DE10311486A1 - Elektromagnetventil - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Elektromagnetventil, mit einer Feder (6), die in der elektromagnetisch nicht erregten Ventilstellung den Magnetanker (5) in einem definierten Axialabstand vom Magnetkern (3) positioniert, so dass der Magnetanker (5) vom Magnetkern (3) durch einen Zwischenraum getrennt ist, in dem ein ringscheibenförmiges Federelement (4) angeordnet ist, das der Bewegung des Magnetankers (5) entgegenwirkt. Der Zwischenraum weist ein Mittel (10) auf, das die Umströmung des Federelements (4) unabhängig von der Schaltstellung des Magnetankers (5) begünstigt.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Elektromagnetventil nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
- Aus der
DE 100 16 599 A1 ist bereits ein Elektromagnetventil der gattungsbildenden Art bekannt geworden, dessen zwischen dem Magnetkern und dem Magnetanker angeordnetes Federelements einen fluidischen Widerstand hervorruft, der die Entlüftung und Befüllung des oberhalb des Federelements gelegenen Hohlraums mit Hydraulikflüssigkeit erschwert. - Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Elektromagnetventil der gattungsbildenden Art unter Beibehaltung eines möglichst einfachen Aufbaus derart zu verbessern, dass vorgenannter Nachteil vermieden wird.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für ein Elektromagnetventil der angegebenen Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
- Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor und werden anhand mehrerer Zeichnungen nachfolgend erläutert.
- Es zeigen:
-
1 einen Längsschnitt durch ein in der Grundstellung stromlos offenes Elektromagnetventil mit Ausneh mungen am Magnetkern, -
2 eine Vergrößerung der erfindungswesentlichen Einzelheiten für das Elektromagnetventil nach1 , -
3 einen Ausschnitt des Elektromagnetventils nach1 in einer elektromagnetisch erregten Stellung des Magnetankers, -
4 eine Abwandlung des aus den1 -3 bekannten Federelements. - In der
1 ist eine Anwendung der Erfindung für ein elektromagnetisch nicht erregtes, in Grundstellung geöffnetes Elektromagnetventil gezeigt, dessen Ventilgehäuse1 beispielhaft in Patronenbauweise ausgeführt ist. Das Oberteil des Ventilgehäuses1 ist als dünnwandige Ventilhülse2 gestaltet, in deren domförmig geschlossenem Bereich ein zylinderförmiger Magnetanker5 geführt ist. Unterhalb des Magnetankers5 befindet sich der hohlzylindrische Magnetkern3 . Der Magnetkern3 nimmt innerhalb seiner Stufenbohrung eine an sich bekannte Feder6 mit linearem Kennlinienverlauf auf, die sich als Schraubendruckfeder mit ihrem einen Windungsende auf die Stirnfläche des Magnetankers5 erstreckt. Der Magnetanker5 ist folglich unter der Wirkung der Feder6 mit dem stößelförmigen Ventilschließglied7 von einem Ventilsitz8 im Ventilgehäuse1 abgehoben, wodurch ein das Ventilgehäuse1 in Horizontal- und Vertikalrichtung durchdringender Druckmittelkanal9 in der abbildungsgemäßen Ventilgrundstellung freigegeben ist. Das stößelförmige Ventilschließglied7 ist vorzugsweise mittels einer Presspassung im Magnetanker5 fixiert und an seinem dem Ventilsitz8 zugewandten Endabschnitt8 in einem Führungsabschnitt des Ventilgehäuses1 zentriert. - Durch eine auf dem Ventilgehäuse
1 angebrachte Ventilspule11 und einen die Ventilspule11 teilweise umschließenden Jochring12 lässt sich durch eine Erregung der Ventilspule11 der Magnetkreis schließen und der Magnetanker5 in Richtung auf den Magnetkern3 bewegen. - Durch die Anordnung eines Federelementes
4 im Luftspalt zwischen dem Magnetanker5 und dem Magnetkern3 wird die Magnetkraft FM virtuell geschwächt, wozu die Charakteristik des Federelementes4 derart ausgelegt ist, dass die resultierende Magnetkraft FM bei Annäherung des Magnetankers5 an den Magnetkern3 und damit scheinbar mit zunehmendem Ventilhub s schneller abnimmt als die aus dem hydraulischen Druck am Ventilschließglied7 resultierende Stößelkraft, die im wesentlichen durch die hydraulische Beaufschlagung des Stößels festgelegt ist. Hierdurch kann entweder mittels geeigneter elektrischer Stromregelung in der Ventilspule11 bei jeweils konstantem Hydraulikdruck oder aber durch Regelung des Drucks bei jeweils konstantem Ventilspulenstrom jede beliebige Ventilhubposition zwischen den bistabilen Hubgrenzlagen eingestellt werden. Man hat damit die Möglichkeit, das Elektromagnetventil nicht nur als 2-Wegeventil, sondern auch im Analogbetrieb als Volumenstromregelventil zu betreiben. - Damit unter Anwendung der erfindungsgemäßen Merkmale das Elektromagnetventil einwandfrei funktionieren kann, erfolgt die Zuströmung und damit die Druckbeaufschlagung des Ventilschließgliedes
7 abbildungsgemäß von unten, d.h. stromauf wärts des Ventilschließgliedes7 über den den vertikalen Druckmittelkanal9 abdeckenden Plattenfilter13 in Richtung auf die Stirnfläche des geöffneten Ventilschließgliedes7 zu den das Ventilgehäuse1 auf der Höhe des Ringfilters15 durchquerenden Druckmittelkanälen9 . - In einer elektromagnetisch nicht erregten Ventilschaltstellung ist der Magnetanker
5 durch die Feder6 in einem definierten Axialabstand vom Magnetkern3 positioniert, so dass der Magnetanker5 vom Magnetkern3 durch einen Zwischenraum getrennt ist, in dem das ringscheibenförmige Federelement4 lose angeordnet ist. Ferner ist im Bereich des Zwischenraums wenigstens ein Mittel10 vorgesehen, das die Umströmung des Federelements4 begünstigt. Das Mittel ist als eine am Magnetkern3 und/oder auch am Federelement4 angeordnete Ausnehmung10 ausgeführt, die gemäß der1 an der dem Federelement4 zugewandten Stirnfläche des Magnetkerns3 in Form einer Quernut dargestellt ist, die sich vom Innendurchmesser des Magnetkerns3 zum Außendurchmesser des hohlzylindrischen Magnetkerns3 erstreckt. - Die
2 zeigt hierzu eine vergrößerte, teilweise Darstellung des Magnetkerns3 und des Magnetankers5 mit den entsprechenden erfindungswesentlichen Einzelheiten des Elektromagnetventils nach1 . Im einzelnen lässt sich unter Berücksichtigung der Erläuterungen zu1 nunmehr aus der2 die elektromagnetisch nicht erregte, offene Ventilschaltstellung deutlich erkennen, in der das ringscheibenförmige Federelement4 mit seinem Außenrand an der Oberkante der nach innen schräg zulaufenden Stirnfläche des Magnetkerns3 anliegt, während der Innenrand des planen Federelementes4 im Bereich der die Feder6 aufweisenden Öffnung von der Unterkante des der Stirnfläche des Magnetkerns3 axial beabstandet ist. Gleichzeitig besteht auch zwischen dem Innenrand des Federelements4 und der Stirnfläche des Magnetankers5 ein Axialabstand. Der zwischen den Stirnflächen des Magnetankers5 und des Magnetkerns3 bestehende Axialabstand entspricht somit nach Berücksichtigung der Dicke des Federelementes4 dem maximalen Magnetankerhub X und wird zur Evakuierung als auch zur Befüllung des oberhalb des Federelements4 gelegenen Hohlraums (Magnetankerraums) mit Hydraulikflüssigkeit benötigt. - In der
2 sind die Evakuier- und Befüllwege mittels Pfeile verdeutlicht. Hierbei ist zu beachten, dass die Evakuierung als auch die Befüllung des Magnetankerraums von unten durch die Bohrung des Magnetkerns3 erfolgt. Folglich pflanzt sich zur Evakuierung des Magnetankerraums das Vakuum zunächst entlang der Feder6 nach oben zur Stirnfläche des Magnetkerns3 fort. Da in die Stirnfläche des Magnetkerns3 mehrere nutförmige Ausnehmungen10 eingebracht sind, gelangt das Vakuum nicht nur über den Innenrand des Federelements4 zur Stirnfläche des Magnetankers5 und von dort entlang der Oberseite des Federelements4 in den Magnetankerraum, sondern auch entlang den Ausnehmungen10 des Magnetkerns3 und damit entlang der Unterseite des Federelements4 zum Außenrand des Federelements4 , so dass über dessen Radialabstand zur Ventilhülse2 gleichfalls eine Verbindung zum Magnetankerraum besteht. Wie bereit erwähnt, werden die für den Evakuierprozess erläuterten Wege auch vorteilhaft zur Befüllung des Magnetankerraums benutzt. - In der
3 wird abweichend von2 die elektromagnetisch erregte Schaltstellung des Magnetankers5 gezeigt, wo durch die nach innen konisch zulaufende Stirnfläche des Magnetankers5 von oben auf den Innenrand des Federelements4 drückt und dieses elastisch vorspannt. Zwangsläufig ist der aus2 bekannte, normalerweise über den Innenrand des Federelements4 verlaufende Druckmittelweg abgesperrt, so dass infolge der Ausnehmung10 am Magnetkern3 vorteilhaft eine Druckmittelverbindung zwischen den beiderseits des Federelements4 gelegenen Hohlräume entlang dem Außenrand des Federelements4 gewährleistet ist. - Das Federelement
4 ist aus herstelltechnischen Gründen vereinfacht als ebene Platte bzw. Lochscheibe ausgeführt, die zwischen den schrägen Stirnflächen des Magnetankers5 und des Magnetkerns3 eingelegt ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Stirnfläche des Magnetkerns3 in Richtung des Federelementes4 konkav bzw. trichterförmig erweitert, während die Stirnfläche des Magnetankers5 konisch zuläuft und damit konvex ist. Ein Vertauschen der Stirnflächengeometrie ist denkbar. Die Erfindung bleibt hiervon unbeeinträchtigt und es ergibt sich gleichfalls die eine Tellerfeder charakteristische, vorteilhafte progressive Federkennlinie für das ebene, ringscheibenförmige Federelement4 . - Die
4 zeigt in einer vergrößerten Perspektivdarstellung das Federelement4 , das am Außenumfang mehrere Ausnehmungen10 aufweist, die aus kreisbogenförmigen Ausschnitten bestehen, die gleichmäßig am Außenumfang des Federelements4 verteilt sind. Die Geometrie der kreisbogenförmigen Ausschnitte ist derart gewählt, dass die maximal auftretende Spannungsverteilung gleichbleibend entlang des Innenumfangs am Federelement (4 ) ist und im Vergleich zu einer Lochscheibe nicht erhöht ist und keine Spannungsspitzen am Außenum fang des Federelements (4 ) erzeugt werden. Die Ausnehmungen10 sind vorzugsweise im Winkelabstand von 60 Grad am Außenumfang des Federelements4 angeordnet, wobei die maximale Tiefe T der Ausnehmungen10 zwischen 8% und 12% des Federaußendurchmessers beträgt. Das Federelement4 besteht aus Federstahl, vorzugsweise Kaltband, in das die Ausnehmungen10 kostengünstig und präzise eingeätzt sind. - Durch die am Außenumfang des Federelements
4 angeordneten Ausnehmungen10 wird ein alternatives bzw. die Ausführungen zu2 ,3 ergänzendes Mittel zur verbesserten Umströmung des Federelements4 vorgeschlagen, das unabhängig von der Schaltstellung des Magnetankers5 einen permanenten Durchlass zwischen der Stirnfläche des Magnetkerns3 und dem durch die bogenförmige Ausnehmung10 eingezogenen Außenrand des Federelements4 ermöglicht. - Somit ergeben sich bei der Verwendung des Federelements
4 nach4 anstelle des in den1 -3 beschriebenen Federelements4 mit konstantem Kreisumfang gleichwertige Strömungsverhältnisse wie sie explizit in den2 ,3 dargestellt sind, jedoch mit dem entscheidenden Vorteil, dass die Ausnehmungen10 im Magnetkern3 nicht mehr zwingend erforderlich sind. Das Anbringen der Ausnehmungen10 am Umfang des Federelements4 ermöglicht gegenüber dem Lösungsvorschlag nach den1 -3 überdies größere Strömungsquerschnitte und eine einfachere Herstellung. - Dem Fachmann bleibt schließlich im Einzelfall überlassen, welches der beiden vorgeschlagenen Mittel (Ausnehmungen
10 entweder am Federelement4 oder am Magnetkern3 ) er verwendet oder ob er beide Mittel (Ausnehmungen10 am Magnetkern als auch am Federelement4 ) kombiniert, um zu einer möglichst vollkommenen Evakuierung als auch Flüssigkeitsbefüllung aller Hohlräume des Elektromagnetventils zu gelangen. -
- 1
- Ventilgehäuse
- 2
- Ventilhülse
- 3
- Magnetkern
- 4
- Federelement
- 5
- Magnetanker
- 6
- Feder
- 7
- Ventilschließglied
- 8
- Ventilsitz
- 9
- Druckmittelkanal
- 10
- Ausnehmung
- 11
- Ventilspule
- 12
- Jochring
- 13
- Plattenfilter
- 14
- –
- 15
- Ringfilter
Claims (7)
- Elektromagnetventil, insbesondere für Kraftfahrzeug-Radschlupfregelsysteme, mit einem Ventilgehäuse, in dem ein Ventilschließglied beweglich geführt ist, mit einem an Ventilschließglied angebrachten Magnetanker, der in Abhängigkeit von der elektromagnetischen Erregung eine am Ventilgehäuse angebrachte Ventilspule eine Hubbewegung in Richtung eines im Ventilgehäuse angeordneten Magnetkerns vollzieht sowie mit einer Feder, die in der elektromagnetisch nicht erregten Ventilstellung den Magnetanker in einem definierten Axialabstand vom Magnetkern positioniert, so dass der Magnetanker vom Magnetkern durch einen Zwischenraum getrennt ist, in dem ein ringscheibenförmiges Federelement angeordnet ist, das der Bewegung des Magnetankers entgegenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Zwischenraums wenigstens ein Mittel (
10 ) vorgesehen ist, das die Umströmung des Federelements (4 ) unabhängig von der Stellung des Magnetankers (5 ) ermöglicht. - Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel als eine am Magnetkern (
3 ) und/oder am Federelement (4 ) angeordnete Ausnehmung (10 ) ausgeführt ist. - Elektromagnetventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetkern (
3 ) an seiner dem Federelement (4 ) zugewandten Stirnfläche wenigstens eine Ausnehmung (10 ) in Form einer Quernut aufweist, die sich vom Innendurchmesser zum Außendurchmesser des hohlzylindrischen Magnetkerns (3 ) erstreckt. - Elektromagnetventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (
4 ) am Außenumfang mehrere Ausnehmungen (10 ) aufweist, die aus kreisbogenförmigen Ausschnitten bestehen, die gleichmäßig am Außenumfang des Federelements (4 ) verteilt sind. - Elektromagnetventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Geometrie der kreisbogenförmigen Ausschnitte derart gewählt sind, dass die maximal auftretende Spannungsverteilung gleichbleibend entlang des Innenumfangs des Federelements (
4 ) ist, wobei keine Spannungsspitzen am Außenumfang des Federelements (4 ) wirksam sind. - Elektromagnetventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (
10 ) vorzugsweise im Winkelabstand von 60 Grad am Außenumfang des Federelements (4 ) verteilt sind, und dass die maximale Tiefe (T) der Ausnehmungen (10 ) zwischen 8% und 12% des Federaußendurchmessers beträgt. - Elektromagnetventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (
4 ) aus Federstahl, vorzugsweise Kaltband besteht, in das die Ausnehmungen (10 ) geätzt sind.
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