DE69736305T2

DE69736305T2 - Arbeitszyklus-magnetventil

Info

Publication number: DE69736305T2
Application number: DE69736305T
Authority: DE
Inventors: Hiromasa Chiyoda-ku OZAWA; Takao Chiyoda-ku KOJIMA; Hidekazu Himei
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1997-08-25
Filing date: 1997-08-25
Publication date: 2007-06-28
Anticipated expiration: 2017-08-26
Also published as: WO1999010670A1; EP1008790A1; EP1008790B1; DE69736305D1; US6163239A; EP1008790A4; JP3442405B2

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Magnetventil, und insbesondere ein Arbeitszyklus-Magnetventil, bei dem ein Kolben unter der Wirkung eines Antriebs durch eine Magnetvorrichtung als Reaktion auf ein elektrisches Signal verschoben wird, wodurch die Flussrate variabel gesteuert wird.
Magnetventile dieser Art sind aus den Druckschriften US 5467797 und US 5135027 bekannt.
Stand der Technik
6 ist eine Querschnittansicht, die ein herkömmliches Dreiwege-Arbeitszyklus-Magnetventil des normalerweise geschlossenen Typs darstellt, wie zum Beispiel in der japanischen ungeprüften Gebrauchsmusterveröffentlichung Nr. H7-34,271 offenbart.
Dieses herkömmliche Magnetventil 100 umfasst einen Hauptkörper 101 mit einer Spule bzw. Wicklung 102, die auf den äußeren Umfang von ihm gewickelt ist, und ein Führungsloch 103, das im Inneren von ihm vorgesehen ist, einen aus einem magnetischen Material hergestellten Kolben 105, der in eine Buchse 104 gleitbar eingeführt ist, die mit dem Führungsloch 103 des Hauptkörpers 101 in Eingriff ist, einen festen Eisenkern 106, der aus einem magnetischen Material hergestellt ist, wobei er koaxial gegenüber zu diesem Kolben 105 vorgesehen ist, eine Feder 107, die in Kontakt mit dem Kolben 105 vorgesehen ist und eine Kraft auf den Kolben 105 in eine Richtung der Trennung des Kolbens 105 von dem festen Eisenkern 106 überträgt, und einen Stab 108, der integriert mit einer Seite, gegenüber dem festen Eisenkern 106 des Kolbens 105, betriebsfähig verbunden ist.
Der Hauptkörper 101 ist integriert mit einem Ventilkörper 101A versehen. Der Ventilkörper 101A umfasst eine Kugel 109, die als das Ventil dient, einen Eingangsseiten- und einen Auslassseiten-Ventilsitz 110a und 110b, mit denen die Kugel 109 in Kontakt kommt und von denen sie getrennt wird, eine Eingangsöffnung 111 zur Eingabe eines Fluiddrucks in den Eingangsseitenventilsitz 110a, und eine Ausgangsöffnung 112 zum Ausgeben des Fluiddrucks nach außen. Ein Durchgangsloch ist in den festen Eisenkern 106 an seiner axialen Mittelposition durchgebohrt, um eine Auslassöffnung 113 auszubilden. Ein aus einem nicht-metallischen Material hergestellter Abstandshalter 114 ist zwischen dem Kolben 105 und dem festen Eisenkern 106 vorgesehen.
Bei diesem Magnetventil 100, in einem Zustand, in dem ein Strom an die Spule 102 gespeist wird, wirkt die durch die Feder 107 übertragene Kraft, um den Kolben 105 in eine Richtung zu dem Auslassseitenventilsitz 110b hin zu drücken. Der Kolben 105, durch die Buchse 104 geführt, gleitet in der Richtung zu dem Auslassseitenventilsitz 110b hin. Zusammen mit der Verschiebung des Kolbens 105 bewegt sich der Stab 108 zu dem Eingangsseitenventilsitz 110a hin, um die Kugel 109 mit dem Eingangsseitenventilsitz 110a in Kontakt zu bringen. Die Eingangsöffnung 111 wird somit geschlossen, um eine Verbindung zwischen der Ausgangsöffnung 112 und der Auslassöffnung 113 zu erzielen.
Wenn die Spule 102 mit Strom gespeist wird, wirkt eine magnetische Anziehungskraft, um den Kolben 105 zu dem festen Eisenkern 106 hin anzuziehen, gegen die durch die Feder 107 übertragene Kraft. Der Kolben 105, durch die Buchse 104 geführt, gleitet zu dem festen Eisenkern 106 hin. Zusammen mit der Verschiebung des Kolbens 105 bewegt sich der Stab 108 in eine Richtung, welche den Eingangsseitenventilsitz 110a verlässt. Der Fluiddruck wirkt von der Eingangsöffnung 111 auf die Kugel 109, die den Eingangsseitenventilsitz 110a verlässt, und gelangt mit dem Auslassseitenventilsitz 110b in Kontakt. Die Auslassöffnung 113 wird somit geschlossen, womit eine Verbindung zwischen der Eingangsöffnung 111 und der Ausgangsöffnung 112 erzielt wird.
Durch ein derartiges Steuern der Leistung an die Spule 102 wird ein Öffnungs-/Schließbetrieb des Kanals erfüllt. Der Druck der Ausgangsöffnung 112 variiert, wie in 9 gezeigt, durch ein Ändern des Verhältnisses von an die Spule 102 gespeister Leistung, d.h. Antriebsverhältnis (d.h. Betriebs- bzw. Arbeits-%). Es ist somit möglich, den Druck der Ausgangsöffnung 112 auf einen vorgeschriebenen Druck zu steuern, durch ein Steuern des Antriebsverhältnisses.
Wenn der Kolben 105 zu dem festen Eisenkern 106 hin magnetisch angezogen wird, durch ein Speisen der Spule 102 mit Leistung, gelangt der Kolben 105 mit dem festen Eisenkern 106 über den Abstandshalter 114 in Kontakt. An diesem Punkt gibt es einen Spalt, welcher der Dicke des Abstandshalters 114 entspricht, zwischen dem Kolben 105 und dem festen Eisenkern 106. Wenn ein Speisen der Spule 102 mit Strom abgebrochen wird, ist deshalb die Wirkung eines verbleibenden Magnetflusses, der den Kolben 105 an dem festen Eisenkern 106 hält, verringert, und es wird bewirkt, dass sich der Kolben 105 schnell in eine Richtung bewegt, die den festen Eisenkern 106 verlässt, mittels der durch die Feder 107 übertragene Kraft.
Bei Abwesenheit des Abstandshalters 114 bringt eine Leistungsspeisung an die Spule 102 den Kolben 105 mit dem festen Eisenkern 106 in Kontakt. Wenn die Leistung an die Spule 102 abgeschaltet wird, dient der verbleibende Magnetfluss dazu, den Kolben 105 an der Seite des festen Eisenkerns 106 zu halten. Es ist deshalb notwendig, eine große Kraft festzulegen, die von der Feder 107 übertragen wird, so dass sie nicht durch den verbleibenden Magnetfluss beeinflusst wird, und eine Anpassung dieser übertragenen Kraft war bisher schwierig.
Bei diesem Magnetventil 100 dient der Druck des Steuerfluids, das auf die Kugel 109 wirkt, dazu, den Kolben 105 nach oben auf die Seite des festen Eisenkerns 106 zu drücken. Falls eine übertragene Kraft, die diesem Druck widerstehen kann, nicht vorher auf die Feder 107 übertragen wird, könnte die Kraft, welche die Kugel 109 nach unten gegen den Ventilsitz 110a drückt, dem Druck des Steuerfluids nicht widerstehen, so dass die Kugel 109 den Ventilsitz 110a verlässt und das Steuerfluid würde durch die Eingangsöffnung 111 hineinströmen.
Unter der Annahme, dass die Kraft des Steuerfluids, die den Kolben 105 nach oben drückt P ist, und die durch die Feder 107 übertragene Kraft F ist:
Wenn keine Leistung an die Spule gespeist wird (während AUS): F > P
Wenn die Spule mit Leistung gespeist wird (währen AN): elektromagnetische Kraft + P > F
Es ist deshalb notwendig, die elektromagnetische Kraft (magnetische Anziehungskraft) des Magnetventils auf einen Wert > F + P > 0 festzulegen.
In anderen Worten muss die elektromagnetische Kraft größer als die durch die Feder 107 übertragene Kraft F sein. Wenn der Druck P des Steuerfluids erhöht wird, muss die durch die Feder 107 übertragene Kraft F auch erhöht werden. Folglich würde die Größe des Magnetventils größer sein.
Bei dem Magnetventil 100, wenn der Kolben 105 durch eine elektromagnetische Kraft zu der Seite des festen Eisenkerns 106 hin angezogen wird, bewegt sich des Weiteren die Kugel 109 von dem Ventilsitz 110a weg, das Steuerfluid strömt durch die Eingangsöffnung 111 hinein. An diesem Punkt nimmt die Kraft P ab, die über die Kugel 109 auf den Kolben 105 wirkt, was zu einem größeren F-P-Wert führt.
Wenn das Steuerfluid eines großen Drucks gesteuert wird, führt deshalb die Kugel 109, die den Ventilsitz 110a verlässt, zu einem übermäßig großen F-P-Wert, so dass der Kolben 105 durch eine elektromagnetische Kraft nicht angezogen werden kann. Der Kolben 105 wird zurück gedrückt, und die Kugel 109 wird in eine Richtung bewegt, welche die Kugel 109 in Kontakt mit dem Ventilsitz 110a bringt. Wenn der Spalt zwischen der Kugel 109 und dem Ventilsitz 110a kleiner wird, nimmt die Kraft P zu, die über die Kugel 109 auf den Kolben 105 wirkt, was zu einem kleineren F-P-Wert führt, so dass der Kolben 105 durch eine elektromagnetische Kraft zu dem festen Eisenkern 106 hin angezogen wird. Wenn das Steuerfluid eines derart hohen Drucks gesteuert wird, wird ein Oszillationsphänomen mit einer wiederholten hoch-runter Bewegung in dem Kolben 105 erzeugt, was ein großes Geräusch bewirkt.
Wenn das Steuerfluid eines hohen Drucks gesteuert wird, ist es somit notwendig die magnetische Anziehungskraft zu erhöhen, um das Oszillationsphänomen des Kolbens zu verhindern, was zu einem größeren Magnetventil führt.
Der Energie zuführende Strom bzw. Erregerstrom, mit dem sich der Kolben 105 durch eine elektromagnetische Kraft zu bewegen beginnt, hängt von F-P ab. Wenn die durch die Feder übertragene Kraft F größer wird, wird es für den Kolben 105 schwerer sich zu bewegen, und der Arbeits- bzw.
Betriebsbereich (duty range) in dem der Ausgangsdruck in 9 Null wird, wird größer. Wenn die durch die Feder übertragene Kraft F kleiner wird, wird es auf der anderen Seite für den Kolben 105 leichter sich zu bewegen. Der Arbeitsbereich in dem der Ausgangsdruck in 9 Null wird, wird kürzer, und in dem nicht-erregten Zustand bewegt sich der Kolben 105 zusammen mit einer Oszillation des Magnetventils, womit eine Verbindung zwischen der Eingangsöffnung 111 und der Ausgangsöffnung 112 erreicht wird. Bei dem wie oben beschriebenen Magnetventil 100 beeinflusst eine Änderung in der durch die Feder übertragene Kraft F die Eigenschaften. Es war deshalb notwendig, den Erregerstrom anzupassen.
Ferner trifft bei diesem Magnetventil 100, auf ein Speisen der Spule 102 mit Strom hin, der Kolben 105 den festen Eisenkern 106 über den Abstandshalter 114, unter der Wirkung der magnetischen Anziehungskraft der Spule 102. Auf ein Abbrechen der Leistungsversorgung an die Spule 102 hin wird der Kolben 105 durch die durch die Feder 107 übertragene Kraft zurück gedrückt, und die Kugel 109 kollidiert mit dem Ventilsitz 110a. Ein Problem besteht deshalb darin, dass zwei Kollisionen in einem Zeitraum des Speisens von Strom an die Spule 102 auftreten, was zu einem lauten Geräusch führt.
Weil der Abstandshalter 114 in einem freien Zustand zwischen dem Kolben 105 und dem festen Eisenkern 106 angeordnet ist, erzeugt der Schaltbetrieb der Leistung an die Spule 102 ein Spiel des Abstandshalters 114, und der zwischen dem Kolben 105 und dem festen Eisenkern 106 gehaltene Abstandshalter 114 erleidet wiederholt einen Stoß. Eine Langzeitnutzung davon bewirkt eine Abnutzung des Abstandshalters, was zu einem Brechen von ihm führt.
Ein Einströmen des Steuerfluids in den Raum zwischen dem Kolben 105 und dem Abstandshalter 114, und ein Ausströmen des Steuerfluids durch den Raum zwischen dem Kolben 105 und dem Abstandshalter 114, treten wiederholt auf. Wenn die Viskosität des Steuerfluids bei niedrigeren Temperaturen höher wird, wird deshalb der Einström- und Ausströmwiderstand des Steuerfluids größer, und dies bereitet ein Problem eines Unterschieds der Betriebsdauer bei dem Betrieb bei hohen Temperaturen, und einer resultierenden Änderung der Eigenschaften bei niedrigen Temperaturen.
Abhängig von der Größe des Abstandshalters 114 kann ferner ein anderes Problem des Anhaftens des Abstandshalters 114 an den Kolben 105 im Kontakt auftreten.
Um das oben beschriebene Anhaften zu vermeiden, wird eine Verbesserungsmaßnahme des Erreichens eines Linienkontakts zwischen dem Kolben und dem Abstandshalter vorgeschlagen, wie zum Beispiel in der japanischen Gebrauchsmusterveröffentlichung Nr. H7-38,779 offenbart, durch das Vorsehen einiger Einrichtungen für die Endflächenform des Kolbens.
7 ist eine Perspektivansicht, die einen Kolben in einem herkömmlichen Magnetventil darstellt, wie in der japanischen Gebrauchsmusterveröffentlichung Nr. H7-38,779 offenbart.
Der Kolben 105 weist radiale Nuten 105a auf, die an einer Endfläche von ihm ausgebildet sind. Diese radialen Nuten 105a sind um ein Mittelloch 105b ausgebildet, das eine Feder 107 in der Radialrichtung nach außen hin aufnimmt, angrenzend aneinander in der Umfangsrichtung, um den gesamten Umfang abzudecken.
Bei diesem Magnetventil sind der Kolben 105 und der Abstandshalter 114 in Linienkontakt, der einen sehr kleinen Kontaktbereich aufweist. Sogar wenn sich die Viskosität des Steuerfluids erhöht, ist deshalb das Steuerfluid an dem Kontaktabschnitt davon nicht existent, und der Kolben 105 wird nicht durch das Steuerfluid beeinflusst.
Eine lange Nutzung bewirkt jedoch eine Abnutzung der Endflächen des Kolbens 105, eine Änderung vom Linienkontakt in einen Ebenenkontakt zwischen dem Kolben 105 und dem Abstandshalter 114, so dass der Kolben 105 durch das Steuerfluid beeinflusst wird.
Um das Auftreten von Rissen in dem Abstandshalter zu vermeiden, wird eine Verbesserungsmaßnahme der Beseitigung des Spiels des Abstandshalters durch ein Befestigen des Abstandshalters an dem Kolben vorgeschlagen, wie in der ungeprüften japanischen Gebrauchsmusterveröffentlichung Nr. H4-74,780 offenbart.
Sogar wenn der Abstandshalter an dem Kolben befestigt ist, ist der Abstandshalter jedoch einem wiederholten Stoß von dem festen Eisenkern ausgesetzt, und bei einigen Sprüngen bzw.
Spalten oder Dicke des Abstandshalters wird ein Brechen des Abstandshalters durch eine Langzeitnutzung induziert, und es war keine perfekte Gegenmaßnahme verfügbar.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wurde entwickelt, um die vorangehenden Problem zu lösen, und hat die Aufgabe, ein kompaktes Arbeitszyklus-Magnetventil bereitzustellen, bei dem der Kolben in die Ventilsitzrichtung angezogen wird, und welches das Auftreten eines Schlaggeräuschs und ein Anhaften bei geringen Temperaturen verhindert.
Das Arbeitszyklus-Magnetventil der Erfindung, das einen Druck von einer Ausgangsöffnung auf einen vorgeschriebenen Wert steuert, durch ein Speisen von Strom bei einer bestimmten Frequenz an eine Spule und einem Ändern der Erregungszeit von der Frequenz, mit einem Gehäuse, das einen Teil eines Magnetkreises ausbildet; einem hohlen zylindrischen Spulenkörper mit einem darin ausgebildeten Mittelloch, und der die Spule auf dem Außenumfang von ihm gewickelt aufweist; einer hohlen zylindrischen Hülse, die aus einem magnetischen Material hergestellt ist und mit dem Mittelloch von dem Spulenkörper von einer Endseite des Spulenkörpers in Eingriff ist; einem Kolben, der aus einem magnetischen Material hergestellt ist, wobei er in eine hohle zylindrische Form mit einem Boden ausgebildet ist und in das Mittelloch des Spulenkörpers reziprok in der axialen Richtung des Mittellochs des Spulenkörpers eingeführt ist, mit einer Öffnung von ihm zu dem einen Ende des Spulenkörpers hin gerichtet; einer Führung, die aus einem magnetischen Material hergestellt ist, wobei sie ein Stabeinführungsdurchgangsloch aufweist und an der anderen Endseite des Spulenkörpers angeordnet ist, um das Stabeinführungsdurchgangloch mit dem Mittelloch des Spulenkörpers koaxial auszurichten, wobei sie den Kolben magnetisch anzieht, während die Spule mit Strom gespeist wird; einer Einhausung mit einer Eingangsöffnung, einer Ausgangsöffnung und einer Auslassöffnung, und die gegenüberliegend zu dem Kolben angeordnet ist, wobei sie die Führung in ihr hält; einem Stab, der aus einem nicht-magnetischen Material hergestellt ist und reziprok in das Stabeinführungsdurchgangsloch der Führung in der axialen Richtung des Stabeinführungsdurchgangslochs eingeführt ist, wobei er durch den Kolben gedrückt wird, von der Führung magnetisch angezogen, während die Spule mit Strom gespeist wird, um sich zu der Einhausung hin zu bewegen; einer Feder, die in dem Mittelloch des Spulenkörpers zwischen einer Innenseitenendoberfläche des Gehäuses an einem Ende des Spulenkörpers und dem Kolben angeordnet ist, wobei sie eine Kraft auf den Kolben zu der Führung hin überträgt, um den Kolben in Kontakt mit dem Stab zu bringen; und einer Ventilanordnung, die in der Einhausung angeordnet ist, welche Kanäle umschaltet, die zwischen der Ausgangsöffnung und der Eingangsöffnung in Verbindung stehen, und zwischen der Ausgangsöffnung und der Auslassöffnung in Verbindung stehen, unter der Wirkung eines Druckunterschieds zwischen der durch die Feder übertragenen Kraft und der über den Stab wirkenden magnetischen Anziehungskraft, auf der einen Seite, und dem Druck von einem über die Eingangsöffnung wirkenden Steuerfluid, auf der anderen Seite; wobei die durch die Feder übertragene Kraft auf einen Wert festgelegt ist, der geringer als der Druck des Steuerfluids ist, und wobei der Kolben so ausgestaltet ist, dass er mit der Innenseitenendoberfläche des Gehäuses nicht in Kontakt ist, während die Spule nicht mit Strom gespeist wird, und dass er einen vorgeschriebenen Spalt zwischen dem Kolben und der Führung hält, während die Spule mit Strom gespeist wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Schnittansicht, die den nicht-erregten Zustand eines Dreiwege-Arbeitszyklus-Magnetventils des normalerweise offenen Typs einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
2 ist eine Schnittansicht, die einen Spulenkörper darstellt, der an dem Dreiwege-Arbeitszyklus-Magnetventil des normalerweise offenen Typs der ersten Ausführungsform der Erfindung angebracht ist;
3 ist eine Perspektivansicht, die ein Gehäuse darstellt, das an dem Dreiwege-Arbeitszyklus-Magnetventil des normalerweise offenen Typs der ersten Ausführungsform der Erfindung angebracht ist;
4 ist eine Perspektivansicht, die eine andere Ausführungsform des Gehäuses darstellt, das an dem Dreiwege-Arbeitszyklus-Magnetventil des normalerweise offenen Typs der ersten Ausführungsform der Erfindung angebracht ist;
5 ist eine Schnittansicht, die den nicht-erregten Zustand eines Dreiwege-Arbeitszyklus-Magnetventils des normalerweise geschlossenen Typs einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
6 ist eine Schnittansicht, die ein herkömmliches Dreiwege-Arbeitszyklus-Magnetventil des normalerweise geschlossenen Typs darstellt;
7 ist eine Perspektivansicht, die einen Kolben darstellt, der an einem anderen herkömmlichen Arbeitszyklus-Magnetventil angebracht ist;
8 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen Arbeit bzw. Betrieb(duty) und Druck einer Ausgangsöffnung bei einem Arbeitszyklus-Magnetventil des normalerweise offenen Typs darstellt; und
9 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen Arbeit und Ausgangsöffnungsdruck bei einem Arbeitszyklus-Magnetventil des normalerweise geschlossenen Typs darstellt.
Bester Weg zur Ausführung der Erfindung
Nun werden einige bevorzugte Ausführungsformen unten unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Ausführungsform 1
1 ist eine Schnittansicht, die den nicht-erregten Zustand eines Dreiwege-Arbeitszyklus-Magnetventils des normalerweise offenen Typs einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt; 2 ist eine Schnittansicht, die einen Spulenkörper darstellt, der an dem Dreiwege-Arbeitszyklus-Magnetventil des normalerweise offenen Typs der ersten Ausführungsform der Erfindung angebracht ist; und 3 ist eine Perspektivansicht, die ein Gehäuse darstellt, das an dem Dreiwege-Arbeitszyklus-Magnetventil des normalerweise offenen Typs der ersten Ausführungsform der Erfindung angebracht ist.
In 1 weist eine Einhausung 51 eine Eingangsöffnung 52, eine Ausgangsöffnung 53 und eine Auslassöffnung 54 auf, und ist mit O-Ringnuten 51a und 51b versehen, in denen O-Ringe 9 und 10 an dem äußeren Umfang davon angebracht sind, und weist ein Eingriffsloch 51c auf, das als ein in Eingriff genommener Abschnitt für das Positionieren einer Platte 55 dient. Die Einhausung 51 ist bei dieser Ausführungsform mit einem Harz ausgebildet, aber kann mit einem Metall ausgebildet sein.
Ein erster Ventilsitzkörper 3 weist ein erstes Durchgangsloch 3a auf, das dadurch gebohrt ist, und ein erster Ventilsitz 3b ist dadurch ausgebildet, dass sich eine Seitenkante des ersten Durchgangslochs 3a verjüngt. Ein zweiter Ventilsitzkörper 4 weist ein zweites Durchgangsloch 4 auf, das dadurch gebohrt ist, und ein zweiter Ventilsitz 4b ist dadurch ausgebildet, dass sich eine Seitenkante des zweiten Durchgangslochs 4a verjüngt. Die andere Seite des zweiten Durchgangslochs 4a ist in einen Großdurchmesser-Abschnitt 4c mit einem großen Durchmesser ausgebildet. Die ersten und zweiten Ventilsitzkörper 3 und 4 sind zum Beispiel aus rostfreiem Stahl hergestellt, und sind durch Härten oder dergleichen wärmebehandelt, oder durch Nitrieren oder dergleichen oberflächenhärtungsbehandelt, um eine Abnutzung zu hemmen, die durch eine Langzeitnutzung bewirkt wird.
Eine Führung 59 ist zum Beispiel aus einem magnetischen Material wie beispielsweise Eisen hergestellt, und weist ein dadurch gebohrtes Stabeinführungsdurchgangsloch 59a zum Einführen eines Stabs 60 auf. Eine hohle zylindrische Buchse 59b, die aus einem nicht-magnetischen Material wie beispielsweise Kupfer hergestellt ist, ist in dem Stabeinführungsdurchgangsloch 59a in Eingriff.
Die ersten und zweiten Ventilsitzkörper 3 und 4 sind in der Einhausung 51 mit einem vorgeschriebenen Spalt zwischen den ersten und zweiten Ventilsitzen 3b und 4b an gegenüberliegenden Positionen angeordnet. Ferner ist die Führung 59 in der Einhausung 51 so angeordnet, dass die Führung 59 mit dem oberen Abschnitt des zweiten Ventilsitzkörpers 4 in Kontakt ist. Die ersten und zweiten Ventilsitzkörper 3 und 4 und die Führung 59 sind so angeordnet, dass die Mitten der ersten und zweiten Durchgangslöcher 3a und 4a mit einer Mitte des Stabeinführungsdurchgangslochs 59a ausgerichtet sind. Eine Kugel 13 ist zwischen den ersten und zweiten Ventilsitzkörpern 3 und 4 vorgesehen. Die Kugel 13 kommt mit dem ersten Ventilsitz 3b in engen Kontakt, um die Eingangsöffnung 52 zuzusetzen bzw. zu verstopfen, womit eine Verbindung zwischen der Ausgangsöffnung 53 und der Auslassöffnung 54 erreicht wird. Auf der anderen Seite kommt die Kugel 13 mit dem zweiten Ventilsitz 4b in engen Kontakt, um die Verbindung zwischen der Ausgangsöffnung 53 und der Auslassöffnung 54 abzusperren, womit eine Verbindung zwischen der Eingangsöffnung 52 und der Ausgangsöffnung 53 erreicht wird. Eine Ventilanordnung besteht aus den ersten und zweiten Ventilsitzkörpern 3 und 4 und der Kugel 13.
Ein Spulenkörper 5 ist mit einem Harz in eine hohle zylindrische Form ausgebildet, und weist einen Spulenwicklungsabschnitt 5b auf, der an dem äußeren Umfang von ihm vorgesehen ist. Ein Vorsprung 5c, der als ein in Eingriff genommener Abschnitt zum Positionieren dient, ist an dem unteren Ende von ihm vorgesehen, und ferner ist eine Auslassnut 5d zum Ausströmen des Steuerfluids an dem unteren Ende von ihm vorgesehen, so dass sie von dem Mittelloch 5a nach außen verläuft. Anschlüsse 6 und 7 sind integriert an der oberen Seite des Spulenkörpers 5 vorgesehen. Ferner ist eine Abdeckung 63, die aus einem Harz hergestellt ist, an dem Spulenkörper 5 angebracht, um den Vorsprung von dem Anschluss 6 abzudecken. Eine Spule 12 ist auf den Spulenwicklungsabschnitt 5b gewickelt. Ein Ende der Spule 12 ist mit dem Anschluss 6 elektrisch verbunden, und das andere Ende der Spule 12 ist mit dem Anschluss 7 elektrisch verbunden. Eine hohle zylindrische Hülse 64, die aus einem magnetischen Material wie beispielsweise Eisen hergestellt ist, ist in das Mittelloch 5a des Spulenkörpers von oben eingeführt. Der Kolben 2 ist aus einem magnetischen Material wie beispielsweise Eisen hergestellt, ist in eine hohle zylindrische Form mit einem Boden ausgebildet, und ist in das Mittelloch 5a des Spulenkörpers 5 eingeführt, mit der Öffnung nach oben gerichtet. Ein Auslassloch 2a ist in den Boden des Kolbens 2 gebohrt. Wie in 2 gezeigt, sind vier Führungen 5e in der Umfangsrichtung an der Innenwand des Mittellochs 5a des Spulenkörpers 5 vorgesehen, um ein Gleiten des Kolbens 2, durch die Führungen 5e geführt, zuzulassen. Eine Feder 67 wird zusammengedrückt und ist in dem Mittelloch 5a des Spulenkörpers 5 vorgesehen, um eine Kraft auf den unteren Abschnitt des Kolbens 2 zu übertragen.
Eine Platte 55 ist aus einem magnetischen Material wie beispielsweise Eisen hergestellt, und in der Platte 55 sind ein Durchgangsloch 55a zum Einführen der Führungen 59, ein Loch 55b, das als ein Eingriffsabschnitt zum Positionieren des Spulenkörpers dient, in das der Vorsprung 5c des Spulenkörpers 5 einzuführen ist, und ein Vorsprung 55c ausgebildet, der als ein Eingriffsabschnitt zum Positionieren der Einhausung dient, um mit einem Eingriffsloch 51c der Einhausung 51 in Eingriff zu gelangen. Ein Stab 60 ist aus einem nicht-magnetischen Material wie beispielsweise rostfreier Stahl hergestellt, in eine solide zylindrische Form ausgebildet, mit einem Abschnitt 60a mit großem Durchmesser, der in das Stabeinführungsdurchgangsloch 59a der Führung 59 einzuführen ist, und einem Abschnitt 60b mit kleinem Durchmesser, der in das zweite Durchgangsloch 4a des zweiten Ventilsitzkörpers 4 einzuführen ist. Der Stab 60 ist wärmebehandelt durch Härten oder oberflächenhärtungsbehandelt, wie beispielsweise Nitrieren, um eine Abnutzung zu hemmen, die durch eine Langzeitnutzung bewirkt wird.
Ein Gehäuse 61 ist aus einem magnetischen Material wie beispielsweise Eisen hergestellt, und in eine hohle zylindrische Form mit einem Boden ausgebildet, wie in 3 gezeigt. Ein Vielzahl von Befestigungsklauen 61a sind an der Öffnungsseite von ihm vorgesehen, und ein Vorsprung 61 b zum Positionieren der Feder 67 ist an der mittleren inneren Oberfläche des Bodens von ihm vorgesehen.
Ein Zusammenbau des Magnetventils 10 mit der vorangehenden Ausgestaltung wird durch ein Montieren der Platte 55 von oben in die Einhausung 51 erfüllt, die bereits die ersten und zweiten Ventilsitzkörper 3 und 4, die Führung 59 und die Kugel 13 aufgenommen hat. Bei diesem Zusammenbauarbeitsvorgang wird die Platte 55 durch ein Einführen der Führungen 59 in das Durchgangsloch 55a und einem in Eingriff bringen der Vorsprungs 55c mit dem Eingriffsloch 51c der Einhausung 51 positioniert.
Dann wird der Stab 60 von oben in das Stabeinführungsdurchgangsloch 59a der Führung 59 eingeführt. Dann werden der Spulenkörper 5, mit den Anschlüssen 6 und 7, die Spule 12, die Hülse 64 und der darin montierte Kolben 2 von oben in der Einhausung 51 montiert. An diesem Punkt ist der Spulenkörper 5 über die Platte 55 relativ zu der Einhausung 51 positioniert, durch ein in Eingriff bringen des Vorsprungs 5c mit dem Loch 55b der Platte 55.
Dann wird die Feder 67 von oben in das Mittelloch 5a des Spulenkörpers 5 eingeführt. Nachfolgend wird die Wellenscheibe 62 an dem oberen Abschnitt des Spulenkörpers 5 angeordnet, und das Gehäuse 61 bedeckt von oben den gesamten Spulenkörper 5. Die Klaue 61a wird verstemmt, während sie das Gehäuse 61 nach unten drückt, um die Einhausung 51, die Platte 55 und den Spulenkörper 5 integriert anzuordnen. Dann wird das Ende des Anschlusses 7 mit dem Gehäuse 61 verschweißt, womit der Zusammenbau des Magnetventils 10 abgeschlossen ist.
Bei dem derart zusammengebauten Magnetventil 10 wird ein Magnetkreis mit der Hülse 64, dem Gehäuse 61, der Platte 55, der Führung 59 und dem Kolben 2 ausgebildet. Ein Ende der Feder 67 ist mit dem Vorsprung 61b des Gehäuses 61 zur Positionierung in Eingriff, um eine Kraft auf den Kolben 2 zu der Führung 59 hin zu übertragen, aber nicht um die Endoberfläche des Kolbens 2 mit dem Gehäuse 61 in Kontakt zu bringen. Wenn die Spule 12 mit Strom gespeist wird, wird der Kolben 2 zu der Führung 59 hin magnetisch angezogen, geführt durch die Führungseinheit 5e des Spulenkörpers 5, um sich zu der Führung 59 vorwärts zu bewegen, und hält an einer Position, wo die Kugel 13 mit dem ersten Ventilsitz 3b in Kontakt gelangt. An diesem Punkt ist der Stab 60 mit einer derartigen Länge ausgebildet, dass ein vorgeschriebener Spalt S zwischen dem Kolben 2 und der Führung 50 erreicht wird.
Wenn die ersten und zweiten Ventilsitzkörper 3 und 4, die Führung 59 und die Kugel 13 in der Einhausung 51 aufgenommen sind, ist die Kontaktoberfläche 59c der Führung 59 mit der Platte 55 so ausgebildet, dass sie leicht von der oberen Endfläche 51d der Einhausung 51 vorsteht. Die Wellenscheibe 62 wird durch ein Verstemmen der Klaue 61a des Gehäuses 61 plastisch verformt, womit eine vorgeschriebene Drucklast sichergestellt wird. Die Drucklast der Wellenscheibe 62 dient deshalb dazu, die Führung 59 und den zweiten Ventilsitzkörper 4 gegen die Einhausung 51 zu drücken, womit das Auftreten eines Spiels der Führung 59 und des zweiten Ventilsitzkörpers 4 verhindert wird.
Während bei der oben beschriebenen vorliegenden Ausführungsform die Kontaktoberfläche 59c der Führung 59 mit der Platte 55 leicht von der oberen Endfläche 51d der Einhausung 51 vorsteht, kann eine konvexe Stufe an der Kontaktoberfläche der Platte 55 mit der Führung 59 vorgesehen werden, so dass die konvexe Stufe die Führung 59 drückt. Während die Wellenscheibe 62 zwischen dem Gehäuse 61 und dem Spulenkörper 5 vorgesehen ist, kann eine Drucklast dadurch sichergestellt werden, dass ein Druckstück 61c an dem Boden des Gehäuses 61 vorgesehen wird, und das Druckstück 61c zum Ausüben der Drucklast verwendet wird, wie in 4 gezeigt.
Nun wird unten der Betrieb dieses Magnetventils 10 beschrieben.
In dem nicht-erregten Zustand wirkt die durch die Feder 67 übertragene Kraft, um den Kolben 2 zu der Führung 59 hin zu drücken. Ein Druck des Steuerfluids wirkt auf die Kugel 13, und die Kugel 13 ist mit dem zweiten Ventilsitz 4b in Kontakt, gegen die durch die Feder 67 übertragene Kraft, die über den Kolben 2 und den Stab 60 wirkt. Eine Verbindung wird somit zwischen der Eingangsöffnung 52 und der Ausgangsöffnung 53 hergestellt, und die Auslassöffnung 54 ist geschlossen.
Wenn die Spule 12 mit Strom gespeist wird, wird ein Magnetismus in dem Magnetkreis erzeugt, der aus der Hülse 64, dem Gehäuse 61, der Platte 55, der Führung 59 und dem Kolben 2 besteht, und der Kolben 2 wird zu der Führung 59 hin magnetisch angezogen. Der durch die Führungseinheit 5e geführte Kolben 2 gleitet zu der Führung 59 hin. Zusammen mit dieser Bewegung des Kolbens 2 wird der Stab 60 gedrückt, so dass er sich zu dem ersten Ventilsitz 3b hin bewegt, und die Kugel 13 wird mit dem ersten Ventilsitz 3b in Kontakt gebracht. Die Eingangsöffnung 52 ist somit geschlossen, und eine Verbindung wird zwischen der Ausgangsöffnung 53 und der Auslassöffnung 54 erzielt. An diesem Punkt ist ein Spalt S zwischen dem Kolben 2 und der Führung 59 vorhanden.
Ein Öffnungs-/Schließbetrieb des Kanals wird durch ein Steuern des Strom erfüllt, der wie oben beschrieben an die Spule 12 gespeist wird. Ein Druck der Ausgangsöffnung 53 variiert, wie in 8 gezeigt, durch ein Ändern des Verhältnisses des an die Spule 12 gespeisten Stroms, d.h. durch ein Verändern des Antriebsverhältnisses (Arbeits-%). Es ist deshalb möglich, den Druck der Ausgangsöffnung 53 auf einen vorgeschriebenen Wert zu steuern, durch ein Speisen von Strom mit einer bestimmten Frequenz, und einem Verändern der Erregungsdauer bei dieser Frequenz. Das heißt, der Druck der Ausgangsöffnung 53 kann einfach angepasst werden.
Wenn der Kolben 2 zu der Führung 59 hin magnetisch angezogen wird, durch ein Speisen der Spule 12 mit Strom, sind der Kolben 2 und die Führung 59 durch einen Spalt S voneinander getrennt. Wenn der an die Spule 12 gespeiste Strom abgebrochen wird, wird deshalb die Wirkung des verbleibenden Magnetflusses, um den Kolben 2 auf der Seite der Führung 59 zu halten, verringert, und der Kolben 2 wird durch den Druck des Steuerfluids schnell in eine Richtung bewegt, in der die Führung 59 verlassen wird.
Das Steuerfluid strömt in den Spulenkörper 5 durch den Spalt zwischen dem Stab 60 und dem Stabeinführungsdurchgangsloch der Führung 59, unter der Wirkung des Antriebs des Magnetventils 10. Das in den Spulenkörper 5 strömende Steuerfluid wird durch ein Auslassloch 2a des Kolbens 2 und die Auslassnut 5d des Spulenkörpers 5 nach außen abgelassen, und sammelt sich nie innerhalb des Spulenkörpers 5 oder des Kolbens 2.
Die aus einem nicht-magnetischen Material hergestellte Buchse 59b wird in das Stabeinführungsdurchgangsloch 59a der Führung 59 eingeführt. Auf ein Erregen hin wird die Führung 59 deshalb magnetisiert: feines Eisenpulver wird an dem äußeren Umfang der Führung 59 angezogen, und wird nie in das Durchgangsloch 59a gezogen. Dies lässt die Verhinderung von einem Problem zu, bei dem feines Eisenpulver, das in das Durchgangsloch 59a der Führung 59 gezogen ist, in den Raum zwischen dem Stab 60 und der Führung 59 eindringt, womit ein Anhalten der Bewegung des Stabs 60 bewirkt wird.
Bei dem Magnetventil 10 sind die Kraft P, die den Kolben 2 durch das Steuerfluid nach oben drückt, und die durch die Feder 67 übertragene Kraft F, und eine elektromagnetische Kraft, wie folgt festgelegt:
Während einer Nicht-Erregung der Spule 12 (während AUS): P > F
Während des Erregens der Spule 12 (währen AN): elektromagnetische Kraft + F > P
Elektromagnetische Kraft (magnetische Anziehungskraft) > P – F > 0
Es ist deshalb ausreichend, dass die elektromagnetische Kraft größer als die Kraft P ist, die den Kolben 2 durch das Steuerfluid nach oben drückt. Wenn der Kolben 2 durch die elektromagnetische Kraft zu der Führung 59 hin angezogen wird, und die Kugel 13 enger an den ersten Ventilsitz 3b kommt, wird deshalb die auf den Kolben 2 über die Kugel 13 und den Stab 60 wirkende Kraft P größer. Weil jedoch die elektromagnetische Kraft auf einen Wert festgelegt ist, der größer als die Kraft P des Steuerfluids ist, das den Kolben 2 nach oben drückt, gelangt die Kugel 13 mit dem ersten Ventilsitz 3b in Kontakt und die Eingangsöffnung 52 ist geschlossen.
Folglich wird das Kolben-Oszillationsphänomen, das bislang bei dem herkömmlichen Magnetventil 100 erzeugt wurde, beseitigt, was zu der Erzeugung von keinem lauten Ton führt, der von dem Oszillationsphänomen herrührt.
Sogar unter einem hohen Druck des Steuerfluids genügt es, eine elektromagnetische Kraft festzulegen, die größer als (P-F) ist, und es ist nicht notwendig, die durch die Feder 67 übertragene Kraft F zu erhöhen, womit eine geringere Größenausführung verglichen mit dem herkömmlichen Magnetventil zugelassen wird.
Wenn eine kleinere durch die Feder 67 übertragene Kraft F festgelegt wird, um die Erzeugung einer großen elektromagnetischen Kraft zuzulassen, die ausreichend ist um dem Druck des Steuerfluids zu widerstehen, wird ein Strom zum Starten des Betriebs nie durch die Größenordnung der durch die Feder 67 übertragene Kraft F beeinflusst, und die Notwendigkeit der Anpassung der Ausgangseigenschaft von ihr wird beseitigt.
Eine größere durch die Feder 67 übertragene Kraft F führt zu einer schwereren Bewegung des Kolbens 2, und es gibt einen längeren Arbeitsbereich innerhalb dessen der Druck der Ausgangsöffnung in 8 Null wird. Die durch die Feder 67 übertragene Kraft F sollte vorzugsweise bis zu 40% des Steuerfluiddrucks betragen.
Eine kleinere durch die Feder 67 übertragene Kraft führt zu einer leichteren Bewegung des Kolbens 2, und in dem nicht-erregten Zustand erleidet der Kolben 2 ein Spiel zusammen mit der Oszillation des Magnetventils 10. Die Kugel 13 verlässt den zweiten Ventilsitz 4, und eine Verbindung kann zwischen der Ausgangsöffnung 53 und der Auslassöffnung 54 erreicht werden. Wenn diese Magnetventil 10 an einem Fahrzeug angebracht ist, sollte die durch die Feder 67 übertragene Kraft vorzugsweise bei einer Last festgelegt werden, die zumindest doppelt so hoch wie das Gewicht des Kolbens 67 ist, da die Oszillationsbeschleunigung an der Befestigungsstelle des Magnetventils ungefähr 1,3 G beträgt.
Gemäß der ersten Ausführungsform wie oben beschrieben, weist das Magnetventil eine derartige Ausgestaltung auf, dass wenn die Kugel 13 mit dem ersten Ventilsitz 3b, durch ein Speisen der Spule 12 mit Strom, in Kontakt gebracht wird, der Kolben 2 magnetisch an eine Position angezogen wird, wo ein Spalt S zwischen dem Kolben 2 und der Führung 59 sichergestellt ist. Bei dieser Ausgestaltung, obwohl ein Speisen der Spule 12 mit Strom bewirkt, dass die Kugel 13 mit dem ersten Ventilsitz 3b kollidiert, bewegt sich der Kolben 2, auf ein Abbrechen der Leistungsversorgung der Spule 12 hin, in eine Richtung, in der die Führung 59 unter der Wirkung des Drucks des Steuerfluids ohne eine Kollision verlassen wird. An diesem Punkt, während die Kugel 13 den zweiten Ventilsitz 4b unter der Wirkung des Drucks des Steuerfluids wie bei dem herkömmlichen Magnetventil 100 trifft, ist das Stoßgeräusch sehr leicht und stellt kein Problem dar. Die bislang zwischen dem Kolben 105 und dem festen Eisenkern 106 bei dem herkömmlichen Magnetventil 100 bewirkte Kollision ist beseitigt, und ein Magnetventil mit einem verringerten Stoßgeräusch ist verfügbar.
Weil ein Spalt S zwischen dem Kolben 2 und der Führung 59 sichergestellt ist, tritt ein Anhaften bei niedrigen Temperaturen nicht auf, und die Betriebsdauer bei niedrigen und hohen Temperaturen wird konstant, womit das Erreichen von stabilen Öffnungs-/Schließbetrieben zugelassen wird.
Die Notwendigkeit für einen Abstandshalter 114, der zum Verringern der Wirkung des verbleibenden Magnetflusses in dem herkömmlichen Magnetventil 100 vorgesehen ist, ist beseitigt, womit eine Vereinfachung der Ausstattungsausgestaltung zugelassen wird.
Während des nicht-erregten Zeitraums genügt es, dass die Feder 67 den Kolben 2 so drückt, dass eine Trennung zwischen der Kugel 13, die mit dem zweiten Ventilsitz 4b in Kontakt ist, und dem Stab 60, und zwischen dem Stab 60 und dem Kolben 2, verhindert wird. Es ist deshalb nicht notwendig, die durch die Feder 67, als Reaktion auf das Vorhandensein des Steuerfluids übertragene Kraft, anzupassen. Weil die durch die Feder 67 übertragene Kraft F kleiner sein kann, wird der an die Spule 12 gespeiste Strom nicht durch die durch die Feder 67 übertragene Kraft F beeinflusst, wodurch die Notwendigkeit des Anpassens des Erregerstroms beseitigt wird.
Sogar mit einem hohen Steuerfluiddruck ist es nicht notwendig die durch die Feder 67 übertragene Kraft F zu erhöhen, was eine kleinere Größenausgestaltung zulässt, ein Oszillationsphänomen verhindert, und die Gefahr von Lärm beseitigt, der von dem Oszillationsphänomen herrührt.
Bei dieser Ausgestaltung ist das Magnetventil 10 in eine Spulenkörperseite und eine Einhausungsseite unterteilt. Es ist deshalb möglich Teile zu verwenden, die unterschiedlichen Arten von Magnetventilen gemein sind, womit die Kosten verringert werden.
Der Spulenkörper 5 und die Einhausung 51 sind durch ein Verklemmen der Klaue 61a des Gehäuses 61 integriert ausgebildet. Dies verbessert die Bequemlichkeit des Zusammenbaus.
Die Platte 55 ist zwischen dem Spulenkörper 5 und der Einhausung 51 vorgesehen, um den Spulenkörper 5 und die Einhausung 51 relativ zu der Platte 55 zu positionieren, womit ferner die Bequemlichkeit des Zusammenbaus verbessert wird.
Ausführunasform 2
5 ist eine Schnittansicht, die ein Dreiwege-Arbeitszyklus-Magnetventils des normalerweise geschlossenen Typs einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
In 5 weist ein Ventilsitzkörper 8 ein erstes Durchgangsloch 8a, das in der vertikalen Richtung gebohrt ist, und ein zweites Durchgangsloch 8b auf, das von einer Seite gebohrt ist, so dass es das erste Durchgangsloch 8a erreicht. Ferner sind Ventilsitze 8c und 8d durch ein Verjüngen der beiden Endkanten des ersten Durchgangslochs 8a ausgebildet.
Der Ventilsitzkörper 8 ist innerhalb der Einhausung 51 angeordnet, und eine Führung 59 ist in der Einhausung 51 oberhalb des Ventilsitzkörpers 8 angeordnet, so dass sie mit ihm in Kontakt ist. Der Ventilsitzkörper 8 und die Führung 59 sind so angeordnet, dass das erste Durchgangsloch 8a mit der Mitte des Stabeinführungsdurchgangslochs 59a ausgerichtet ist. Eine Feder 70 ist in der Einhausung 51 in einem zusammengedrückten Zustand vorgesehen, so dass sie die Kugel 13 mit dem Ventilsitz 8c in Kontakt bringt. Eine Ausgangsöffnung 53 steht mit der Auslassöffnung 54 über das zweite Durchgangsloch 8b und das erste Durchgangsloch 8a in Verbindung. Der Stab 60 ist in eine solide zylindrische Form ausgebildet, mit einem Abschnitt 60a mit großem Durchmesser, der in das Stabeinführungsdurchgangsloch 59a der Führung 59 einzuführen ist, und einem Abschnitt 60b mit kleinem Durchmesser, der in das erste Durchgangsloch 8a des Ventilsitzkörpers 8 einzuführen ist. Der Stab 60 ist in einer derartigen Form ausgebildet, dass, wenn ein Stufenabschnitt 60c zwischen dem Abschnitt 60a mit großem Durchmesser und dem Abschnitt 60b mit kleinem Durchmesser mit dem Ventilsitz 8d in Kontakt kommt, das vordere Ende des Abschnitts 60b mit kleinem Durchmesser bewirkt, dass die Kugel 13 den Ventilsitz 8c verlässt, und das vordere Ende des Abschnitts 60a kommt mit dem Kolben 2 in Kontakt, so dass ein Spalt S zwischen dem Kolben 2 und der Führung 59 sichergestellt wird. Eine Ventilanordnung besteht aus dem Stufenabschnitt 60c des Stabs 60, dem Ventilsitzkörper 8, der Kugel 13 und der Feder 70. Bei anderen Teilen ist die Ausgestaltung der zweiten Ausführungsform die gleiche wie diejenige der vorangehenden ersten Ausführungsform.
Nun wird unten der Betrieb dieses Magnetventils 11 beschrieben.
In einem Zustand, in dem an die Spule 12 kein Strom gespeist wird, wirkt eine durch die Feder 67 übertragene Kraft so, dass sie den Kolben 2 zu der Führung 50 hin drückt, aber nicht so, dass sie die Endoberfläche des Kolbens 2 mit dem Gehäuse 61 in Kontakt bringt. Ein Druck des Steuerfluids und eine durch die Feder 70 übertragene Kraft wirken auf die Kugel 13, die mit dem Ventilsitz 4c in Kontakt ist, gegen die durch die Feder 67 übertragene Kraft, die über den Kolben 2 und den Stab 60 wirkt. Die Eingangsöffnung 52 ist somit geschlossen, und die Verbindung wird zwischen der Ausgangsöffnung 53 und der Auslassöffnung 54 über die ersten und zweiten Durchgangslöcher 8a und 8b hergestellt. Wenn die Spule 12 mit Strom gespeist wird, wird ein Magnetismus in dem Magnetkreis erzeugt, der aus einer Hülse 64, einem Gehäuse 61, einer Platte 55, einer Führung 59 und dem Kolben 2 besteht, und der Kolben 2 wird zu der Führung 59 hin magnetisch angezogen. Der durch die Führungseinheit 5e geführte Kolben 2 gleitet zu der Führung 59 hin. Zusammen mit dieser Bewegung des Kolbens 2 bewegt sich der gedrückte Stab 60 zu der Kugel 13 hin, und die Kugel 13 verlässt den Ventilsitz 8c gegen den Steuerfluiddruck und die durch die Feder 70 übertragene Kraft. Zur gleichen Zeit kommt der Stufenabschnitt 60c zwischen dem Abschnitt 60a mit großem Durchmesser und dem Abschnitt 60b mit kleinem Durchmesser des Stabes 60 mit dem Ventilsitz 8d in Kontakt. Es wird somit eine Verbindung zwischen der Eingangsöffnung 52 und der Ausgangsöffnung 53 über die ersten und zweiten Durchgangslöcher 8a und 8b erreicht, womit die Ausgangsöffnung 53 von der Auslassöffnung 54 abgesperrt wird. An diesem Punkt ist ein Spalt S zwischen dem Kolben 2 und der Führung 50 vorhanden.
Öffnungs-/Schließbetriebe des Kanals werden somit durch ein Steuern des Speisens des Strom an die Spule 12 erfüllt, wie oben beschrieben. Ein Druck der Ausgangsöffnung 53 variiert, wie in 8 gezeigt, durch ein Verändern des Verhältnisses des an die Spule 12 gespeisten Stroms, d.h. durch ein Verändern des Antriebsverhältnisses (Arbeits-%). Es ist deshalb möglich, den Druck der Ausgangsöffnung 53 auf einen vorgeschriebenen Wert zu steuern, durch ein Speisen von Strom mit einer bestimmten Frequenz, und einem Ändern der Erregungsdauer bei einer derartigen Frequenz.
Genauer gesagt trifft, gemäß der zweiten Ausführungsform, der Stufenabschnitt 60c, zwischen dem Abschnitt 60a mit großem Durchmesser und dem Abschnitt 60b mit kleinem Durchmesser, den Ventilsitz 8d, auf ein Speisen der Spule 12 mit Strom hin, aber es findet keine derartige Kollision während des Nicht-Erregens statt. An diesem Punkt, wie bei dem Magnetventil 10 der vorangehenden ersten Ausführungsform, kollidiert die Kugel 13 mit dem Ventilsitz 8c unter der Wirkung des Steuerfluiddrucks, was ein sehr leichtes Stoßgeräusch erzeugt, was somit kein Problem darstellt. Bei der vorliegenden zweiten Ausführungsform wird auch lediglich eine Kollision während einer einzelnen Periode der Leistungszufuhr an die Spule 12 bewirkt, was zu einem verringerten Stoßgeräusch führt.
Da der Spalt S zwischen dem Kolben 2 und der Führung 50 beibehalten wird, tritt bei niedrigen Temperaturen kein Anhaften auf, und die Betriebszeit bei hohen und niedrigen Temperaturen wird konstant, womit sich stabile Öffnungs-/Schließbetriebe ergeben.
Es ist nicht notwendig, einen Abstandshalter 114 vorzusehen, der bisher zum Verringern der Wirkung des verbleibenden Magnetflusses in dem herkömmlichen Magnetventil 100 notwendig war, womit eine Vereinfachung der Ausgestaltung zugelassen wird.
Es reicht aus, dass die Feder 67 den Kolben 2 so drückt, während der Nicht-Erregung, dass eine Trennung zwischen der Kugel 13, die mit dem Ventilsitz 8c in Kontakt ist, und dem Stab 60, und zwischen dem Stab 60 und dem Kolben 2, verhindert wird. Es ist somit möglich, die durch die Feder 67 übertragene Kraft zu minieren, und weil der an die Spule 12 gespeiste Strom nicht durch die durch die Feder 67 übertragene Kraft F beeinflusst wird, kann eine Anpassung der Ausgangseigenschaft von ihr beseitigt werden. Auch mit einem hohen Steuerfluiddruck ist es nicht notwendig eine große Kraft F der Feder vorzusehen. Dies lässt eine kleinere Größenausgestaltung zu, die Verhinderung eines Oszillationsphänomens, und die Beseitigung des Auftretens von Geräuschen, die von dem Oszillationsphänomen herrühren.
Bei einem Magnetventil dieser Art, wenn sich die Viskosität des Steuerfluids bei einer niedrigen Temperatur erhöht, wird eine Bewegung der Kugel 13 langsamer und beeinflusst die Ausgangseigenschaft. Gemäß der zweiten Ausführungsform wird jedoch die durch die Feder 70 übertragene Kraft, zum Hochdrücken der Kugel 13, immer beibehalten. Die langsame Bewegung der Kugel 13, die durch die Erhöhung der Viskosität des Steuerfluids bewirkt wird, ist deshalb beseitigt, womit sich eine stabile Ausgangseigenschaft ergibt.
Wie oben beschrieben, stellt die vorliegende Erfindung ein Arbeitszyklus-Magnetventil bereit, das einen Druck von einer Ausgangsöffnung auf einen vorgeschriebenen Wert steuert, durch ein Speisen von Strom bei einer bestimmten Frequenz an eine Spule und einem Ändern der Erregungszeit von der Frequenz, mit einem Gehäuse, das einen Teil eines Magnetkreises ausbildet; einem hohlen zylindrischen Spulenkörper mit einem darin ausgebildeten Mittelloch, und der die Spule auf dem Außenumfang von ihm gewickelt aufweist; einer hohlen zylindrischen Hülse, die aus einem magnetischen Material hergestellt ist und mit dem Mittelloch von dem Spulenkörper von einer Endseite des Spulenkörpers in Eingriff ist; einem Kolben, der aus einem magnetischen Material hergestellt ist, wobei er in eine hohle zylindrische Form mit einem Boden ausgebildet ist und in das Mittelloch des Spulenkörpers reziprok in der axialen Richtung des Mittellochs des Spulenkörpers eingeführt ist, mit einer Öffnung von ihm zu dem einen Ende des Spulenkörpers hin gerichtet; einer Führung, die aus einem magnetischen Material hergestellt ist, wobei sie ein Stabeinführungsdurchgangsloch aufweist und an der anderen Endseite des Spulenkörpers angeordnet ist, um das Stabeinführungsdurchgangloch mit dem Mittelloch des Spulenkörpers koaxial auszurichten, wobei sie den Kolben magnetisch anzieht, während die Spule mit Strom gespeist wird; einer Einhausung mit einer Eingangsöffnung, einer Ausgangsöffnung und einer Auslassöffnung, und die gegenüberliegend zu dem Kolben angeordnet ist, wobei sie die Führung in ihr hält; einem Stab, der aus einem nicht-magnetischen Material hergestellt ist und reziprok in das Stabeinführungsdurchgangsloch der Führung in der axialen Richtung des Stabeinführungsdurchgangslochs eingeführt ist, wobei er durch den Kolben gedrückt wird, von der Führung magnetisch angezogen, während die Spule mit Strom gespeist wird, um sich zu der Einhausung hin zu bewegen; einer Feder, die in dem Mittelloch des Spulenkörpers zwischen einer Innenseitenendoberfläche des Gehäuses an einem Ende des Spulenkörpers und dem Kolben angeordnet ist, wobei sie eine Kraft auf den Kolben zu der Führung hin überträgt, um den Kolben in Kontakt mit dem Stab zu bringen; und einer Ventilanordnung, die in der Einhausung angeordnet ist, welche Kanäle umschaltet, die zwischen der Ausgangsöffnung und der Eingangsöffnung in Verbindung stehen, und zwischen der Ausgangsöffnung und der Auslassöffnung in Verbindung stehen, unter der Wirkung eines Druckunterschieds zwischen der durch die Feder übertragenen Kraft und der über den Stab wirkenden magnetischen Anziehungskraft, auf der einen Seite, und dem Druck von einem über die Eingangsöffnung wirkenden Steuerfluid, auf der anderen Seite; wobei die durch die Feder übertragene Kraft auf einen Wert festgelegt ist, der geringer als der Druck des Steuerfluids ist, und wobei der Kolben so ausgestaltet ist, dass er mit der Innenseitenendoberfläche des Gehäuses nicht in Kontakt ist, während die Spule nicht mit Strom gespeist wird, und dass er einen vorgeschriebenen Spalt zwischen dem Kolben und der Führung hält, während die Spule mit Strom gespeist wird. Deshalb ist ein kompaktes Arbeitszyklus-Magnetventil verfügbar, das eine Verhinderung des Stoßgeräuschs zulässt, das durch Erregungs- und Nicht-Erregungsvorgänge an der Spule bewirkt wird, eine Verhinderung des Oszillationsphänomens des Kolbens und ein Anhaften bei niedrigen Temperaturen, eine leichte Anpassung der Ausgangseigenschaft, und ein Entfernen des Abstandshalters.
Die durch die Feder übertragene Kraft ist auf einen Wert festgelegt, der eine Last ist, die zumindest doppelt so groß wie das Gewicht des Kolbens ist, und bis zu 40% des Steuerfluiddrucks wirken über die Eingangsöffnung. Deshalb sind stabile Betriebe des Kolbens mit einer kleinen elektromagnetischen Kraft verfügbar, und während eines Nicht-Erregens der Spule ist eine stabile Ausgangseigenschaft verfügbar, ohne ein Spiel des Kolbens, das durch Vibration bewirkt wird.
Eine hohle zylindrische Buchse, die aus einem nicht-magnetischen Material hergestellt ist, ist mit dem Stabeinführungsdurchgangsloch der Führung im Eingriff. Fremdstoffe wie beispielsweise Eisenpulver können deshalb schwerer in das Stabeinführungsdurchgangsloch eindringen, womit die Verhinderung eines unbeabsichtigten Anhaltens der Bewegung des Kolbens verhindert wird, die durch Fremdstoffe bewirkt wird.
Der Spulenkörper weist eine Endfläche an dem anderen Ende auf, die mit einer Auslassnut versehen ist, welche von dem Mittelloch nach außen verläuft, und der Kolben weist ein Auslassloch auf, das an dem Boden von ihm durchgebohrt ist, um ein Ablassen des Steuerfluids, das durch das Stabeinführungsdurchgangsloch hineinkommt, nach außen durch die Auslassnut und das Auslassloch zuzulassen. Das Steuerfluid kann deshalb nicht in dem Spulenkörper oder dem Kolben stagnieren, womit sich eine stabile Ausgangseigenschaft ergibt.
Es wird ein Metallgehäuse mit einer Bodenplatte und einer Vielzahl von Klauen vorgesehen, die sich von einem Ende der Bodenplatte in einer Richtung in rechten Winkeln zu der Hauptoberfläche der Bodenplatte erstrecken, wobei das Gehäuse so an dem Spulenkörper angebracht ist, dass die Hauptoberfläche der Bodenplatte mit einer Endfläche an einer Endseite des Spulenkörpers in Kontakt gebracht wird, und die Vielzahl von Klauen die Einhausung über den äußeren Umfang des Spulenkörpers erreichen, und wobei der Spulenkörper mit der Einhausung durch ein Verklemmen der Vielzahl von Klauen integriert ausgebildet ist. Es ist deshalb möglich, die Bequemlichkeit des Zusammenbaus des Magnetventils zu verbessern.
Ein in Eingriff genommener Abschnitt ist an der Endfläche an der Einhausungsseite des Spulenkörpers ausgebildet, und ein in Eingriff genommener Abschnitt ist an der Endfläche an der Spulenkörperseite der Einhausung ausgebildet; und eine Platte mit einem daran ausgebildeten Spulenkörperpositionierungs-Eingriffsabschnitt und einem Einhausungspositionierungs-Eingriffsabschnitt, ist zwischen dem Spulenkörper und der Einhausung angeordnet, durch einen Eingriff der Eingriffsabschnitte mit den in Eingriff genommenen Abschnitten des Spulenkörpers und der Einhausung. Dies lässt eine leichte Positionierung auf einen Zusammenbau hin zu, womit die Bequemlichkeit des Zusammenbaus weiter verbessert wird.
Das Gehäuse und die Platte sind aus einem magnetischen Material hergestellt. Es ist deshalb möglich, einfach einen Magnetkreis auszubilden, der den Kolben zu der Führung hin magnetisch anzieht.
Die Ventilanordnung umfasst einen ersten Ventilsitzkörper mit einem ersten Durchgangsloch und einem ersten Ventilsitz, der an einer Kante an einer Seite des ersten Durchgangslochs vorgesehen ist, wobei der erste Ventilsitzkörper so angeordnet ist, dass die andere Seite des ersten Durchgangslochs der Eingangsöffnung zugewandt ist, und eine Seite des ersten Durchgangslochs der Ausgangsöffnung zugewandt ist; einen zweiten Ventilsitzkörper mit einem zweiten Durchgangsloch und einem zweiten Ventilsitz, der an einer Kante an einer Seite des zweiten Durchgangslochs vorgesehen ist, wobei der zweite Ventilsitzkörper mit einem vorgeschriebenen Spalt von dem ersten Ventilsitzkörper angeordnet ist, so dass die Mitte des zweiten Durchgangslochs mit der Mitte des ersten Durchgangslochs übereinstimmt, wobei der zweite Ventilsitz dem ersten Ventilsitz gegenüberliegt, und die andere Seite des zweiten Durchgangslochs der Auslassöffnung zugewandt ist; und eine Kugel, die sitzbar mit dem ersten Ventilsitz und dem zweiten Ventilsitz zwischen dem ersten Ventilsitzkörper und dem zweiten Ventilsitzkörper angeordnet ist; wobei die Führung an der zweiten Ventilsitzseite des zweiten Ventilsitzkörpers so angeordnet ist, dass die Mitte des Stabeinführungsdurchgangslochs mit der Mitte des zweiten Durchgangslochs übereinstimmt; und wobei der Stab in einer derartigen Länge ausgebildet ist, dass, wenn der Stab in das Stabeinführungsdurchgangsloch eingeführt ist, und das zweite Durchgangsloch und ein Ende davon mit der Kugel in Kontakt kommen, die auf dem ersten Ventilsitz sitzt, das andere Ende davon um eine vorgeschriebene Höhe zu dem Kolben hin von dem Stabeinführungsdurchgangsloch vorsteht. Deshalb kann ein vorgeschriebener Spalt zwischen dem Kolben und der Führung, während des Speisens von Strom an die Spule, mit einer einfachen Ausgestaltung beibehalten werden.
Die ersten und zweiten Ventilsitzkörper sind oberflächenhärtungsbehandelt. Es besteht deshalb eine verbesserte Widerstandsfähigkeit der ersten und zweiten Ventilsitze, womit stabile Ventilbetriebe für einen langen Zeitraum sichergestellt werden.
Die Ventilanordnung umfasst einen Ventilsitzkörper mit einem ersten Durchgangsloch, einem zweiten Durchgangsloch, das von dem äußeren Umfang des Ventilsitzkörpers durchgebohrt ist, um das erste Durchgangsloch zu erreichen, und erste und zweite Ventilsitze, die an beiden Endkanten des ersten Durchgangslochs vorgesehen sind, wobei der Ventilsitzkörper so angeordnet ist, dass der erste Ventilsitz der Eingangsöffnung zugewandt ist, der zweite Ventilsitz der Auslassöffnung zugewandt ist, das erste Durchgangsloch mit der Ausgangsöffnung über das zweite Durchgangsloch in Verbindung ist, und die Mitte des ersten Durchgangslochs mit der Mitte des Stabeinführungsdurchgangslochs übereinstimmt; und eine Kugel, die sitzbar mit dem ersten Ventilsitz angeordnet ist; wobei der Stab in das Stabeinführungsdurchgangsloch und das erste Durchgangsloch eingeführt ist, und an der Mitte von ihm einen Ventilabschnitt aufweist, der durch ein Setzen auf den zweiten Ventilsitz einen Teil der Ventilanordnung ausbildet, wobei der Stab in einer derartigen Länge ausgebildet ist, dass, wenn der Ventilabschnitt auf dem zweiten Ventilsitz sitzt, ein Ende von ihm bewirkt, dass die Kugel den ersten Ventilsitz verlässt, und wobei das andere Ende um eine vorgeschriebene Höhe von dem Stabeinführungsdurchgangsloch zu dem Kolben hin vorsteht. Es ist deshalb möglich, einen vorgeschriebenen Spalt zwischen dem Kolben und der Führung mit einer einfachen Ausgestaltung beizubehalten, während die Spule erregt wird.
Die Ventilanordnung ist mit einer Feder versehen, die eine Kraft auf die Kugel in eine Richtung überträgt, in der die Kugel auf dem ersten Ventilsitz sitzt. Die langsame Bewegung der Kugel, die durch eine erhöhte Viskosität des Steuerfluids bewirkt wird, kann beseitigt werden, und eine stabile Ausgangseigenschaft ist verfügbar.
Der Ventilsitzkörper ist oberflächenhärtungsbehandelt. Deshalb ist eine verbesserte Widerstandfähigkeit der ersten und zweiten Ventilsitze verfügbar, und folglich stabile Ventilbetriebe für einen langen Zeitraum.

Claims

Arbeitszyklus-Magnetventil (10), das einen Druck von einer Ausgangsöffnung (53) auf einen vorgeschriebenen Wert steuert, durch ein Speisen von Strom bei einer bestimmten Frequenz an eine Spule (12) und einem Ändern der Erregungszeit von der Frequenz, mit: einem Gehäuse (61), das einen Teil eines Magnetkreises ausbildet; einem hohlen zylindrischen Spulenkörper (5) mit einem darin ausgebildeten Mittelloch (5a), und der die Spule (12) auf dem Außenumfang (5b) von ihm gewickelt aufweist; einer hohlen zylindrischen Hülse (64), die aus einem magnetischen Material hergestellt ist und mit dem Mittelloch (5a) von dem Spulenkörper (5) von einer Endseite des Spulenkörpers (5) in Eingriff ist; einem Kolben (2), der aus einem magnetischen Material hergestellt ist, wobei er in eine hohle zylindrische Form mit einem Boden ausgebildet ist und in das Mittelloch des Spulenkörpers reziprok in der axialen Richtung des Mittellochs (5a) des Spulenkörpers (5) eingeführt ist, mit einer Öffnung von ihm zu dem einen Ende des Spulenkörpers (5) hin gerichtet; und einer Führung (59), die aus einem magnetischen Material hergestellt ist, wobei sie ein Stabeinführungsdurchgangsloch (59a) aufweist und an der anderen Endseite des Spulenkörpers (5) angeordnet ist, um das Stabeinführungsdurchgangloch (59a) mit dem Mittelloch (5a) des Spulenkörpers (5) koaxial auszurichten, wobei sie den Kolben (2) magnetisch anzieht während die Spule (12) mit Strom gespeist wird; einer Einhausung (51) mit einer Eingangsöffnung (52), Ausgangsöffnung (53) und einer Auslassöffnung (54), und die gegenüberliegend zu dem Kolben (2) angeordnet ist, wobei sie die Führung (59) in ihr hält; einem Stab (60), der aus einem nicht-magnetischen Material hergestellt ist und reziprok in das Stabeinführungsdurchgangsloch (59a) der Führung (59) in der axialen Richtung des Stabeinführungsdurchgangslochs (59) eingeführt ist, wobei er durch den Kolben (2) gedrückt wird, von der Führung (59) magnetisch angezogen, während die Spule (12) mit Strom gespeist wird, um sich zu der Einhausung (51) hin zu bewegen; einer Feder (67), die in dem Mittelloch (5a) des Spulenkörpers (5) zwischen einer Innenseitenendoberfläche des Gehäuses (61) an einem Ende des Spulenkörpers (5) und dem Kolben (2) angeordnet ist, wobei sie eine Kraft auf den Kolben (2) zu der Führung (59) hin überträgt, um den Kolben (2) in Kontakt mit dem Stab (60) zu bringen; und einer Ventilanordnung (10), die in der Einhausung (51) angeordnet ist, welche Kanäle umschaltet, die zwischen der Ausgangsöffnung (53) und der Eingangsöffnung (52) in Verbindung stehen, und zwischen der Ausgangsöffnung (53) und der Auslassöffnung (54) in Verbindung stehen, unter der Wirkung eines Druckunterschieds zwischen der durch die Feder (67) übertragenen Kraft und der über den Stab (60) wirkenden magnetischen Anziehungskraft, auf der einen Seite, und dem Druck von einem über die Eingangsöffnung (52) wirkenden Steuerfluid, auf der anderen Seite; wobei die durch die Feder (67) übertragene Kraft auf einen Wert festgelegt ist, der geringer als der Druck des Steuerfluids ist, und wobei der Kolben (2) so ausgestaltet ist, dass er mit der Innenseitenendoberfläche des Gehäuses (61) nicht in Kontakt ist, während die Spule nicht mit Strom gespeist wird, und dass er einen vorgeschriebenen Spalt zwischen dem Kolben (2) und der Führung (59) hält, während die Spule (12) mit Strom gespeist wird.