-
Die
Erfindung geht aus von einem Elektromagnetventil, das die Merkmale
aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufweist.
-
Elektromagnetventile
dieser Art werden z.B. im Automatikgetriebe eines Kraftfahrzeugs
zur Steuerung eines Modulationsdruckes und zur Ansteuerung der Überbrückungskupplung
eingesetzt. Dort werden sie mit Öl
betrieben, das stark verschmutzt sein kann. Bei einem Elektromagnetventil
mit einem sich in einem Ankerraum befindlichen Magnetanker, mit
einer zwischen dem Ankerraum und einem Ventilraum angeordneten Lagerbuchse
und mit einem mit dem Magnetanker verbundenen Ventilstößel, der in
der Lagerbuchse verschiebbar gelagert ist und in den Ventilraum
hineinragt, ist einerseits eine fluidische Verbindung zwischen dem
Ventilraum und dem Ankerraum geschaffen, um während des Betriebs auftretende Änderungen
im freien Volumen des Ankerraums ausgleichen zu können, andererseits
will man jedoch vermeiden, daß im Öl enthaltende Schmutzpartikel
in den Ankerraum und in die Lagerspalte gelangen und einen vorzeitigen
Ausfall des Elektromagnetventils herbeiführen.
-
Bei
einem aus der
DE 36
44 744 C2 bekannten Elektromagnetventil mit einer Lagerbuchse
zwischen einem Ankerraum und einem Ventilraum und mit einem in der
Lagerbuchse gelagerten, mit dem Magnetanker verbundenen Ventilstößel hat
man eine Verschmutzung des Ankerraums dadurch vermieden, daß dieser über einen
Kanal in einem Gehäuseteil
und über
eine Schmutzfalle zum Ausfiltern von Schmutzpartikeln mit dem Ventilraum
verbunden ist. Bei der Schmutzfalle handelt es sich um eine quer
zu dem Kanal verlaufende und radial in den Ventilraum mündende Sacklochbohrung,
wobei zusätzlich
auch ein Schmutzfilter vorgesehen sein kann. Bei dem Elektromagnetventil
gemäß der
DE 36 44 744 C2 geht
eine Ablaufbohrung radial von dem Ventilraum ab. Die Lagerbuchse
sitzt so nahe wie möglich
am als Schließteil
dienenden Ende des Ven tilstößels, also so
nahe wie möglich
an der Mündung
der axialen Zulaufbohrung in den Ventilraum. Sie verdeckt sogar teilweise
die radiale Ablaufbohrung.
-
Ein
Elektromagnetventil mit allen Merkmalen aus dem Oberbegriff des
Anspruchs 1 ist z.B. aus der
DE 38 36 300 A1 oder aus dem
DE 86 26 681 U1 bekannt.
Das Elektromagnetventil aus letzterer Schrift besitzt eine fallende
Kennlinie. Dies bedeutet, daß der
Druck in der axialen Zulaufbohrung mit einer Erhöhung des durch die Wicklung
des Elektromagneten fließenden
Stromes abnimmt. Die Lagerbuchse für den Ventilstößel nimmt
bei dem Elektromagnetventil nach dem Gebrauchsmuster eine Position
ein, in der ihre dem Ventilraum zugewandte Stirnseite einen Abstand
von den Achsen der beiden radialen Ablaufbohrungen hat, der dem
Radius der Ablaufbohrungen entspricht. Die in die in der fluidischen
Verbindung zwischen dem Ventilraum und dem Ankerraum liegende Axialbohrung
des Ventilstößels mündende Querbohrung
besitzt in der Endlage des Ventilstößels, in der dieser auf dem
Rand der Zulaufbohrung aufsitzt, einen Abstand von der erwähnten Stirnseite der
Lagerbuchse.
-
Das
Elektromagnetventil nach der
DE 38 36 300 A1 ist eines mit einer steigenden
Kennlinie. Der Druck im Zulaufanschluß steigt also mit einer Erhöhung des
durch die Wicklung des Elektromagneten fließenden Stromes an. Bei diesem
Elektromagnetventil überdeckt ähnlich wie
bei demjenigen nach der
DE
36 44 744 C2 die Lagerbuchse für den Ventilstößel teilweise
die radial vom Ventilraum abgehenden Ablaufbohrungen. Die Querbohrung
im Ventilstößel befindet
sich nahe am Stößelende
und hat in der Endlage des Ventilstößels, in der dieser auf dem Rand
der axialen Zulaufbohrung aufsitzt, einen großen Abstand von der dem Ventilraum
zugewandten Stirnseite der Lagerbuchse.
-
Der
Gestaltung der erwähnten
Elektromagnetventile liegt hinsichtlich der Schmutzunempfindlichkeit
folgende Überlegung
zugrunde. Bei erstmaliger Inbetriebnahme sind die Hohlräume des
Elektromagnetventils mit relativ sauberem Öl gefüllt. Bewegt sich nun der Ventilstößel in den
Ankerraum hinein und wird dadurch dessen freies Volumen verkleinert, so
wird Öl
aus dem Ankerraum in die Bohrungen der fluidischen Verbindung zwischen
ihm und dem Ventilraum verdrängt.
Die in der fluidischen Verbindung liegenden Bohrungen sind so dimensioniert,
daß sie das
gesamte verdrängte Öl aufnehmen
können.
Bei einer Bewegung des Ventilstößels in
Richtung Schließstellung,
also aus dem Ankerraum heraus, vergrößert sich dessen freies Volumen,
und aus den Bohrungen der fluidischen Verbindung zwischen Ankerraum
und Ventilraum gelangt nun Öl
in den Ankerraum. Es findet also über die fluidische Verbindung kein
oder nur ein geringer Austausch von Öl zwischen dem Ankerraum und
dem Ventilraum statt, so daß das Öl im Ankerraum
lange Zeit relativ sauber bleibt. Das Elektromagnetventil nach der
DE 38 36 300 A1 hat
deshalb im praktischen Einsatz den bisher gestellten Anforderungen
an die Lebensdauer genügt.
-
Ziel
der Erfindung ist es, ein Elektromagnetventil mit den Merkmalen
aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so weiterzuentwickeln, daß erhöhte Anforderungen
an die Lebensdauer des Ventils erfüllt werden.
-
Dieses
Ziel wird mit einem Elektromagnetventil, das die Merkmale aus dem
Oberbegriff des Anspruchs 1 aufweist, dadurch erreicht, daß sich gemäß dem kennzeichnenden
Teil des Anspruchs 1 in der Endlage des Ventilstößels die Querbohrung nahe an
der Lagerbuchse befindet und diese gegenüber einer zweiten Ventilbohrung,
die im wesentlichen radial von dem Ventilraum abgeht, in Richtung
auf den Ankerraum zurückgesetzt
ist, so daß sich
schon in den Endlage des Ventilstößels die Querbohrung zumindest
teilweise innerhalb der Lagerbuchse befindet.
-
Der
Erfindung liegt folgende Überlegung
zugrunde. Bei den bekannten gattungsgemäßen Elektromagnetventilen befindet
sich die Mündung
der Querbohrung in einem Bereich des Ventilstößels, an den das von der Zulaufbohrung
zur Ablaufbohrung strömende
Druckmittel vorbeifließt.
Der dadurch erniedrigte statische Druck an der äußeren Mündung der Querbohrung des Ventilstößels herrscht
auch im Ankerraum und damit am Beginn des Lagerspalts zwischen der
Lagerbuchse und dem Ventilstößel an der
dem Ankerraum zugewandten Stirnseite der Lagerbuchse. An der dem
Ventilraum zugekehrten Stirnseite der Lagerbuchse dagegen bildet
sich ein Staudruck aus, der auch am ventilraumseitigen Beginn des
Lagerspalts zwischen dem Ventilstößel und der Lagerbuchse herrscht.
Somit besteht über
den Lagerspalt zwischen Lagerbuchse und Ventilstößel eine Druckdifferenz, die,
auch wenn sie sehr gering ist, bewirkt, daß dauernd eine geringe Menge
Druckmittel vom Ventilraum über
den Lagerspalt in den Ankerraum fließt und im Mittel eine Rückströmung über die
Bohrungen des Ventilstößels in
den Ventilraum stattfindet. Dies führt zu einer allmählichen
Verschmutzung des Lagerspaltes zwischen dem Ventilstößel und
der Lagerbuchse und des Ankerraumes. Bei einem erfindungsgemäßen Elektromagnetventil ist
nun dafür
gesorgt, daß im
ventilraumseitigen Beginn des Lagerspaltes und in der äußeren Mündung der
Querbohrung nahezu identische Druckverhältnisse vorliegen. Die Druckdifferenz über den
Lagerspalt ist eliminiert oder zumindest reduziert und dadurch die
Lebensdauer des Ventils verlängert.
-
Es
ist also davon abgegangen, die Lagerbuchse so nahe wie möglich am
Ende des Ventilstößels anzuordnen.
Durch die Zurücksetzung
hat man vielmehr die Lagerbuchse und die Querbohrung aus dem unmittelbaren
Bereich der Druckmittelströmung entfernt,
da durch die Druckverhältnisse
an Querbohrung und Lagerspalt weiter aneinander angeglichen und
damit die Schmutzunempfindlichkeit des Ventils noch erhöht.
-
Vorteilhafte
Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Elektromagnetventils kann
man den Unteransprüchen
entnehmen.
-
Ein
genügend
großer
Durchtrittsquerschnitt zwischen dem Ventilraum und der Querbohrung
wird, auch wenn die Lagerbuchse die Querbohrung weit überdeckt,
dadurch erhalten, daß gemäß Anspruch
2 zwischen dem Ventilstößel und
der Lagerbuchse ein an der dem Ventilraum zugewandten Stirnseite
der Lagerbuchse und zur Querbohrung offener Freiraum begrenzter
radialer Ausdehnungen vorhan den ist. Die Lagerbuchse kann nun sogar
vollständig
oder nahezu vollständig über die
Querbohrung hinwegragen. Zudem wird durch den Freiraum ein Bereich
geschaffen, der durch die Druckmittelströmung zwischen der Zulaufbohrung
und der Ablaufbohrung des Ventils kaum mehr beeinflußt wird.
An Lagerspalt und Querbohrung liegen deshalb gleiche Druckverhältnisse vor.
Vorzugsweise ist gemäß Anspruch
4 der Freiraum ein umlaufender Ringkanal, der gemäß Anspruch
5 bevorzugt mindestens so breit ist, daß er die Querbohrung ganz überdeckt.
Ein umlaufender Ringkanal läßt sich
leicht herstellen. Die angesprochene Breite bewirkt einen guten
Zu- und Abfluß von
Druckmittel in und aus der Querbohrung.
-
Vorzugsweise
ist gemäß Anspruch
6 der Freiraum als Aussparung, insbesondere als umlaufender Ringkanal,
im Ventilstößel ausgebildet
und reicht in jeder betrieblichen Position des Ventilstößels bis
vor die dem Ventilraum zugewandte Stirnseite der Lagerbuchse. Die
Aussparung kann als umlaufender Ringkanal auch in der Lagerbuchse
ausgebildet sein. Zwischen der Lagerbuchse und dem Ventilstößel ist dann
eine konstante Führungslänge vorhanden.
Der Kanal im Ventilstößel bewirkt,
daß die
Führungslänge zwischen
der Lagerbuchse und dem Ventilstößel die bei
einem Ringkanal in der Lagerbuchse und dem Ventilstößel die
bei einem Ringkanal in der Lagerbuchse konstante Führungslänge nur
als minimalen Wert annimmt.
-
Gemäß Anspruch
8 ist die Lagerbuchse an ihrer dem Ventilraum zugewandten Stirnseite
mit einem umlaufenden äußeren Einstich
versehen. Es hat sich herausgestellt, daß sich ein solcher Einstich
und die damit verbundene Beeinflußung der Druckmittelströmung an
der Stirnseite der Lagerbuchse günstig auf
die Schmutzunempfindlichkeit eines erfindungsgemäßen Elektromagnetventils auswirkt.
Der Einstich ist bevorzugt konkav gekrümmt.
-
Zwei
Ausführungsbeispiele
eines erfindungsgemäßen Elektromagnetventils
sind in einem Längsschnitt
in den Zeichnungen dargestellt. Anhand dieser Zeichnungen wird die
Erfindung nun näher
erläutert.
-
Es
zeigen
-
1 das erste Ausführungsbeispiel,
bei dem ein Ringkanal zwischen Ventilstößel und Lagerbuchse durch eine
Eindrehung am Ventilstößel gebildet
ist, und
-
2 des zweite Ausführungsbeispiel,
bei dem ein Ringkanal zwischen Ventilstößel und Lagerbuchse durch eine
Ausdrehung an der Lagerbuchse gebildet ist.
-
Bei
der Ausführung
nach 1 ist in ein topfförmiges Ventilgehäuse 10 ein
Spulenkörper 11 mit einer
umspritzten Wicklung 12 eingesetzt. An den Spulenkörper ist
einstückig
ein Steckerteil 13 angeformt. Zentral steht vom Boden 14 des
Ventilgehäuses 10 einstückig ein
kreiszylindrischer Polkern 15 hoch, der etwa bis zur Mitte
in die Wicklung 12 hineinragt. Zentral geht durch den Polkern 15 und
durch den Boden 14 eine doppeltgestufte Bohrung 16 hindurch,
deren Bohrungsabschnitt 17 mit dem größten Durchmesser an der freien
Stirnseite des Polkerns 15 beginnt, die sich in einem Bohrungsabschnitt 18 kleineren
Durchmessers bis zu einem geringen Abstand zur unteren Stirnseite 19 des
Ventilgehäuses 10 fortsetzt
und dann in einem Bohrungsabschnitt 20 mit dem kleinsten
Durchmesser zur Stirnseite 19 hin durchbricht. Der Bohrungsabschnitt 20 bildet
einen axialen Zulaufkanal des Ventils. Entgegengesetzt zum Polkern 15 ragt
in den Spulenkörper 11 ein
zweiter Polkern 21 hinein, der einen Abstand vom Polkern 15 einhält, mit
einer durchgehenden Bohrung 22 versehen ist, deren Durchmesser
dem Durchmesser des Bohrungsabschnitts 17 der Bohrung 16 entspricht
und der mit einem Radialflansch auf einer Schulter des Ventilgehäuses 10 aufliegt.
Durch einen Deckel 23 ist die Bohrung 22 verschlossen.
Polkern 21 und Deckel 23 sind durch eine Einbördelung
des Ventilgehäuses 10 an
diesem gehalten.
-
In
die Bohrung 22 des Polkerns 21 ist eine Lagerbuchse 28 eingepreßt und nach
dem Einpressen als Lagerstelle bearbeitet. Eine weitere Lagerbuchse 29 ist
in den Abschnitt 18 der Bohrung 16 eingesetzt.
Diese Lagerbuchse 29 teilt das Innere des Ventiles auf
in einen Ankerraum 31, der sich zwischen dem Deckel 23 und der
Lagerbuchse 29 befindet, und einen Ventilraum 32,
der durch den zwischen der Lagerbuchse 29 und dem Bohrungsabschnitt 20 verbleibenden
Bereich des Bohrungsabschnitts 18 der Bohrung 16 gebildet
wird und von dem knapp über
der Stufe zum Bohrungsabschnitt 20 eine oder mehrere Radialbohrungen 33 als
Ablaufbohrungen des Ventils abgehen. Der Innendurchmesser der Lagerbuchse 29 ist
geringfügig
größer als der
Durchmesser des Bohrungsabschnitts 20. Mit ihrer dem Ankerraum 31 zugewandten
Stirnseite 34 endet die Lagerbuchse 29 kurz vor
der Stufe zwischen den beiden Abschnitten 17 und 18 der
Bohrung 16. Die Länge
der Buchse ist so gewählt,
daß ihre
dem Ventilraum 32 zugewandte Stirnseite 35 von der
Achse einer Ablaufbohrung 33 einen Abstand besitzt, der
größer als
der Radius dieser Bohrung ist. An der Stirnseite 35 ist
die Lagerbuchse 29 außen
mit einem Einstich 36 von solcher Form versehen, daß die Lagerbuchse
im Bereich des Einstichs, in einem axialen Schnitt betrachtet, konkav
gekrümmt
ist.
-
Ein
Magnetanker 40 ist im Ankerraum 31 untergebracht
und in der Lagerbuchse 28 verschiebbar gelagert. An ihm
ist ein Ventilstößel 41 befestigt,
der in der Lagerbuchse 29 gelagert ist und durch diese hindurch
in den Ventilraum 32 eintritt. Das dem Magnetanker 40 entfernte
Ende des Ventilstößels 41 ist als
Schließkegel 42 ausgebildet,
der auf der Kante des Abschnitts 20 der Bohrung 16 aufsitzen
kann. Durch den Ventilstößel 41 verläuft eine
Axialbohrung 43, die zum Magnetanker 40 hin offen
ist und sich in einem durch den Magnetanker 40 axial hindurchgehenden
Kanal 44 fortsetzt. Durch den Magnetanker 40 verläuft exzentrisch
ein weiterer Kanal 45 axial hindurch, der die beiden Teilräume des
Ankerraums 31 zu beiden Seiten der Lagerbuchse 28 fluidisch miteinander
verbindet.
-
In
den Ventilstößel 41 ist
ein umlaufender Ringkanal 50 eingedreht, der von der Lagerbuchse 29 teilweise überdeckt
ist und der sich in der gezeigten Schließlage des Ventilstößels 41,
also in der Endlage, in der der Kegel 42 auf dem Rand des
Zulaufkanals 20 aufsitzt axial soweit über die Lagerbuchse 29 hinaus
in den Ventilraum 32 hineinerstreckt, daß er in
jeder betrieblichen Position des Ventilstößels 41 zum Ventilraum 32 hin
offen ist. Durch Vergleich des Überstandes
des Ringkanals 50 über
die Lagerbuchse 29 mit dem Abstand des Magnetankers 40 vom Deckel 23 ist
dies leicht feststellbar. Zwei einander diametral gegenüberliegende
Querbohrungen 51 verbinden die Axialbohrung 43 mit
dem Ringkanal 50 des Ventilstößels 41. Diese Querbohrungen 51 befinden
sich schon in der gezeigten Schließlage des Ventilstößels 41 weitgehend
innerhalb der Lagerbuchse 29, haben also wie deren Stirnseite 35 einen
Abstand von der Ablaufbohrung 33. Sowohl die Querbohrungen 51 als
auch der Beginn des Lagerspaltes zwischen der Lagerbuchse 29 und
dem Ventilstößel 41 am
Ringkanal 50 liegen also in einem Bereich des Ventilraumes 33,
der von der Druckmittelströmung von
dem Zulaufkanal 20 zu dem Ablaufkanal 33 kaum
beeinflußt
wird.
-
Im
Betrieb wirkt der im Zulaufkanal 20 anstehende Druck an
einer Wirkfläche
auf den Ventilstößel 41,
deren Größe der Fläche des
Zulaufkanals 20 entspricht. Dem entgegen wirkt eine Magnetkraft
und die Kraft der nur schwachen, zwischen dem Magnetanker 40 und
dem Deckel 23 angeordneten Druckfeder 52, die
lediglich eine Ruheposition von Magnetanker und Ventilstößel definieren
soll. Zwischen der Druckkraft und der vom durch die Wicklung 12 fließenden Strom
abhängigen
Magnetkraft stellt sich ein Gleichgewicht ein, so daß mit einer Änderung
des Stromes auch der Druck im Zulaufkanal 20 verändert werden kann.
-
Bewegt
sich der Magentanker 40 ausgehend von der in der Zeichnung
gezeigten Lage in Richtung des Deckels 23, so wird das
Volumen des Ankerteilraums zwischen der Lagerbuches 28 und
dem Deckel 23 kleiner. Das Volumen des Ankerteilraums zwischen
der Lagerbuchse 28 und dem Polkern 15 wird größer. Die
Volumenzunahme ist jedoch kleiner als die entsprechende Volumenabnahme
des anderen Ankerteilraums, so daß in der fluidischen Verbindung zwischen
dem Ankerraum 31 und dem Ventilraum 32 Druckmittel
zum Ventilraum 32 hin verschoben wird. Der Kanal 44 im
Magnetanker und die Axialbohrung 43 im Ventilstößel sind
dabei so dimensio niert, daß kein
Druckmittel, das sich im Ankerraum befand, sondern nur Druckmittel
aus der Axialbohrung 43 und eventuell dem Kanal 44 in
den Ventilraum 32 gelangt. Bei einer Bewegung in Richtung
Schließstellung
wird vorher aus dem Ankerraum verdrängtes Druckmittel wieder angesaugt.
Es findet nahezu kein Austausch von Druckmittel zwischen dem Ankerraum 31 und dem
Ventilraum 32 statt. Da über den Lagerspalt zwischen
der Lagerbuchse 29 und dem Ventilstößel 41 statisch betrachtet
keine Druckdifferenz besteht, wird ein dauernder Leckölstrom durch
den Ankerraum hindurch vermieden, so daß auch über diesen Leckölstrom keine
Schmutzpartikel aus dem Ventilraum 32 in die Lagerspalte
eingetragen werden.
-
Die
Ausführung
nach 2 ist weitgehend gleich
der Ausführung
nach 1 aufgebaut und
besitzt in einem topfförmigen
Ventilgehäuse 10 einen Spulenkörper 11 mit
umspritzter Wicklung 12, einen Polkern 21, einen
Deckel 23, einen in einem Ankerraum 31 axial bewegbaren
Magnetanker 40 und einen Ventilstößel 41.
-
Wesentliche
Unterschiede zur Ausführung nach 1 bestehen in dreierlei
Hinsicht.
-
Zum
einen sind nun ein Mantel 60 und der Boden 14 des
Ventilgehäuses 10 sowie
der Polkern 15 nicht mehr einstückig, sondern dreiteilig ausgebildet
und mit Preßpassungen
ineinandergesteckt.
-
Zweiter
wesentlicher Unterschied ist, daß keine separate Lagerbuchse
für den
Ventilstößel 41 mehr
vorhanden ist, sondern daß der
Polkern 15 zugleich auch die Lagerbuchse für den Ventilstößel darstellt.
-
Schließlich ist
ein Ringkanal 50 nun nicht in den Ventilstößel 41 eingedreht,
sondern am Polkern 15, also sozusagen an der Lagerbuchse
des Ventilstößels ausgebildet.
Somit kann der Ringkanal 50 in einem Aufspann des Polkerns 15 bei
dessen Innenbearbeitung gleich mithergestellt werden. Der an der dem
Ventilraum 32 zugekehrten Stirnseite 35 des Lagerabschnitts
des Polkerns 15 axial offene Ringkanal 50 erstreckt
sich axial soweit in den La gerabschnitt hinein, daß die Querbohrungen 51 in
jeder betrieblichen Position des Ventilstößels 41 zum Ringkanal und
damit zum Ventilraum 32 hin offen sind.
-
In
der Schließposition
des Ventils nach 2 entspricht
die axiale Lage der Querbohrungen 51 des Ventilstößels 41 bezüglich der
Stirnseite 35 des Lagerabschnitts des Polkerns 15 der
axialen Lage der Querbohrungen 51 des Ventilstößels 41 nach 1 bezüglich der Stirnseite 35 der
Lagerbuchse 29.
-
In
der Funktionsweise stimmt die Ausführung nach 2 mit der Ausführung nach 1 überein, so
daß auf
die entsprechenden Beschreibungsteile verwiesen werden kann.