气动电磁阀的制作方法

在许多技术应用领域中使用气动电磁阀来控制气流。在这些电磁阀中，借助电磁线圈产生磁力，由此触发该阀的切换过程。这样的电磁阀的一个应用领域是在用于对交通工具中的座椅(例如机动车辆座椅)的气动调节的装置中的弹性气囊充气。

常规的电磁阀具有以下缺点：通过对电磁线圈通电，致动所述电磁阀的磁力以不成比例的方式增大，这表现为其自身处于呈大声的咔嗒形式的切换噪声。其原因是，在电磁线圈或指配给其的磁轭与活动电枢之间的气隙随着行程的减小而变小，这导致磁力随着所进行的行程的增加而增大。这导致电枢高速度，电枢仅在碰撞相应的止挡件时以突然方式减速。

从公布DE 198 60 272 B4中已知一种减小电磁阀噪声产生的方法，在该方法中，在阀门被致动时，电磁线圈的通电相应地以斜坡状方式增大或减小。

此外已知电磁阀中的磁路被设计的方式为，磁通基本上仅由于电磁线圈的电流而增大，而不再由于电枢的运动而增大。

从文献DE 10 2008 060 342 B3中已知一种阀门组件，该阀门组件具有用于两个电磁阀的共用绕组和阀门喷嘴载体。此外，文献WO 2013/011340 A1示出了在加压的阀室内具有绕组的阀门组件。

本发明的目的是获得一种气动电磁阀，该气动电磁阀在提供高效率水平且电磁线圈有限发热的同时具有较小的切换噪声。

所述目的是通过如专利权利要求1所述的电磁阀实现的。在从属权利要求中限定了本发明的改进。

根据本发明的气动电磁阀包括空气室(阀室)，在该空气室上设置有多个空气连接器，这些空气连接器通过插入该空气室、经由电磁阀的多个切换位置是可切换的。电磁阀根据本身已知的方式包括电磁线圈、布置在该电磁线圈上的由软磁性材料制成的磁轭、以及可相对于磁轭运动的并且也由软磁性材料制成的电枢。

在根据本发明的电磁阀中，该磁路(也就是说电磁线圈、磁轭和电枢)被完全布置在阀的空气室内。此外，该电枢相对于磁轭被布置，其方式为：在该电磁线圈通电时，借助由此产生的磁力对抗回复力地关于单一转动轴线转动，直到该磁力与该回复力相适应，其中，该磁轭与该电枢之间的该至少一个重叠区的尺寸在该电枢在该至少一个重叠区内转动时改变，并且在该磁轭与该电枢之间配置有气隙。在该磁轭与该电枢之间的该气隙所形成的间距在该电枢的转动方向上保持基本恒定。这个间距(至少部分地)也可以在垂直于电枢转动的方向上保持恒定，但是任选地也可以在所述方向上改变。

根据本发明的电磁阀具有以下优点：通过基本恒定的气隙获得一种可按比例致动的阀，从而在阀门致动时没有大的噪声产生。因此，该阀具有较小的切换噪声。另外，通过将整个磁路安排在空气室中实现了不需要更多密封平面，这些密封平面否则通过附加的气隙减少了有效的磁路。此外，通过的空气室内的相应空气流确保电磁线圈的有效冷却。

在一个特别优选的实施例中，根据本发明的电磁阀被设计，其方式为：在电磁线圈通电时，配置了恒定(也就是说与行程无关)的磁力或者在路径上以线性的方式增大的磁力。以线性方式增大的磁力例如也可以通过在阀门切换过程中电磁线圈的电流的线性增大来获得。同时，该回复力在此实施例中在电枢转动期间增大，由此获得该电枢采取预定的最终位置。在此确保该回复力相比于可能以线性方式增大的磁力更快地增大。根据本发明的电磁阀中的回复力可以通过各种不同的方式产生。为此，在一个优选的变体中，片簧被附接到电枢上。

在根据本发明的电磁阀的另一个设计实施例中，该磁轭在至少一个位置、优选沿着单一转动轴线与电枢接触。由此，该电磁阀的损耗输出可以被最小化。在另一个特别优选的实施例中，电枢上的杠杆机构被配置，其方式为：在该电磁线圈通电时，在该电枢的与该转动轴线相对的一端上产生的磁力被转换为更大的力，以用于关闭空气开口或打开空气开口。

在一个另外的设计实施例中，根据本发明的电磁阀的电枢被刚性地连接到突出部，其中，密封元件位于该突出部上，在该电枢借助于该电磁线圈通电产生的磁力而发生转动时，该密封元件关闭空气开口。在该电磁线圈未通电时，该密封元件优选关闭另一个空气开口。以此方式，获得将磁力简单转化为用于空气开口的关闭力。在此，突出部(密封元件位于其中)优选是上述杠杆机构的一部分，也就是说，在密封元件上产生的关闭力大于电枢的与转动轴线相对的端部上的磁力。

在根据本发明的电磁阀的另一个设计实施例中，电枢包括至少一个开口，磁轭的一端在电枢转动时进入该开口中，并且在此，在磁轭与电枢之间的气隙所形成的间距(即开口边缘与磁轭之间的间距)在电枢转动方向上保持基本恒定。

在一个另外的实施例中，电枢通过导向件被紧固而防止该转动轴线倾斜，其中该导向件优选地被配置在与电磁线圈相关联的线圈体(也就是说在缠绕有电磁线圈的绕组的绕组体)上。在此，该导向件可以通过不同的方式来实施。在一个变体中，该导向件包括导向凸轮，该导向凸轮延伸穿过电枢的开口。在另一个变体中，导向件包括片簧，该片簧在至少一个位置被固定地连接到该电枢上并且在至少一个另外的位置被固定地连接到该线圈体或该磁轭。

在本发明的改进中，磁轭的至少一部分布置在与电磁线圈相关联的线圈体的内腔中。线圈体的内腔优选完全填充有磁轭的软磁性材料，从而可以构造出小的线圈直径，由此提高电效率。

在根据本发明的电磁阀的另一个实施例中，该磁轭被设计成U状，其中，在电枢转动时，在磁轭的至少一个支腿的末端上产生了磁轭与电枢之间的重叠区。

在电磁阀的另一个优选的实施例中，这些空气开口被布置在该空气室的相反的端部。电磁线圈在此优选在其纵向方向上在这些相反的端部之间延伸。借助本发明的这个变体，电磁线圈通电时实现该电磁线圈的非常有效的冷却。

为了给电磁线圈供应电流，该电磁线圈在一个优选的变体中被连接到至少一个引脚上、优选两个或更多个引脚，所述引脚通过密封的开口而被引出该空气室、朝向电路板。

根据本发明的阀可以被提供用于各种不同的应用目的。该电磁阀优选用于对在交通工具的座椅的气动调节装置中的至少一个弹性气囊进行填充和/或排空。换言之，本发明还包括一种用于交通工具的座椅的气动调节的装置，所述装置具有至少一个弹性气囊以及用于填充和/或排空该至少一个气囊的电磁阀。

根据本发明的电磁阀可以根据该设计实施例而具有不同数量的空气开口和切换位置。在一个特别优选的实施例中，该电磁阀是两位三通(3/2)切换阀。

以下，通过附图来详细说明本发明的示例性实施例，

在附图中：

图1示出了根据本发明实施例的电磁阀的截面图，该电磁阀具有未通电的电磁线圈；

图2示出了类似于图1的在通电的电磁线圈情况下的截面图；

图3示出了安装在图1和图2的电磁阀中的电枢的平面图；

图4示出了安装在图1和图2的电磁阀中的片簧的平面图；并且

图5示出了安装在图1和图2的电磁阀中的夹子的平面图。

以下，借助两位三通(3/2)电磁阀来描述本发明的一个实施例，所述3/2电磁阀被用于对机动车辆座椅的气动调节的装置中的弹性气囊(未示出)进行充气和排气。电磁阀包括具有相应的空气连接器2、3、4的空气室1。空气室的上侧被盖板14以气密的方式覆盖。电路板16位于盖板14上方，所述电路板16进而借助盖15被覆盖。

空气室1的空气连接器2通向气囊。气囊的充气是通过在通道5处连接的压缩空气供应装置(未示出)进行的，该通道进而通过空气开口3与空气室1相连接。上开口4被用于相应地从气囊中排出或排放压缩空气，该上开口通过插入由泡沫制成的阻尼元件23而与周围环境相连接。由于阻尼元件而减少了外部可听到的阀门的噪声。

在空气室1内安排有电磁线圈6。此线圈包括绕组601，该绕组缠绕在线圈体7上。此外，在空气室中布置由软磁性材料制成的U形磁轭8，其中，U形磁轭的下支腿延伸穿过线圈体7的空腔。磁轭8的上支腿延伸越过线圈体的绕组601并且延伸穿过线圈体7的上部附件中的开口。

此外，电枢9位于空气室1内，该电枢以截面示出并且由软磁性材料制成，并且在线圈6通电时该电枢借助磁力关于单一转动轴线A转动，如在以下还将进一步更详细地解释。在电枢中冲出多个开口。电枢尤其包括上开口20、与上开口邻接的T形开口22(参见图3)、以及下开口21。开口20、21被设计成方形(参见图3)，但也可以具有其他横截面(尤其是长方形，并且对于开口20也可以是圆形或椭圆形截面，于是以下说明以相应修改的方式适用)。开口21的下边缘倚靠在磁轭8的下支腿上，由此在磁轭与电枢之间形成接触线，所述接触线也表示在线圈6通电时电枢9的转动轴线A。

夹子10被固定到电枢9上，突出部11从夹子伸出，弹性密封元件12位于所述突出部11上。在图1所示的线圈的非通电状态中，密封元件12倚靠在开口3上，而开口4打开。在该阀的这个切换位置上，通过空气室1从连接器2朝着开口4的空气流来进行气囊的排气。

线圈体7包括导向凸轮13，该导向凸轮防止电枢9的转动轴线A倾斜，因为，导向凸轮在开口22(参见图3)中被引导。当线圈6通电时产生磁力，该磁力将电枢9拉向磁轭8。在此，方形的上开口20的四个边与磁轭8的上端重叠。下开口21的三个边与磁轭8的下端的相应重叠也增大。图2在此示出了当线圈通电时电枢9的最终位置。如可以看到的，电枢9此时不再相对于磁轭8倾斜，而是在竖直方向上延伸。

在所示的电磁线圈中，在方形的上开口20的边与磁轭8之间的气隙L、以及在方形的下开口21的边与磁轭8之间的气隙L’在电枢的转动方向上保持基本恒定、与磁轭和电枢之间的重叠部的尺寸无关。这在图3中被再次突出显示。具体地讲，在此可以看到在上开口20的周界与磁轭8的上支腿之间的气隙L、以及在下开口21的周界与磁轭8的下支腿之间的气隙L’。在此指出的是，沿着开口21的下边缘不存在气隙，因为磁轭和电枢直接在接触线上彼此接触。电枢的转动轴线A沿着所述接触线延伸，如已经在开篇处提及的。

根据图3，气隙L或L’的尺寸相应地沿着开口的边缘恒定。然而，对于此并不强制以这样的方式来实施。而决定性的是，由在电枢9与磁轭8之间的气隙产生的间距在电枢的转动方向上，也就是说沿着垂直于纸张平面延伸的相应的线保持恒定。相比之下，气隙的沿着开口20、21的周长的尺寸可以任选地改变。具体地讲，例如气隙L’的左侧和右侧也可以以略微倾斜的方式向下延伸。由此实现了电枢在转动轴线A的区域中相对于磁轭定中心。气隙在其余边缘处的尺寸约为0.2mm。

通过在电枢9的转动方向上的基本恒定的气隙而获得了作用于电枢的磁力现在仅取决于电流，而与电枢多接近磁轭无关。与常规的、气隙随着电枢位移增大而减小并且磁力由此增大的电磁阀不同，通过图1和图2的电磁阀获得一种比例阀，该比例阀的磁力在线圈恒定通电时是恒定的。此外，在图1和图2的电磁阀中分别设置有片簧19，片簧与磁力相反地起作用，因此产生回复力。片簧在上部区域被固定到线圈体7上，并且在下部区域被固定到电枢9和夹子10上。回复力随着电枢在线圈通电时渐增的转动而连续增大，直到所述回复力最终与恒定磁力相等，由此达到图2所示的电枢最终位置。以下通过图4来进一步更详细地解释片簧19的结构。以下还通过图5进一步更详细地解释夹子10的结构。

如从图2可见，线圈通电导致电枢9关于转动轴线A转动。在图2所示的最终位置，密封元件12于是以密封的方式倚靠在开口4上，而空气管道5的开口3此时是打开的。在这个切换位置，来自于压缩空气供应装置的压缩空气通过该通道5、室1和连接器2而朝气囊被引导以便对气囊充气。图1和图2的阀因此表示了两位三通切换阀，该阀具有三个空气连接器和两个切换位置。

线圈6的绕组601的通电是通过电引脚17进行的，这些电引脚延伸穿过盖板14的开口并且被连接到电路板16的相应的电触头。盖板中的开口此时被密封，例如通过粘接、压装或注入。因此，没有空气经此开口从加压的空气室1中离开。此外，在图1和图2可以看到网孔过滤器18，该网孔过滤器防止弹性气囊中的颗粒进入。

此外，从以上已经提及的图3中可以看到电枢9的中央开口22的形状。该开口具有倒置的字母T的形状，其中，导向凸轮13接合在字母T的竖梁中，导向凸轮防止电枢9侧向倾斜。与此相比，字母T的竖梁用于夹子10的上闩锁凸轮10a穿过。在以下进一步解释的图5中可以容易地看到这个闩锁凸轮。

在图4的平面图中可以再次看到在图1和图2中以截面展示的片簧19。片簧由金属片构成，该片簧在四个位置19a处弯曲。在上端，片簧具有T形形状。片簧到线圈体7上的固定是在此处进行。伸出的接片19b(具有空隙19c)位于片簧的中央开口内。在片簧安装好的状态中，接片19b倚靠在夹子10的内面上，其中，夹子10的闩锁凸轮10a已被推到空隙19c上。电枢9的下部分被插入夹子10中，其中，接片19b被插入其中。在此，电枢通过闩锁凸轮10a以及通过两个下闩锁凸轮10b(参见图5)被闩锁到夹子10上。通过接片19b相对于片簧19其余部分弯曲来产生相应的回复力。在线圈通电时该电枢的转动增大的情况下，所述回复力变得较大，直到最后到达最终位置，在最终位置，产生的磁力与片簧的回复力相适应。

借助片簧19，一方面在安装好的状态中产生一个力，该力将电枢9向上拉并拉向电磁线圈，以便固定电枢9的转动轴线A。另一方面，片簧在转动轴线A的高度上的变形产生扭矩，该扭矩使电枢倾斜而离开线圈6，同时使密封元件12在空气管道5的下开口3上加负荷。通过将片簧闩锁装配在线圈架7的上端，此扭矩被吸收。

如已经提到的，图5示出了来自图1和图2的夹子10的平面图。在此可以看到三个突出部10a和10b，电枢借助于这些突出部被闩锁装配在夹子中。此外，还可以再次看到突出部11，密封元件12位于该突出部上。

以下，将再次对上述附图中的电磁阀的主要组成部分及所述组成部分的技术作用进行解释。在电磁阀内，由电磁线圈6、磁轭8和电枢9构成的磁路位于共同的空气室1中，也就是说，在阀的气动操作区域内。通过这种方式可以实现电磁线圈的冷却，其中，气动空气流沿绕组被引导，这是通过在空气室1的相反端部的空气连接器2以及空气连接器3、4的安排来确保的。在空气室内的磁路的安排此外具有的优点是不需要更多的密封平面，这些密封平面否则由于附加的气隙而使磁效率降低。

相应地在电枢与磁轭之间的重叠区内的气隙L和L’在电枢的转动方向上是基本恒定的，由此在线圈以恒定方式通电时获得恒定的磁力，该磁力引起阀的无声切换过程。任选地，也可以略微增大磁力(由于线圈以线性方式被渐增地通电)。片簧的渐增的回复力在此确保达到电枢的预定最终位置。借助导向凸轮13对电枢进行引导，这具有的作用是就电枢的运动而言只能有一个自由度，特别是电枢关于轴线A转动。因为电枢的使夹子10和相应的密封元件12固定到其上的安排，此外由于在转动轴线A与电枢的上端之间的间距大于在转动轴线与密封元件12的位置之间的间距，因而获得一个杠杆机构。通过这种方式，将密封元件压到开口4上的力被放大。因此，获得较高的力以用于密封开口4，而同时获得较小的阀门升程。

图1和图2的阀由于转动轴线A而在电枢9与磁轭8之间具有接触线，该接触线在磁性方面充当最小气隙，由此使磁路的损耗输出最小。磁路的电枢9具有相应的冲孔特征，以用于磁轭8的末端和线圈体7的导向凸轮13穿过。电枢与导向凸轮之间的间隙在此与电枢和磁轭之间的间隙相比必须具有更紧密的公差。磁轭8在电磁阀未被通电时仅部分地穿过电枢中的开口，因此在所述磁轭8完全穿过时气隙的重叠面积无法进一步增大，这导致不再产生磁力。

代替借助于导向凸轮13，电枢9的转动轴线A也可以借助片簧(优选是不同于弹簧19的片簧)而被紧固防止倾斜。在此情况下，片簧在至少一个位置处(优选在两个点)与电枢固定地相连接(例如，通过形状配合或材料整体配合)。在另一个位置，片簧还被固定在静止的部件上，所述静止的部件优选是线圈体或磁轭。

任选地，磁轭8的两端可以具有适合的轮廓，以便控制磁轭与电枢之间重叠的尺寸。然而，本文中气隙的尺寸在电枢转动的方向上保持恒定。由此，能以适合的方式相应地根据行程或电枢的倾斜角度来影响磁力。

密封元件12的弹性密封面(这些弹性密封面用于通过使电枢9在机械方面倾斜而密封这些开口3和4)被引导，使得所述密封面总是在相同位置倚靠在相关联的开口上。这样尤其在低温度情况下改善了气密性。

图1和图2的电磁阀中的线圈6的内部(也就是说线圈体7的空腔)未被用于引导空气，而是专有地用于接纳软磁性磁轭8。由此，线圈的直径可以被构造成比较小，这进而提高了电效率(相应地，较短的电线长度和较小的线圈电阻；可替代地较大的绕组数)。在此额外有利的是，在给定的绕组数的情况下线圈被构造成尽可能地细和长。

以上所述的本发明的实施例具有许多优点。具体地讲，通过简单的方式获得了一种可按比例致动的并且具有较小切换噪声的电磁阀。另外，获得电磁阀的有效冷却以及高度的磁效率，在于整个磁路布置在阀的相应的空气室内。在此实现了关于单一转动轴线仅具有一个自由度的电枢的运动。此外，可以提供相应的杠杆机构以用于增大阀门的闭合力，同时减小阀门的行程。

附图标记清单

1 空气室

2，3，4 空气连接器

5 空气管道

6 电磁线圈

601 电磁线圈的绕组

7 电磁线圈的线圈体

8 磁轭

9 电枢

10 夹子

10a，10b 夹子的闩锁凸轮

11 夹子的突出部

12 密封元件

13 线圈体的导向凸轮

14 盖板

15 盖

16 电路板

17 引脚

18 网孔过滤器

19 片簧

19a 片簧的弯曲点

19b 片簧的接片

19c 片簧的接片上的空隙

20，21，22 电枢中的开口

23 阻尼元件

L，L’ 气隙

A 转动轴线