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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft ein Magnetventil nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs
1.
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Ein
herkömmliches
Magnetventil, insbesondere für
ein Fluidaggregat, welches beispielsweise in einem Antiblockiersystem
(ABS) oder einem Antriebsschlupfregelsystem (ASR-System) oder einem elektronischen Stabilitätsprogrammsystem (ESP-System)
eingesetzt wird, ist in 1 dargestellt. Wie aus 1 ersichtlich
ist, umfasst ein herkömmliches
Magnetventil 11, das beispielsweise als stromlos offenes
Regelventil ausgeführt
ist, eine Magnetbaugruppe 2 zur Erzeugung eines Magnetflusses,
die einen Gehäusemantel 4 mit
einem Einzug 4.1, einen Wicklungsträger 5, eine Spulenwicklung 5.1 und
eine Abdeckscheibe 6 umfasst, und eine Ventilpatrone 10,
die eine Kapsel 1, einen Ventileinsatz 12, einen
Anker 13 mit einem als Stößel ausgeführten ersten Schließelement 14 und
eine Rückstellfeder 15 umfasst.
Die Magnetbaugruppe 2 erzeugt eine Magnetkraft, die den
längsbeweglichen
Anker 13 mit dem als Stößel ausgeführten ersten
Schließelement 14 entgegen
der Kraft der Rückstellfeder 15 gegen
den Ventileinsatz 12 bewegt. Die auf den Wicklungsträger 5 gewickelte
Spulenwicklung 5.1 bildet eine elektrische Spule, die über elektrische
Anschlüsse 7 ansteuerbar
ist. Der Ventileinsatz 12 leitet den von der Magnetbaugruppe 2 über die
Abdeckscheibe 6 eingeleiteten Magnetfluss axial über einen Luftspalt 8 in
Richtung Anker 13. Im oberen Bereich der Kapsel 1 erfolgt
der magnetische Übergang
vom Anker 13 über
den Einzug 4.1 zur Magnetbaugruppe 2. Durch Bestromung
der Spulenwicklung 5.1 über die
elektrischen Anschlüsse 7 und
den dadurch erzeugten Magnetfluss wird der Anker 13 entgegen
der Kraft der Rückstellfeder 15 gegen
den Ventileinsatz 12 bewegt. Zudem nimmt der Ventileinsatz 12 den
so genannten Ventilkörper 16 auf,
der einen Hauptventilsitz 17 umfasst, in welchen das als
Stößel ausge führte erste
Schließelement 14 über einen
als Dichtkalotte ausgeführten
Dichtbereich 14.1 dichtend eintaucht, um die Dichtfunktion
des Magnetventils 11 umzusetzen. Zudem umfasst das herkömmliche
Magnetventil 11 ein Rückschlagventil 20,
das eine richtungsorientierte Durchflussfunktion ausführt und
als wesentliche Teile ein bewegliches zweites Schließelement 22,
einen in einem Rückschlagventilträger 21 angeordneten
Dichtsitz 24 und eine Hubbegrenzung bzw. Anlage umfasst,
die den maximalen Hub des beweglichen zweiten Schließelements 22 begrenzt. Die
Hubbegrenzung erfolgt durch einen Flachfilter 23 der wie
ein Ringfilter 25 ebenfalls vom Rückschlagventilträger 21 getragen
wird.
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Wie
weiter aus 1 ersichtlich ist, ist das Ende
der Kapsel 1 des Magnetventils 11 aus Festigkeitsgründen nach
außen
gewölbt
ausgeführt.
Der Magnetanker 13 folgt dieser Form und berührt die Kapsel 1 in
einem definierten Bereich 3 oberhalb des magnetischen Übergangs
vom Einzug 4.1 des Gehäusemantels 4,
so dass die Kapsel 1 in dem definierten Berührungsbereich 3 einen
oberen Anschlag für
den Magnetanker 13 bildet. Somit ergibt sich eine Länge h, die
ein Maß für die Höhe des oberhalb
eines Fluidblocks angeordneten Teils der Ventilpatrone 10 ist.
Zur Füllung
der gewölbten
Kapselform und zur Vermeidung von zu viel Fluid- oder Luftvolumen
in diesem Bereich ist auch der Magnetanker 13 gewölbt ausgeführt. Der
gewölbte
Bereich des Magnetankers 13 trägt zur Länge der Magnetventilpatrone 10 bei.
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Offenbarung der Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Magnetventil
mit den Merkmalen des unabhängigen
Patentanspruchs 1 hat demgegenüber
den Vorteil, dass eine Kapsel zur Reduzierung der Bauhöhe einer
Ventilpatrone des Magnetventils mit einer Innenwölbung ausgeführt ist, wobei
ein oberes Ende eines Ankers durch eine Vertiefung an die Form der
Innenwölbung
der Kapsel angepasst ist. Durch die Innenwölbung der Kapsel und die Vertiefung
des Ankers wird in vorteilhafter Weise der gewölbte, magnetisch ungenutzte
Bereich des Ankers verkürzt,
so dass auch die Ventilpatrone verkürzt werden kann, wobei die
Festigkeit des Kapselendes jedoch erhalten bleibt. Dadurch kann
in vorteilhafter Weise direkt über
der Ventilpatrone angeordneten Leiterbahnen eines Steuergeräts mehr Bauraum
verschafft werden bzw. die Höhe
des gesamten Fluidaggregats kann verringert werden. Im Ergebnis
weist der Anker des erfindungsgemäßen Magnetventils keinen oder
nur einen sehr geringen, magnetisch ungenutzten Bereich auf. Zudem
kann das für
die Automobilentwicklung wichtige Bauvolumen des Fluidaggregats
reduziert werden. Unter günstigen
Bedingun gen kann durch eine geschickte Geometrieabstimmung auch
die Höhe
der Magnetgruppe reduziert werden, wenn die Magnetfeldlinien der
neuen Ankerform folgen.
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Durch
die in den abhängigen
Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen
und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen des im unabhängigen Patentanspruch
1 angegebenen Magnetventils möglich.
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Besonders
vorteilhaft ist, dass ein Berührungsbereich
zwischen dem Anker und der Kapsel in der Vertiefung des Ankers auftritt,
die in der Ausgangsstellung des Ankers an der Innenwölbung der Kapsel
anliegt. Der Berührungsbereich
zwischen der Vertiefung des Ankers und der Innenwölbung der Kapsel
wirkt beispielsweise als Hubanschlag des Ankers. Der maximale Hub
des Ankers kann dann beispielsweise über die Tiefe der Innenwölbung eingestellt
werden.
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Alternativ
kann die Innenwölbung
der Kapsel und die Vertiefung des Ankers so aufeinander abgestimmt
werden, dass der Berührungsbereich
zwischen dem Anker und der Kapsel am Rand der Vertiefung des Ankers
auftritt, der in der Ausgangsstellung des Ankers am Rand der Innenwölbung der Kapsel
anliegt. Die Vertiefung des Ankers wird beispielsweise so groß ausgeführt, dass
hier keine Berührung
mit der Innenwölbung
der Kapsel eintritt. Dadurch bleiben der bekannte Verlauf der Magnetfeldlinien
und damit das magnetische Verhalten auf Kosten einer geringeren
Reduzierung der Bauhöhe
erhalten.
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In
Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Magnetventils
wird der Anker als Kaltschlagteil ausgeführt, wobei der Dichtbereich
des ersten Schließelements
durch einen Nachprägeprozess überarbeitet wird.
Eine beim Kaltschlagen des Ankers entstehende Unterfüllung definiert
in Form und Tiefe die Vertiefung des Ankers.
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Vorteilhafte,
nachfolgend beschriebene Ausführungsformen
der Erfindung sowie das zu deren besserem Verständnis oben erläuterte,
herkömmliche
Ausführungsbeispiel
sind in den Zeichnungen dargestellt. In den Zeichnungen bezeichnen
gleiche Bezugszeichen Komponenten bzw. Elemente, die gleiche bzw.
analoge Funktionen ausführen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt
eine schematische Schnittdarstellung eines herkömmlichen Magnetventils.
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2 zeigt
eine schematische Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Magnetventils.
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3 zeigt
eine schematische Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Magnetventils.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Wie
aus 2 ersichtlich ist, umfasst das erste Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Magnetventils 11' analog zum
herkömmlichen
Magnetventil 11 gemäß 1 eine
Magnetbaugruppe 2 zur Erzeugung eines Magnetflusses, die
einen Gehäusemantel 4 mit
einem Einzug 4.1, einen Wicklungsträger 5, eine Spulenwicklung 5.1 und
eine Abdeckscheibe 6 umfasst, und eine Ventilpatrone 10', die eine Kapsel 1a,
einen Ventileinsatz 12, einen Anker 13a mit einem
als Stößel ausgeführten ersten Schließelement 14 und
eine Rückstellfeder 15 umfasst.
Die Magnetbaugruppe 2 erzeugt eine Magnetkraft, die den
längsbeweglichen
Anker 13a mit dem als Stößel ausgeführten ersten Schließelement 14 entgegen
der Kraft der Rückstellfeder 15 gegen
den Ventileinsatz 12 bewegt. Die auf den Wicklungsträger 5 gewickelte
Spulenwicklung 5.1 bildet eine elektrische Spule, die über elektrische
Anschlüsse 7 ansteuerbar
ist. Der Ventileinsatz 12 leitet den von der Magnetbaugruppe 2 über die
Abdeckscheibe 6 eingeleiteten Magnetfluss axial über einen
Luftspalt 8 in Richtung Anker 13a. Im oberen Bereich
der Kapsel 1a erfolgt der magnetische Übergang vom Anker 13a über den
Einzug 4.1 zur Magnetbaugruppe 2. Durch Bestromung
der Spulenwicklung 5.1 über
die elektrischen Anschlüsse 7 und
den dadurch erzeugten Magnetfluss wird der Anker 13a entgegen
der Kraft der Rückstellfeder 15 gegen
den Ventileinsatz 12 bewegt. Zudem nimmt der Ventileinsatz 12 den
Ventilkörper 16 auf,
der einen Hauptventilsitz 17 umfasst, in welchen das als
Stößel ausgeführte erste
Schließelement 14 über einen
als Dichtkalotte ausgeführten Dichtbereich 14.1 dichtend
eintaucht, um die Dichtfunktion des Magnetventils 11' umzusetzen.
Zudem umfasst das erfindungsgemäße Magnetventil 11' ebenfalls ein
Rückschlagventil 20.
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Im
Unterschied zum herkömmlichen
Magnetventil 11 gemäß 1,
ist die Kapsel 1a des erfindungsgemäßen Magnetventils 11' gemäß 2 zur Reduzierung
der Bauhöhe
der Ventilpatrone 10' mit einer
Innenwölbung 1.1 ausgeführt, wobei
ein oberes Ende des Ankers 13a durch eine Vertiefung 9a an
die Form der Innenwölbung 1.1 der
Kapsel 1a an gepasst ist. Bei dem in 2 dargestellten
ersten Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Magnetventils 11' tritt ein Berührungsbereich 3.1 zwischen
dem Anker 13a und der Kapsel 1a in der Vertiefung 9a des Ankers 13a auf,
die in der Ausgangsstellung des Ankers 13a an der Innenwölbung 1.1 der
Kapsel 1a anliegt. Der Berührungsbereich 3.1 zwischen
der Vertiefung 9a des Ankers 13a und der Innenwölbung 1.1 der
Kapsel 1.a wirkt als Hubanschlag 1.3 des Ankers 13a,
wobei der maximale Hub des Ankers 13a über die Tiefe der Innenwölbung 1.1 der
Kapsel 1a eingestellt werden kann. Somit ergibt sich für die Höhe des oberhalb
eines Fluidblocks angeordneten Teils der Ventilpatrone 10' des erfindungsgemäßen Magnetventils 11' eine Länge h1,
die kürzer
als die Länge
h der Ventilpatrone 10 des herkömmlichen Magnetventils 11 ist
(h1 < h). Unter
günstigen
Bedingungen kann durch eine geschickte Geometrieabstimmung auch die
Höhe der
Magnetbaugruppe in Pfeilrichtung 2.1 reduziert werden,
wenn die Magnetfeldlinien der neuen Ankerform folgen. Im Ergebnis
weist der veränderte
Anker 13a des erfindungsgemäßen Magnetventils 11' keinen oder
nur einen sehr geringen, magnetisch ungenutzten Bereich auf.
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Wie
aus 3 ersichtlich ist, umfasst das zweite Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Magnetventils 11'' analog zum ersten Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Magnetventils 11' gemäß 2 und
analog zum herkömmlichen
Magnetventil 11 gemäß 1 eine
Magnetbaugruppe 2 zur Erzeugung eines Magnetflusses, die
einen Gehäusemantel 4 mit
einem Einzug 4.1, einen Wicklungsträger 5, eine Spulenwicklung 5.1 und
eine Abdeckscheibe 6 umfasst, und eine Ventilpatrone 10'', die eine Kapsel 1b,
einen Ventileinsatz 12, einen Anker 13b mit einem
als Stößel ausgeführten ersten Schließelement 14 und
eine Rückstellfeder 15 umfasst.
Die Magnetbaugruppe 2 erzeugt eine Magnetkraft, die den
längsbeweglichen
Anker 13b mit dem als Stößel ausgeführten ersten Schließelement 14 entgegen
der Kraft der Rückstellfeder 15 gegen
den Ventileinsatz 12 bewegt. Die auf den Wicklungsträger 5 gewickelte
Spulenwicklung 5.1 bildet eine elektrische Spule, die über elektrische
Anschlüsse 7 ansteuerbar
ist. Der Ventileinsatz 12 leitet den von der Magnetbaugruppe 2 über die
Abdeckscheibe 6 eingeleiteten Magnetfluss axial über einen
Luftspalt 8 in Richtung Anker 13b. Im oberen Bereich
der Kapsel 1b erfolgt der magnetische Übergang vom Anker 13b über den
Einzug 4.1 zur Magnetbaugruppe 2. Durch Bestromung
der Spulenwicklung 5.1 über
die elektrischen Anschlüsse 7 und
den dadurch erzeugten Magnetfluss wird der Anker 13b entgegen
der Kraft der Rückstellfeder 15 gegen
den Ventileinsatz 12 bewegt. Zudem nimmt der Ventileinsatz 12 den
Ventilkörper 16 auf,
der einen Hauptventilsitz 17 umfasst, in welchen das als
Stößel ausgeführte erste
Schließelement 14 über einen
als Dichtkalotte ausgeführten Dichtbereich 14.1 dichtend
eintaucht, um die Dichtfunktion des Magnetventils 11'' umzusetzen. Zudem umfasst das
erfindungsgemäße Magnetventil 11'' ebenfalls ein Rückschlagventil 20.
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Im
Unterschied zum herkömmlichen
Magnetventil 11 gemäß 1,
ist die Kapsel 1b des erfindungsgemäßen Magnetventils 11'' gemäß 3 zur Reduzierung
der Bauhöhe
der Ventilpatrone 10'' mit einer Innenwölbung 1.2 ausgeführt, wobei
ein oberes Ende des Ankers 13b durch eine Vertiefung 9b an
die Form der Innenwölbung 1.2 der
Kapsel 1b angepasst ist. Im Unterschied zu dem in 2 dargestellten
ersten Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Magnetventils 11' sind die Innenwölbung 1.2 der Kapsel 1b und
die Vertiefung 9b des Ankers 13b des zweiten Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Magnetventils 11'' gemäß 3 so aufeinander abgestimmt,
dass ein Berührungsbereich 3.2 zwischen
dem Anker 13.b und der Kapsel 1b unverändert zum
Berührungsbereich 3 des
herkömmlichen Magnetventils
gemäß 1 ist.
Das bedeutet, dass der Berührungsbereich 3.2 zwischen
dem Anker 13.b und der Kapsel 1b am Rand der Vertiefung 9b des Ankers 13b auftritt,
der in der Ausgangsstellung des Ankers 13b am Rand der
Innenwölbung 1.2 der
Kapsel 1b anliegt. Somit ergibt sich für die Höhe des oberhalb eines Fluidblocks
angeordneten Teils der Ventilpatrone 10'' des
erfindungsgemäßen Magnetventils 11'' eine Länge h2, die kürzer als
die Länge
h der Ventilpatrone 10 des herkömmlichen Magnetventils 11 und
länger
als die Länge
h1 der Ventilpatrone 10' des
zweiten Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Magnetventils 11' ist (h1 < h2 < h). Die Vertiefung 9b des
Ankers 13b wird beispielsweise so groß ausgeführt, dass hier keine Berührung mit der
Innenwölbung 1.2 der
Kapsel 1b eintritt. Dadurch bleiben der bekannte Verlauf
der Magnetfeldlinien und damit das magnetische Verhalten auf Kosten
einer geringeren Reduzierung der Bauhöhe erhalten.
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In
Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Magnetventile 11' und 11'' können die Anker 13a bzw. 13b jeweils
als Kaltschlagteil ausgeführt
werden, wobei der Dichtbereich 14.1 des ersten Schließelements 14 durch
einen Nachprägeprozess überarbeitet
werden kann. Eine beim Kaltschlagen des jeweiligen Ankers 13a bzw. 13b entstehende
Unterfüllung
definiert in Form und Tiefe die korrespondierende Vertiefung 9a bzw. 9b des
jeweiligen Ankers 13a, 13b.
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Durch
die neue Formgebung der Kapselwölbung
und die daran angepasste, neue Formgebung des Ankers wird der gewölbte, magnetisch
ungenutzte Bereich des Ankers verkürzt, so dass die Gesamtlänge der
Ventilpatrone in vorteilhafter Weise auch verkürzt werden kann.