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Die Erfindung betrifft ein Magnetventil mit einem Ventilgehäuse, in dem zumindest teilweise ein mit Ventilsitz versehener Ventilkörper angeordnet ist, und mit einem längsverschieblich im Ventilkörper gelagerten, mit dem Ventilsitz zusammenwirkenden Ventilstößel, und mit einem Dichtkörper, der das Ventilgehäuse an einem seiner Enden dichtend abschließt.
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Stand der Technik
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Magnetventile zur Trennung von Hydraulikkreisen und zur Steuerung und Schaltung eines Mediums in Hydraulikkreisen sind bekannt. Sie sind beispielsweise als stromlos offene Einlassventile ausgebildet, die ein Ventilgehäuse (auch als Ventileinsatz bekannt) aufweisen, in dem ein mit einem Dichtsitz versehener Ventilkörper von einem im Ventilgehäuse längsverschieblichen, einem Magnetanker zugeordneten und von einer Schraubendruckfeder durch Kraftbeaufschlagung offen gehaltenen Ventilstößel geöffnet oder bei Bestromung durch Längsverschiebung des Magnetankers und des ihm zugeordneten Ventilstößels verschlossen wird. Endseitig ist ein solches Ventilgehäuse durch eine Abschlusskappe abgeschlossen und abgedichtet, die den Polkern umgreift und ihrerseits im Betrieb der Ventilanordnung von einem Elektromagneten zur Einleitung von elektromagnetischen Feldkräften umgriffen wird. Auf der gegenüberliegenden Seite wird ein solches Ventilgehäuse von einem Dichtkörper dichtend abgeschlossen. Es sind Ausführungen bekannt, in denen die Zuströmung des zu schaltenden Mediums des Hydraulikkreislaufs axial durch Zuströmöffnungen im Dichtkörper und die Abströmung radial durch Abströmöffnungen im Ventilgehäuse erfolgt. Ein solches Magnetventil wird mit seinem dem Polkern abgewandten Ende, insbesondere mit dem Dichtkörper, in einen Hydraulikblock eingesetzt. Der Dichtkörper ist hierbei aus Gründen einfacher Herstellung und aus Kostengründen als Kunststoffformteil ausgebildet, das eine Dichtlippe aufweist, die den Dichtkörper nach außen, insbesondere zum Hydraulikblock hin, abdichtet. Im Dichtkörper ist ein Rückschlagventil, beispielsweise in Form eines Kugelventils, vorgesehen, das bei Überströmung des Ventils entgegen seiner vorgesehenen Betriebsrichtung vor hohen Druckspitzen des zu schaltenden Hydraulikkreises im Bereich des Kunststoffdichtelements und seiner Fügung in das Ventilgehäuse schützt; ein übermäßig hoher Druck kann in diesen Bereichen aufgrund des Schließens des Rückschlagventils nicht auftreten. Druckspitzen, die sich beim Schalten des Magnetventils ergeben, können über das Rückschlagventil in den Zuströmbereich abgefangen werden, wozu im Bereich des Rückschlagventils eine Entlastungsbohrung zum Zuströmbereich vorgesehen ist. Solche Ventile können nur in einer vorgesehenen Durchströmungsrichtung betrieben werden und sind relativ aufwändig, insbesondere, da das beschriebene Rückschlagventil erforderlich ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Die geschilderten Nachteile lassen sich durch die Erfindung in vorteilhafter Weise vermeiden. Hierzu wird ein Magnetventil vorgeschlagen mit einem Ventilgehäuse, in dem zumindest teilweise ein mit Ventilsitz versehener Ventilkörper angeordnet ist, und mit einem längsverschieblich im Ventilgehäuse gelagerten, mit dem Ventilsitz zusammenwirkenden Ventilstößel, und mit einem Dichtkörper, der das Ventilgehäuse an einem seiner Enden dichtend abschließt. Dabei ist vorgesehen, dass das Ventilgehäuse einen Axialringsteg aufweist, der axial in eine Ringnut des Dichtkörpers dichtend eingreift. Durch die Ausführung des Anschlusses des Dichtkörpers an das Ventilgehäuse mittels des in die Ringnut eingreifenden Axialringstegs wird eine Druckfestigkeit der Verbindung zwischen Dichtkörper und Ventilgehäuse bei Durchströmung in beide Richtungen gewährleistet. Insbesondere der Einsatz des Magnetventils als Trennventil, beispielsweise in ESP-Anwendungen, erfordert die zweiseitige Dichtung und zweiseitige Durchströmbarkeit. Anders als im Stand der Technik ist diese mit der vorgeschlagenen Ausführungsform gewährleistet. In dieser Ausführungsform wird ein von innen, im Bereich des Ventilkörpers wirkender Druck von einem inneren Nutschenkel der Ringnut, der sich in Radialrichtung nach außen innenseitig am Axialringsteg abstützt, gehalten, und ein von außen wirkender Druck von einem äußeren Nutschenkel der Axialringnut, der sich in Radialrichtung nach innen außen am Axialringsteg abstützt. Insgesamt wird das Magnetventil im Bereich des Dichtkörpers, insbesondere im Bereich des Axialringstegs und der Ringnut, in den Hydraulikblock, nämlich in eine Aufnahmebohrung des Hydraulikblocks für das Magnetventil eingebracht, so dass auch hier eine Radialabstützung nach außen gegeben ist.
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In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass im Nutgrund der Ringnut ein Dichtmittel angeordnet ist. Dieses Dichtmittel bewirkt einen festen und toleranzfreien Einpass des Ventilgehäuses im Dichtkörper, insbesondere in Einbauendlage des Magnetventils in der Aufnahmebohrung im Hydraulikblock. Gleichzeitig wird eine gute Axialabdichtung zwischen Ventilgehäuse und Dichtkörper im Bereich von Axialringsteg und Ringnut bewirkt.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Dichtmittel an dem vorzugsweise aus Kunststoff bestehenden Dichtkörper angespritzt ist. Wie im Stand der Technik soll der Dichtkörper bevorzugt aus Kunststoff bestehen, da er auf diese Weise als Kunststoffformteil vergleichsweise günstig und auch in komplizierten Geometrien leicht herstellbar ist. Zudem ist es möglich, über die Auswahl geeigneter Kunststoffe und ihre jeweiligen Spezifikationen den Dichtkörper hinsichtlich seiner Eigenschaften auf den beabsichtigten Einsatzzweck des Magnetventils sehr genau anzupassen, ihm also beispielsweise eine gute thermische Stabilität und/oder eine gute Formstabilität und/oder weitere gewünschte Eigenschaften zu verleihen. An diesem Dichtkörper ist das Dichtmittel angespritzt, so dass sich eine unlösbare Verbindung mit genauer Positionierung des Dichtmittels am Dichtkörper ergibt.
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Besonders bevorzugt ist, dass das Dichtmittel ein elastisch oder plastisch verformbares Dichtmittel ist. Eine elastische Verformbarkeit wirkt durch die Rückstellwirkung der elastischen Verformung selbstdichtend, wobei die plastische Verformung insbesondere während der Montage eine sehr gute, verbleibende Anpassung zwischen Dichtmittel und Ventilgehäuse ermöglicht. In der Ausführungsform als plastisch verformbares Dichtmittel kann insbesondere vorgesehen sein, das Dichtmittel etwa als Noppen auszubilden, die den aus Kunststoff bestehenden Dichtkörper bei der Montage des Ventils in geringem Umfang plastisch verformen und ihn hierbei, eben durch diese plastische Verformung, die durch die Einpresskraft/Montagekraft erfolgt, an den zur Verfügung stehenden Einbauraum in der Hydraulikblock-Aufnahmebohrung in seiner Geometrie anpassen. Auf diese Weise werden eine ganz besonders gute Abdichtung und ein praktisch völlig spielfreier Sitz in der Aufnahmebohrung im Hydraulikblock erreicht. Um eine weitere, unerwünschte Verformung der Noppen im Betrieb des Magnetventils zu vermeiden, ist darauf zu achten, dass die Montagekraft bei der Montage zur Verformung deutlich größer ist als die im Betrieb auf den Dichtkörper wirkende Hydraulikkraft.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Ringnut des Dichtkörpers außenseitig von einer Dichtlippe und innenseitig von einem Dichtringsteg begrenzt. Die Ringnut des Dichtkörpers ist demzufolge so ausgebildet, dass die Nutschenkel außenseitig als Dichtlippe und innenseitig als Dichtringsteg ausgebildet sind. Wesentlich ist hierbei die von Dichtlippe und Dichtringsteg ausgehende Dichtwirkung, die beispielsweise durch entsprechende Materialeigenschaften, etwa elastische Verformbarkeit oder Oberflächenbeschaffenheit, bewirkt wird.
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Weiter ist vorgesehen, dass die Dichtlippe die Außenmantelfläche des Ventilgehäuses übergreift. Durch dieses Übergreifen wird die Dichtwirkung zwischen Dichtlippe und Außenmantelfläche des Ventilgehäuses hergestellt, insbesondere dann, wenn das Übergreifen in Axialrichtung über einen nicht unerheblichen Axialabschnitt in einem Endbereich des Radialringstegs erfolgt.
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Weiter ist vorgesehen, dass der Dichtringsteg in einen zwischen Ventilgehäuse und Ventilkörper ausgebildeten Ringraum axial eingreift. Zwischen Ventilgehäuse und Ventilkörper ist für den Eingriff des Dichtringstegs der Ringraum vorgesehen, wobei dieser bevorzugt so ausgebildet ist, dass der Ringraum von dem Dichtringsteg bei vollständigem Eingriff im Wesentlichen vollständig ausgefüllt wird, so dass auch hier in Radialrichtung nach außen wie auch nach innen Dichtwirkung eintritt. Der Dichtringsteg kann sich hierbei an Seitenwänden des Ringraums in beide Richtungen abstützen und wirkt dadurch besonders druckfest dichtend. Eine Druckbeaufschlagung in eine Radialrichtung bewirkt hierbei ein Anliegen und Abstützen des Dichtringstegs an der jeweils in Druckrichtung liegende Wand des Ringraums, so dass jeweils in diese Richtung die Abdichtung erfolgt. Bei entsprechender Materialeigenschaft des Dichtringstegs nimmt die Dichtwirkung mit zunehmendem Druck sogar zu.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Dichtkörper aus einem ersten Dichtelement und einem zweiten Dichtelement besteht, wobei das erste Dichtelement die Dichtlippe und den Dichtringsteg aufweist und das zweite Dichtelement axial auf dem ersten Dichtelement aufgesteckt angeordnet ist. Der Dichtkörper ist demzufolge zweiteilig ausgebildet. Das erste Dichtelement weist die bereits beschriebenen Elemente Dichtlippe und Dichtringsteg auf und wirkt abdichtend gegen das Ventilgehäuse. Das zweite Dichtelement ist auf dieses beschriebene erste Dichtelement in Axialrichtung aufgesteckt, nämlich an einer dem Ventilgehäuse gegenüberliegenden Seite des ersten Dichtelements.
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Weiter ist vorgesehen, dass das erste Dichtelement einen Zentralvorsprung aufweist, der von einer Ringwand des zweiten Dichtelements axial übergriffen wird. Es handelt sich hierbei im Wesentlichen um eine Steck-Kombination, wie sie beispielsweise als Zapfenkonstruktion geläufig ist. Der Zentralvorsprung des ersten Dichtelements greift hierbei in das zweite Dichtelement in Axialrichtung ein und wird von der Ringwand des zweiten Dichtelements axial übergriffen, so dass sich in Radialrichtung ein Wandflächenkontakt zwischen dem Zentralvorsprung und der Ringwand einstellt, wodurch eine Dichtwirkung einerseits und das Gehaltenwerden der beiden Dichtelemente aneinander andererseits bewirkt wird. Das zweite Dichtelement weist hierbei im Bereich seines. Bodens mindestens eine Durchströmungsöffnung für das zu schaltende Medium auf, je nach Betriebsrichtung des Magnetventils als Zuströmöffnung oder Abströmöffnung dienend. Diese Durchströmungsöffnung korrespondiert mit einer strömungstechnischen Fortsetzung, die im ersten Dichtelement angeordnet ist und die Durchströmung von erstem Dichtelement und zweitem Dichtelement, also des gesamten Dichtkörpers, in vorgesehener Weise bis zum Ventilsitz im Ventilkörper ermöglicht.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass das erste Dichtelement mit dem zweiten Dichtelement im Bereich von Zentralvorsprung und Ringwand vorzugsweise radial verpresst und/oder verschweißt ist. Das Gehaltenwerden von erstem Dichtelement und zweitem Dichtelement zur Ausbildung des Dichtkörpers erfolgt, wie bereits erwähnt, durch Wandkontakt im Bereich des Zentralvorsprungs und der Ringwand. Um die Verbindung beider Dichtelemente zu sichern, können diese in diesem Bereich verpresst, insbesondere nämlich radial verpresst, und/oder verschweißt sein. Die Verschweißung erfolgt besonders bevorzugt als Ultraschallverschweißung. Auf diese Weise wird eine unter den vorgesehenen Einsatzbedingungen unlösbare Verbindung der beiden Dichtelemente zur Ausbildung des Dichtkörpers bewirkt. Insbesondere beim bereits weiter oben beschriebenen Verformen des Dichtkörpers während der Montage zur Ausbildung einer sehr genauen Passung in der Aufnahmebohrung des Hydraulikblocks ist die sichere und innige Verbindung von erstem Dichtelement und zweitem Dichtelement wesentlich, um ein unerwünschtes Auseinandergleiten während der plastischen Verformung des Dichtkörpers während der Montage zu vermeiden.
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Besonders bevorzugt weist das zweite Dichtelement ein Filterelement für ein vom Magnetventil zu schaltendes Medium auf. Dadurch, dass das zweite Dichtelement ein Kunststoffformteil ist, können sehr einfach zusätzliche Komponenten wie beispielsweise das Filterelement, während der Herstellung des zweiten Dichtelements eingebracht werden. Insbesondere bei Anwendung des Magnetventils zur Durchströmung in beiden Fließrichtungen, also dann, wenn keine ausschließliche Zuströmöffnung oder ausschließliche Abströmöffnung vorgesehen ist, sondern eine Zuströmöffnung auch als Abströmöffnung und umgekehrt dienen kann, ist der Einsatz eines solchen Filterelements sinnvoll, um das Magnetventil, insbesondere den Ventilsitz, in beide Richtungen gegen Fremdkörper, die im zu schaltende Medium vorhanden sein können, zu sichern. Das Filterelement ist hierbei besonders bevorzugt in der Durchströmungsöffnung angeordnet, die im zweiten Dichtelement vorgesehen ist, insbesondere bodenseitig des zweiten Dichtelements vorgesehen ist.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus Kombinationen derselben.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, ohne aber hierauf beschränkt zu sein.
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Es zeigen
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1 eine vereinfachte Schnittdarstellung eines Magnetventils mit Ventilgehäuse und Dichtkörper und
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2 eine Detaildarstellung des Dichtkörpers.
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1 zeigt ein Magnetventil 1 mit einem Ventilgehäuse 2, das oberseitig von einer Gehäusekappe 3 und unterseitig von einem Dichtkörper 4 dichtend abgeschlossen ist. Innerhalb des Ventilgehäuses 2 ist längsverschieblich ein Ventilstößel 5 gelagert, der mit einem axial in Richtung der Gehäusekappe 3 anschließenden Magnetanker 6 und einer den Ventilstößel 5 umgreifenden Schraubendruckfeder 7 zusammenwirkt, wobei sich die Schraubendruckfeder 7 an dem Magnetanker 6 einerseits und an einem dem Ventilstößel 5 axial benachbarten, einen Ventilsitz 8 zum Verschließen und zum Öffnen durch den Ventilstößel 5 aufweisenden Ventilkörper 9 abstützt. Das Ventilgehäuse 2 ist zur Aufnahme des Magnetankers 6, des an diesen anschließenden Ventilstößels 5, des hieran anschließenden Ventilkörpers 9 mit Ventilsitz 8 sowie eines dem Ventilstößel 5 entgegengesetzt dem Magnetanker 6 gegenüberliegenden Polkerns 10, der von der Gehäusekappe 3 des Ventilgehäuses 2 übergriffen wird, im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildet. Der Dichtkörper 4 greift in ein unteres Ende 11 des Ventilgehäuses 2 ein und schließt dessen hohlzylindrische Ausbildung unterseitig dichtend ab. Der Dichtkörper 4 ist hier nur beispielhaft dargestellt.
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2 zeigt den Dichtkörper 4 in Detaildarstellung, auf das untere Ende 11 des Ventilgehäuses 2 in Axialrichtung aufgeschoben. Der Dichtkörper 4 ist zweiteilig ausgebildet, nämlich aus einem ersten Dichtelement 12 und einem zweiten Dichtelement 13, wobei das zweite Dichtelement 13 axial endseitig auf das erste Dichtelement 12 aufgesteckt ist. Das erste Dichtelement 12 weist hierzu im Wesentlichen mittig einen Zentralvorsprung 14 auf, der von einer Ringwand 15 des zweiten Dichtelements 13 umgriffen wird. Das erste Dichtelement 12 und das zweite Dichtelement 13 sind im Bereich von Zentralvorsprung 14 und Ringwand 15 radial verpresst und zusätzlich verschweißt, bevorzugt durch Ultraschallschweißeng, so dass sich eine Haltezone 16 ausbildet, in der das erste Dichtelement 12 und das zweite Dichtelement 13 zur Ausbildung des Dichtkörpers 4 unverlierbar aneinander gehalten werden. In das zweite Dichtelement 13 ist bodenseitig in Gegenüberlage des Zentralvorsprungs 14 des ersten Dichtelements 12 ein Filterelement 17 eingebracht, das zur Filterung dient von hier nicht dargestelltem Medium bei Eintritt in das Magnetventil 1 (vergleiche 1) durch das Filterelement 17 in Strömungskanäle 18 im Dichtkörper 4. Das Magnetventil 1 ist in der dargestellten Einbaulage in ein Pumpengehäuse 19 eingesetzt, so dass der Dichtkörper 4 und ein Abschnitt des Ventilgehäuses 2 von einer Ventilaufnahme 20 des Pumpengehäuses 19 umgriffen werden. Die Ventilaufnahme 20 beaufschlagt hierbei den Dichtkörper 4 im Bereich von Außenwandungen 21 des ersten Dichtelements 12 und des zweiten Dichtelements 13 sowie zumindest abschnittsweise bodenseitig am zweiten Dichtelement 13. Das erste Dichtelement 12 weist eine in Richtung des Ventilgehäuses 2 weisende Axialringnut 22 auf, in die ein Axialringsteg 23, der endseitig des Ventilgehäuses 2 ausgebildet ist, eingreift. Die Ringnut 22 besteht aus einem Nutgrund 24 und einer die Ringnut 22 außenseitig begrenzenden Dichtlippe 25 sowie einem die Ringnut 22 innenseitig, also in Richtung auf den Ventilkörper 9 zu, begrenzenden Dichtringsteg 26. Am Nutgrund 24 der Ringnut 22 ist ein Dichtmittel 27 eingebracht, vorzugsweise angespritzt. Das Dichtmittel 27 ist hierbei als plastisch verformbares Dichtmittel ausgebildet. Bei axialem Zusammenfügen von Ventilgehäuse 2 und Dichtkörper 4, also dem Einsetzen des Axialringstegs 23 in die Ringnut 22 wird dieses Dichtmittel 27 in geringem Umfang plastisch verformt und sorgt für eine spielfreie Passung von Ventilgehäuse 2 am ersten Dichtelement 12. Die Dichtlippe 25 dichtet zwischen einer Außenmantelfläche 28 des Ventilgehäuses 2, die hierzu von der Dichtlippe 25 übergriffen wird, und dem Ventilsitz 8. Der Dichtringsteg 26 dichtet zwischen Ventilgehäuse 2 und Ventilkörper 9, wozu zwischen Ventilgehäuse 2 und Ventilkörper 9 ein Ringraum 29 ausgebildet ist, in den der Dichtringsteg 26 möglichst vollständig, also unter vollständiger Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Ringraums 29, eingreift. Die Dichtlippe 25 und der Dichtringsteg 26 sind hierbei beide an dem ersten Dichtelement 12 ausgebildet. Bevorzugt ist vorgesehen, dass eine Außendichtlippe 30 an dem zweiten Dichtelement 13 in gleicher Orientierung wie der Axialringsteg 23, also in Richtung auf die Unterseite des zweiten Dichtelements hin, vorgesehen ist, die das zweite Dichtelement gegen die Ventilaufnahme 20, bevorzugt unter leichter Vorspannung, dichtend beaufschlagt. Der Dichtkörper 4, nämlich sowohl das erste Dichtelement 12 als auch das zweite Dichtelement 13, sind bevorzugt aus einem Kunststoff 31 gefertigt. Auf diese Weise lässt sich auch eine komplizierte Geometrie vergleichsweise preisgünstig fertigen. Aufgrund der Abstützung am Ventilkörper 9, dem Axialringsteg 23 und der Ventilaufnahme 20 ist eine Druckfestigkeit in alle Radialrichtungen, sowohl auswärts wie auch einwärts gerichtet, gewährleistet. Dichtlippe 25 und Dichtringsteg 26 dichten hierbei jeweils auch bei wechselnden Durchströmungsrichtungen und Druckrichtungen im Magnetventil 1, insbesondere bei den unterschiedlichen Richtungen erfolgenden Durchströmungen des Strömungskanals 18, sicher ab. Nach außen, also zur Ventilaufnahme 20 hin, erfolgt hierbei eine weitere sichere Abdichtung durch die Dichtlippe 25 und die Außendichtlippe 30. Das Dichtmittel 27 wird bei geeigneter, hinreichend hoher Einpresskraft zur Befestigung des Magnetventils 1 in der Ventilaufnahme 20 auch den Dichtkörper 4 durch Kraftbeaufschlagung des Nutgrunds 24 der Ringnut 22 geringfügig in einer solchen Art und Weise verformen, dass das aus Kunststoff 31 bestehende erste Dichtelement 12 und zweite Dichtelement 13 die Ventilaufnahme 20 nach Möglichkeit vollständig und an den Wandungen jeweils vollflächig anliegend ausfüllt. Auf diese Weise ist ein dichter, spielfreier Sitz gewährleistet.
