DE102011003783B4 - Magnetventil zum Steuern eines Fluids - Google Patents

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Abstract

Magnetventil zum Steuern eines Fluids, umfassend- einen Anker (2), mit einem Bodenbereich (20), einem Mantelbereich (21) und einem Kopfbereich (22),- ein mit dem Anker (2) verbundenes Ventilglied (3), und- ein Ankergehäusebauteil (23),- wobei zwischen dem Anker (2) und dem Ankergehäusebauteil (23) ein Strömungspfad (26) ausgebildet ist, der von einem unteren Ankerraum (24) zu einem oberen Ankerraum (25) und zurück zum unteren Ankerraum (24) verläuft,- wobei der Kopfbereich (22) eine Abflachung (32) aufweist,- wobei der obere Ankerraum (25) zwischen dem Ankergehäusebauteil (23) und der Abflachung (32) definiert ist,- wobei am Mantelbereich (21) des Ankers (2) ausgehend vom Bodenbereich (20) zumindest eine Nut (28) ausgebildet ist, und- wobei die Nut (28) im Mantelbereich (21) vor der Abflachung (32) des Kopfbereichs (22) endet,- wobei zwischen dem Mantelbereich (21) und dem Kopfbereich (22) ein Übergangsbereich (27) angeordnet ist und die Nut (28) im Übergangsbereich (27) endet, und- ferner umfassend einen zweiten Übergangsbereich (37), welcher am Mantelbereich (21) des Ankers angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass- der zweite Übergangsbereich (37) einen Anschlag (A) am Ankergehäusebauteil (23) bereitstellt, wobei eine progressive Abstufung der hydraulischen Dämpfung über den Ankerhub realisiert ist, die bis zum Erreichen des maximalen Hubs ansteigt und den mechanischen Aufprall des Anschlags am Ankergehäusebauteil dämpft.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Magnetventil zum Steuern eines Fluids.
  • Derartige stromlos geschlossene Magnetventile zum Steuern eines Fluids sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen, insbesondere zum Beispiel als Auslassventile für Antiblockier-, Traktions- und Stabilitätsvorrichtungen (ABS-/TCS-/ESP-Vorrichtungen) in Kraftfahrzeugen, bekannt. Diese Magnetventile weisen einen Anker auf, der in einem Ventilgehäuse axial beweglich angeordnet ist. In bestimmten Betriebsbereichen neigen die Magnetventile aufgrund der auftretenden Schwingungen zu unerwünschten Geräuscheffekten aufgrund des axialen Anschlagens des Ankers am Ventilgehäuse. Ferner offenbart die DE 10 2008 014 098 A1 ein Magnetventil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Magnetventil zum Steuern eines Fluids mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass durch eine Formgebung des Ankers die Schwingungsneigung deutlich reduziert ist. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass das Magnetventil einen Anker mit einem Bodenbereich, einem Mantelbereich und einem Kopfbereich, ein mit dem Anker verbundenes Ventilglied, und ein Ankergehäusebauteil umfasst. Zwischen dem Anker und dem Ankergehäusebauteil ist hierbei ein Strömungspfad ausgebildet, der von einem unteren Ankerraum zu einem oberen Ankerraum und zurück zum unteren Ankerraum verläuft. Der Kopfbereich weist eine Abflachung auf, wobei der obere Ankerraum zwischen dem Ankergehäusebauteil und der Abflachung definiert ist. Im Mantelbereich des Ankers ist ausgehend von Bodenbereich zumindest eine Nut ausgebildet, die im Mantelbereich vor der Abflachung des Kopfbereichs endet. Hierdurch wird bei der Rückstellung des Ankers eine Dämpfungswirkung durch das Fluid im oberen Ankerraum erreicht, die das hydraulische Dämpfungsverhalten des Magnetventils deutlich verbessert und eine betriebssichere Funktion mit einer deutlich reduzierten Geräuschentwicklung des Magnetventils gewährleistet. Ferner ist zwischen dem Mantelbereich und dem Kopfbereich ein Übergangsbereich angeordnet, wobei die Nut im Übergangsbereich endet. Weiter weist der Anker einen zweiten Übergangsbereich auf, welcher am Mantelbereich angeordnet ist. Der zweite Übergangsbereich stellt einen Anschlag am Ankergehäusebauteil bereit. Bei der Bewegung des Ankers zum Anschlag wird hierdurch eine progressive Abstufung der hydraulischen Dämpfung über den Ankerhub realisiert, die bis zum Erreichen des maximalen Hubs ansteigt und den mechanischen Aufprall besonders wirksam dämpft. Hierdurch kann eine für verschiedene Anwendungen inakzeptable Geräuschentwicklung vermieden werden.
  • Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
  • Weiterhin bevorzugt endet die Nut ausgehend vom Mantelbereich im ersten Drittel des Übergangsbereichs. Aufgrund der gezielten geometrischen Auslegung und den daraus resultierenden wirksamen Strömungsquerschnitten zwischen Anker und Ankergehäusebauteil wird eine erheblich verbesserte hydraulische Dämpfung des Ankers erreicht. Das Maß der hydraulischen Dämpfung hängt hierbei von den gewählten geometrischen Größen des Differenzquerschnitts, des benetzten Umfangs sowie der Spaltsgeometrie/Spaltlänge ab.
  • Vorzugsweise ist eine zweite Nut vorgesehen, die der ersten Nut gegenüberliegt. Hierdurch wird ein verbreiterter Strömungspfad mit einer verbesserten Durchströmung zwischen dem oberen und unteren Ankerraum erreicht. Daraus resultiert eine Reduzierung des im Strömungspfad vorherrschenden Drucks sowie eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit, wodurch ein widerstandsarmer Strömungsverlauf erreicht wird.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist der Anker eine Glockenform auf, die einen anliegenden widerstandsarmen Strömungsverlauf vom unteren Ankerraum zum oberen Ankerraum und zurück zum unteren Ankerraum begünstigt und dem Anker hierdurch eine hohe Festigkeit mit einer hohen Kaltschlagfähigkeit verleiht. Ferner weist das Ankergehäusebauteil eine topfförmige Gestalt auf, woraus eine kompakte Bauform mit geringem Einbauvolumen resultiert, die die Montage im Magnetventil erleichtert.
  • Das Magnetventil ist vorzugsweise als stromlos geschlossenes Magnetventil ausgebildet und weiter vorzugsweise als Stellventil/Auslassventil bei Antiblockier-, Traktions- und Stabilitätsvorrichtungen (ABS-/TCS-/ESP-Vorrichtungen) einsetzbar.
  • Figurenliste
  • Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
    • 1 eine schematische Schnittdarstellung eines Ankers eines Magnetventils zum Steuern eines Fluids gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
    • 2 eine perspektivische Darstellung des Ankers des Magnetventils von 1, und
    • 3 eine schematische Schnittdarstellung eines Ankers eines Magnetventils zum Steuern eines Fluids 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 Ankers 2 eines Magnetventils 1 zum Steuern eines Fluids gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • Wie aus 1 ersichtlich, weist der Anker 2 einen Bodenbereich 20, einen Mantelbereich 21 und einen Kopfbereich 22 auf und ist am Bodenbereich 20 mit einem Ventilglied 3 des Magnetventils 1 verbunden. Der Anker 2 ist in einem Ankergehäusebauteil 23 untergebracht. Zwischen dem Anker 2 und dem Ankergehäusebauteil 23 ist ein Strömungspfad 26 ausgebildet. Ein Strömungsverlauf im Strömungspfad 26 ist mit Pfeilen P1, P2 und P3 gekennzeichnet und verläuft von einem unteren Ankerraum 24 zu einem oberen Ankerraum 25 und zurück zum unteren Ankerraum 24. Der Kopfbereich 22 weist eine Abflachung 32 auf, wobei der obere Ankerraum 25 zwischen dem Ankergehäusebauteil 23 und der Abflachung 32 definiert ist. Im Mantelbereich 21 des Ankers 2 ist ausgehend von Bodenbereich 20 eine Nut 28 ausgebildet. Die Nut 28 ist zum Beispiel als V-Nut mit einem Grundbereich 30 ausgebildet. Zwischen dem Kopfbereich 22 und dem Mantelbereich 21 des Ankers 2 ist ferner ein erster Übergangsbereich 27 angeordnet. Wie aus 1 weiter ersichtlich, endet die Nut 28 im Übergangsbereich 27 vor der Abflachung 32 des Kopfbereichs 22, vorzugsweise im ersten Drittel des Übergangsbereichs 27.
  • Nachfolgend wird der Anker des Magnetventils beschrieben, wobei abweichend von der Darstellung in den 1 und 3 ein mechanischer Anschlag und Aufprall nur an der mit gekennzeichneten Stelle und nicht am Kopfbereich erfolgt.
  • Wie aus 2 ersichtlich, weist der Anker 2 eine Glockenform mit dem Kopfbereich 22, dem ersten Übergangsbereich 27, einem ersten Mantelbereich 21a, einem zweiten Übergangsbereich 37, einem zweiten Mantelbereich 21b und dem Bodenbereich 20 auf. Der zweite Mantelbereich 21b weist hierbei einen maximalen Durchmesser D2 auf, der größer als ein maximaler Durchmesser D1 des ersten Mantelbereichs 21a (vgl. 1) ist. Zudem stellt der zweite Übergangsbereich 37 aufgrund seiner sich verjüngenden Außenfläche einen Anschlag A am Ankergehäusebauteil 23 (vgl. 1) bereit. Die Formgebung begünstigt einen anliegenden, widerstandsarmen Strömungsverlauf im Strömungspfad 26 zwischen dem Anker 2 und dem Ankergehäusebauteil 23. Ferner weist der Anker 2 dadurch eine besonders kompakte Bauform mit minimiertem Bauvolumen auf. Zudem wird eine progressiv ansteigende hydraulische Dämpfung über den Ankerhub realisiert, die beim Erreichen des maximalen Hubs den mechanischen Aufprall mit wesentlich verminderter Geräuschentwicklung wirksam dämpft.
  • 3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung des Ankers 2 des Magnetventils 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, wobei gleiche bzw. funktional gleiche Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet sind.
  • Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel weist der Anker 2 bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel eine zweite Nut 29 auf, die der ersten Nut 28 gegenüberliegend angeordnet ist. Dadurch wird der Strömungspfad 26 zwischen dem hier nicht dargestellten Ankergehäusebauteil 23 und dem Anker 2 zwischen dem unteren Ankerraum 24 und dem oberen Ankerraum 25 deutlich erweitert und eine spürbar verbesserte Durchströmung des Ankers 2 erreicht, da der Hauptanteil der Strömung durch die Nuten 28, 29 erfolgt.
  • Das erfindungsgemäße Magnetventil 1 der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele weist den Vorteil auf, dass durch eine entsprechende Formgebung bzw. äußere Gestalt des Ankers 2 die Schwingungsanfälligkeit und hydraulische Dämpfung erheblich verbessert wird. Neben einer wesentlich verminderten Geräuschentwicklung resultiert daraus ferner eine Verbesserung der elektromagnetischen Kennlinie des Magnetventils 1, die eine präzisere Funktionsgenauigkeit des Magnetventils 1 in allen Betriebspunkten gewährleistet.

Claims (5)

  1. Magnetventil zum Steuern eines Fluids, umfassend - einen Anker (2), mit einem Bodenbereich (20), einem Mantelbereich (21) und einem Kopfbereich (22), - ein mit dem Anker (2) verbundenes Ventilglied (3), und - ein Ankergehäusebauteil (23), - wobei zwischen dem Anker (2) und dem Ankergehäusebauteil (23) ein Strömungspfad (26) ausgebildet ist, der von einem unteren Ankerraum (24) zu einem oberen Ankerraum (25) und zurück zum unteren Ankerraum (24) verläuft, - wobei der Kopfbereich (22) eine Abflachung (32) aufweist, - wobei der obere Ankerraum (25) zwischen dem Ankergehäusebauteil (23) und der Abflachung (32) definiert ist, - wobei am Mantelbereich (21) des Ankers (2) ausgehend vom Bodenbereich (20) zumindest eine Nut (28) ausgebildet ist, und - wobei die Nut (28) im Mantelbereich (21) vor der Abflachung (32) des Kopfbereichs (22) endet, - wobei zwischen dem Mantelbereich (21) und dem Kopfbereich (22) ein Übergangsbereich (27) angeordnet ist und die Nut (28) im Übergangsbereich (27) endet, und - ferner umfassend einen zweiten Übergangsbereich (37), welcher am Mantelbereich (21) des Ankers angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass - der zweite Übergangsbereich (37) einen Anschlag (A) am Ankergehäusebauteil (23) bereitstellt, wobei eine progressive Abstufung der hydraulischen Dämpfung über den Ankerhub realisiert ist, die bis zum Erreichen des maximalen Hubs ansteigt und den mechanischen Aufprall des Anschlags am Ankergehäusebauteil dämpft.
  2. Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (28) ausgehend vom Mantelbereich (21) im ersten Drittel des Übergangsbereichs (27) endet.
  3. Magnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine zweite Nut (38), die der ersten Nut (28) gegenüberliegt.
  4. Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (2) eine Glockenform aufweist und das Ankergehäusebauteil (23) eine topfförmige Gestalt aufweist.
  5. Magnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (28) eine V-Nut mit einem Grundbereich (30) ist.
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