Dokumentenidentifikation |
DE102005038751A1 22.02.2007 |
Titel |
Zentrierelemente mit Dämpfungswirkung für Magnetkreise von Stellern |
Anmelder |
Robert Bosch GmbH, 70469 Stuttgart, DE |
Erfinder |
Uhlenbrock, Dietmar, 70734 Fellbach, DE; Bellot, Marc-Olivier, 70197 Stuttgart, DE |
DE-Anmeldedatum |
17.08.2005 |
DE-Aktenzeichen |
102005038751 |
Offenlegungstag |
22.02.2007 |
Veröffentlichungstag im Patentblatt |
22.02.2007 |
IPC-Hauptklasse |
F16K 31/02(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
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Zusammenfassung |
Die Erfindung bezieht sich auf ein Proportionalventil, insbesondere einen elektropneumatischen Wandler (10). Dieser umfasst eine magnetische Einheit (14) und eine pneumatische Einheit (12), die in einem Gehäuse (16) untergebracht sind, wobei die magnetische Einheit (14) einen Magnetanker (28) und einen magnetischen Stellkern (30) umfasst, die von einer Führungshülse (26) umgeben sind. Zumindest der Magnetanker (28) ist mittels mindestens eines Zentrierelements (42) zur Führungshülse (26) zentriert.
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Beschreibung[de] |
Die Erfindung bezieht sich auf Zentrierelemente mit Dämpfungswirkung
für den Magnetkreis von Stellern, insbesondere von Proportionalventilen.
Aus DE 103 13 854 A1
ist ein elektropneumatischer Druckwandler mit temperaturkompensiertem Magnetkreis
bekannt. Der elektropneumatische Druckwandler umfasst ein Magnetventil, welches
eine Magnetspule umfasst, die in ein Gehäuse eingelassen ist sowie einen im
Gehäuse verschiebbar geführten Magnetanker. Diesem ist unter Bildung eines
Arbeitsluftspaltes ein Magnetkern gegenüber liegend angeordnet, der eine Durchgangsbohrung
aufweist, an der Umgebungsdruck anliegt. Das Magnetventil gemäß
DE 103 13 854 A1 weist ein Dehnelement
auf, welches aus einem bei Temperaturänderungen sich dehnendem Material gefertigt
ist und welches den Arbeitsluftspalt zwischen dem Magnetanker und dem Magnetkern
begrenzt. Das Dehnelement ist an einer Einspannstelle einseitig im Magnetanker eingespannt
und vom Magnetanker umschlossen. Der in DE
103 13 854 A1 offenbarte Magnetanker umfasst ein hülsenförmig
ausgebildetes Einsatzteil, in welchem sowohl der Anker als auch der Magnetkern gelagert
sind.
Um eine zentrische Führung des Ankers gemäß der Lösung
in DE 103 13 854 A1 in dem hülsenförmig
gestalteten Führungselement zu erreichen, ist eine in fertigungstechnischer
Hinsicht aufwendige Bearbeitung sowohl des Ankers, des hülsenförmig Führungselements
als auch des Magnetkerns erforderlich, da an die Rundheit und die Konzentrizität
von Anker und hülsenförmigem Führungselement hohe Anforderungen gestellt
sind, um eine leichtgängige Betätigung eines Proportionalventils wie z.B.
eines elektropneumatischen Druckwandlers zu ermöglichen.
An Verbrennungskraftmaschinen werden z.B. klappenförmig ausgebildete
Luft- bzw. Abgasleitelemente für die Abgasrückführung und die Saugrohrverstellung,
um zwei Beispiele zu nennen, sowie an Ladeeinrichtungen die Leitschaufeln (VTG-Turbolader)
durch Proportionalventile wie z.B. elektropneumatische Druckwandler und eine federbelastete
Unterdruckdose angesteuert. Es besteht die Entwicklungstendenz, die eingesetzten
Proportionalventile zunehmend unmittelbar an den Verbrennungskraftmaschinen anzubauen
statt wie bisher an der Karosserie. Der Grund hierfür liegt darin, dass zunehmend
fertig montierte und geprüfte Motoren an die Endmontage geliefert werden und
zum Teil komplett montierte Verbrennungskraftmaschinen an Automobilhersteller verschickt
werden. Erfolgt der Anschluss der Verbrennungskraftmaschine an die dieser jeweils
zugewiesenen elektropneumatischen Wandler in der Endmontage, kann bei sich dann
einstellenden Problemen die Fehlerursache nicht eindeutig ermittelt werden. Ferner
wird durch die Montage eines elektropneumatischen Druckwandlers an der Verbrennungskraftmaschine
der elektropneumatische Druckwandler höher belastet. Einerseits steigt das
Temperaturniveau, welchem der elektropneumatische Druckwandler ausgesetzt ist, von
etwa 130°C auf in der Spitze etwa 160°C, andererseits treten von drei
g auf 40 g gesteigerte Beschleunigungswerte auf, welchen der an der Verbrennungskraftmaschine
montierte elektropneumatische Druckwandler nunmehr ausgesetzt ist.
Um den Steller des elektropneumatischen Druckwandlers in seiner korrekten
Regellage zu halten, werden hochgenau gefertigte Führungen eingesetzt, welche
eine spezielle Gleitbeschichtung mit einem Anteil von PTFE aufweisen. Die ergriffenen
Maßnahmen führen einerseits zu deutlich höheren Herstellkosten und
können die erhöhten Anforderungen, die beim Anbau eines elektropneumatischen
Druckwandlers an der Verbrennungskraftmaschine gefordert werden, nur unzureichend
erfüllen.
Darstellung der Erfindung
Der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung folgend
wird der Anker eines eine Magneteinheit und eine Pneumatikeinheit aufweisenden Proportionalventils
wie z.B. eines elektropneumatischen Druckwandlers von mindestens einem im Ankerbereich
angeordneten Zentrierelement zentriert. Der mit einer im Gehäuse des elektropneumatischen
Druckwandlers vorgesehenen Magnetspule zusammen wirkende Anker stellt den Antrieb
des Proportionalventils dar.
Das mindestens eine Zentrierelement kann z.B. O-ringähnlich ausgeführt
werden. Dies bedeutet, dass bei mindestens einem, bevorzugt zwei am Anker angebrachten
O-ringförmig ausgebildeten Zentrierelementen der Reibungseinfluss der O-ringförmig
ausgebildeten Zentrierelemente äußerst gering ist, da der Anker mit den
daran aufgenommenen bevorzugt zwei O-ringförmig ausgebildeten Zentrierelementen
nur an zwei Berührlinien an einer den Anker umgebenden Führungshülse
anliegt, so dass der Reibungseinfluss der O-ringförmig ausgebildeten Zentrierelemente
vernachlässigt werden kann.
Wird der Anker der Magneteinheit des Proportionalventils, wie z.B.
eines elektropneumatischen Druckwandlers durch das mindestens eine O-ringförmig
ausgebildete Zentrierelement in der Führungshülse zentriert, heben sich
bei optimaler, d.h. zentrischer Lage des Ankers die magnetischen Querkräfte gegenseitig
auf, so dass die Hysterese der Kennlinie kleiner wird. Durch die exzentrische Lage
eines Ankers können unerwünschte Querkräfte von 10 N und mehr entstehen,
die bisher durch aufwendige Gleitpaarungen in der Ankerführung beherrscht werden
mussten. Gleitpaarungen mit den oben erwähnten speziellen Gleitbeschichtungen
mit PTFE-Anteil stellen einen erheblichen fertigungstechnischen Aufwand dar, da
das Paaren von Bauteilen oder hohe Oberflächengüte erzeugende Schleifprozesse
erforderlich sind.
Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung, den
Anker mit mindestens einem diesen zentrierenden Zentrierelement zu versehen, werden
die Toleranzketten in den Führungen deutlich verkürzt und damit fertigungstechnisch
beherrschbar gemacht. Im Vergleich zu den oben erwähnten Lösungen, zur
Vermeidung unerwünschter Querkräfte eine Paarung von Bauteilen vorzunehmen
oder aufwendige Gleitbeschichtungen einzusetzen, liegen die Kosten des O-ringförmig
ausgebildeten Zentrierelements, welches lediglich eine Berührlinie zu einer
den Anker umgebenden Führungshülse ausbildet, deutlich geringer. Der erfindungsgemäß
vorgeschlagene Einsatz von O-ringförmig ausgebildeten Zentrierelementen hat
ferner den Vorteil, dass von den eingesetzten O-ringförmig ausgebildeten Zentrierelementen
eine schwingungsdämpfende Wirkung ausgeht und durch diese der Eintrag von Medien
wie z.B. Schmutzpartikel in die Ankerführung verhindert wird. Ist einmal Öl
in den Spalt zwischen dem Anker der Magneteinheit und die Magnetspule der Magneteinheit
eingetragen, so bleibt aufgrund der Abdichtwirkung der O-ringförmig ausgebildeten
Zentrierelemente dieses Öl im Spalt vorhanden und verlässt diesen nicht.
Im Proportionalventil können die O-ringförmig ausgebildeten
Zentrierelemente zum einen am Arbeitsspalt zwischen dem magnetischen Stellkern und
dem Anker angebracht werden, wobei z.B. ein O-ringförmig ausgebildetes Zentrierelement
an einem gestuften Ende eines Stellkerns aufgenommen sein kann. Im oberen Bereich
des Ankers kann in dessen Außenumfangsfläche eine Ausnehmung erzeugt werden,
in welcher ein weiteres O-ringförmig ausgebildetes Zentrierelement eingelassen
sein kann. Ferner ist es auch möglich, den magnetischen Stellkern mit einem
O-ringförmig ausgebildeten Zentrierelement zu versehen und diesen auf diese
Weise in der Führungshülse zu zentrieren, die sich sowohl um den Magnetanker
als auch um den magnetischen Stellkern erstreckt.
Zeichnung
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben,
wobei die einzige Figur einen Schnitt durch ein als elektropneumatischen Druckwandler
ausgeführte Proportionalventil zeigt, bei welchem der Magnetanker und der Magnetkern
in O-ringförmig ausgebildeten Zentrierelementen in einer den Magnetanker und
den Magnetkern umgebenden Führungshülse eingelassen sind.
Der Zeichnung ist ein Schnitt durch ein als elektropneumatischen Druckwandler
ausgeführtes Proportionalventil zu entnehmen.
Ein als elektropneumatischer Druckwandler 10 ausgebildetes
Proportionalventil 10 gemäß der Darstellung in 1
umfasst eine pneumatische Einheit 12 sowie eine magnetische Einheit
14, die in einem Gehäuse 16 aufgenommen sind. Das Gehäuse
16 ist durch einen Deckel 18 verschlossen. Seitlich am Gehäuse
16 befindet sich ein Steckeranschluss 20, über welchen mittels
einer Kontaktierung 60 eine Magnetspule 24 der magnetischen Einheit
14 bestrombar ist. Die Magnetspule 24 ist von einem Spulenträger
25 aufgenommen.
Die magnetische Einheit 14 umfasst einen Magnetbügel
22, die Magnetspule 24 sowie eine Führungshülse
26, welche sowohl einen Magnetanker 28 als auch einen magnetischen
Stellkern 30 umschließt. Die Führungshülse 26 kann
ein- oder mehrwandig, so z.B. doppelwandig ausgeführt sein und sowohl durchgängig,
den Magnetanker 28 und den magnetischen Stellkern 30 umschließend,
ausgeführt sein. Daneben kann die Führungshülse 26 auch
mehrere ein- oder mehrwandig ausgeführte Hülsenabschnitte umfassen. Der
Magnetanker 28 ist von einer Durchgangsbohrung 54 durchzogen,
die symmetrisch zur Symmetrieachse 56 des Magnetankers 28 und
der Magnetspule 24 ausgebildet ist. Um ein Verkanten des Magnetankers
28 innerhalb der den Magnetanker 28 und den magnetischen Stellkern
30 umschließenden Führungshülse 26 zu vermeiden,
weist der Magnetanker 28 an seinem dem magnetischen Stellkern
30 zuweisenden Ende eine Anfasung 58 auf.
Mit Bezugszeichen 32 ist ein Anschlussstutzen einer in
1 nicht näher dargestellten Unterdruckquelle bezeichnet,
über welche an das als elektropneumatischen Druckwandler 10 ausgeführte
Proportionalventil 10 ein Unterdruckniveau anlegbar ist. Das als elektropneumatischer
Druckwandler ausgeführte Proportionalventil 10 ist mittels eines Flansches
34, der am Gehäuse 16 befestigt ist, an einer Verbrennungskraftmaschine
montierbar.
Der Magnetanker 28 weist in seinem der pneumatischen Einheit
12 zuweisenden Bereich eine erste, in seine Mantelfläche ringförmig
eingebrachte Ausnehmung 36 auf. In diese erste Ausnehmung 36 des
Magnetankers 28 ist ein O-ringförmig gestaltetes erstes
Zentrierelement 42 eingelassen. Am unteren Ende des Magnetankers
28 – begrenzt von der Anfasung 58 – befindet sich
am Magnetanker 28 eine zweite Ausnehmung 38, welche zusammen mit
einer Stufe 37 an der dem Magnetanker 28 zuweisenden Stirseite
des magnetischen Stellkerns 30 einen Käfig 66 zur Aufnahme
eines zweiten O-ringförmig konfigurierten Zentrierelements 44 bildet.
Ist der Magnetanker 28 wie in der Figur dargestellt, an den magnetischen
Stellkern 30 angestellt, bildet die Ausnehmung an der unteren Stirnseite
des Magnetankers 28 zusammen mit der Stufe 37 an der Stirnseite
des magnetischen Stellkerns 30 den Käfig 66 zur Aufnahme
des zweiten, O-ringförmig ausgebildeten Zentrierelements 44.
Optional kann am magnetischen Stellkern 30 ebenfalls eine
dritte Ausnehmung 40 hergestellt werden, in die ein drittes Zentrierelement
46, welches ebenfalls O-ringförmig beschaffen sein kann, eingelegt
werden kann.
Die bevorzugt O-ringförmig ausgebildeten Zentrierelemente
42, 44 und 46 haben neben ihrer zentrierenden Funktion
für den Magnetanker 28 und falls erforderlich für den magnetischen
Stellkern 30, des Weiteren eine Abdichtfunktion sowie eine Dämpfungsfunktion.
Je nachdem aus welchem Material die O-ringförmig ausgeführten Zentrierelemente
42, 44 und 46 hergestellt werden, lassen sich unterschiedliche
Dämpfungsgrade erzielen. Damit kann der Hub des Magnetankers 28 in
Bezug auf den magnetischen Stellkern 30 entsprechend gedämpft werden.
Ferner tritt hinzu, dass der sich aufgrund fertigungstechnisch bedingter Toleranzen
zwischen der Außenumfangsfläche des Magnetankers 28 und der Innenumfangsfläche
der Führungshülse 26 unvermeidlich einstellende Spalt abgedichtet
werden kann.
Die in der Figur dargestellten ersten, zweiten und dritten Zentrierelemente
42, 44 und 46 können aus einem elastischen Werkstoff
wie Gummi oder Elastomer oder aus Textil, Messing, Kunststoff und dergleichen hergestellt
werden. Werden die ersten, zweiten und dritten Zentrierelemente 42,
44 und 46 als O-Ringe gefertigt, so ergibt sich ein besonders
günstiger Anlagebereich an einer Innenseite 52 der Führungshülse
26, die den Magnetanker 28 und den magnetischen Stellkern
30 überdeckt.
Neben einer Ausführungsform, in welcher die ersten, zweiten und
dritten Zentrierelemente 42, 44 und 46 in kreisförmigem
Querschnitt ausgebildet werden, können diese ebenso gut mit einem trapezförmigen,
einem dreieckförmigen, einem viereckförmigen, einem quadratischen oder
einem Vieleck-Querschnitt ausgeführt sein.
Aus der Zeichnung geht hervor, dass die Führungshülse
26 sowohl den Magnetanker 28 als auch den magnetischen Stellkern
30 umgibt. Die Führungshülse 26 liegt an einer Innenseite
48 des Spulenträgers 25 der magnetischen Einheit
14 mit ihrer Außenseite 50 an, während die Innenseite
52 der Führungshülse 26 sowohl den Magnetanker
28 als auch den magnetischen Stellkern 30 umschließt.
Aufgrund der Ausgestaltung der ersten, zweiten und dritten Zentrierelemente
42, 44 und 46 – wie in der Zeichnung dargestellt
– ist der Magnetanker 28 durch das in der ersten Ausnehmung
36 eingelassene erste Zentrierelement 42 relativ zur Führungshülse
26 zentriert. Wird das erste Zentrierelement 42 z.B. als O-Ring
gefertigt, so ergibt sich zwischen der Innenseite 52 der Führungshülse
26 und dem ersten Zentrierelement 42eine ringförmig verlaufende
Berührlinie 62, entlang welcher das erste Zentrierelement
42 den Magnetanker 28 an der Innenseite 52 der Führungshülse
26 zentriert.
Das zweite Zentrierelement 44 ist – wie in der Zeichnung
dargestellt – in der zweiten Ausnehmung 38 aufgenommen, welche durch
eine Vertiefung an der unteren Stirnseite des Magnetankers 28 im Bereich
von dessen Anfasung 58 und von der komplementär ausgebildeten Stirnseite
des magnetischen Stellkerns 30 begrenzt ist.
Zur Vermeidung von magnetischen Querkräften ist gemäß
der Zeichnung auch der magnetische Stellkern 56 – versehen mit der
dritten Ausnehmung 40 – mit einem dritten Zentrierelement
46 versehen, welches den magnetischen Stellkern 30 relativ zur
Führungshülse 26 zentriert. Aufgrund der gewählten Lösung
kann eine exzentrische Lage sowohl des magnetischen Stellkerns 30 als auch
des relativ zu diesem bewegbaren Magnetankers 28 ausgeschlossen werden,
so dass einerseits aufwendige Gleitpaarungen in der Ankerführung entfallen
können, die Toleranzketten in diesen Führungen demzufolge deutlich verkürzt
und damit fertigungstechnisch besser beherrschbar gemacht werden. Aufgrund der Ausführung
des dritten Zentrierelements 46 als O-Ring stellt sich zwischen diesem
und der Innenseite 52 der den Magnetanker 28 und den magnetischen
Stellkern 30 umgebenden Führungshülse 26 ebenfalls eine
ringförmig verlaufende Berührlinie 64 ein. Das im Käfig
66, der durch die beiden komplementär zueinander ausgebildeten Stirnseiten
des Magnetankers 28 und des magnetischen Stellkerns 30 gebildet
ist, aufgenommene zweite Zentrierelement 44, zentriert den Magnetanker
28 in Bezug zu dem ebenfalls zur Führungshülse 26 über
das dritte Zentrierelement 46 zentrierten magnetischen Stellkern
30. Damit ist eine möglichst leichtgängige Zentrier- und Lagerungsmöglichkeit
für den Magnetanker 28 geschaffen.
Die ersten, zweiten und dritten Zentrierelemente 42,
44 und 46 verhindern weiterhin, dass z.B. Schmutzpartikel
in die engen Führungen zwischen der Mantelfläche des Magnetankers
28 und der Innenseite 52 der Führungshülse
26 gelangen können und die Hubbewegung des Magnetankers
28 behindern. Ist einmal eine reibungsvermindernde Flüssigkeit wie
z.B. Öl in den Abschnitt an der Innenseite 52 der Führungshülse
26 gelangt, der sich zwischen dem ersten Zentrierelement 42 und
dem dritten Zentrierelement 46 erstreckt, wird der sich einstellende Ölfilm
aufgrund der Anordnung der beiden Zentrierelemente 42 und 46 diesen
nicht verlassen, da das erste Zentrierelement 42 und das dritte Zentrierelement
46 den Spalt zwischen der Führungshülse 26 und der Außenumfangsfläche
des Magnetankers 28 abdichten.
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Anspruch[de] |
Proportionalventil mit einer pneumatischen Einheit (12) und
einer magnetischen Einheit (14), die in einem Gehäuse (16)
untergebracht sind, wobei die magnetische Einheit (14) einen Magnetanker
(28) und einen magnetischen Stellkern (30) umfasst, die von einer
Führungshülse (26) umgeben sind, dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest der Magnetanker (28) mittels mindestens eines Zentrierelements
(42) zur Führungshülse (26) zentriert ist.
Proportionalventil gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass an einer dem Magnetanker (28) zuweisenden Seite des magnetischen Stellkerns
(30) ein zweites Zentrierelement (44) aufgenommen ist.
Proportionalventil gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
dass der magnetische Stellkern (30) mittels eines dritten Zentrierelements
(46) zur Führungshülse (26) zentriert ist.
Proportionalventil gemäß der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, dass die Zentrierelemente (42, 44, 46)
in Ausnehmungen (36, 38, 40) des Magnetankers (28)
oder des magnetischen Stellkerns (30) aufgenommen sind.
Proportionalventil gemäß der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, dass die Zentrierelemente (42, 44, 46)
aus einem elastischen, verformbaren Material hergestellt sind.
Proportionalventil gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
dass die Zentrierelemente (42, 44, 46) aus Kunststoff,
einem textilen Werkstoff aus Messing oder aus Gummi gefertigt sind.
Proportionalventil gemäß der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, dass die Zentrierelemente (42, 44, 46)
O-ringförmig ausgeführt sind und einen kreisförmigen oder ovalen
Querschnitt aufweisen.
Proportionalventil gemäß der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, dass die Zentrierelemente (42, 44, 46)
einen trapezförmigen, einen dreieckförmigen, einen viereckigen oder einen
Vieleck-Querschnitt aufweisen.
Proportionalventil gemäß der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, dass eine dem magnetischen Stellkern (30) zuweisende Stirnseite
des Magnetankers (28) mit einer dem Magnetanker (28) zuweisenden
Stirnseite des magnetischen Stellkerns (30) einen Käfig (66)
bildet, in dem das zweite Zentrierelement (44) aufgenommen ist.
Proportionalventil gemäß einem oder mehrerer der Ansprüche
1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass es als elektropneumatischer Wandler (10)
ausgeführt ist.
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Patent Zeichnungen (PDF)
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