DE19751240A1

DE19751240A1 - Elektromagnetventil

Info

Publication number: DE19751240A1
Application number: DE1997151240
Authority: DE
Inventors: Paul Linhoff
Original assignee: ITT Manufacturing Enterprises LLC
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 1997-11-19
Filing date: 1997-11-19
Publication date: 1999-05-20
Also published as: WO1999025595A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Elektromagnetventil nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der DE 40 30 571 A1 ist bereits ein Elektromagnetventil hervorgegangen, das in seiner elektromagnetisch nicht erreg ten, geschlossenen Grundstellung mittels eines an einem Ven tilsitz im Gehäuse anliegenden Ventilstößel einen Druckmit teldurchlauf trennt. In der elektromagnetisch erregten Stel lung des Ventils ist der Magnetkreis über den die Spule weitgehend umschließenden Jochring, über den Hülsenkörper, den im Hülsenkörper eingesetzten Magnetkern, den am Magnet kern anliegenden Magnetanker, über das Ringteil und über das Ventilgehäuse geschlossen. Damit zwischen dem Jochring und dem Ventilgehäuse kein Kurzschluß des Magnetkreises entste hen kann, ist der Hülsenkörper aus einem nicht magnetischen Material. Dies hat jedoch den Nachteil, daß durch den nicht magnetischen Hülsenkörper der Magnetfluß infolge des zu überbrückenden magnetischen Widerstandes geschwächt ist. Die bauliche Konstruktion sieht deshalb einen relativ weit in das Innere der Spule tiefgezogenen Jochring vor, um dieser Schwächung des Magnetfeldes entgegenzuwirken.

In der DE 41 41 546 A1 ist ein Elektromagnetventil beschrie ben, das in seiner elektromagnetisch nicht erregten Grund stellung einen Druckmitteldurchlaß zwischen dem Ventil schließglied und dem Ventilsitz aufweist. Bei diesem Ventil wird bei elektromagnetischer Erregung der Ventilspule über den Jochring, den Hülsenkörper, den Magnetanker, das als Magnetkern wirksame Ringteil sowie über das Ventilgehäuse der Magnetkreis der Ventilspule geschlossen. Damit der Ma gnetfluß nicht über den Jochring, den Hülsenkörper und den Magnetkern kurzgeschlossen ist und somit eine Betätigung des Magnetankers ausbleiben würde, ist der Hülsenkörper gleich falls - wie zum vorangenannten Stand der Technik zitiert - aus einem magnetisch nicht leitenden Material. Durch den nicht magnetischen Hülsenkörper ergibt sich ein magnetischer Widerstand, der den Magnetfluß vom Jochring zum Magnetanker behindert.

Auch ist bereits aus der DE 196 00 790 A1 bekannt, durch geschickte Anordnung der Ventilteile den magnetischen Wider stand mittels eines magnetischen Hülsenkörpers zu eliminie ren. Jedoch führt dies zu einer erheblichen Vergrößerung des Bauaufwandes und Veränderung bzw. Abweichung von den bisher gebräuchlichen, standardisierten Ventilteilen.

Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Elektromagnetventile der bereits vorgestellten Bauarten da hingehend zu verbessern, daß durch einfache, kostengünstige Maßnahmen und Mittel verbesserte Elektromagnetventile ge schaffen werden, die einerseits eine möglichst geringe Ab schwächung des Magnetkreises zwischen dem Hülsenkörper und dem Jochring verzeichnen und die andererseits im Bereich des Magnetankerluftspalts möglichst geringe, unerwünschte Kurz schlußströme und/oder eine gezielte Lenkung des Magnetflus ses aufweisen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für ein Elektromagnetven til der gattungsbildenden Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen im nach folgenden aus den Unteransprüchen und mehreren Aus führungsbeispielen hervor, die nachfolgend anhand mehrerer Zeichnungen erläutert werden.

Es zeigen:

Fig. 1 ein in der Grundstellung elektromagnetisch nicht erregtes, geschlossenes Elektromagnetventil

Fig. 2 ein in der Grundstellung elektromagnetisch nicht erregtes, auf Druckmitteldurchlaß geschaltetes Elek tromagnetventil

Fig. 3 das aus Fig. 1 bekannte Elektromagnetventil mit ei ner örtlich veränderten Anordnung des entmagneti sierten Ringabschnittes zum Zweck der Proportionali sierung des Elektromagneten

Fig. 4 das aus Fig. 2 bekannte Elektromagnetventil mit ei ner örtlich veränderten Anordnung des entmagneti sierten Ringabschnittes zum Zwecke der Proportiona lisierung des Elektromagneten analog zu Fig. 3.

Die Fig. 1 zeigt in erheblich vergrößerter Darstellung die konstruktiven Einzelheiten eines in der Grundstellung elek tromagnetisch nicht erregten, geschlossenen Elektromagnet ventils. Das Ventilgehäuse 1 ist beispielsweise in Patronen bauweise ausgeführt und mittels einer selbsteinscherenden Befestigung in einer Stufenbohrung eines Ventilblocks gehal ten. In einer Bohrung des Ventilgehäuses 1 befindet sich ein Magnetanker 4, der mit einem stößelförmigen Ventilschließ glied 8 versehen ist, das an dem Ventilsitz 9 anliegt. Ober halb des den Magnetanker 4 führenden Hülsenabschnitts 3 ver schließt ein Magnetkern 5 den Innenraum des Ventilgehäuses 1. Der Hülsenabschnitt 3 ist ein homogenes Bestandteil des abgestuften Ventilgehäuses 1. Eine glockenförmig von einem Jochring 2 teilumschlossene Ventilspule 6 ist konzentrisch zum Hülsenabschnitt 3 und dem Magnetkern 5 angeordnet. Der Jochring 2 umschließt folglich die Ventilspule 6, wobei der Jochring 2 zumindest entsprechend dem Maß seiner Wandstärke die Mantelfläche des Magnetkerns 5 kontaktiert. Das Ventil gehäuse 1, der Jochring 2, der Magnetkern 5, der Magnetanker 4 und auch der Hülsenabschnitt 3 sind aus einem den Magnet fluß leitenden Werkstoff. Gleichfalls muß das den Jochring 2 mit dem Ventilgehäuse 1 verbindende Ringteil 10 aus einem den Magnetfluß leitenden Material bestehen. Damit ergibt sich bei elektromagnetischer Erregung der Ventilspule 6 ein ungehinderter Magnetfluß vom Jochring 2 auf den Magnetkern 5 und von dort nach Überbrückung des Magnetankerluftspaltes A auf den Magnetanker 4, so daß bei ausreichender Erregung des Magnetankers 4 dieser mit seiner Stirnfläche an der Stirn fläche des Magnetkerns 5 anliegt. Da der Magnetanker 4 in nerhalb der Wandung des mit dem Ventilgehäuse 1 vereinigten Hülsenabschnitts 3 anliegt, läßt sich zwar durch den magne tischen Hülsenabschnitt 3 der magnetische Widerstand elimi nieren und der Magnetfluß zum Jochring 2 entlang dem Ventil gehäuse 1 herstellen. Jedoch muß zur Vermeidung eines sog. magnetischen Kurzschlusses vom Hülsenabschnitt 3 auf den mittels Laserschweißung befestigten Magnetkern 5 erfindungs gemäß ein möglichst hoher magnetischer Übergangswiderstand geschaffen werden, der erfindungsgemäß als gering - oder besser noch als unmagnetischer Ringabschnitt 11 die magneti sche Eigenschaft des Hülsenabschnitts 3 an definierter Stel le unterbricht. Der möglichst unmagnetische Ringabschnitt 11 beträgt baulich nur ein Bruchteil des magnetischen Hülsen abschnitts 3. Zweckmäßigerweise ist deshalb der möglichst unmagnetische Ringabschnitt 11 auf Höhe des Magnetankerluft spaltes A vorgesehen. Zur einfachen Herstellung des mög lichst unmagnetischen Ringabschnitts 11 ist der betreffende Bereich des Hülsenabschnitts 3 wärmebehandelt, was bei spielsweise mittels einer für die Ventilfertigung gebräuch lichen Laserschweißung geschehen kann. Als geeignete Werk stoffe eignen sich für den Hülsenabschnitt 3 Stähle mit überwiegendem Ferritanteil im Magnetisierungsbereich, wäh rend der Hülsenabschnitt 3 im Bereich der Magnetflußabschwä chung bzw. im möglichst magnetisierungsfreien Ringabschnitt 11 ein vorwiegend austenitisches Werkstoffgefüge vorzufinden ist. Derartige örtlich erwünschte Materialgefüge des Stahls lassen sich ausgehend von der gewählten magnetflußleitenden Stahlsorte in der Ventilherstellung mittels eines Schmelz schweißverfahrens örtlich verändern, wobei durch den Einsatz entsprechender Schweißzusatzwerkstoffe die Magnetisierung des Hülsenabschnitts 3 auf das gewünschte Maß herabgesetzt oder eliminiert werden kann. Ein weiterer Anwendungsfall des Erfindungsgedankens bezieht sich auf die Herstellung eines Proportionalmagneten, wozu der möglichst gering magnetisier te Ringabschnitt 11 auf Höhe des dem Magnetankerluftspalt A zugewandten Magnetankerendbereichs anzuordnen ist.

Durch die voran erläuterten Merkmale ergibt sich, daß der aus dem Stand der Technik bekannte magnetische Übergangs widerstand zwischen dem Jochring 2 und dem Hülsenabschnitt 3 im Bereich des Magnetankerluftspalts A wirkungslos wird, so daß vorteilhaft bei gleicher Ventilspulenbaugröße die magne tischen Verluste geringer sind und somit eine größere Ma gnetkraft gezielt auf den Magnetanker 4 übertragen werden kann. Andererseits ist es möglich, unter Beibehaltung der bisher benötigten Magnetankerkraft die Ventilspulengröße zu verringern, womit sich ein wesentlich verkleinertes Elektro magnetventil mit gleicher Leistungscharakteristik ergibt, wie bei den bisher verwendeten Elektromagnetventilen.

Ein weiterer, fertigungstechnischer Vorteil der Erfindung kann in der vereinfachten Ausbildung des Jochrings 2 gesehen werden, der nunmehr infolge des verbesserten Magnetflusses in Richtung des Magnetankers 4 mit einer verkleinerten Kon taktfläche zum Magnetanker 4 benötigt. Damit könnte auf die abbildungsgemäße innere Bördelung des Jochrings 2 verzichtet werden, mit dem Vorteil, daß sich ein zusätzlicher Zwischen raum zwischen dem Hülsenabschnitt 3 und der Ventilspule 6 ergibt, der mit zusätzlichen Spulenwindungen ausgeführt wer den kann, um bei Bedarf die Magnetkraft zu steigern.

Das Elektromagnetventil nach Fig. 2 zeigt in vielen Einzel merkmalen einen zu Fig. 1 vergleichbaren Aufbau. Wie bereits aus Fig. 1 hervorgeht, befindet sich das in der Grundstel lung elektromagnetisch nicht erregte, auf hydraulischen Durchlaß geschaltete Elektromagnetventil nach Fig. 2 in Pa tronbauweise in einem Blockgehäuse. Das Ventilgehäuse 1 nimmt wiederum den darin verstemmt befestigten Ventilsitz 9 auf, dem ein als Stößel ausgebildetes Ventilschließglied 8 zugeordnet ist. Der Ventilsitz 9 weist eine Bypassbohrung 12 auf, die differenzdruckabhängig von einem Plattenventil 13 verschlossen wird. Das Plattenventil 13 ist zwischen dem Ventilsitz 9 und einem Plattenfilter am Ventilgehäuse 1 an geordnet. Der am Ventilschließglied 8 befestigte Magnetanker 4 erstreckt sich innerhalb eines Hülsenabschnitts 3 und wird mittels einer Druckfeder gegen den Dom des Hülsenabschnitts 3 gepreßt. Der Hülsenabschnitt 3 ist vorzugsweise als Tief ziehteil ausgeführt und am vom Ventildom abgewandten offenen Ende auf einen hohlzylinderförmigen Fortsatz des Ventilge häuses 1 mittels Laserschweißung druckmitteldicht befestigt. Der Fortsatz übernimmt die Funktion des Magnetkerns 5. Am Fortsatz befindet sich eine als Scheibe ausgeführte Platte 7, die sich an einem Absatz des Ventilgehäuses 1 abstützt. Die Platte 7, der Jochring 2, der Hülsenabschnitt 3, der Magnetkern 5 und das Ventilgehäuse 1 sind aus einem den Ma gnetfluß leitenden Material hergestellt, wobei der Hülsen abschnitt 3 analog zum Gegenstand nach Fig. 1 auf Höhe des Magnetankerluftspaltes A einen möglichst vollständig ent magnetisierten bzw. nicht magnetischen Ringabschnitt 11 auf weist und damit derart verändert ist, daß der Ringabschnitt 11 den Magnetfluß nicht leitet, um den eingangs erwähnten Kurzschlußstrom des Magnetfeldes vorbei am Magnetanker 4 und damit unmittelbar auf dem Magnetkern 5 (Fortsatz) zu verhin dern. Der bei elektromagnetischer Erregung der Ventilspule 6 erzeugte Magnetfluß gelangt über den Jochring 2, den magne tisch leitenden Hülsenabschnitt 3 zu dem im Hülsenabschnitt 3 anliegenden Magnetanker 4, so daß nach Überbrückung des Magnetankerluftspaltes A über die Stirnfläche des Magnetan kers 4 der Magnetfluß auf den Magnetkern 5 und somit auf das Ventilgehäuse 1 und auf die Platte 7 gelangt, wobei über die Kontaktflächen zwischen der Platte 7 und dem Ventilgehäuse 1 der Magnetkreis zum Jochring 2 geschlossen ist. Abweichend von der gezeigten Ventilgrundstellung nach Fig. 2, befindet sich folglich bei elektromagnetischer Erregung das Ventil schließglied 8 in einer Sperrstellung am Ventilsitz 9.
Das Wesen der Erfindung ist darin zu sehen, daß der magne tisch nur wenig oder nicht leitende Ringabschnitt 11 einen unerwünschten Feldlinienverlauf des Magnetkreises unter Um gehung des Magnetankerluftspaltes A zwischen Magnetkern 5 und Magnetanker 4 im Sinne eines sog. magnetischen Kurz schlusses verhindert. Ferner entfällt infolge des magneti schen Hülsenabschnitts 3 der große magnetische Widerstand zwischen dem Jochring 2 und dem Magnetanker 4, worauf be reits in der Ausführungsform nach Fig. 1 hingewiesen wurde.

Analog zu den in Fig. 1 aufgezeigten Vorteilen der Erfindung kann somit für das nach Fig. 2 beschriebene Elektromagnet ventil bei gleichem Spulenbauraum eine höhere Magnetkraft auf den Magnetanker 4 übertragen werden oder unter Beibehal tung der bisherigen Magnetkraft des zum Stand der Technik genannten Ventils der Bauraum der Ventilspule 6 reduziert werden.

Abweichend von den Ausführungsformen nach Fig. 1 und 2 zei gen die Ausführungsbeispiele nach Fig. 3 und 4 den erfin dungsgemäßen Ringabschnitt 11 in einer in Richtung des Ma gnetankers 4 veränderten Position, um den Feldlinienverlauf des Elektromagneten zu proportionalisieren, das bedeutet, daß die magnetischen Flußlinien derart umgelenkt werden, daß jeweils für einen gewählten elektrischen Strom der Ventil spule 6 ein proportionaler Zusammenhang zwischen dem Magne tankerluftspalt und der Magnetkraft besteht. Hierdurch läßt sich eine Analogfunktion des Elektromagnetventils schaffen. Bis auf die nunmehr in Überdeckung mit dem Magnetanker 4 gebrachte Anordnung des möglichst magnetarmen Ringabschnitts 11 ist der Aufbau der Elektromagnetventile nach Fig. 3 und 4 identisch mit den Ausführungsformen nach Fig. 1 und 2, so daß auf die bereits beschriebenen Einzelheiten nicht mehr eingegangen werden muß. Bezüglich der Wirkung und Herstel lung des in den Fig. 3 und 4 dargestellten Ringabschnittes 11 kann gleichfalls auf die Erläuterungen in Fig. 1 und 2 verwiesen werden.

Zusammenfassend läßt sich somit festhalten, daß die Erfin dung auf der Verwendung eines magnetischen Hülsenabschnitts 3 basiert, der im Bereich des Magnetankerluftspaltes A, zum Beispiel durch eine Laserschweißnaht oder eine andere inten sive Wärmequelle, beispielsweise unter Aufschmelzen des Hül senabschnitts 3 und Einbringen eines magnetarmen bzw. ma gnetfreien Zusatzwerkstoffs entlang einem Ringabschnitt 11 des Hülsenabschnitts 3 keinen Magnetfeldaufbau erlaubt. Dies kann beispielhaft mittels eines überwiegend austenitischen Zusatzwerkstoffes im Schmelzgut geschehen.

Die Erfindung ist folglich nicht an die übrigen konstrukti ven Einzelheiten des Elektromagnetventils gebunden. Somit auch auf Elektromagnetventile ohne Platte 7 bzw. Ringteil 10 anwendbar. Auch unabhängig davon, ob es sich um ein vormon tiertes Patronenventil handelt.

Bezugszeichenliste

1

Ventilgehäuse

2

Jochring

3

Hülsenkörper

4

Magnetanker

5

Magnetkern

6

Ventilspule

7

Platte

8

Ventilschließglied

9

Ventilsitz

10

Ringteil

11

Ringabschnitt

12

Bypassbohrung

13

Plattenventil
A Magnetankerluftspalt

Claims

1. Elektromagnetventil mit einem Ventilgehäuse, das einen Ventilsitz und ein an einem Magnetanker angebrachtes Ventilschließglied aufweist, mit einer dem Ventilgehäuse zugeordneten Ventilspule, die von einem Jochring be grenzt ist, mit einem magnetischen Hülsenabschnitt, an dem sich der Magnetanker abstützt, dadurch gekennzeich net, daß der Hülsenabschnitt (3) einen gering- oder un magnetischen Ringabschnitt (11) aufweist, und daß der gering- oder unmagnetische Ringabschnitt (11) wesentlich kleiner ist als der magnetische Teil des Hülsen abschnitts (3).

2. Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Hülsenabschnitt (3) auf Höhe eines zwischen dem Magnetanker (4) und dem Magnetkern (5) ge legenen Magnetankerluftspalts (A) den gering- oder un magnetischen Ringabschnitt (11) aufweist.

3. Elektromagnetventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß der Hülsenabschnitt (3) im Bereich des Ringabschnittes (11) zur Magnetflußabschwächung eine Wärmebehandlung aufweist.

4. Elektromagnetventil nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß der Ringabschnitt (11) mittels Laser schweißung entmagnetisiert ist.

5. Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Hülsenabschnitt (3) überwiegend aus einem ferritischen Stahl besteht.

6. Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Hülsenabschnitt (3) im Bereich des Ringabschnittes (11) ein vorwiegend austenitischen Werk stoffgefüges aufweist.

7. Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Ringabschnitt (11) mittels eines Schmelzschweißverfahrens behandelt ist, und daß der Ringabschnitt (11) ein zur Bildung eines austenitischen Werkstoffgefüges entsprechender Schweißzusatzwerkstoff aufweist.

8. Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß zur Herstellung eines Proportionalmagneten der Ringabschnitt (11) auf Höhe des dem Magnetankerluft spalt A zugewandten Magnetankerendbereichs gelegen ist.