DE102010002229B4

DE102010002229B4 - Magnetventil zum Steuern eines Fluids

Info

Publication number: DE102010002229B4
Application number: DE102010002229.2A
Authority: DE
Inventors: Dietmar Kratzer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-02-23
Filing date: 2010-02-23
Publication date: 2022-07-21
Anticipated expiration: 2030-02-24
Also published as: CN102162548A; DE102010002229A1; CN102162548B; US20110204272A1; FR2956715A1; US8448916B2

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,- ein Federelement (11), welches im Arbeitsspalt (51) angeordnet ist, und- eine Einstellvorrichtung (12), welche am Anker (2) angeordnet ist und welche mit dem Federelement (11) in Kontakt steht, um eine Federkraft des Federelements (11) einzustellen,- wobei das Federelement scheibenförmig ausgebildet ist,- wobei das Federelement (11) eine mittige Öffnung aufweist und mit einem Innenumfang an einer dem Anker (2) zugewandten Stirnseite (17) des Polkerns (41) aufliegt, und- wobei das Federelement (11) mit einem Außenumfang an der Einstellvorrichtung (12) aufliegt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein stromlos geschlossenes Magnetventil zum Steuern eines Fluids.
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 JP 2003 - 343 754 A offenbart ein Magnetventil mit zwei Schraubenfedern und einem bewegbaren Kern mit einem Aufnahmeelement. Weiterhin offenbart die DE 100 27 171 A1 ein Magnetventil mit einem Anker und einen Polkern, wobei ein Federelement zwischen Anker und Polkern angeordnet ist.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Magnetventil zum Steuern eines Fluids mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass eine verschiebbare Einstellvorrichtung am Anker zur Abstützung eines zusätzlichen Federelements eingefügt ist, um die Kraftwirkung des Federelements im Zusammenspiel mit dem Rückstellelement einzustellen. 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, ein Rückstellelement, welches eine Rückstellkraft auf das Ventilglied ausübt, um das Ventilglied in einen geschlossenen Zustand zurückzustellen, und das Federelement auf, welches im Arbeitsspalt angeordnet ist. Darüber hinaus ist eine Einstellvorrichtung vorgesehen, welche am Anker angeordnet ist und welche mit dem Federelement in Kontakt steht, um eine Federkraft des Federelements einzustellen. Durch die Einstellung der Federkraft des Federelements ist es möglich, der bei kleiner werdendem axialen Arbeitsspalt exponentiell zunehmenden Magnetkraft bei Betätigung des Magnetventils entgegenzuwirken. Hierdurch wird die Stellbarkeit des Magnetventils erheblich verbessert. Das Federelement ist scheibenförmig ausgebildet. Ferner weist das Federelement eine mittige Öffnung auf und liegt mit einem Innenumfang an einer dem Anker zugewandten Stirnseite des Polkerns auf. Weiterhin liegt das Federelement mit einem Außenumfang an der Einstellvorrichtung auf. Hierdurch wird eine Ventil schließend wirkende, progressive Federkraft durch eine elastische Verformung des Federelements mit größtmöglichen Hebelarmen der Krafteinwirkung und somit eine gute Einstellbarkeit der Federkraft des Federelements erreichbar.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Einstellvorrichtung einen umlaufenden Einstellring, welcher in einer Ankerringnut angeordnet ist. Hierdurch wird eine einfache und kostengünstige Einstellvorrichtung mit minimaler Bauteileanzahl und kurzer Montagezeit realisiert, welche eine präzise Einstellung bzw. Kalibrierung des Magnetventils ermöglicht. Ferner kann das Federelement als kostengünstige Federscheibe bereitgestellt werden.
Gemäß einer bevorzugten Alternative umfasst die Einstellvorrichtung eine Vielzahl von einzelnen Einstellelementen, welche in Ausnehmungen im Anker angeordnet sind. Durch die Auflage des Federelements auf der Vielzahl von einzelnen Einstellelementen können Fertigungstoleranzen bzw. Maßabweichungen der Federscheibe ausgeglichen werden. Dadurch kann eine präzise Einstellung der Federkraft auch bei Verwendung von kostengünstigen, z. B. als Stanzteile hergestellten Federscheiben erreicht werden.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind die Ausnehmungen als Ankerlängsnuten ausgebildet. Hierdurch können einfach und kostengünstig herstellbare Ausnehmungen zur Aufnahme der Einstellelemente sowie mit guter Zugänglichkeit für deren Einstellung bei der Montage bereitgestellt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung verlaufen die Ankerlängsnuten über die gesamte Axiallänge des Ankers. Hierdurch sind eine präzise Herstellung der Ankerlängsnuten mit geringem Fertigungsaufwand sowie deren Bestückung mit Einstellelementen in minimalen Taktzeiten erreichbar. Ferner wird dadurch die Montierbarkeit der Einstellvorrichtung von der entgegengesetzten Ankerseite möglich.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen der Einstellvorrichtung und dem Anker eine Presspassung vorgesehen. Hierdurch wird eine betriebssichere und einfache Fixierung der Einstellvorrichtung mit zeit- und kostenminimiertem Vorrichtungs- und Werkzeugaufwand erreicht.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die dem Anker zugewandten Stirnseite des Polkerns einen ersten Freistich auf. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist die dem Polkern zugewandte Stirnseite des Ankers einen zweiten Freistich auf. Durch die werden die zur Verformung des Federelements erforderlichen Freiräume bereitgestellt. Darüber hinaus wird das Volumen des Arbeitsspalts hierdurch insgesamt vergrößert und somit eine Störung des Magnetkreises des Magnetventils deutlich reduziert. Vorzugsweise sind die Freistiche in sich verjüngender Form gebildet.
Figurenliste
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, und
3 eine Schnittdarstellung eines Teils des Magnetventils gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Ausführungsformen der Erfindung
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 1 und 2 ein Magnetventil zum Steuern eines Fluids gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
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. Eine Ankerbaugruppe 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 ein Arbeitspalt 51 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 mit einer relativ großen Spaltbreite zur ungehinderten Bewegung des Ventilglieds 3 vorgesehen. Die Pralleinrichtung 8 bewirkt eine Umlenkung des durch die Durchgangsöffnung 5 einströmenden Fluids um 180° in Richtung zum Ausströmkanal 47. Das erfindungsgemäße Magnetventil 1 umfasst ferner ein Federelement 11, welches als Federscheibe ausgebildet ist und im Arbeitsspalt 51 angeordnet ist. sowie eine Einstellvorrichtung 12, welche am Anker 2 angeordnet ist und mit dem Federelement 11 in Kontakt steht, um eine Federkraft des Federelements 11 einzustellen.
Wie aus 2 ersichtlich, weist das Federelement 11 hierbei eine mittige Öffnung 24 auf, in die ein Endbereich 25 des Druckstücks 50 eingeführt ist Der Endbereich 25 ist mit dem Polkern 41 in Kontakt. Das Federelement 11 liegt mit einem Innenumfang 11a an einer dem Anker 2 zugewandten Stirnseite 17 des Polkerns 41 auf und mit einem Außenumfang 11b an der Einstellvorrichtung 12 auf. Die Einstellvorrichtung 12 ist bei diesem ersten Ausführungsbeispiel als umlaufender Einstellring 13 ausgebildet, der in einer Ankerringnut 14 angeordnet ist und mittels einer Presspassung am Anker 2 fixiert ist. Durch Verschiebung und Positionierung des Einstellrings 13 in der Ankerringnut 14 wird die Federkraft des Federelements 11 bei der Montage des Magnetventils 1 vor dem Einschub in das Gehäuse 40 eingestellt. Wie aus 2 weiter ersichtlich, weist die dem Anker 2 zugewandte Stirnseite 17 des Polkerns 41 einen ersten Freistich 19 auf, und eine dem Polkern 41 zugewandte Stirnseite 18 des Ankers 2 einen zweiten Freistich 20 auf. Die beiden Freistiche 19, 20 sind jeweils sich verjüngend ausgebildet. Die ersten und zweiten Freistiche 19, 20 stellen einen Freiraum- bzw. Verformungsraum für das Federelement 11 bereit, welches bei Betätigung des Magnetventils 1 mit seinem Außenumfang 11b koaxial zur Mittelachse X in Richtung zum Polkern 41 gedrückt bzw. verformt wird. Die spezifischen Auflagepunkte 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 eine insgesamt progressive Federkennlinie, die dem progressiven Magnetkraftverlauf entgegenwirkt und die stetige (proportionale) Stellbarkeit des Magnetventils erheblich verbessert.
3 zeigt eine vergrößerte Schnittdarstellung eines Teils des Magnetventils 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, wobei gleiche bzw. funktional gleiche Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet sind. Bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel umfasst die Einstellvorrichtung 12 eine Vielzahl von Einstellelementen 15, welche in einer Vielzahl von Ausnehmungen 16 im Anker 2 angeordnet sind, wobei in dieser Schnittdarstellung lediglich zwei Einstellelemente 15 und zwei Ausnehmungen 16 sichtbar sind. Die Ausnehmungen 16 sind hierbei als Ankerlängsnuten ausgebildet, die über die gesamte Axiallänge des Ankers 2 verlaufen. Die einzelnen Einstellelemente 15 sind mittels einer nicht gezeigten umlaufenden Ringverbindung miteinander verbunden, die eine Klemmkraft ausübt und die Einstellelemente 15 am Anker 2 fixiert. Bei der Montage des Magnetventils 1 werden die Einstellelemente 15 gleichermaßen verschoben bzw. positioniert und die Federkraft des Federelements 11 somit eingestellt. Aufgrund der Auflage des Federelements 11 auf der Vielzahl der einzelnen Einstellelemente 15 werden Maßabweichungen bzw. Fertigungstoleranzen, z. B. bei der Dicke und Ebenheit, sowie verbleibende Grate des Herstellungsprozesses weitestgehend ausgeglichen.
Das erfindungsgemäße Magnetventil 1 der beiden beschriebenen Ausführungsbeispiele weist den Vorteil auf, dass durch die verschiebbare und somit einstellbare Einstellvorrichtung 12 die Federkraft des Federelements 11 im Zusammenspiel mit dem Rückstellelement 7 und dem Druckstück 50 bei der Montage eingestellt werden kann. Durch die Einstellung der schließend wirkenden Federkraft des Federelements 11 ist es daher möglich, der bei kleiner werdendem axialen Arbeitsspalt 51 exponentiell zunehmenden Magnetkraft bei Betätigung des Magnetventils 1 entgegenzuwirken. Hierdurch wird die Stellbarkeit des Magnetventils 1 erheblich verbessert und eine präzisere Funktionsgenauigkeit in allen Betriebspunkten realisiert. Darüber hinaus wird eine ähnliche und weitgehend übereinstimmende Funktionscharakteristik bzw. eine geringe Chargenstreuung bei der Fertigung der Magnetventile erreicht.

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, - ein Federelement (11), welches im Arbeitsspalt (51) angeordnet ist, und - eine Einstellvorrichtung (12), welche am Anker (2) angeordnet ist und welche mit dem Federelement (11) in Kontakt steht, um eine Federkraft des Federelements (11) einzustellen, - wobei das Federelement scheibenförmig ausgebildet ist, - wobei das Federelement (11) eine mittige Öffnung aufweist und mit einem Innenumfang an einer dem Anker (2) zugewandten Stirnseite (17) des Polkerns (41) aufliegt, und - wobei das Federelement (11) mit einem Außenumfang an der Einstellvorrichtung (12) aufliegt.
Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellvorrichtung (12) einen umlaufenden Einstellring (13) umfasst, welcher in einer Ankerringnut (14) angeordnet ist.
Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellvorrichtung (12) eine Vielzahl von einzelnen Einstellelementen (15) umfasst, welche jeweils in Ausnehmungen (16) im Anker (2) angeordnet sind.
Magnetventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (16) als Ankerlängsnuten ausgebildet sind.
Magnetventil nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Ankerlängsnuten über die gesamte Axiallänge des Ankers (2) verlaufen.
Magnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Einstellvorrichtung (12) und dem Anker (2) eine Presspassung vorgesehen ist.
Magnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Anker (2) zugewandte Stirnseite (17) des Polkerns (41) einen ersten Freistich (19) aufweist.
Magnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Polkern (41) zugewandte Stirnseite (19) des Ankers (2) einen zweiten Freistich (20) aufweist.