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Die Erfindung betrifft eine Polplatte nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Ein elektromagnetisch betätigbares Ventil wird durch eine elektromagnetische Einrichtung geöffnet oder geschlossen, indem ein Dichtelastomer oder ein Dichtkörper aktiv bewegt wird. Bei einem solchen Ventil werden Ströme durch eine Spule geleitet, um ein magnetisches Feld zu erzeugen, dessen Magnetkraft einen Anker aktiv bewegt. Die Bewegung des Ankers wird genutzt, um den Dichtkörper aktiv so zu bewegen, dass ein Dichtsitz freigegeben oder verschlossen wird, um so einen Fluidstrom zuzulassen oder zu unterbinden.
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Ein Ventil dieser Art ist beispielsweise aus der
DE 10 2012 013 820 B3 bekannt. Ventile dieser Art werden zur Dosierung von Kraftstoffdampf aus einem Aktivkohlefilter eines Kraftfahrzeugs verwendet und sind üblicherweise aus robusten, einfach herzustellenden und kostengünstigen Bauteilen gefertigt.
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Ein besonders wichtiges Bauteil eines solchen Ventils ist die sogenannte Polplatte, der sowohl mechanische als auch magnetische Funktionen zukommen. Die Polplatte nimmt üblicherweise eine Gleitbuchse auf und positioniert und zentriert die Gleitbuchse relativ zu einem Polkern. Die Polplatte leitet einen magnetischen Fluss zwischen einem Rückschlussbügel und der Gleitbuchse und ermöglicht eine mechanische Verbindung zum Rückschlussbügel.
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Derzeit werden Polplatten aus einem tiefgezogenen Blech gefertigt. Damit gehen allerdings einige Nachteile einher. Eine passgenaue Fertigung bei akzeptablen Kosten ist nur begrenzt möglich. Die mechanische Festigkeit, insbesondere die Formstabilität, bei einem Umspritzungsprozess kann nicht immer optimal sein, weil starke Kräfte einwirken, während der Kunststoff eine Spule des Ventils umfließt
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine formstabile Polplatte für die Verwendung in einem elektromagnetisch betätigbaren Ventil anzugeben, die weitgehend problemlos mit einem weiteren Werkstoff verbindbar ist.
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Die vorliegende Erfindung löst die zuvor genannte Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1.
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Erfindungsgemäß ist zunächst erkannt worden, dass ein Metall-Sinterprozess ein besonders kostengünstiges Fertigungsverfahren darstellt, mit dem eine Polplatte gefertigt werden kann. Eine solche Polplatte, die gesintertes Material aufweist oder vollständig aus einem solchen gefertigt ist, ist mechanisch stabil und zeigt eine hohe Maßhaltigkeit, insbesondere wenn diese mit einem, insbesondere heißen und/ oder zähflüssigen, Kunststoff umspritzt wird. Eine solche Polplatte kann außerdem aus einem magnetisch besonders gut leitenden Material gefertigt sein oder ein solches Material aufweisen.
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Vorteilhaft lässt sich eine solche Polplatte relativ zu einem Polkern stabil positionieren und zentrieren. Dabei zeigt die Polplatte eine hohe Maßgenauigkeit, lässt sich sehr gut reproduzieren und gewährleistet ein hohes Maß an Prozesssicherheit. Der Durchmesser der Aufnahme für die Gleitbuchse kann sehr exakt vorgegeben und mit sehr geringen Toleranzen gefertigt werden. Eine solche Polplatte bietet des Weiteren eine Designfreiheit im Hinblick auf Wandstärken oder die Art der Verbindung mit einem Rückschlussbügel des Ventils. Es erfolgt erfindungsgemäß eine optimale Rohstoffausnutzung bei der Fertigung der Polplatte.
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Der Grundkörper könnte aus einem Material gefertigt sein oder ein Material aufweisen, welches 50 bis 100 Gewichtsprozent, bevorzugt 99,39 bis 100 Gewichtsprozent, Eisen mit Beimengungen von weniger als oder bis zu 0,01 Gewichtsprozent Kohlenstoff, von weniger als oder bis zu 0,1 Gewichtsprozent Sauerstoff und 0 bis 0,5 Gewichtsprozent Phosphor enthält. Die Untergrenzen für den Kohlenstoff und den Sauerstoff sind 0 Gewichtsprozent. Ein solches Material lässt sich besonders gut sintern bzw. als Sintermetall verwenden. Diese Zusammensetzungen stellen einen glücklichen Griff aus der Vielzahl bekannter Zusammensetzungen von Sintermetallen dar.
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Der Grundkörper könnte aus einem Material gefertigt sein oder ein Material aufweisen, welches eine Dichte im Bereich 7,0 g/cm3 bis 7,5 g/cm3 aufweist. Ein solches Material ist besonders für die Verwendung in Kraftfahrzeugen geeignet, weil so Gewicht eingespart werden kann.
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Der Grundkörper könnte die oben genannten Materialien mit den genannten Zusammensetzungen, umfassend Eisen, Kohlenstoff, Sauerstoff und Phosphor, aufweisen, aus diesen gefertigt sein oder ein Material aufweisen oder aus einem Material gefertigt sein, welches bei 20000 A/m eine magnetische Flussdichte von 1,5 T bis 1,8 T zeigt. Ein solches Material lässt den Anker einer Dichteinrichtung besonders gut auf ein von einer Spule erzeugtes Magnetfeld ansprechen, so dass sich dieser durch das Magnetfeld gut und problemlos bewegen lässt.
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Die Polplatte könnte eine korrosionshemmende, bevorzugt galvanische, Oberflächenbeschichtung mit einer Schichtdicke im Bereich 8-15 µm aufweisen, welche Zink enthält. Eine solche Beschichtung ist hinreichend dünn und leicht und dennoch effektiv gegen Korrosion. Bevorzugt ist die Oberflächenbeschichtung als galvanischer Zinküberzug, galvanischer Zink-Eisen-Legierungsüberzug oder galvanischer Zink-Nickel-Legierungsüberzug ausgebildet.
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Die Aufnahme könnte hülsenartig mit einem zylindrischen Durchgang ausgebildet sein, wobei von der Aufnahme beidseits Backen abragen. In den Durchgang kann eine zylindrische Gleitbuchse gut eingepresst werden, die Backen können einen Form- und/ oder Stoffschluss mit Kunststoff eingehen.
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Ein elektromagnetisch betätigbares Ventil könnte die Polplatte der hier beschriebenen Art umfassen, wobei die Polplatte eine Gleitbuchse in sich aufnimmt und wobei in der Gleitbuchse ein Anker geführt ist, der eine Dichtung von einem Dichtsitz entfernt oder diesem zuführt. Die genannte Polplatte kann sehr genau gefertigt werden und zeigt hervorragende mechanische und magnetische Eigenschaften.
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Die Polplatte könnte mit einer Kunststoffumhüllung stoffschlüssig verbunden sein. So kann die Polplatte fest mit einem Kunststoff verspritzt werden. Das Ventil kann von der Kunststoffumhüllung überwiegend eingeschlossen sein.
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Eine Spule könnte einen Polkern umfangen, wobei in den Polkern auf dessen dem Anker zugewandten Seite ein Anschlagstift eingreift, gegen den sich der Anker federbelastet abstützt und/ oder an den der Anker anschlagbar ist. Ein Anschlagstift kann aus einem anderen Werkstoff gefertigt werden wie der Polkern. So können magnetische Flussverhältnisse optimiert werden.
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Ein Ventil der hier beschriebenen Art könnte als Regenerierventil zum Entgasen oder Entlüften eines Aktivkohlebehälters eines Kraftfahrzeugs verwendet werden. Ventile dieser Art werden zur Dosierung von Kraftstoffdampf aus einem Aktivkohlefilter eines Kraftfahrzeugs verwendet.
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In der Zeichnung zeigen
- 1 in der linken Ansicht ein Schnitt durch ein elektromagnetisch betätigbares Ventil, welches einen Anschlussstutzen zu einem Motor eines Kraftfahrzeugs und einen Anschlussstutzen zu einem Aktivkohlebehälter des Kraftfahrzeugs aufweist, und in der rechten Ansicht eine geschnittene Detaildarstellung des Dichtbereichs nebst der elektromagnetischen Einrichtung zum Betätigen eines beweglichen Ankers gemäß dem Stand der Technik,
- 2 eine seitliche Schnittansicht eines Ventils mit einer Polplatte aus einem Sintermetall,
- 3 eine geschnittene Detaildarstellung des Dichtbereichs des Ventils gemäß 2 nebst der elektromagnetischen Einrichtung zum Betätigen eines beweglichen Ankers,
- 4 eine Draufsicht auf die Polplatte aus Sintermetall und
- 5 eine perspektivische Ansicht der Polplatte gemäß 4.
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1 zeigt in 1a einen Schnitt durch ein elektromagnetisch betätigbares Ventil 1' des Stands der Technik, welches einen Anschlussstutzen 2 zu einem Motor eines nicht gezeigten Kraftfahrzeugs und einen Anschlussstutzen 3 zu einem Aktivkohlebehälter des Kraftfahrzeugs aufweist.
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1 zeigt in 1b eine geschnittene Detaildarstellung des Dichtbereichs nebst der elektromagnetischen Einrichtung zum Betätigen eines beweglichen Ankers 4 des Ventils 1' gemäß 1 a.
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Der Anker 4 ist mit einem Dichtelastomer 5 fest und formschlüssig verbunden, so dass durch Bewegung des Ankers 4 das Dichtelastomer 5 von einem Dichtsitz 6 angehoben werden kann. Hierdurch erfolgt eine fluidleitende Verbindung der beiden Anschlussstutzen 2, 3, die in 1a gezeigt sind.
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Der Anker 4 wird beim Leiten eines elektrischen Stroms durch die Spule 7 in der Zeichenebene nach oben in Richtung eines Polkerns 8 gezogen. Das Dichtelastomer 5 bzw. der Anker 4 werden gegen die Anpresskraft einer Feder 9, hier einer Spiralfeder, angehoben. Sobald das Magnetfeld der Spule 7 eine Kraft auf den Anker 4 ausübt, welche die Anpresskraft der Feder 9 übersteigt, hebt das Dichtelastomer 5 vom Dichtsitz 6 ab und stellt die oben genannte Fluidverbindung her. Es ist auch eine Justageschraube 10 vorgesehen, mit welcher die Anpresskraft der Feder 9 einstellbar ist. Der Anker 4 wird in einer Gleitbuchse 11 geführt und die Gleitbuchse 11 ist von einer Polplatte 12' des Stands der Technik umfangen.
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2 zeigt ein Ventil 1 mit einer Polplatte 12 aus einem Sintermetall. 2 zeigt einen Schnitt durch das elektromagnetisch betätigbare Ventil 1, welches einen Anschlussstutzen 2 zu einem Motor eines nicht gezeigten Kraftfahrzeugs und einen Anschlussstutzen 3 zu einem Aktivkohlebehälter des Kraftfahrzeugs aufweist. Das Ventil 1 weist des Weiteren einen elektrischen Anschluss 13 auf, der in der gleichen Richtung vom Ventil 1 abragt, wie der Anschlussstutzen 3 zum Aktivkohlebehälter.
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3 zeigt in einer ausschnittsweisen Schnittdarstellung, dass das Ventil 1 eine Polplatte 12 aus einem Sintermetall aufweist, welche die Gleitbuchse 11 aufnimmt, so dass die Gleitbuchse 11 über die Polplatte 12 weder nach oben oder nach unten herausragt. Der Anker 4 ist in der Gleitbuchse 11 geführt. Die Spule 7 umfängt den Polkern 8, in welchem wiederum ein Anschlagstift 14 aufgenommen ist, gegen den sich der Anker 4 federnd abstützt.
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Der Anker 4 ist mit einem Dichtelastomer 5 fest und formschlüssig verbunden, so dass durch Bewegung des Ankers 4 das Dichtelastomer 5 von einem Dichtsitz 6 angehoben werden kann. Hierdurch erfolgt eine fluidleitende Verbindung der beiden Anschlussstutzen 2, 3, die in 2 gezeigt sind.
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Der Anker 4 wird beim Leiten eines elektrischen Stroms durch die Spule 7 in der Zeichenebene nach oben in Richtung des Polkerns 8 gezogen. Das Dichtelastomer 5 bzw. der Anker 4 werden gegen die Anpresskraft der Feder 9, hier einer Spiralfeder, angehoben. Sobald das Magnetfeld der Spule 7 eine Kraft auf den Anker 4 ausübt, welche die Anpresskraft der Feder 9 übersteigt, hebt das Dichtelastomer 5 vom Dichtsitz 6 ab und stellt die oben genannte Fluidverbindung her. Der Anker 4 wird in der Gleitbuchse 11 geführt und die Gleitbuchse 11 ist von der Polplatte 12 umfangen.
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Die Spule 7 ist von einem Rückschlussbügel 15 umgeben. Es ist eine Kunststoffumspritzung oder Kunststoffumhüllung 16 vorgesehen, welche zumindest die Spule 7, den Rückschlussbügel 15 und die Polplatte 12 zumindest teilweise umgibt und miteinander form- und/ oder stoffschlüssig verbindet.
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4 und 5 zeigen die Polplatte 12. Eine hülsenartige Aufnahme 17 mit einem zylindrischen Durchgang 20 kann die zylindrische Gleitbuchse 11 gemäß 3 konzentrisch aufnehmen. Von der Aufnahme 17 ragen in diametral entgegengesetzten Richtungen zwei Backen 18 ab, deren Oberflächen 19 von der Aufnahme 17 auf einer Seite, nämlich der Seite, welche dem Dichtsitz 6 zugewandt ist, überragt ist. Dies ist in 3 besonders gut erkennbar.
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Diese Polplatte ist für ein elektromagnetisch betätigbares Ventil 1 gemäß 2 und 3 geeignet und umfasst einen Grundkörper mit einer Aufnahme 17 für dessen Gleitbuchse 11. Der Grundkörper ist aus einem gesinterten Material gefertigt. Der Grundkörper ist aus einem Material gefertigt, welches Eisen mit Beimengungen von weniger als oder bis zu 0,01 Gewichtsprozent Kohlenstoff, von weniger als oder bis zu 0,1 Gewichtsprozent Sauerstoff und 0 bis 0,5 Gewichtsprozent Phosphor enthält. Das Material weist eine Dichte im Bereich 7,0 g/cm3 bis 7,5 g/cm3 auf. Der Grundkörper ist aus einem Material gefertigt, welches bei 20000 A/m eine magnetische Flussdichte von 1,5T bis 1,8T zulässt.
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Die Polplatte 12 weist eine korrosionshemmende galvanische Oberflächenbeschichtung mit einer Schichtdicke im Bereich 8-15 µm auf, welche Zink enthält.
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Die Aufnahme 17 ist hülsenartig mit einem zylindrischen Durchgang 20 ausgebildet, wobei von der Aufnahme 17 beidseits die oben genannten Backen 18 abragen.
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2 und 3 zeigen ein elektromagnetisch betätigbares Ventil 1, umfassend die Polplatte 12, wobei die Polplatte 12 die Gleitbuchse 11 in sich aufnimmt und wobei in der Gleitbuchse 11 der Anker 4 konzentrisch geführt ist, der eine Dichtung, hier ein Dichtelastomer 5, von einem Dichtsitz 6 entfernt oder diesem zuführt.
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Die Polplatte 12 ist mit einer Kunststoffumhüllung 16 stoffschlüssig verbunden. Die Kunststoffumhüllung 16 schließt auch den Rückschlussbügel 15 und die Spule 7 ein.
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Die Spule 7 wiederum umfängt den Polkern 8, wobei in den Polkern 8 auf dessen dem Anker 4 zugewandten Seite ein Anschlagstift 14 eingreift, gegen den sich der Anker 4 federbelastet abstützt und an den der Anker 4 anschlagbar ist. Der Anschlagstift 14 ist konzentrisch zum Polkern 8, zum Anker 4, zur Gleitbuchse 11 und zur Aufnahme 17 der Polplatte 12 angeordnet.
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Das Ventil 1 wird als Regenerierventil zum Entgasen oder Entlüften eines Aktivkohlebehälters eines Kraftfahrzeugs verwendet.
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Bezugszeichenliste
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- 1,1'
- Ventil
- 2
- Anschlussstutzen zum Motor
- 3
- Anschlussstutzen zum Aktivkohlebehälter
- 4
- Anker
- 5
- Dichtelastomer
- 6
- Dichtsitz
- 7
- Spule
- 8
- Pokern
- 9
- Feder
- 10
- Justageschraube
- 11
- Gleitbuchse
- 12, 12'
- Polplatte
- 13
- elektrischer Anschluss
- 14
- Anschlagstift
- 15
- Rückschlussbügel
- 16
- Kunststoffumhüllung
- 17
- Aufnahme
- 18
- Backen
- 19
- Oberfläche
- 20
- Durchgang von 17
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012013820 B3 [0003]