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Die vorliegende Erfindung betrifft ein stromlos geschlossenes Magnetventil zum Steuern eines Fluids.
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Derartige 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
DE 198 02 464 A1 offenbart ein Magnetventil mit Ventilglied und Anker sowie einem Basisbereich am Ventilglied, welche eine Strömungsumlenkung bereitstellt. Weiterhin zeigt die
JP 2008 -
157 306 A ein Magnetventil mit einer Strömungsumlenkungseinrichtung an einer Basis des Ventilglieds. Die
DE 10 2009 060 293 A1 zeigt ferner ein Magnetventil mit einer Pralleinrichtung und einem Ventilglied mit Basisbereich.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Magnetventil zum Steuern eines Fluids mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass die Fluidströmung an einer Stirnfläche des Ventilglieds umgelenkt wird und sich die Menge der in einen Gehäusespalt zwischen Anker und Gehäuse gelangenden Fluidströmung dadurch erheblich verringert. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass das Magnetventil einen Anker, ein Ventilglied, welches mit dem Anker verbunden ist und gemeinsam mit dem Anker bewegbar ist, wobei das Ventilglied einen Basisbereich und einen Teilbereich mit reduziertem Durchmesser aufweist, sowie einen Ventilkörper mit einer Durchgangsöffnung umfasst, an welcher ein Ventilsitz ausgebildet ist, wobei das Ventilglied die Durchgangsöffnung am Ventilsitz freigibt und verschließt. Ferner weist das Magnetventil ein Rückstellelement, welches eine Rückstellkraft auf das Ventilglied ausübt, um das Ventilglied in einen geschlossenen Zustand zurückzustellen, sowie eine Pralleinrichtung, welche am Ventilkörper angeordnet ist, wobei die Pralleinrichtung eine Öffnung aufweist, durch welche der Teilbereich des Ventilglieds beweglich hindurchgeführt ist, und eine Strömungsumlenkeinrichtung auf, welche am Basisbereich des Ventilglieds angeordnet ist. Durch die Formgebung der Strömungsumlenkeinrichtung wird die durch einen Spalt zwischen der Pralleinrichtung und dem Ventilglied hindurchtretende Fluidströmung am Basisbereich des Ventilglieds in radiale Richtung umgelenkt und direkt in eine Abströmöffnung abgeleitet. Der in einen Ankerraum bzw. einen Arbeitsspalt hinter dem Anker gelangende Anteil der Fluidströmung wird somit gezielt verringert, was eine wesentlich verbesserte Stellbarkeit des Magnetventils zur Folge hat. Darüber hinaus werden Wirbelbildungen und daraus resultierende Druckverluste im Fluidraum zwischen Anker und Pralleinrichtung durch die Strömungsumlenkeinrichtung deutlich reduziert. Der Spalt zwischen dem Ventilglied und der Pralleinrichtung kann zudem ausreichend groß ausgelegt werden, so dass Verkippungen und radiale Achsversätze des Ventilglieds beim Betrieb ausgeglichen werden, ohne dass das Ventilglied die Pralleinrichtung berührt.
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Weiterhin weist die Strömungsumlenkeinrichtung ein erstes Umlenkelement am Übergang vom Teilbereich des Ventilglieds zum Basisbereich auf sowie ein zweites Umlenkelement am äußeren Umfang des Basisbereichs auf. Durch die beiden Umlenkelemente wird auf einfache Weise eine sichere Umlenkung der Fluidströmung um mehr als 90° in radiale Richtung gewährleistet und am Eintritt in den Ankerraum bzw. Arbeitsspalt gehindert. Der Kräftehaushalt des Ankers wird somit nicht störend beeinflusst.
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Weiter definiert die Pralleinrichtung einen ersten Fluidraum und einen zweiten Fluidraum, wobei ein Bypass vorgesehen ist, welcher seitlich an der Pralleinrichtung vorbeiführt und den zweiten Fluidraum mit wenigstens einer Abströmöffnung verbindet. Ferner umfasst der Bypass zudem einen oder mehrere Bogenabschnitte, welche einen Durchlass zwischen der Pralleinrichtung und dem Ventilkörper bereitstellen. Neben einem ausgeglichenen Druckniveau im zweiten Fluidraum wird dadurch insbesondere die rasche und betriebssichere Ableitung der Fluidmenge aus dem zweiten Fluidraum in die Abströmöffnungen sichergestellt.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Strömungsumlenkeinrichtung einstückig mit dem Ventilglied gebildet. Dadurch ist eine einfache, kompakte Bauform mit hoher Festigkeit und mit einer minimalen Anzahl von Bauteilen realisierbar. Ferner ist ein nachträglicher Austausch bzw. eine Nachrüstung des Ventilglieds möglich.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist das erste Umlenkelement und/oder das zweite Umlenkelement eine bogenförmige Umlenkfläche auf. Dadurch wird ein anliegender Strömungsverlauf ohne starke Verwirbelungen erreicht und der strömungsmechanische Wirkungsgrad der Fluidumlenkung wesentlich verbessert. Durch die Formgebung werden abrupte Durchmessersprünge bzw. Absätze am Ventilglied vermieden, was zu einer hohen Festigkeit und Dauerhaltbarkeit dieses Bauteils beiträgt.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist die Pralleinrichtung einen in Axialrichtung gerichteten Flanschbereich und einen Grundplattenbereich auf, wobei ein Übergang zwischen dem Flanschbereich und dem Grundplattenbereich strömungsgünstig ausgebildet ist. Hierdurch wird auf einfache Weise ein widerstandsarmer Strömungsverlauf in den oder die Bogenabschnitte des Bypass erreicht und der Anteil der in den Ankerraum bzw. den Arbeitsspalt gelangenden Fluidströmung minimiert.
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Vorzugsweise ist am zweiten Umlenkelement eine strömungsgünstig gebildete Abrisskante vorgesehen. Hierdurch werden störende Wirbelbildungen beim Strömungsabriss vom zweiten Umlenkelement sowie stark wechselnde Impulse auf das Ventilglied in radialer und axialer Richtung mit Rückwirkung auf dessen Kräftehaushalt vermieden, was wesentlich zu einem homogenen Strömungsverlauf beiträgt.
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Weiterhin bevorzugt ist die Strömungsumlenkeinrichtung als separates Zusatzbauteil ausgebildet, welches am Ventilglied befestigt ist. Dadurch kann eine kostengünstige Herstellung sowie eine rasche und einfache Montage der Strömungsumlenkeinrichtung erreicht werden. Ferner ist ein nachträglicher Austausch bzw. eine Nachrüstung dieses Bauteils an bestehenden Ventilgliedern möglich.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein stromlos geschlossenes Magnetventil zum Steuern eines Fluids, umfassend einen Anker, ein Ventilglied, welches mit dem Anker verbunden ist und gemeinsam mit dem Anker bewegbar ist, wobei das Ventilglied einen Basisbereich und einen Teilbereich mit reduziertem Durchmesser aufweist, einen Ventilkörper mit einer Durchgangsöffnung, an welcher ein Ventilsitz ausgebildet ist, wobei das Ventilglied die Durchgangsöffnung am Ventilsitz freigibt und verschließt, ein Rückstellelement, welches eine Rückstellkraft auf das Ventilglied ausübt, um das Ventilglied in einen geschlossenen Zustand zurückzustellen, und eine Pralleinrichtung, welche am Ventilkörper angeordnet ist, wobei die Pralleinrichtung eine Öffnung aufweist, durch welche der Teilbereich des Ventilglieds beweglich hindurchgeführt ist. Die Pralleinrichtung ermöglicht eine Umlenkung der Strömung um 180° und einen Prallschutz für den Anker.
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Figurenliste
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele 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 ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 2 eine vergrößerte Schnittdarstellung eines Teils des Magnetventils von 1,
- 3 eine Schnittdarstellung des Ventilkörpers samt Pralleinrichtung und Ventilglied, und
- 4 eine perspektivische Darstellung des Ventilkörpers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 1 bis 3 ein Magnetventil zum Steuern eines Fluids gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
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1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Magnetventils 1 zum Steuern eines Fluids gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Magnetventil 1 umfasst ein 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. Zwischen dem Gehäuse 40 und dem Anker 2 ist ein für die Bewegung des Ankers 2 erforderlicher Gehäusespalt 52 ausgebildet. Eine Ankerbaugruppe umfasst den Anker 2, das Ventilglied 3, ein Rückstellelement 7 und ein Druckstück 50, das an einer Einstellvorrichtung anliegt, wobei zwischen dem Anker 2 und dem Polkern 41 ein Arbeitsspalt 51 gebildet wird. 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.
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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, hier nicht sichtbaren Zuströmkanal strömt ein durch den Filter 45 hindurchgeleitetes Fluid in Richtung eines Pfeils P1 in eine koaxial zur Mittelachse X ausgebildete Durchlassbohrung 49. Im Ventilkörper 4 sind parallel zur Durchlassbohrung 49 koaxial angeordnete Ausströmkanäle 47 ausgebildet. Im Ventilkörper 4 sind ferner Bypässe 18 zur Abströmung bzw. zum Druckausgleich zwischen den Ausströmkanälen 47 im Ventilkörper 4 und dem Anker 2 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. Die Pralleinrichtung 8 definiert hierbei einen der Durchgangsöffnung 49 zugewandten ersten Fluidraum 16 sowie einen dem Anker 2 zugewandten zweiten Fluidraum 17, der über die Bypässe 18 mit den Ausströmkanälen 47 verbunden ist. Zwischen der Pralleinrichtung 8 und dem Teilbereich 10 ist ein ringförmiger Spalt 23 mit einer relativ großen Spaltbreite vorhanden. Die Pralleinrichtung 8 bewirkt im ersten Fluidraum 16 eine Umlenkung des durch die Durchgangsöffnung 5 einströmenden Fluids um 180° in Richtung zu den Ausströmkanälen 47. An einem Basisbereich 12 des Ventilglieds 3 ist eine Strömungsumlenkeinrichtung S angeordnet, die eine Umlenkung des bei geöffnetem Magnetventil 1 durch den Spalt 23 zwischen dem Teilbereich 10 des Ventilglieds 3 und der Pralleinrichtung 8 in den zweiten Fluidraum 17 einströmenden Fluids in eine radiale Richtung senkrecht zur Mittelachse X bewirkt. Dadurch wird die in den Gehäusespalt 52 eintretende Fluidströmung wesentlich verringert und die auf den Anker 2 vom Arbeitsspalt 51 her schließend wirkenden Kräfte werden minimiert.
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Wie aus 2 ersichtlich, weist die Strömungsumlenkeinrichtung S hierzu ein erstes Umlenkelement 13 am Übergang vom Teilbereich 10 des Ventilglieds 3 zum Basisbereich 12 auf und ein zweites Umlenkelement 14 am äußeren Umfang des Basisbereichs 12 auf. Das erste Umlenkelement 13 und das zweite Umlenkelement 14 weisen jeweils eine bogenförmige Umlenkfläche auf. Die Krümmung der Umlenkflächen kann in Form eines Radius und/oder in Form einer stoßfreien Kurve und/oder einer Winkelgröße ausgebildet sein. Ferner ist am zweiten Umlenkelement 14 eine Abrisskante 22 vorgesehen, an der sich die Strömung im Wesentlichen ohne strömungsmechanische Nebenwirkungen ablöst. Der Strömungsverlauf des Fluids bei geöffnetem Magnetventil 1 ist in 2 durch mehrere kleine durchgezogene Pfeile P1 gekennzeichnet. Wie aus 2 weiter ersichtlich, weist die Pralleinrichtung 8 femer koaxial zur Mittelachse X gerichtete Flanschbereiche 19 und einen senkrecht zur Mittelachse X gerichteten Grundplattenbereich 20 auf. Zwischen jedem Flanschbereich 19 und dem Grundplattenbereich 20 ist jeweils ein gerundeter Übergang 21 ausgebildet, der einen widerstandsarmen Strömungsverlauf in den stromabwärts folgenden Bypass 18 begünstigt. Das bei geöffnetem Magnetventil 1 durch den Spalt 23 zwischen dem Teilbereich des Ventilglieds 10 und der Pralleinrichtung 8 in den zweiten Fluidraum 17 eintretende Fluid wird an der Umlenkfläche des ersten Umlenkelements 13 zuerst um ca. 90° in eine radiale Strömung umgelenkt, und an der Umlenkfläche des zweiten Umlenkelements 14 um ca. 45° in Richtung zum Bypass 18 umgelenkt. Danach reißt die Strömung an der Abrisskante 22 des zweiten Umlenkelements 14 ohne große Verwirbelungen ab. Somit wird eine durch gestrichelte Pfeile P2 angedeutete unerwünschte Fluidströmung zum Anker 2 und in den Arbeitsspalt 51 (1) durch die Strömungsumlenkeinrichtung S weitestgehend verhindert. Die parallel zum Grundplattenbereich 20 der Pralleinrichtung 8 umgelenkte Fluidströmung tritt nahezu vollständig über den Übergang 21 in den axialen Bypass 18 ein.
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Wie aus der Darstellung von 3 ersichtlich, ist der Teilbereich 10 des Ventilglieds 3 in der Öffnung 9 der Pralleinrichtung 8 beweglich angeordnet. Hierdurch wird eine große Beweglichkeit des Ventilglieds 3 sichergestellt und im Betrieb kann eine Berührung zwischen dem Ventilglied 3 und der Pralleinrichtung 8 vermieden werden. Die Pralleinrichtung 8 ist mittels vier umfangsseitig in gleichem Winkelabstand von ca. 90° ausgebildeten Vorsprüngen 11 im Ventilkörper 4 fixiert. Zwischen zwei benachbarten Vorsprüngen 11 der Pralleinrichtung 8 und dem Ventilkörper 4 ist bei diesem ersten Ausführungsbeispiel jeweils ein Bogenabschnitt vorgesehen, der einen Durchlass des Bypass 18 bildet. Alternativ können auch lediglich ein bis drei oder eine größere Anzahl von Bogenabschnitten im Bypass 18 als Durchlass für die Fluidströmung vorgesehen werden.
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Die perspektivische Darstellung von 4 zeigt einen Ventilkörper 4 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, wobei gleiche bzw. funktional gleiche Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet sind. Bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel weist der Ventilkörper 4 in einem Bodenbereich 27 die axial mittig angeordnete Durchlassbohrung 49 samt dem Ventilsitz 6 sowie drei Ausströmkanäle 47 auf, die parallel zur Mittelachse X radial in einem Winkelabstand von 120° angeordnet sind. Für jeden Ausströmkanal 47 ist jeweils ein Bypass 18 vorgesehen, der als Ausnehmung auf einer Inneroberfläche 26 des Ventilkörpers 4 in gleichem Winkelabstand gebildet ist. Jeder Bypass 18 weist hierbei einen im Wesentlichen kreisförmigen Endbereich 28 auf, der im Bodenbereich 27 des Ventilkörpers 4 ausgebildet bzw. eingelassen ist und den Umfang des zugehörigen Ausströmkanals 47 in einem gemeinsamen Kreissegment 29 schneidet. Die zugehörige, in 4 nicht dargestellte Prallscheibe 8 dieses Ausführungsbeispiels weist den kreisförmigen Grundplattenbereich 20 mit der Öffnung 9, jedoch im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel einen zylindrischen umlaufenden Flanschbereich 19 ohne radiale Vorsprünge 11 auf. Bei montierter Prallscheibe 8 im Ventilkörper 4, wird somit ein ungehinderter Rückfluss des Fluids aus dem zweiten Fluidraum 17 durch die Bypässe 18 in die Ausströmkanäle 47 ermöglicht.
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Neben der in beiden Ausführungsbeispielen einstückig mit dem Ventilglied 3 ausgebildeten Strömungsumlenkeinrichtung S kann die Strömungsumlenkeinrichtung S auch als separates Zusatzbauteil vorgesehen werden, welches am Ventilglied 3 befestigt ist. Das Zusatzbauteil kann hierzu z. B. aus einem zerspanten Rohrstück, einer Hülse, einer geschlitzten Hülse, einem eingerollten Blech, usw. gebildet sein.
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Das erfindungsgemäße Magnetventil 1 der beiden beschriebenen Ausführungsbeispiele weist somit den Vorteil auf, dass durch die Strömungsleitgeometrie der am Basisbereich 12 des Ventilglieds 3 angeordneten Strömungsumlenkvorrichtung S die axial auftreffende Fluidströmung derart radial umgelenkt wird, dass nahezu der gesamte Anteil der in den Fluidraum 17 zugeführten Fluidströmung direkt in die Bypässe 18 abfließt, während der Anteil der zum Anker 2 und in den Arbeitsspalt 51 gelangenden Fluidmenge drastisch minimiert wird. Hierdurch kann eine schnelle und deutlich verbesserte Stellbarkeit des Magnetventils 1 erreicht werden.
