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Die Erfindung betrifft ein Magnetventil mit einem sich in axialer Richtung erstreckenden Gehäuse, das mindestens einen als Kreishohlzylinder ausgebildeten Axialabschnitt aufweist, und mit einem im Gehäuse entlang einer Zylinderinnenwand in axialer Richtung entlang seiner Längsachse beweglich geführten, eine Magnetankermantelwand aufweisenden Magnetanker, wobei zur Umströmbarkeit des Magnetankers mindestens ein axialer Strömungskanal für ein im Gehäuse befindliches Medium vorgesehen ist, wobei der Strömungskanal einen ersten und einen zweiten Kanalwandbereich aufweist, der erste Kanalwandbereich von einem Abschnitt der Zylinderinnenwand und der zweite Kanalwandbereich von einem Abschnitt der Magnetankermantelwand gebildet ist, wobei der Magnetanker als Stufenmagnetanker ausgebildet ist, mit mindestens zwei zu seiner Längsachse axial versetzt liegenden Zylinderabschnitten, wobei ein erster der Zylinderabschnitte einen größeren Durchmesser aufweist als ein zweiter der Zylinderabschnitte, und wobei zwischen den beiden Zylinderabschnitten ein Übergangsbereich angeordnet ist, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass der zweite Kanalwandbereich als ebener zweiter Kanalwandbereich ausgebildet ist, und dass sich der Strömungskanal nur entlang des ersten Zylinderabschnitts und bereichsweise entlang des Übergangsbereiches erstreckt.
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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik sind Magnetventile der eingangs genannten Art bekannt.
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2004 030 428 A1 geht ein Magnetventil mit einem als Stufenmagnetanker ausgebildeten Magnetanker hervor. Zur Ausbildung eines Strömungskanals zwischen einem Ventilgehäuse und dem Magnetanker weist eine Mantelwand des Magnetankers eine nutförmige Vertiefung auf.
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Die Offenlegungsschrift
WO 87/ 04 850 A1 offenbart ein Magnetventil mit einem kreisförmigen Ventilgehäuse, in dem ein Magnetanker verschiebbar gelagert ist. Der Magnetanker weist einen hexagonalen Querschnitt auf, sodass zwischen dem Magnetanker und dem Gehäuse Strömungskanäle, die jeweils einen kreissegmentförmigen Querschnitt aufweisen, ausgebildet sind.
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Diese Ventile werden beispielsweise in Antiblockiersystemen (ABS), Antriebschlupfregelungen (TCS) und/oder elektrischen Stabilisierungsprogrammen (ESP) von Kraftfahrzeugen eingesetzt. Der Magnetanker ist verschieblich nach Art eines Kolbens im Gehäuse geführt, wobei er durch Ausbildung eines keilnutförmigen Strömungskanals von einem Medium umströmt werden kann. Aufgrund des Strömungskanals wird die Bewegung des Magnetankers im Gehäuse hydraulisch gedämpft. Die Verwendung von Magnetventilen mit derartigen Magnetankern kann aufgrund von Schwingungen zu unerwünschten Geräuscheffekten im Fahrzeug führen und/oder die gewünschte Dämpfung der Magnetankerbewegung ist unter bestimmten Umständen nicht ausreichend.
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Die Aufgabe der Erfindung ist die Gestaltung eines Magnetventils mit einer guten Dämpfung sowie hohen Magnetkräften. Ermöglicht wird dies gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Offenbarung der Erfindung
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Bei einem Magnetventil der eingangs genannten Art ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der zweite Kanalwandbereich als ebener zweiter Kanalwandbereich ausgebildet ist. Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung der beiden Kanalwandbereiche weist der Strömungskanal im Querschnitt eine Kreissegmentform auf. Der kolbenförmige Magnetanker wird im Gehäuse geführt, wobei er aufgrund dieser Anordnung eine Axialbewegung entlang seiner Längsachse durchführen kann. Kolbenförmig bedeutet in diesem Zusammenhang, dass sich der Magnetanker bei seiner axialen Verlagerung reibungsarm an der Zylinderinnenwand entlang bewegt. Ein Medium trägt zur Dämpfung der Magnetankerbewegung bei, wobei sich das Medium im Gehäuse befindet. Dieses strömt bei der Bewegung des Magnetankers aufgrund Verdrängung durch den Strömungskanal. Durch den erfindungsgemäßen eben ausgebildeten zweiten Kanalwandbereich, der durch den als Ebene ausgebildeten Abschnitt der Magnetankermantelwand gebildet wird, wird eine vorteilhafte Benetzungssituation dieses Abschnitts der Magnetankermantelwand für das strömende Medium realisiert. Es bilden sich aufgrund der inneren Reibung des Mediums Scherschichten in diesem aus. Dabei wird die Bewegung des Magnetankers im Gehäuse hydraulisch gedämpft, wobei aufgrund der erfindungsgemäßen Gestaltung des zweiten Kanalwandbereichs eine besonders hohe und vorteilhafte Dämpfungswirkung erreicht wird. Dadurch werden unerwünschte Geräuscheffekte im Fahrzeug bei Verwendung des erfindungsgemäßen Magnetventils minimiert. Zur Realisierung eines derartigen Strömungskanals und der entsprechenden Dämpfungswirkung kann der erfindungsgemäße Magnetanker durch Umformung, insbesondere Kaltumformung, vorzugsweise Kaltschlagen, eines Magnetankerrohlings hergestellt werden. Aufgrund der vereinfachten Geometrie eines als Ebene geformten zweiten Kanalwandbereichs im Gegensatz zu einem keilnutförmigen zweiten Kanalwandbereich ist ein einfacherer Herstellungsprozess innerhalb vorgegebener Maßhaltigkeit möglich und die Maßhaltigkeit ist mit einfachen Mitteln prüfbar.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Magnetanker mindestens eine Zylinderform aufweist, die - im Querschnitt gesehen - einen geraden, von dem zweiten Kanalwandbereich herrührenden Umrissbereich und einen teilkreisförmigen Umrissbereich aufweist. Demnach liegt der im Querschnitt den teilkreisförmigen Umrissbereich aufweisende Abschnitt der Magnetankermantelwand an dem Abschnitt der Zylinderinnenwand, der im Querschnitt teilkreisförmig verläuft, an. Der geradlinige Umrissbereich entspricht im Drei-Dimensionalen dem als Ebene ausgebildeten Abschnitt der Magnetankermantelwand. Diese Ebene bildet den zweiten Kanalwandbereich.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der zweite Kanalwandbereich parallel zu der Längsachse des Magnetankers verläuft. Der als Ebene ausgebildete Abschnitt der Magnetankermantelwand ist somit parallel zur Längsachse des Magnetankers und die Größe des Querschnitts des Strömungskanals bleibt entlang seiner axialen Erstreckung konstant. Die Scherschichten, die sich im Medium ausbilden und die Dämpfung der Magnetankerbewegung mitbewirken, verlaufen insofern parallel zur Längsachse und zum zweiten Kanalwandbereich.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Gehäuse als Stufengehäuse ausgebildet ist, mit mindestens zwei im Durchmesser unterschiedlich großen, als Kreishohlzylinder ausgebildeten Axialabschnitten. Die Axialabschnitte sind - in Richtung der Längsachse des Magnetankers gesehen - hintereinander angeordnet und weisen jeweils eine Mittelachse auf. Insbesondere können die Mittelachsen der Axialabschnitte des Stufengehäuses miteinander fluchten. Die Kreishohlzylinder können unterschiedlich große Höhen aufweisen. Aufgrund der unterschiedlich großen Durchmesser der Kreishohlzylinder können diese jeweils Abschnitte des Magnetankers mit unterschiedlichen Durchmessern aufnehmen.
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Erfindungsgemäß ist der Magnetanker als Stufenmagnetanker ausgebildet ist, mit mindestens zwei zu seiner Längsachse axial versetzt liegenden Zylinderabschnitten, wobei mindestens einer der Zylinderabschnitte den Strömungskanal aufweist. Mindestens einer der Zylinderabschnitte weist - im Querschnitt gesehen - einen geraden, von dem zweiten Kanalwandbereich herrührenden Umrissbereich und einen teilkreisförmigen Umrissbereich auf. Der Strömungskanal erstreckt sich also entlang des mindestens einen Zylinderabschnitts. Im Fall, dass sich der Strömungskanal durch mehr als den einen Zylinderabschnitt erstreckt, verläuft der zweite Kanalwandbereich als ebener zweiter Kanalwandbereich entlang mehrerer Zylinderabschnitte.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zwischen den beiden Zylinderabschnitten ein Übergangsbereich angeordnet ist. Die axial zueinander versetzt liegenden Zylinderabschnitte grenzen nicht direkt aneinander an, sondern schließen zwischen sich den Übergangsbereich ein, der eine bestimmte Höhe - in axiale Richtung gesehen - aufweist. Der Übergangsbereich weist eine Mantelfläche auf, die beliebig geformt sein kann, wobei - je nach Größe des Querschnittmaßes - der Strömungskanal radial bis in den Übergangsbereich hineinreichen kann.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Übergangsbereich als Kegelstumpf, insbesondere als Kreiskegelstumpf, ausgebildet ist. Die Formgebung des Übergangsbereichs ist demnach derart gewählt, dass die Grundfläche des Kegelstumpfs mit einer Stirnfläche des einen Zylinderabschnitts übereinstimmt und dass die Stirnfläche des Kegelstumpfs mit einer Grundfläche des anderen Zylinderabschnitts übereinstimmt. Dadurch wird ein stetiger Übergang zwischen den Mantelwänden der Zylinderabschnitte realisiert und die Mantelfläche des Übergangsbereich ist kleinstmöglich. Die Mittelachse des Kegelstumpfs fluchtet mit den Längsachsen der Zylinderabschnitte und entspricht insofern der Längsachse des Magnetankers.
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Ferner ist es von Vorteil, dass der Strömungskanal den Übergangsbereich durchsetzt. Die Mantelwand des Übergangsbereichs weist demnach einen Bereich auf, der als ebene Fläche ausgebildet ist, welche mindestens einen Teil des zweiten Kanalwandbereichs des Strömungskanals ausbildet. Dieser eben ausgebildete Bereich schließt an den als ebene Fläche ausgebildeten Abschnitt der Mantelwand des mindestens einen Zylinderabschnitts an.
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Schließlich ist es vorteilhaft, wenn das Magnetventil mehrere in Umfangsrichtung verteilt angeordnete Strömungskanäle aufweist. Diese Strömungskanäle verlaufen parallel zueinander. Ist der Magnetanker als Stufenmagnetanker ausgebildet, so können sich die Strömungskanäle jeweils über einen oder mehrere Zylinderabschnitte und/oder die Übergangsbereiche erstrecken. Außerdem können sich die Strömungskanäle in der Größe ihres kreissegmentförmigen Querschnitts unterscheiden und somit lässt sich die Menge des im jeweiligen Strömungskanal befindlichen Mediums, und insofern die Ausbildung der Scherschichten im Medium, individuell beeinflussen, sowie die Benetzungssituation des zweiten Kanalwandbereichs des jeweiligen Strömungskanals. Vorstehendes gilt entsprechend bei gleich großen Querschnitten einer Anzahl von Strömungskanälen, wobei die Wahl der Anzahl als Beeinflussungsgröße dient.
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Die Zeichnungen veranschaulichen die Erfindung anhand verschiedener Ausführungsbeispiele, und zwar zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung eines Abschnitts eines Magnetventils, das ein Gehäuse und einen Magnetanker aufweist,
- 2 einen Magnetanker mit zwei Zylinderabschnitten und einem Übergangsbereich, wobei der Magnetanker einen sich über beide Zylinderabschnitte und den Übergangsbereich erstreckenden zweiten Kanalwandbereich aufweist, und
- 3 einen Magnetanker mit zwei Zylinderabschnitten und einem Übergangsbereich, wobei der Magnetanker einen sich über einen Zylinderabschnitt und bereichsweise über den Übergangsbereich erstreckenden zweiten Kanalwandbereich aufweist.
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Die 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Längsschnitts durch einen Abschnitt eines Magnetventils 1. Ein Magnetventil gemäß 1 gehört nicht zur Erfindung. Das Magnetventil 1 weist ein Gehäuse 2 und einen kolbenartigen Magnetanker 3 auf. Der Magnetanker 3 ist im Gehäuse 2 entlang seiner Längsachse 4 axial beweglich angeordnet. Das Magnetventil 1 weist außerdem einen Stößel 5 auf, der von der ebenen Grundfläche 6 des Magnetankers 3 ausgeht und demzufolge einer axialen Bewegung des Magnetankers 3 folgt. Das freie Ende 7 des Stößels 5 ist als Dichtgeometrie 8 geformt, die als Kugelkalotte 9 ausgebildet ist. Die Dichtgeometrie 8 wirkt mit einem trichterförmigen Ventilsitz 10 zusammen, wobei die beiden Bauelemente einen verschließbaren Durchlass 11 in einen Ventilraum 12 für ein Druckmedium bilden. Das Ausführungsbeispiel der 1 zeigt das Magnetventil 1 in geöffnetem Zustand, das heißt, die Dichtgeometrie 8 befindet sich in einer vom Ventilsitz 10 abgehobenen Stellung und das Medium kann den Durchlass 11 durchströmen. Ein Rückstellelement 13, welches als Schraubendruckfeder 14 ausgebildet ist, greift mit seinem einen Ende 15 an einer Schulter 16 des Stößels 5 und mit seinem anderen Ende 17 am Ventilsitz 10 an, so dass aufgrund der Federkraft der Magnetanker 3 über den Stößel 5 in der 1 nach oben gedrückt wird und sich somit die Dichtgeometrie 8 in der vom Ventilsitz 10 abgehobenen Position befindet. In der 1 nicht dargestellt ist eine auf das Gehäuse 2 axial aufsteckbare Magnetspule, welche im aufgesteckten Zustand das Gehäuse 2 im Bereich des Magnetankers 3 umgibt. Durch Bestromen der Magnetspule wird eine elektromagnetische Kraft auf den Magnetanker 3 ausgeübt, welcher folglich mit dem Stößel 5 eine axiale Bewegung entlang seiner Längsachse 4 und entgegen der Federkraft durchführt. Die Dichtgeometrie 8 wird also bei Bestromen der Magnetspule in den Ventilsitz 10 gepresst und der Durchlass 11 für das Druckmedium geschlossen. Durch die Stromstärke kann der Grad des Öffnens beziehungsweise Schließens des Magnetventils 1, und somit die Menge des durchströmenden Mediums, eingestellt werden und das Magnetventil 1 als Stellventil eingesetzt werden.
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Das Gehäuse 2 ist als Stufengehäuse 18 ausgebildet, das zwei als Kreishohlzylinder ausgebildete Axialabschnitte 19, 20 aufweist. Die Axialabschnitte 19, 20 haben unterschiedliche Durchmesser, wobei der Durchmesser des Axialabschnitts 20 kleiner ist als der Durchmesser des Axialabschnitts 19. Die Axialabschnitte 19, 20 weisen jeweils eine Mittelachse auf, die mit der Längachse 4 des Magnetankers 3 fluchten. Beim Übergang der Axialabschnitte 19, 20 ineinander verändert sich der Durchmesser des Gehäuses 2 stetig. An das vom Zylinderabschnitt 19 wegweisende Ende des Axialabschnitts 20 grenzt ein kuppelartiger Bereich 21 des Gehäuses 2 an.
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Der Magnetanker 3 ist als Stufenmagnetanker 22 ausgebildet. Der Stufenmagnetanker 22 weist zwei Zylinderabschnitte 23, 24, einen Übergangsbereich 25 und einen Kopfbereich 26 auf. Der Übergangsbereich 25 ist im Wesentlichen als Kreiskegelstumpf 27 ausgebildet und verbindet den einen größeren Durchmesser aufweisenden Zylinderabschnitt 23 mit dem einen kleineren Durchmesser aufweisenden Zylinderabschnitt 24, wobei die Zylinderabschnitte 23, 24 axial zur Längsachse 5 versetzt zueinander liegen. Der Kopfbereich 26 schließt sich axial an den Zylinderabschnitt 24 an. Er hat die Form einer abgeflachten Kuppel 28, so dass der Magentanker 3 eine ebene Stirnfläche 29 aufweist.
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Der Magnetanker 3 weist einen axialen Strömungskanal 34 auf, der parallel zur Längsachse 4 verläuft. Dieser Strömungskanal 34 wird zum einen - in dem dargestellten Längsschnitt nicht sichtbar - durch einen Abschnitt der Zylinderinnenwand 31, der einen ersten Kanalwandbereich bildet, begrenzt und zum anderem durch einen als Ebene geformten Abschnitt 35 der Magnetankerwand 30 begrenzt, der einen zweiten Kanalwandbereich 36 bildet. Der Strömungskanal 34 durchsetzt die Zylinderabschnitte 23, 24, den Übergangsbereich 25 sowie den Kopfbereich 26. In der 2 ist der Magnetanker 3 in dreidimensionaler Ansicht dargestellt, wobei der sich als Ebene erstreckende Abschnitt 35 der Magnetankermantelwand 30 in 1 sichtbar ist. Eine Magnetventil gemäß 2 gehört nicht zur Erfindung.
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Zwischen dem kuppelartigen Bereich 21 des Gehäuses 2 und der eben geformten Stirnfläche 29 des Magnetankers 2 bildet sich ein Hohlraum 32 aus, dessen Volumen aufgrund der Magnetankerbewegung variabel ist. Außerdem bildet sich ein ringförmiger Hohlraum 33 variablen Volumens zwischen der Magnetankermantelwand 30 und der Zylinderinnenwand 31 des Axialabschnitts 19 aus.
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Es ergibt sich folgende Funktion: Wird die den Magnetanker 3 umgebende Magnetspule ausreichend bestromt, so bewegt sich der Magnetanker 3 mit dem Stößel 5 gemäß der 1 nach unten und die Dichtgeometrie 8 wird in den Ventilsitz 10 gepresst und somit der Durchlass 11 des Magnetventils 1 geschlossen. Dabei wird das Volumen des Ventilraums 12 verkleinert und die Volumina des Hohlraums 32 und des ringförmigen Hohlraums 33 vergrößert. Das Medium strömt aufgrund des Druckgradientens von dem Ventilraum 12 durch den Strömungskanal 34 in den Hohlraum 32 und in den ringförmigen Hohlraum 33. Durch die Strömungsbewegung des Mediums wird die Magnetankerbewegung gedämpft und somit eine mögliche Schwingung des Magnetankers 3, die zur Erzeugung von unerwünschten Geräuscheffekten im Fahrzeug führen kann, verhindert. Entsprechendes gilt auch für das Öffnen des Magnetventils 1. Dabei werden die Volumina des Hohlraums 32 und des ringförmigen Hohlraums 33 verkleinert und der Druckgradient weist in die entgegengesetzte Richtung als beim Schließen des Magnetventils 1. Das Medium durchströmt den Strömungskanal 34 in Richtung des Ventilraums 12 und dämpft die Magnetankerbewegung.
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In der 3 ist eine erfindungsgemäße Ausführung eines Magnetankers 3 dargestellt. Der Magnetanker 3 der 3 entspricht dem in der 1 und 2 dargestellten Magnetanker 3, so dass insofern auf die Ausführungen zu der 1 und 2 verwiesen wird. Abweichend ist, dass der Magnetanker 3 einen als Ebene ausgebildeten Abschnitt 35 der Magnetankermantelwand 30 aufweist, der sich entlang des Zylinderabschnitts 23 und bereichsweise entlang des Übergangsbereichs 25 erstreckt. Dieser Abschnitt 35 bildet den zweiten Kanalwandbereich 36 des Strömungskanals 34.
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Wird das Magnetventil 1 in Schließstellung gebracht, kann das Medium vom Ventilraum 12 durch den Strömungskanal 34 in den ringförmigen Hohlraum 33 strömen. Wird das Magnetventil 1 geöffnet, so strömt das Medium vom ringförmigen Hohlraum 33 durch den Strömungskanal 34 in den Ventilraum 12. Dabei wird die Magnetankerbewegung hydraulisch gedämpft.
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In der 3 ist der minimale radiale Abstand 37 des Abschnitts 35 der Magnetankermantelwand 30 zur Längsachse 4 größer als im Ausführungsbeispiel der 2. In der 3 ist der minimale radiale Abstand 37 kleiner als der halbe Durchmesser des Zylinderabschnitts 23 und größer als der halbe Durchmesser des Zylinderabschnitts 24. Folglich erstreckt sich der Strömungskanal 34 nur entlang des Zylinderabschnitts 23 und bereichsweise entlang des Übergangsbereichs 25. Es wird also nur der ringförmige Hohlraum 33 strömungsmäßig mit dem Ventilraum 12 verbunden. In der 2 hingegen ist der minimale radiale Abstand 37 kleiner als der halbe Durchmesser von beiden Zylinderabschnitten 23, 24 und demnach erstreckt sich der Strömungskanal 34 entlang der beiden Zylinderabschnitte 23, 24, dem Übergangsbereich 25 und dem Kopfbereich 26. Demnach wird sowohl der ringförmige Hohlraum 33 als auch der Hohlraum 32 strömungsmäßig mit dem Ventilraum 12 verbunden.
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Erfindungsgemäß ist es möglich, den Magnetanker 3 für das Magnetventil 1 auf einfache und kostengünstige Art und Weise herzustellen. Durch den eben ausgebildeten Abschnitt 35 der Magnetankermantelwand 30 des Magnetankers 3 ist es möglich, hohe Dämpfungswirkungen der Bewegung des Magnetankers 3 im Gehäuse 2 durch Benetzung des Magnetankers 3 durch ein Druckmedium zu realisieren. Diese Dämpfung wird durch die Ausbildung von Scherschichten hydraulisch bewirkt, so dass unerwünschte Geräuscheffekte im Fahrzeug aufgrund der Verwendung des Magnetventils 1 vermieden werden.
