DE102010002216B4

DE102010002216B4 - Magnetventil mit Tauchstufe zum Steuern eines Fluids

Info

Publication number: DE102010002216B4
Application number: DE102010002216.0A
Authority: DE
Inventors: Pascal Godbillon
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-02-23
Filing date: 2010-02-23
Publication date: 2022-06-30
Anticipated expiration: 2030-02-24
Also published as: WO2011104116A1; US20120313022A1; JP2013519853A; CN102781745A; DE102010002216A1; EP2539193A1

Abstract

Magnetventil zum Steuern eines Fluids, umfassend- einen Anker (2),- einen Polkern (41), wobei zwischen dem Anker (2) und dem Polkern (41) ein Arbeitsspalt (51) vorgesehen ist,- ein Ventilglied (3), welches mit dem Anker (2) verbunden ist und gemeinsam mit dem Anker (2) bewegbar ist,- einen Ventilkörper (4) mit einer Durchgangsöffnung (5), an welcher ein Ventilsitz (6) ausgebildet ist, wobei das Ventilglied (3) die Durchgangsöffnung (5) am Ventilsitz (6) freigibt und verschließt,- ein Rückstellelement (7), welches eine Rückstellkraft auf das Ventilglied (3) ausübt, um das Ventilglied (3) in einen geschlossenen Zustand zurückzustellen, wobei der Anker (2) eine zentrale Durchgangsbohrung (16) zur Aufnahme des Ventilglieds (3) und des Rückstellelements (7) aufweist,- eine zwischen dem Polkern (41) und dem Anker (2) ausgebildete Tauchstufe (12),- wobei die Tauchstufe (12) eine Tauchstufenausnehmung (14) und ein Tauchstufenelement (13) umfasst,- wobei der Anker (2), das Ventilglied (3), das Rückstellelement (7) und ein Druckstück (50) eine vormontierte Ankerbaugruppe (60) bilden, wobei das Tauchstufenelement (13) am Druckstück (50) angeordnet ist und die Tauchstufenausnehmung (14) am Anker (2) durch eine stirnseitige Ausnehmung gebildet ist, und- ein Federelement (11), welches zwischen dem Polkern (41) und dem Anker (2) angeordnet ist,- wobei das Federelement (11) Teil der vormontierten Ankerbaugruppe (60) ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein stromlos geschlossenes Magnetventil mit Tauchstufe zum Steuern eines Fluids.
Stromlos geschlossene Magnetventile zum Steuern eines Fluids sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen, insbesondere z. B. als Auslassventile für ABS-/TCS-/ESP-Vorrichtungen in Kraftfahrzeugen, bekannt. Diese Magnetventile weisen ein mit dem Anker verbundenes Ventilglied sowie einen Polkern auf. Zwischen dem Polkern und dem Anker ist ein Rückstellelement vorgesehen. Das Ventilglied gibt eine Durchgangsöffnung an einem Ventilsitz frei bzw. verschließt diese wieder. Ein derartiges Magnetventil ist z. B. aus der DE 10 2007 031 981 A1 bekannt. Die JP H06-50 459 A zeigt ein Magnetventil mit einem plungerartigen Schließelement, welches eine verbesserte Geräuschemission bereitstellt. Die US 6 837 478 B1 offenbart ein Magnetventil, welches als Analogventil oder als Proportionalventil betreibbar ist.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Magnetventil zum Steuern eines Fluids mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass das Magnetkraftverlauf derart ausgebildet ist, dass das Magnetventil über einen großen Hubbereich besser stellbar ist. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass das Magnetventil zum Steuern eines Fluids einen Anker, einen Polkern, wobei zwischen dem Anker und dem Polkern ein Arbeitspalt vorgesehen ist, und ein Ventilglied umfasst, welches mit dem Anker verbunden ist und gemeinsam mit dem Anker bewegbar ist. Das Magnetventil weist ferner einen Ventilkörper mit einer Durchgangsöffnung, an welcher ein Ventilsitz ausgebildet ist, wobei das Ventilglied die Durchgangsöffnung am Ventilsitz freigibt und verschließt, und ein Rückstellelement auf, welches eine Rückstellkraft auf das Ventilglied ausübt, um das Ventilglied in einen geschlossenen Zustand zurückzustellen, wobei der Anker eine zentrale Durchgangsbohrung zur Aufnahme des Ventilglieds und des Rückstellelements aufweist. Darüber hinaus umfasst das Magnetventil eine zwischen dem Polkern und dem Anker ausgebildete Tauchstufe. Mittels der Tauchstufe wird neben einer ausreichend hohen Magnetkraft bei geschlossenem Magnetventil insbesondere ein im Wesentlichen linearer Magnetkraftverlauf über den gesamten Ventilhub erreicht, der in einer deutlich verbesserten Stellbarkeit des Magnetventils resultiert.
Weiter umfasst die Tauchstufe eine Tauchstufenausnehmung und ein Tauchstufenelement. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung bilden der Anker, das Ventilglied, das Rückstellelement und ein Druckstück eine vormontierbare Ankerbaugruppe, wobei das Tauchstufenelement am Druckstück angeordnet ist und die Tauchstufenausnehmung am Anker durch eine stirnseitige Ausnehmung gebildet ist. Hierdurch wird eine kompakte Ankerbaugruppe mit integrierter Tauchstufe bereitgestellt, die eine kosteneffiziente Montage sowie exakte Einstellung zum Ausgleich von Toleranzen in kürzeren Taktzeiten ermöglicht. Aufgrund der einfachen Formgebung und großzügigen Toleranzvorgaben ist das Tauchstufenelement als kostengünstiges und schüttgutfähiges Masseneinzelteil herstellbar.
Gemäß der Erfindung umfasst das Magnetventil ferner ein Federelement, das zwischen dem Polkern und dem Anker angeordnet ist. Durch die Ventil schließende progressive Federkraft des Federelements kann im Zusammenspiel mit dem Rückstellelement die restliche Progressivität der Magnetkraft bei Betätigung des Magnetventils auf einfache Weise ausgeglichen werden. Hierdurch wird die Stellbarkeit des Magnetventils erheblich verbessert. Das Federelement kann vorzugsweise als Tellerfeder oder Scheibenfeder ausgebildet sein.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Federelement Teil der vormontierten Ankerbaugruppe. Hierdurch werden eine gemeinsame Einstellung des Federelements im Zusammenspiel mit dem Rückstellelement sowie eine zeit- und kostenminimierte Endmontage des Magnetventils mit geringerem Vorrichtungs- und Werkzeugaufwand ermöglicht.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Vorzugsweise ist das Tauchstufenelement mit dem Druckstück mittels einer Pressverbindung verbunden. Hierdurch wird auf einfache Weise eine betriebssichere Fixierung mit zeit- und kostenminimiertem Vorrichtungs- und Werkzeugaufwand bereitgestellt. Ferner unterliegt die Rundlauftoleranz zwischen dem Außendurchmesser des Tauchstufenelements und dem Innendurchmesser der Tauchstufenausnehmung am Anker einer deutlich verkürzten Toleranzkette und ist im Wesentlichen lediglich von der Führung des Druckstücks abhängig. Eine Verkippung bzw. ein radialer Versatz des Ankers zum Polkern hat somit keinen Einfluss auf die Zentrierung des Tauchstufenelementes. Das Druckstück ist ferner vorzugsweise aus einem nicht magnetisierbaren Werkstoff hergestellt, um den Magnetkreis nicht durch einen Nebenschluss zwischen Polkern, Druckstück und Anker zu beeinträchtigen.
Vorzugsweise umfasst die Tauchstufe eine Doppeltauchstufe oder eine Kegeltauchstufe. Diese Tauchstufengeometrien ermöglichen die gewünschte Tauchstufenfunktion in besonders kompaktem Bauvolumen ohne enge Toleranzvorgaben der einzelnen Tauchstufenteile.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist eine Kontaktfläche des Polkerns in Richtung zum Tauchstufenelement sphärisch ausgebildet. Durch diese Formgebung kann ggf. eine Schiefstellung des Polkerns im Gehäuse kompensiert und eine daraus resultierende Verkippung der Ankerbaugruppe verhindert werden.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung umfasst das Magnetventil eine Prallscheibe zur Umlenkung von Fluid bei geöffnetem Magnetventil, wobei ein Teilbereich des Ventilglieds durch eine zentrale Öffnung in der Prallscheibe hindurchgeführt ist. Die Prallscheibe bewirkt eine Umlenkung der Fluidströmung um 180° entgegengesetzt zur Einströmrichtung des Fluids und dient als Prallschutz für den Anker.
Vorzugsweise ist die Tauchstufenausnehmung sich verjüngend, insbesondere konisch, ausgebildet. Weiterhin bevorzugt weist das Tauchstufenelement eine zum Anker gerichtete konkave Oberfläche auf. Durch diese Formgebungen werden die bei öffnendem Magnetventil ausreichend Freiräume zur Verformung der Federscheibe bereitgestellt. Darüber hinaus wird das Volumen des Arbeitsspalts hierdurch nur geringfügig vergrößert und somit eine Störung des Magnetkreises des Magnetventils deutlich reduziert.
Figurenliste
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:

1 eine schematische Schnittdarstellung eines Magnetventils zum Steuern eines Fluids gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Ausführungsform der Erfindung
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 1 ein Magnetventil zum Steuern eines Fluids gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Magnetventils 1 zum Steuern eines Fluids gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Das Magnetventil 1 umfasst ein an einer Ventilbuchse 44 fixiertes Gehäuse 40, in dessen Innern ein Anker 2, ein Ventilglied 3 sowie ein mit dem Gehäuse 40 verbundener Ventilkörper 4 koaxial zu einer Mittelachse X angeordnet sind. Eine Ankerbaugruppe 60 umfasst den Anker 2, das Ventilglied 3, ein Rückstellelement 7 und ein Druckstück 50, das an einer Einstellvorrichtung 12 anliegt, wobei zwischen dem Anker 2 und dem Polkern 41 gebildet wird. Der Polkern 41 ist am Gehäuse 40 mittels einer Schweißnaht 43 befestigt. Bei Betätigung des Magnetventils 1 wird das Ventilglied 3 in Richtung der Mittelachse X zum Polkern 41 hin bewegt und beim Abschalten durch das Rückstellelement 7 wieder in die Ausgangsposition zurückgeführt.
Wie aus 1 weiter ersichtlich, ist auf der Außenseite des Ventilkörpers 4 ein Filter 45 angeordnet. Durch einen im Ventilkörper 4 senkrecht zur Mittelachse X ausgebildeten Zuströmkanal 46 strömt ein durch den Filter 45 hindurchgeleitetes Fluid in Richtung eines Pfeils P in eine koaxial zur Mittelachse X ausgebildete Durchlassbohrung 49. Im Ventilkörper 4 sind parallel zur Durchlassbohrung 49 mehrere in Umfangsrichtung koaxial angeordnete Ausströmkanäle ausgebildet, von denen in 1 lediglich einer sichtbar und mit dem Bezugszeichen 47 gekennzeichnet ist. Im Ventilkörper 4 ist ferner ein Bypasskanal 52 zum Druckausgleich zwischen dem Ausströmkanal 47 im Ventilkörper 4 und dem Anker 2 im Gehäuse 40 ausgebildet. Eine Kugel 48 verschließt ein dem Ventilglied 3 abgewandtes Ende der Durchlassbohrung 49. Das dem Ventilglied 3 zugewandte Ende der Durchlassbohrung 49 bildet eine Durchgangsöffnung 5 des Ventilkörpers 4 und weist einen Ventilsitz 6 auf. Am Ventilsitz 6 liegt ein Ende eines Teilbereichs 10 des Ventilglieds 3 an und verschließt im stromlosen Betriebszustand des Magnetventils 1 die Durchgangsöffnung 5 bzw. hebt bei Betätigung des Magnetventils 1 vom Ventilsitz 6 ab und gibt diese wieder frei. Der Teilbereich 10 des Ventilglieds 3 ist durch eine Öffnung 9 einer Pralleinrichtung 8 beweglich hindurchgeführt, wobei die Pralleinrichtung 8 im Ventilkörper 4 fixiert ist. Zwischen der Pralleinrichtung 8 und dem Teilbereich 10 ist ein ringförmiger Spalt 23 zur ungehinderten Bewegung des Ventilglieds 3 vorgesehen. Die Pralleinrichtung 8 bewirkt eine Umlenkung des durch die Durchgangsöffnung 5 einströmenden Fluids um 180° in Richtung zu den Ausströmkanälen 47. Das erfindungsgemäße Magnetventil 1 umfasst ferner eine zwischen dem Polkern 41 und dem Anker 2 ausgebildete Tauchstufe 12, die eine Tauchstufenausnehmung 14 und ein Tauchstufenelement 13 aufweist. Wie aus 1 weiter ersichtlich, ist die Tauchstufenausnehmung 14 hierbei durch eine stirnseitige Ausnehmung am Anker 2 gebildet, die einen äußeren zylindrischen Ringbereich 18 und einen daran anschießenden Innenbereich 19 aufweist, der sich in Richtung zur Mittelachse X verjüngt, bzw. insbesondere konisch ausgebildet ist.
Das Tauchstufenelement 13 weist eine zum Polkern 41 gerichtete im Wesentlichen plane Stirnseite 20 auf, die mit einer Stirnseite 21 des Druckstücks 50 bündig abschließt. Eine zum Anker 2 gerichtete Seite 22 des Tauchstufenelements 13 weist eine konkave Oberfläche auf. Das Tauchstufenelement 13 ist am Druckstück 50 mittels einer Pressverbindung fixiert. Zwischen dem Außendurchmesser des Tauchstufenelements 13 und dem Innendurchmesser des Ringbereichs 18 der Tauchstufenausnehmung 14 ist eine großzügige Rundlauftoleranz vorgesehen, um die Zentrierung des Tauchstufenelementes 13 in der Tauchstufenausnehmung 14 auch bei einer eventuell auftretenden Verkippung bzw. einem radialen Versatz des Ankers 2 zum Polkern 41 zu gewährleisten.
Das Druckstück 50 ist im Anker 2 in axialer Richtung beweglich angeordnet, wobei das Druckstück 50 am Anker 2 mittels eines Absatzes 17 in der zentralen Durchgangsbohrung 16 gesichert ist, so dass eine vormontierte Ankerbaugruppe 60, umfassend den Anker 2, das Ventilglied 3 das Rückstellelement 7 und das Druckstück 50 ermöglicht wird. Die Ankerbaugruppe 60 umfasst außerdem ein Federelement 11, das im Arbeitsspalt 51 zwischen dem Polkern 41 und dem Anker 2 angeordnet ist. Das Federelement 11, welches als Federscheibe oder alternativ als Tellerfeder ausgebildet ist, weist eine mittige Öffnung 24 auf, durch die ein Endbereich 25 des Druckstücks 50 hindurchgeführt ist. Der Endbereich 25 des Druckstücks 50 ist mit einer Kontaktfläche 15 des Polkerns 41 in Kontakt, die sphärisch ausgebildet ist, um eine Schiefstellung des Polkerns 41 zu kompensieren und eine daraus resultierende Verkippung der Ankerbaugruppe 60 zu verhindern.
Das Federelement 11 liegt, wie aus 1 weiter ersichtlich, mit einem Innenumfang 11a an der dem Anker 2 zugewandten Seite 22 des Tauchstufenelements 13 auf und mit einem Außenumfang 11b am Innenbereich 19 der Tauchstufenausnehmung 14 auf. Aufgrund der konkaven Oberfläche der zum Anker gerichteten Seite des Tauchstufenelements 13 und des konkaven Innenbereichs 19 der Tauchstufenausnehmung 14 sind ausreichend Freiräume zur Verformung des Federelements 11 bei öffnendem Magnetventil 1 vorhanden. Die spezifischen Auflagepositionen des Federelements 11 ergeben eine gewünschte, leicht progressive Federkennlinie, die Ventil schließend wirkt. Zusammen mit der linearen Federkraftkennlinie des Rückstellelements 7 ergibt die Kennlinie des parallel geschalteten Federelements 11 somit eine insgesamt progressive Federkennlinie, die dem progressiven Magnetkraftverlauf entgegenwirkt.
Das erfindungsgemäße Magnetventil 1 weist den Vorteil auf, dass mittels der in der Ankerbaugruppe integrierten Tauchstufe 12 neben einer ausreichend hohen Magnetkraft bei geschlossenem Magnetventil 1 ein im Wesentlichen linearer Magnetkraftverlauf über den gesamten Ventilhubbereich erreicht wird, der die stetige (proportionale) Stellbarkeit des Magnetventils 1 erheblich verbessert und eine präzisere Funktionsgenauigkeit in allen Betriebspunkten realisiert. Aufgrund der verwendeten Tauchstufengeometrie ist eine betriebssichere Funktion der Tauchstufe auch bei ggf. auftretenden Verkippungen bzw. Achsversätzen der Ankerbaugruppe gewährleistet.

Claims

Magnetventil zum Steuern eines Fluids, umfassend - einen Anker (2), - einen Polkern (41), wobei zwischen dem Anker (2) und dem Polkern (41) ein Arbeitsspalt (51) vorgesehen ist, - ein Ventilglied (3), welches mit dem Anker (2) verbunden ist und gemeinsam mit dem Anker (2) bewegbar ist, - einen Ventilkörper (4) mit einer Durchgangsöffnung (5), an welcher ein Ventilsitz (6) ausgebildet ist, wobei das Ventilglied (3) die Durchgangsöffnung (5) am Ventilsitz (6) freigibt und verschließt, - ein Rückstellelement (7), welches eine Rückstellkraft auf das Ventilglied (3) ausübt, um das Ventilglied (3) in einen geschlossenen Zustand zurückzustellen, wobei der Anker (2) eine zentrale Durchgangsbohrung (16) zur Aufnahme des Ventilglieds (3) und des Rückstellelements (7) aufweist, - eine zwischen dem Polkern (41) und dem Anker (2) ausgebildete Tauchstufe (12), - wobei die Tauchstufe (12) eine Tauchstufenausnehmung (14) und ein Tauchstufenelement (13) umfasst, - wobei der Anker (2), das Ventilglied (3), das Rückstellelement (7) und ein Druckstück (50) eine vormontierte Ankerbaugruppe (60) bilden, wobei das Tauchstufenelement (13) am Druckstück (50) angeordnet ist und die Tauchstufenausnehmung (14) am Anker (2) durch eine stirnseitige Ausnehmung gebildet ist, und - ein Federelement (11), welches zwischen dem Polkern (41) und dem Anker (2) angeordnet ist, - wobei das Federelement (11) Teil der vormontierten Ankerbaugruppe (60) ist.
Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Tauchstufenelement (13) mit dem Druckstück (50) mittels einer Pressverbindung verbunden ist.
Magnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tauchstufe (12) eine Doppeltauchstufe oder eine Kegeltauchstufe umfasst.
Magnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kontaktfläche (15) des Polkerns (41) in Richtung zum Tauchstufenelement (13) sphärisch ausgebildet ist.
Magnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Prallscheibe (8) zur Umlenkung von Fluid bei geöffnetem Magnetventil, wobei ein Teilbereich (10) des Ventilglieds (3) durch eine zentrale Öffnung (9) in der Prallscheibe (8) hindurchgeführt ist.
Magnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Tauchstufenausnehmung (14) sich verjüngend, insbesondere konisch, ausgebildet ist.
Magnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Tauchstufenelement (13) eine zum Anker (2) gerichtete konkave Oberfläche aufweist.