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Die Erfindung betrifft ein Magnetventil mit einem Gehäuse, einem Polkern und einem zumindest teilweise in dem Gehäuse aufgenommenen, verschieblich gelagerten Magnetanker. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Magnetventils.
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Stand der Technik
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Magnetventile der gattungsgemäßen Art sind bekannt. Sie finden beispielsweise als Steuer- und Regelventile für verschiedene Medien Anwendung, insbesondere als Hydraulikventile für Bremskreisläufe von Kraftfahrzeugen. Im Stand der Technik sind Ausführungsformen bekannt, die stromlos geschlossen sind, beispielsweise als sogenannte Auslassventile, die einen Polkern aufweisen, der in eine endseitig offene Hülle abschnittsweise eingesetzt und mit dieser endseitig offenen Hülle in deren Endbereich verschweißt ist.
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Auf den Polkern wird eine Magnetspule gestülpt, die den Betrieb des Magnetventils über ein mittels des Polkerns zu richtendes elektromagnetisches Feld ermöglicht, das auf einen in dem Gehäuse zumindest teilweise aufgenommenen, verschieblich gelagerten Magnetanker zu dessen in Axialrichtung erfolgender Betätigung wirkt. Das Gehäuse weist an dem dem Polkern gegenüberliegenden Gehäuseende einen Gehäuseabschluss auf, der den Magnetanker umgreift und eine Durchtrittsöffnung für das Medium aufweist, insbesondere stirnseitig aufweist, die beispielsweise von einer stimseitig an dem Magnetanker gehaltenen Verschlusskugel im stromlosen Zustand verschlossen ist; zwischen Magnetanker und Polkern ist zur Sicherstellung dieses Verschlusses eine Schraubendruckfeder angeordnet, die den Magnetanker im stromlosen Zustand von dem Polkern wegdrückt und hierbei die Verschlusskugel auf die Durchtrittsöffnung dichtend aufsetzt. Zwischen Polkern und Magnetanker ist ein Arbeitsraum als Arbeitsspalt ausgebildet, der bei Wirkung des Magnetfeldes entgegen der Federwirkung der Schraubendruckfeder den Magnetanker in Richtung auf den Polkern bewegbar macht, so dass die Verschlusskugel die Durchtrittsöffnung für das Medium freigibt. Der Polkern wird an seinem Ende der Gehäusehülse mittels der Schweißnaht gehalten, die aus Dichtigkeitsgründen in Umfangsrichtung um 360°, bevorzugt mehr als 360°, umläuft. Hierdurch wird das Herausfallen des Polkerns beziehungsweise sein Verschieben innerhalb der Gehäusehülse verhindert. Die Schweißung ist aufwändig, sowohl in Hinblick auf die erforderliche technische Präzision als auch auf die erforderliche Prozesszeit. Der Polkern muss insbesondere nämlich in einer genau festgelegten Position innerhalb der Gehäusehülse angeordnet und während der Verschweißung genau so gehalten werden, um die gewünschte, definierte Ventilöffnung bewirken zu können. Ungenauigkeiten bei der Einstellung der Position des Polkerns innerhalb der Gehäusehülse bewirken eine unerwünschte Ventilfunktion.
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Beispielsweise offenbaren die Offenlegungsschriften
DE 199 22 334 A1 und JP H08- 285 114 A jeweils ein Magnetventil mit einem domartigen Gehäuse, in welchem ein Polkern und ein Magnetanker angeordnet sind.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Magnetventil zu schaffen, welches insbesondere die oben genannten Nachteile vermeidet.
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Offenbarung der Erfindung
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Die genannten Nachteile werden in vorteilhafter Weise durch das vorgeschlagene Magnetventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vermieden, das ein Gehäuse aufweist, einen Polkern und einen zumindest teilweise in dem Gehäuse aufgenommenen, verschieblich gelagerten Magnetanker. Es ist vorgesehen, dass das Gehäuse als einteiliger Gehäusetopf ausgebildet ist, mit einer Mantelwand und einer Bodenwand, wobei in den Gehäusetopf der Polkern bis in eine gewünschte Axialposition axial eingepresst angeordnet ist, und wobei eine erste Stirnseite des Polkerns der Bodenwand und eine der ersten Stirnseite gegenüberliegende zweite Stirnseite des Polkerns dem Magnetanker gegenüberliegt. Das Gehäuse ist demzufolge nicht als beidseitig offene Gehäusehülse ausgebildet, sondern als Gehäusetopf, gewissermaßen in Art einer Kapsel, wobei der Polkern bis in die zur ordnungsgemäßen Ventilfunktion erforderliche, gewünschte Axialposition von der Öffnung her axial eingeschoben und eingepresst wird. Anders als im Stand der Technik wird der Polkern also nicht von außen in die zu seiner Aufnahme vorgesehene Öffnung einer Gehäusehülse (teilweise) eingeschoben und dort ohne Schweißung fixiert, sondern von der gegenüber liegenden Seite eingeführt, die den ventilverschlussseitigen Abschluss des Gehäuses bildet oder aufnimmt. Der Polkern wird hierbei soweit in den Gehäusetopf eingeschoben, bis er seine gewünschte Axialposition aufweist. In dieser Position wird er durch den Gehäusetopf gehalten.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Mantelwand gegenüber einer Umfangswand des Polkerns ein Durchmesseruntermaß aufweist. Werden das Gehäuse im Bereich seiner Mantelwand und der Polkern im Bereich seiner Umfangswand im Hinblick auf ihre jeweiligen Durchmesser betrachtet, weist der Durchmesser der Mantelwand (innenseitig), also dem Polkern an seiner Umfangswand zugewandt, ein gewisses Durchmesseruntermaß auf. Auf diese Weise wird der Polkern mit Vorspannung in den Gehäusetopf eingeschoben und durch dieses Durchmesseruntermaß und die so gewirkte Vorspannung zuverlässig in der gewünschten Axialposition gehalten. Eine zusätzliche Verschweißung oder Verpressung ist nicht erforderlich.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Polkern mindestens einen Druckausgleichskanal aufweist, der von der ersten Stirnseite zur zweiten Stirnseite verläuft. Der Druckausgleichskanal, der von der ersten Stirnseite des Polkerns zu dessen zweiter Stirnseite verläuft, beispielsweise als Bohrung durch den Polkern, bewirkt ein Umströmtwerden des Polkerns von beiden Seiten mit dem zu steuernden oder schaltenden Medium, wodurch bewirkt wird, dass der Polkern nicht einseitig von dem Medium druckbeaufschlagt wird. Gerade in Hydraulikventilen von Bremssystemen von Kraftfahrzeugen, beispielsweise bei ABS- oder ESP-Anlagen, treten teilweise sehr hohe Drücke in dem Medium auf, die ohne einen solchen Druckausgleichskanal über lange Betriebsdauern zu einer unerwünschten Axialverschiebung des Polkerns in Richtung auf die Bodenwand des Gehäusetopfes führen könnten, wodurch sich der Arbeitsraum zwischen Polkern und Magnetanker in unerwünschter Weise verändern und die Funktionsfähigkeit des Ventils unerwünscht beeinflussen könnte. Durch den Druckausgleichskanal hingegen ist es sichergestellt, dass an beiden Stirnseiten des Polkerns dieselben Druckverhältnisse vorherrschen, so dass der Polkern in Axialrichtung mit gleich großem Drücken beaufschlagt wird, die auf beide Stirnseiten einwirken. So wird eine Axialverschiebung des Polkerns durch Druckbeaufschlagung durch das Medium wirksam vermieden.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Druckausgleichskanal eine in der Umfangswand liegende Nut oder eine Abweichung von der Geometrie der Umfangswand ist, beispielsweise eine Abplattung, die einen gewissen Raum zwischen der Mantelwand des Gehäuses und dem Bereich der Umfangswand lässt, in dem der Druckausgleichskanal ausgebildet ist. Auf diese Weise wird vorteilhaft vermieden, in den Polkern eine Bohrung einbringen zu müssen und ein Bearbeitungsschritt eingespart.
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Weiter wird ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 4 vorgeschlagen, zur Herstellung eines Magnetventils, das ein Gehäuse, einen Polkern und einen zumindest bereichsweise in dem Gehäuse aufgenommenen, verschieblich gelagerten Magnetanker aufweist. Dabei ist vorgesehen, dass das Gehäuse als einteiliger Gehäusetopf mit einer Mantelwand und einer Bodenwand ausgebildet wird und dass in den Gehäusetopf der Polkern bis in eine gewünschte Axialposition axial eingepresst wird, derart, dass eine erste Stirnseite des Polkerns der Bodenwand gegenüberliegt und der Magnetanker derart in das Gehäuse eingeschoben wird, dass er einer der ersten Stirnseite gegenüberliegenden zweiten Stirnseite des Polkerns gegenübersteht. Die erste Stirnseite des Polkerns wird demzufolge in den Gehäusetopf so eingeschoben, dass sie der Bodenwand gegenüberliegt und ein Volumen zwischen sich und der Bodenwand einschließt; die zweite, dieser gegenüberliegenden Stirnseite steht dem Magnetanker gegenüber.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass mit dem Magnetanker der Polkern in das Gehäuse axial eingepresst wird. Auf diese Weise lässt sich prozessökonomisch sowohl der Polkern als auch der Magnetanker in das Gehäuse einbringen, wobei nur ein Arbeitsablauf erforderlich ist.
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Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass das Einpressen des Polkerns mittels des Magnetankers derart weit in das Gehäuse hinein erfolgt, dass ein auf einer dem Polkern abgewandten Seite des Magnetankers befindliches Ventilelement eine wählbare Axialöffnungsstellung einnimmt. Das Ventilelement ist an einer Stirnseite des Magnetankers angeordnet, die dem Polkern abgewandt ist, beispielsweise als Verschlusskugel. Dieses Ventilelement öffnet oder verschließt eine in einem Gehäuseverschlusselement befindliche Öffnung zur Durchströmung des Mediums. Die Funktion des Ventils wird nun maßgeblich dadurch bestimmt, dass diese Öffnung in einem gewünschten Maß erfolgt, also ein bestimmter Volumenstrom pro Zeiteinheit hindurchtreten kann. Dies wird bestimmt durch den Öffnungshub des Magnetankers, der wiederum bestimmt wird durch die Position des Polkerns innerhalb des Gehäuses; zwischen Polkern und Magnetanker ist nämlich ein Arbeitsraum vorhanden, der bei Öffnen des Ventils von dem Magnetanker in Richtung auf den Polkern hin beansprucht wird. In der vorgeschlagenen Art und Weise des Einpressens des Polkerns mittels des Magnetankers lässt sich nun die gewünschte Axialöffnungsstellung sehr leicht dadurch einstellen, dass der Polkern mittels des Magnetankers genau so weit in das Gehäuse eingepresst wird, wie es die gewünschte Axialöffnungsstellung erfordert, und das Einpressen genau in diesem Moment beendet wird. Auf diese Weise ist ohne weitere Einstellungs- und Nacharbeiten die gewünschte Ventilfunktion sichergestellt.
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Weiter ist vorgesehen, dass der Polkern und der Magnetanker in derselben Einschubrichtung in das Gehäuse eingebracht werden.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus Kombination derselben.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben, ohne aber hierauf beschränkt zu sein.
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Es zeigen
- 1 ein erfindungsgemäßes Magnetventil mit einem Gehäusetopf und
- 2 das Einpressen des Polkerns in den Gehäusetopf mittels des Magnetankers bis zur gewünschten Axialposition.
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1 zeigt ein Magnetventil 1, nämlich ein stromlos geschlossenes Auslassventil 2. Das Magnetventil 1 weist ein Gehäuse 3 auf, das einen in Längserstreckung des Gehäuses 3 im Bereich eines ersten Endes 4 angeordneten Polkern 5 und an diesen in Axialrichtung anschließend einen Magnetanker 6 umschließt, wobei der Magnetanker 6 von dem Polkern 5 im stromlosen Zustand um einen etwa spaltbreiten Arbeitsraum 7 für eine Axialbewegung des Magnetankers 6 unter Einwirkung einer Schraubendruckfeder 8 gehalten ist, die sich an den Polkern 5 einerseits und an einem Boden 29 einer in den Magnetanker 6 eingebrachten Längsbohrung 9 andererseits abstützt. Der Magnetanker 6 weist an dem der Längsbohrung 9 zur Aufnahme der Schraubendruckfeder 8 entgegengesetzten Ende 10 eine Verschlusskugel 11 auf, die eine in das Gehäuse 3 eingebrachte Ventilöffnung 12 über den diese umgebenden Ventilsitz 13 im dargestellten, stromlosen Zustand des Magnetventils 1 verschließt. Das Gehäuse 3 ist gebildet aus einem einteiligen Gehäusetopf 14, der am ersten Ende 4 des Gehäuses 3 durch eine Bodenwand 15 abgeschlossen ist und an dem dem ersten Ende 4 gegenüberliegenden zweiten Ende 16 eine aufgeweitete Öffnung 17 aufweist, die nach Einbringen des Polkerns 5 und des Magnetankers 6 sowie übriger Ventilbestandteile mittels eines Gehäuseabschlusses 18 verschlossen wird. Der Ventilsitz 13 ist hierbei im Gehäuseabschluss 18 eingebracht. In dem Gehäuse 3, nämlich dem Gehäusetopf 14, ist demzufolge der Magnetanker 6 nur teilweise aufgenommen, nämlich bis zum Anschluss des Gehäuseabschlusses 18 an den Gehäusetopf 14; der Polkern 5 hingegen ist von dem Gehäusetopf 14 vollständig umgriffen. Der Polkern 5 weist hierbei eine erste Stirnseite 19 auf, die der Bodenwand 15 des Gehäusetopfes gegenüberliegt, und eine der ersten Stirnseite 19 gegenüberliegende zweite Stirnseite 20, die dem Magnetanker 6 gegenüberliegt. Der Polkern 5 weist einen im Wesentlichen kreisförmigen, bevorzugt kreisrunden, Querschnitt auf, der von einer Umfangswand 21 des Polkerns 5 begrenzt wird. Die Umfangswand 21 des Polkerns 5 liegt an einer Mantelwand 22 des Gehäusetopfes 14 an. Die Mantelwand 22 weist hierbei gegenüber dem Polkern 5, insbesondere der Umfangswand 21 des Polkerns 5, ein Durchmesseruntermaß auf, sodass der Polkern 5 im Bereich der Mantelwand 22, wie dargestellt, mit Vorspannung gehalten ist. Der Polkern 5 weist ferner einen in Axialrichtung erstreckten Druckausgleichskanal 23 auf, der hier als eine in die Umfangswand 21 in Axialrichtung eingebrachte Nut 24 ausgebildet ist. Anstelle der Nut 24 kann auch jede andere, von der Geometrie der Umfangswand 21 in Richtung Zentrum (Längsachse 25 des Magnetventils 1) abweichende, also zurücktretende Formgebung Verwendung finden, die in Axialrichtung des Polkerns 5 von der ersten Stirnseite 19 zur zweiten Stirnseite 20 verläuft; ebenso kommen hier nicht dargestellte Bohrungen in Betracht, die von der ersten Stirnseite 19 zur zweiten Stirnseite 20 verlaufen. Der Druckausgleichskanal 23 dient dazu, das den Magnetanker 6 umspülende und den Polkern 5 im Bereich seiner zweiten Stirnseite 20 beaufschlagende Medium 26, das von dem Magnetventil 1 geschaltet wird, in den Bereich zwischen erster Stirnseite 19 des Polkerns 5 und der Bodenwand 15 des Gehäuses 3 einströmen zu lassen, sodass der Polkern 5 beidseitig, nämlich von der ersten Stirnseite 19 und von der zweiten Stirnseite 20, mit dem Medium 26 umströmt und somit auf beiden Stirnseiten 19, 20 mit gleichem Druck beaufschlagt ist; auf diese Weise wird eine unerwünschte Axialverschiebung des durch die bereits beschriebene Vorspannung zwischen Umfangswand 21 und Mantelwand 22 des Gehäuses 3 gehaltenen Polkerns 5 durch nur einseitige Druckbeaufschlagung über das Medium 26, nämlich im Bereich der zweiten Stirnseite 20, sehr vorteilhaft vermieden. Eine Verschweißung von Polkern 5 und Gehäuse 3 erübrigt sich dadurch ebenso wie eine zusätzliche Verpressung dieser Teile.
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2 zeigt die Montage des Magnetventils 1, nämlich das Einbringen des Polkerns 5 in das Gehäuse 3. Der Polkern 5 wird hierzu an dem zweiten Ende 16 des Gehäuses 3, nämlich des Gehäusetopfes 14, in Axialrichtung eingeführt und von dem Magnetanker 6 in die Einschubrichtung R, nämlich axial in Richtung auf die Bodenwand 15 zu, in das Gehäuse 3 hineinbewegt. Im Bereich des zweiten Endes 16 weist das Gehäuse 3 einen etwas weiteren Durchmesser auf als im Bereich seines ersten Endes 4, so dass der Polkern 5 durch die Kraftbeaufschlagung über den Magnetanker 6 leicht einzuführen ist. Der Polkern 5 weist an der dem Magnetanker 6 zugewandten Seite, also im Wesentlichen im Bereich der zweiten Stirnseite 20, eine Durchmesseraufweitung auf, die einer Durchmesserreduktion nahe seinem oberen Ende, axial unterhalb des ersten Endes 4 des Gehäuses 3 entspricht. Auf diese Weise wird eine maximale Eindringtiefe des Polkerns 5 konstruktiv festgelegt. Der Polkern 5 hat im Bereich seines oberen Endes 27 einen solchen Durchmesser, der geringfügig größer ist als der Innendurchmesser der Mantelwand 22 des Gehäuses 3; durch dieses Durchmesseruntermaß der Mantelwand 22 gegenüber der Umfangswand 21 des Polkerns 5 ergibt sich eine Vorspannung, gegen die der Polkern in Axialrichtung in seine gewünschte Endposition und Einbauendlage 27 geschoben wird; durch diese Vorspannung wird der Polkern selbsttätig gehalten, sobald der Vorschub in Einschubrichtung R aufhört. Der Vorschub in Einschubrichtung R wird durch Kraftbeaufschlagung des Magnetankers im Bereich von dessen Ende 10 durch ein geeignetes Vorschubwerkzeug 28 bewirkt, wobei das Vorschubwerkzeug 28 den Bereich des Endes 10 des Magnetankers 6 bevorzugt ringförmig umschließt und Polkern 5 und Magnetanker 6 genau fluchtend zur Längsachse 25 des Gehäuses 3 vortreibt. Die hierbei auf den Magnetanker 6 und den Polkern 5 wirkende Kraft F ist so groß, dass sie die Vorspannung, die durch das Durchmesseruntermaß zwischen Umfangswand 21 und Mantelwand 22 bewirkt ist, überwindet. Der Vorschub durch das Vorschubwerkzeug 28 erfolgt so lange und so weit, bis der Magnetanker 6 seinerseits so weit in dem Gehäuse 3 aufgenommen ist, dass die Verschlusskugel 11 eine solche Axialposition relativ zum Gehäuse 3 aufweist, wie diese nach Verschluss des Gehäuses 3 durch den Gehäuseabschluss 18 erforderlich ist, um den in der 1 gezeigten Ventilsitz 13 gerade offenzuhalten und das Durchströmen des in der 1 gezeigten Mediums 26 zu ermöglichen. Auf diese Weise lässt sich sehr leicht die Einstellung der Axialposition des Polkerns 5 unmittelbar durch die zur Ventilöffnung erforderliche Axialposition der mit dem Magnetanker 6 verbundenen Verschlusskugel 11 bewirken, ohne dass weitere Einstell- oder Justierarbeiten erforderlich wären. Der Vortrieb mit der Kraft F durch das Vorschubwerkzeug 28 auf den Magnetanker 6 endet einfach in dem Moment, in dem die Verschlusskugel 11 die gewünschte und erforderliche Position in Axialrichtung erreicht hat. Durch die Vorspannung wird der Polkern 5 in seiner dann erreichten Einbauendlage 27 gehalten, und bei Kontakt zwischen Magnetanker 6 und Polkern 5 ist die geöffnete Arbeitsposition des Magnetventils 1 gegeben. Die Montage erfolgt dabei insgesamt in Einschubrichtung R. Nach erfolgtem Einbringen von Polkern 5 und Magnetanker 6 in der beschriebenen Weise wird der in der 1 dargestellte Gehäuseabschluss 18 aufgebracht, wodurch das Magnetventil 1 fertiggestellt ist.
