei der Schlauchanschluß 7 koaxial | auf die Ankerbohrung 5, 6 ausgerichtet ist und in dem 1 Gehäuseunterteil 2 in einen Ventilsitz 9 mündet. Die Magnet-|

spule 3 enthält einen Wickelkörper 10 mit einer darauf auf- jj?

gebrachten Wicklung 11, deren Wicklungsanfang bzw. Wick- |

lungsende jeweils mit Kontaktfahnen 12 bzw. 13 verbunden |

sind. Die Kontaktfahnen 12 und 13 stecken in dem Wickel- |

körper 10 und sind zusammen mit der Wicklung 11 auf dem |

Wickelkörper 10 mittels einer Vergußmasse 14 vergossen, |'

ΐ die die Magnetspule 3 hermetisch dicht umschließt. |{

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In der dem Gehäuseunterteil 2 abgewandten Seite der Ankerbohrung 6 steckt ein im wesentlichen zylinderförmiges und ferromagnetisches Anschlußstück 15, das in der Ankerbohrung 6 etwa bis zur Mitte der Längserstreckung der Wicklung 11 reicht und in das eine in Umfangsrichtung verlaufende Nut eingestochen ist, in der ein 0-Ring 17 sitzt, der das Anschlußstück 15 gegen die Ankerbohrung 6 abdichtet. Das Anschlußstück 15 führt durch einen an einer Stirnseite der Magnetspule 3 anliegenden Schenkel 18 eines C-förmig gestalteten MagnetJoches 19 hindurch und stützt sich mittels eines Bundes 20 an dem Schenkel 18 ab. Der andere Schenkel 21 des C-förmigen Magnetjoches liegt auf der gegenüberliegenden Stirnseite der Mangetspule 3 auf und enthält eine öffnung 22, durch die hindurch das Gehäuseunterteil 2 in den Wickelkörper 10 der Magnetspule 3 führt.

In der Ankerbohrung 5, 6 sitzt ein ferrcmagnetischer Anker 23, an dessen Stirnseiten jeweils ein Flansch 24, 25 einstückig angeformt ist. Die Flansche 24, 25 sind im Durchmesser größer bemessen als der Mittelabschnitt 26 des Ankers 23. s An die Flansche 24 und 25 sind mit Nuten versehene

K Fortsätze 27 und 28 einstückig angeformt,, auf die elasti-

K sehe, etwa kegelförmige Ventilverschlußglieder 29, 30,

unverlierbar gehaltert,aufgeschoben sind. Das Ventilverschlußglied 29 wirkt mit dem Ventilsitz 9 in dem Gehäuseunterteil 2 zusammen, während das Ventilverschlußglied 30 in einer zylindrischen Ausnehmung 31 des Anschlußstückes 15 liegt und mit dem in dem Anschlußstück 15 ausgebildeten Ventilsitz 32 zusammenwirkt. Zwifi sehen dem Ventilverschlußglied 30 und der Ausnehmung

% sitzt eine Feder 33, die sich einenends auf dem Grund

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der Ausnehmung 31 und anderenends an dem Flansch 25 des Ankers 23 abstützt, und den Anker 23 elastisch in die Stellung vorspannt, in der das Ventilverschlußgried 29 auf dem Ventilsitz 9 dichtend aufliegt.

Der Flansch 25 begrenzt zusammen mit der nach innen weisenden Stirnfläche des Anschlußstückes 15 einen axial gerichteten, magnetisch wirksamen Rinqspalt 34, der etwa in der Mitte der Längserstreckung der Wicklung 11 liegt, während der Flansch 24 zusammen mit der öffnung 22 einen im wesentlichen radial gerichteten,magnetisch wirksamen Ringspalt 35 bildet , wobei in der Ruhestellung, d.h. bei nicht erregter Magnetspule 3/der Flansch 24 teilweise außerhalb der Öffnung 22 liegt und der Flansch 25 von dem Anschlußstück 15 einen solchen Abstand aufweist, daß nicht durch sein Aufliegen auf dem Anschlußstück 15 die Schließbewegung des Ventilverschlußstückes 30 behindert wird.

Wenn an den Schlauchanschluß 7 eine Unterdruckquelle angeschlossen ist und an den Schlauchanschluß 8 ein unterdruckbetätigter Motor, so ist in der in Fig. 1 veranschaulichten Stellung des Ankers 23 der unterdruckbetätigte Motor über die Ankerbohrung 5,6 und das Anschlußstück belüftet. Sobald die Magnetspule 3 erregt wird, bewegt sich der Anker 23 aus der in Fig. 1 dargestellten Lage gegen die Kraft der Feder 33 nach rechts, solange, bis das Ventilverschlußglied 30 auf dem Ventilsitz 32 aufliegt, wodurch nunmehr das Ventilverschlußglied 29 von dem Ventilsitz 9 abgehoben ist und die Unterdruckquelle über den Schlauchanschluß 7 mit dem an den Schlauchanschluß 8 angeschlossenen Unterdruckmotor verbunden ist und diesen betätigt. Wenn anschließend der Strom durch die Magnetspule 3 wieder abgeschaltet wird, verschiebt die Feder 33 den Anker 23 nach links, bis das Ventilverschlußglied 29 erneut auf dem Ventilsitz 9 aufliegt, wodurch der an den Schlauchanschluß 8 angeschlossene Unterdruckmotor

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wieder belüftet wird»

Durch die Verwendung eines in seinem Mittelabschnitt verjüngten Ankers wird dessen Masse verringert, so daß eine schwächere Feder zum Vorspannen möglich ist . Außerdem gestattet es der verjüngte Anker 23, daß das Ventilgehäuse im Bereiche seiner Verjüngung quergeteilt ist und bei der Montage an dieser Stelle ohne Schwierigkeiten ultraschallgeschweißt werden kann, wobei sichergestellt ist, daß eventuell austretende Schweißwulste den Anker 23 in seiner Bewegungsfähigkeit nicht beeinträchtigen .

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, kann auf der an dem Schenkel 21 anliegenden Stirnseite der Magnetspule 3 ein Fortsatz 350angeformt sein, der mit einer entsprechenden,in dem Schenkel 21 angebrachten Ausnehmung 36, 37, 38 derart zusammenwirkt, daß die Magnetspule 3 mit unterschiedlichen Stellungen der Kontaktfahnen 12 und 13, bezogen auf das Magnetjoch 19, eingesetzt und fixiert werden kann.

Bei der Montage wird zunächst die Magnetspule 3 in der jeweils gewünschten Stellung in das Magnetjoch 19 eingefügt und anschließend durch die Ankerbohrung hindurch das Anschlußstück 15 in den Schenkel 18 des Magnetjoches 19 eingepreßt. Nachdem die Feder und der Anker 23 eingesetzt sind, wird das Gehäuseunterteil mit dem Wickelkörper 10 der Magnetspule 3 durch die Ultraschallschweißnaht verbunden.

In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Zweiwegeumschaltventiles 1 veranschaulicht, bei dem gleiche Bauteile wie bei dem Zweiwegeumschaltventil nach Fig. 1 mit den gleichen Bezugszeichen versehen und nicht erneut beschrieben sind.

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Hie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 sitzt in der Ankerbohrung 5, 6 die in dem Gehäuseunterteil 2 bzw. in dem Wickelkörper 10 ausgebildet ist, ein rotations symmetrischer ferromagnetischer Anker 23, der in seinem Mittelbereich 26 verjüngt ausgebildet ist und an den beiden Stirnseiten die Flansche 24 und 25 mit vergrößertem Durchmesser trägt. Der dem Anschlußstück 15 abgewandte Flansch 24 des Ankers 23 ist in seinem axial außenliegenden Bereich zylindrisch ausgebildet, wobei die Höhe bzw. axiale Erstreckung des zylindrischen Bereiches wenigstens der Dicke des zugehörigen Schenkels 21 des Jochs 19 entspricht, so daß sich bei angezogenem Anker 23 infolge einer erregten Magnetspule 3 eine möglichst große Luftspaltinduktion ergibt.

Der Anker 23 trägt an den beiden,axial sich gegenüberliegenden Stirnseiten der Flansche 24 und 25 zwei im wesentlichen zylindrisch ausgebildete elastische Ventilverschlußglieder 40 und 41, deren Stirnseite konvex ballig ausgeführt ist. Die Ventilverschlußglieder 40 und 41 können ähnlich den Ventilverschlußgliedern 29 und 30 bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 auf Fortsätzen 27 und 28 aufgesteckt sein oder der Anker 23 kann zu einer weitergehenden Gewichtsreduktion eine durchgehende konzentrische Bohrung aufweisen, in die die Ventilverschlußglieder 40 und 41 mit einem entsprechenden Fortsatz elastisch klemmend eingesteckt sind.

Damit bei der balligen Ausbildung der Stirnfläche der Ventilverschlußglieder 40 und 41 bei geringer Schließ-r kraft eine gute Dichtwirkung zustandekommt, sind die mit den Ventilverschlußgliedern 40 und 41 zusammenwirkenden Ventilsitze 42 und 43 erhaben ausgeführt und stehen damit aus der zugehörigen Wandung nach innen in Richtung auf die Ventilverschlußglieder 40 und 41 vor,

Claims (10)

'tupl.-lng. W. Scherrmann Dr.-Ing. R. Rüger 7S00 EsSimgeiTfNeckar), Webergasse 3, Postlach 348 23. April 1981 τβίβίοη Gm 1 bbeh siuium (07ii) 356539 35 9619 Telex 07 256610 smfu Telegramme Palentschutz Esslingenneckar Schutzansprüche

1. Elektromagnetisches Zweiwegeumschaltventil für die Steuerung von Unterdruckverbindungen bei Kraftfahrzeugen, mit einem eine mit einem ersten Anschluß in Verbindung stehende Ankerbohrung enthaltenden Ventilgehäuse, das ein einen mit einem zweiten Anschluß verbundenen ersten Ventilsitz enthaltendes und abgedichtet von einem Ende her in die Ankerbohrung eingesetztes Anschlußstück sowie ein an dem anderen Ende der Ankerbohrung angeordnetes Gehäuseunterteil aufweist, in dem ein mit einem dritten Anschluß verbundener zweiter Ventilsitz ausgebildet ist, mit einem in der Ankerbohrung verschieblich gelagerten ferromagnetischen Anker, der auf seinen beiden Stirnseiten jeweils ein mit einem der Ventilsitze zusammenwirkendes Ventilverschlußglied trägt, in Richtung auf den zweiten Ventilsitz zu federnd vorgespannt ist und in dem magnetischen Schließungskreis einer auf einen Wickelkörper aufgebrachten Magnetspule liegt, dadurch gekennzeichnet, daß der längliche Anker (23) stirnseitig jeweils einen ferromagnetischen Flansch (24, 25) aufweist, und die beiden Flansche im Durchmesser größer bemessen sind als der zwischen den Flanschen liegende Abschnitt (26) des Ankers (23) und daß das ferromagnetische Anschlußstück (15) Teil des magnetischen Schließungskreises (15, 19) ist,

2. Zweiwegeomschaltventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wickelkörper (10) der Magnetspule (3) Teil des Ventilgehäuses (2, 10) und mit dem Gehäuseunterteil (2) ultraschallverschweißt ist.

3. Zweiwegeumschaltventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißnaht (4) in jedem Betriebszustand des Zweiwegeumschaltventiles (1) zwischen den beiden Flanschen (24, 25) des Ankers (23) liegt.

4. Zweiwegeumschaltventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Schließungskreis (15, 19) ein C-förmig die Magnetspule übergreifendes Joch (19) aufweist, durch dessen einen Schenkel (18) das Anschlußstück (15) führt und dessen anderer Schenkel eine öffnung (22) aufweist, in der das Gehäuseunterteil (2) liegt.

5. Zweiwegeumschaltventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußstück (15) im Preßsitz in dem Joch (19) sitzt.

6. Zweiwegeumschaltventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Anschlußstück (15) abgewandte Flansch (24) des Ankers (23) in dem stromlosen Zustand der Magnetspule (3) außerhalb des Joches (19) liegt und in dem stromführenden Zustand mit der Öffnung (22) des zugehörigen Schenkels (21) des Joches (19) einen radialen Ringspalt (35) bildet.

7. Zweiwegeumschaltventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elastisch ausgebildeten Ventilverschlußglieder (29, 30) kegelförmige Gestalt aufweisen,

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8. Zweiwegeumschaltventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilverschlußglieder

eine im wesentlichen zylindrische Gestalt aufweisen und ihre mit dem jeweiligen Ventilsitz (42, 43) zusammenwirkende Stirnfläche konvex und ballig ausgebildet ist und daß die Ventilsitze (42, 43) erhaben sind.

9. Zweiwegeumschaltventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (23) eine durchgehende konzentrische Bohrung aufweist und die Ventilverschlußglieder (29, 30> 40, 41) mit einem angefdrmten Fortsatz in die Bohrung eingesteckt sind.

10. Zweiwegeumschaltventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Anschlußstück (15) abgewandte Flansch (24) des Ankers (23) in seinem axial außenliegenden Bereich zylindrisch ausgebildet ist und die axiale Erstreckung des zylindrischen Bereiches wenigstens der Dicke des zugehörigen Schenkels (21) des Jochs (19) entspricht.