WO1999025595A1

WO1999025595A1 - Elektromagnetventil

Info

Publication number: WO1999025595A1
Application number: PCT/EP1998/007288
Authority: WO
Inventors: Paul Linhoff
Original assignee: Continental Teves Ag & Co. Ohg
Priority date: 1997-11-19
Filing date: 1998-11-13
Publication date: 1999-05-27
Also published as: DE19751240A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Elektromagnetventil mit einem Ventilgehäuse (1), das einen Ventilsitz (9) und ein an einem Magnetanker (4) angebrachtes Ventilschließglied (8) aufweist, mit einer dem Ventilgehäuse (1) zugeordneten Ventilspule (6), die von einem Jochring (2) begrenzt ist, mit einem magnetischen Hülsenabschnitt (3), an dem sich der Magnetanker (4) abstützt. Der Hülsenabschnitt (3) weist einen gering- oder unmagnetischen Ringabschnitt (11) auf, der wesentlich kleiner ist als der magnetische Teil des Hülsenabschnitts (3).

Description

Elektromagnetventil

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

Aus der DE 40 30 571 AI ist bereits ein Elektromagnetventil hervorgegangen, das in seiner elektromagnetisch nicht erregten, geschlossenen Grundstellung mittels eines an einem Ventilsitz im Gehäuse anliegenden Ventilstößel einen Druckmitteldurchlauf trennt. In der elektromagnetisch erregten Stellung des Ventils ist der Magnetkreis über den die Spule weitgehend umschließenden Jochring, über den Hülsenkörper, den im Hülsenkörper eingesetzten Magnetkern, den am Magnetkern anliegenden Magnetanker, über das Ringteil und über das Ventilgehäuse geschlossen. Damit zwischen dem Jochring und dem Ventilgehäuse kein Kurzschluß des Magnetkreises entstehen 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 AI ist ein Elektromagnetventil beschrieben, das in seiner elektromagnetisch nicht erregten Grundstellung einen Druckmitteldurchlaß zwischen dem Ventilschließglied 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 Magnetfluß nicht über den Jochring, den Hülsenkörper und den Magnetkern kurzgeschlossen ist und somit eine Betätigung des Magnetankers ausbleiben würde, ist der Hülsenkörper gleichfalls - 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 19 60 0790 AI bekannt, durch geschickte Anordnung der Ventilteile den magnetischen Widerstand mittels eines magnetischen Hülsenkörpers zu eliminieren. 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 dahingehend zu verbessern, daß durch einfache, kostengünstige Maßnahmen und Mittel verbesserte Elektromagnetventile geschaffen 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 Kurzschlußströme und/oder eine gezielte Lenkung des Magnetflusses 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 nachfolgenden aus den Unteransprüchen und mehreren Ausführungsbeispielen 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 Elektromagnetventil

Fig. 3 das aus Fig. 1 bekannte Elektromagnetventil mit einer örtlich veränderten Anordnung des entmagnetisierten Ringabschnittes zum Zweck der Proportionali- sierung des Elektromagneten

Fig. 4 das aus Fig. 2 bekannte Elektromagnetventil mit einer örtlich veränderten Anordnung des entmagnetisierten Ringabschnittes zum Zwecke der Proportiona- lisierung des Elektromagneten analog zu Fig. 3.

Die Figur 1 zeigt in erheblich vergrößerter Darstellung die konstruktiven Einzelheiten eines in der Grundstellung elek- tromagnetisch nicht erregten, geschlossenen Elektromagnetventils. Das Ventilgehäuse 1 ist beispielsweise in Patronenbauweise ausgeführt und mittels einer selbsteinscherenden Befestigung in einer Stufenbohrung eines Ventilblocks gehalten. In einer Bohrung des Ventilgehäuses 1 befindet sich ein Magnetanker 4, der mit einem stößeiförmigen Ventilschließglied 8 versehen ist, das an dem Ventilsitz 9 anliegt. Oberhalb des den Magnetanker 4 führenden Hülsenabschnitts 3 verschließt 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 Ventilgehäuse 1, der Jochring 2, der Magnetkern 5, der Magnetanker 4 und auch der Hülsenabschnitt 3 sind aus einem den Magnetfluß 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 Stirnfläche des Magnetkerns 5 anliegt. Da der Magnetanker 4 innerhalb der Wandung des mit dem Ventilgehäuse 1 vereinigten Hülsenabschnitts 3 anliegt, läßt sich zwar durch den magne- tischen Hülsenabschnitt 3 der magnetische Widerstand eliminieren und der Magnetfluß zum Jochring 2 entlang dem Ventilgehäuse 1 herstellen. Jedoch muß zur Vermeidung eines sog. magnetischen Kurzschlusses vom Hülsenabschnitt 3 auf den mittels Laserschweißung befestigten Magnetkern 5 erfindungsgemäß ein möglichst hoher magnetischer Übergangswiderstand geschaffen werden, der erfindungsgemäß als gering - oder besser noch als unmagnetischer Ringabschnitt 11 die magnetische Eigenschaft des Hülsenabschnitts 3 an definierter Stelle unterbricht. Der möglichst unmagnetische Ringabschnitt 11 beträgt baulich nur ein Bruchteil des magnetischen Hülsenabschnitts 3. Zweckmäßigerweise ist deshalb der möglichst unmagnetische Ringabschnitt 11 auf Höhe des Magnetankerluftspaltes A vorgesehen. Zur einfachen Herstellung des möglichst unmagnetischen Ringabschnitts 11 ist der betreffende Bereich des Hülsenabschnitts 3 wärmebehandelt, was beispielsweise mittels einer für die Ventilfertigung gebräuchlichen Laserschweißung geschehen kann. Als geeignete Werkstoffe eignen sich für den Hülsenabschnitt 3 Stähle mit überwiegendem Ferritanteil im Magnetisierungsbereich, während der Hülsenabschnitt 3 im Bereich der Magnetflußabschwächung 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 Schmelzschweißverf hrens 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 magnetischen Verluste geringer sind und somit eine größere Magnetkraft 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 Elektromagnetventil 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 Kontaktfläche zum Magnetanker 4 benötigt. Damit könnte auf die abbildungsgemäße innere Bördelung des Jochrings 2 verzichtet werden, mit dem Vorteil, daß sich ein zusätzlicher Zwischenraum zwischen dem Hülsenabschnitt 3 und der Ventilspule 6 ergibt, der mit zusätzlichen Spulenwindungen ausgeführt werden kann, um bei Bedarf die Magnetkraft zu steigern. Das Elektromagnetventil nach Fig. 2 zeigt in vielen Einzelmerkmalen einen zu Fig. 1 vergleichbaren Aufbau. Wie bereits aus Fig. 1 hervorgeht, befindet sich das in der Grundstellung elektromagnetisch nicht erregte, auf hydraulischen D- urchlaß geschaltete Elektromagnetventil nach Fig. 2 in Patronbauweise 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 angeordnet. 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 Ventilgehäuses 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 Magnetfluß leitenden Material hergestellt, wobei der Hülsenabschnitt 3 analog zum Gegenstand nach Fig. 1 auf Höhe des Magnetankerluftspaltes A einen möglichst vollständig entmagnetisierten 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 verhindern. Der bei elektromagnetischer Erregung der Ventilspule 6 erzeugte Magnetfluß gelangt über den Jochring 2 , den magnetisch leitenden Hülsenabschnitt 3 zu dem im Hülsenabschnitt 3 anliegenden Magnetanker 4, so daß nach Überbrückung des Magnetankerluftspaltes A über die Stirnfläche des Magnetankers 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 Ventilschließglied 8 in einer Sperrstellung am Ventilsitz 9.

Das Wesen der Erfindung ist darin zu sehen, daß der magnetisch nur wenig oder nicht leitende Ringabschnitt 11 einen unerwünschten Feldlinienverlauf des Magnetkreises unter Umgehung des Magnetankerluftspaltes A zwischen Magnetkern 5 und Magnetanker 4 im Sinne eines sog. magnetischen Kurzschlusses verhindert. Ferner entfällt infolge des magnetischen Hülsenabschnitts 3 der große magnetische Widerstand zwischen dem Jochring 2 und dem Magnetanker 4, worauf bereits 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 Beibehaltung 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 zeigen die Ausführungsbeispiele nach Fig. 3 und 4 den erfindungsgemäßen Ringabschnitt 11 in einer in Richtung des Magnetankers 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 Ventilspule 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 Herstellung 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 Erfindung auf der Verwendung eines magnetischen Hülsenabschnitts 3 basiert, der im Bereich des Magnetankerluftspaltes A, zum Beispiel durch eine Laserschweißnaht oder eine andere intensive Wärmequelle, beispielsweise unter Aufschmelzen des Hülsenabschnitts 3 und Einbringen eines magnetarmen bzw. magnetfreien 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 konstruktiven Einzelheiten des Elektromagnetventils gebunden. Somit auch auf Elektromagnetventile ohne Platte 7 bzw. Ringteil 10 anwendbar. Auch unabhängig davon, ob es sich um ein vormontiertes Patronenventil handelt.

Bezugs zeichenliste

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

Patentansprüche

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 begrenzt ist, mit einem magnetischen Hülsenabschnitt, an dem sich der Magnetanker abstützt, dadurch gekennzeichnet, daß der Hülsenabschnitt ( 3 ) einen gering- oder unmagnetischen Ringabschnitt ( 11) aufweist, und daß der gering- oder unmagnetische Ringabschnitt (11) wesentlich kleiner ist als der magnetische Teil des Hülsenabschnitts (3) .

2. Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hülsenabschnitt (3) auf Höhe eines zwischen dem Magnetanker (4) und dem Magnetkern (5) gelegenen Magnetankerluftspalts (A) den gering- oder unmagnetischen Ringabschnitt (11) aufweist.

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

4. Elektromagnetventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringabschnitt (11) mittels Laserschweißung entmagnetisiert ist.

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

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

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