DE102011075017A1

DE102011075017A1 - Magnetventil zum Steuern eines Fluids

Info

Publication number: DE102011075017A1
Application number: DE102011075017A
Authority: DE
Inventors: Stephan Steingass; Elmar Vier; Carsten Bodmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-04-29
Filing date: 2011-04-29
Publication date: 2012-10-31
Also published as: CN102758948A; FR2974611A1; JP2012233575A; US20120273707A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Magnetventil zum Steuern eines Fluids, umfassend einen Anker (2), ein Ventilglied (3), welches einen kalottenförmigen Endbereich (30) aufweist und welches mit dem Anker (2) verbunden ist und gemeinsam mit dem Anker (2) bewegbar ist, wobei am Anker (2) ein erster Führungsbereich (20) vorgesehen ist, und einen Ventilkörper(4) mit einem Ventilsitz (6), einer Durchgangsöffnung (5), wobei das Ventilglied (3) die Durchgangsöffnung (5) am Ventilsitz (6) freigibt und verschließt, und einem Führungselement (40), welches einen zweiten Führungsbereich (41) zur Führung des Ventilglieds (3) definiert und welches das Ventilglied (3) bei geöffnetem Magnetventil führt, wobei das Führungselement (40) mit dem Ventilkörper (4) einstückig ausgebildet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Magnetventil zum Steuern eines Fluids.
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. Ventilglieder dieser Magnetventile werden im Regelbetrieb üblicherweise an einem Anker und durch den Kontakt in einem konischen Ventilsitz eines Ventilkörpers geführt. In bestimmten Belastungs- bzw. Betriebszuständen treten hierbei jedoch Verformungen und/oder Beschädigungen des Ventilglieds insbesondere bei mittleren bis großen Hubpositionen auf, bei denen in einer Teilhubposition ein Kontakt des Ventilglieds mit dem Ventilkörper möglich ist. Dies kann zu einer unzulässigen Beeinträchtigung bzw. Veränderung der Ventilfunktion führen.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Magnetventil zum Steuern eines Fluids mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass eine zusätzliche Führung des Ventilglieds am Ventilkörper vorgesehen ist. Dadurch kann ein Abheben des Ventilglieds vom Ventilsitz bereits im kleinen Hubbereich erzwungen werden. Ferner werden im mittleren und großen Hubbereich die radialen Führungskräfte besser aufgenommen, so dass ein Kontakt zwischen Ventilglied und Ventilkörper, insbesondere in Teilhubpositionen, und daraus folgende Beschädigungen weitestgehend verhindert werden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass das Magnetventil zum Steuern eines Fluids einen Anker und ein Ventilglied umfasst. Das Ventilglied weist einen kalottenförmigen Endbereich auf und ist mit dem Anker verbunden und gemeinsam mit dem Anker bewegbar, an dem ein erster Führungsbereich vorgesehen ist. Das Magnetventil weist ferner einen Ventilkörper mit einem Ventilsitz und einer Durchgangsöffnung auf, die vom Ventilglied am Ventilsitz freigegeben und verschlossen wird. Zudem ist ein Führungselement am Ventilkörper vorgesehen, welches einen zweiten Führungsbereich definiert und das Ventilglied bei geöffnetem Magnetventil führt. Hierbei ist das Führungselement mit dem Ventilkörper einstückig ausgebildet. Dadurch kann auf einfache Weise eine verbesserte Führung des Ventilglieds ohne zusätzliche Bauteile erreicht werden. Zudem wird somit eine deutliche Verkürzung der Toleranzkette des Magnetventils erreicht. Folglich ist es aufgrund der dadurch gegebenen großen Führungslänge möglich, eine enge und präzisere Führung des Ventilglieds zu erreichen. Ferner werden die Dicht- und Führungsfunktion auf unterschiedliche, jeweils belastungsunkritische Bauelemente verteilt.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist das Ventilglied einen Führungsabschnitt auf, welcher sich in Axialrichtung unmittelbar an den kalottenförmigen Endbereich anschließt und in welcher am zweiten Führungsbereich führbar ist. Hierdurch kann eine effektive Abstützung bzw. Führung in möglichst kurzem Abstand von einer Dichtlinie zwischen dem kalottenförmigen Endbereich und dem Ventilkörper realisiert werden. Dadurch, dass die radiale Führung des Ventilglieds, die im hydraulischen Betrieb erhebliche Belastungen aufnehmen muss, außerhalb des kalottenförmigen Endbereichs erfolgt, kann die auftretende Belastung von einem schadensanfälligen auf einen schadensunkritischen Bauteilbereich umgeleitet werden.
Vorzugsweise ist der Führungsabschnitt am Ventilglied zylindrisch oder sich verjüngend, insbesondere konisch, ausgebildet. Neben der einfachen und kostengünstigen Herstellung wird dadurch eine optimierte Konturierung für das Zusammenspiel mit dem Führungselement am Ventilkörper erreicht.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der kalottenförmige Endbereich in einem zwischen dem Führungselement und dem Ventilsitz vorgesehenen Vorraum angeordnet. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist wenigstens eine Abströmöffnung in einem Wandbereich des Vorraums in Axialrichtung zwischen dem Ventilsitz und dem Führungselement vorgesehen. Hierdurch werden günstige Strömungsverhältnisse am kalottenförmigen Endbereich des Ventilglieds sowie eine betriebssichere Abströmung des Fluids erreicht. Alternativ kann eine Vielzahl von Abströmöffnungen im Wandbereich vorgesehen werden. Die Abströmöffnungen können zudem in unterschiedlicher Anzahl und Form angeordnet sowie durch beliebige geeignete Herstellverfahren hergestellt werden.
Vorzugsweise ist im geschlossenen Zustand des Magnetventils ein ringförmiger radialer Abstand zwischen dem Führungsabschnitt des Ventilglieds und dem Führungselement am Ventilkörper vorhanden. Hierdurch wird ein mechanischer Kontakt mit dem Führungselement im geschlossenen Zustand verhindert, bzw. ein selbstständiges Auffinden der Dichtposition im Ventilsitz beim Schließen des Magnetventils erreicht.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist das Führungselement ein umlaufender ringförmiger Kragen. Dadurch kann ein kostengünstig und wirtschaftlich herzustellender Ventilkörper bereitgestellt werden, der kompatibel zur bisherigen Einbausituation ist. Zudem kann dieses Bauteil auch zur Um- bzw. Nachrüstung vorhandener Baureihen verwendet werden.
Vorzugsweise ist eine zum Führungsabschnitt gerichtete Kragenseite abgerundet und bildet den Führungsbereich. Dadurch wird eine punktförmige Anlage des Ventilglieds und somit eine effektive und betriebssichere Führung über den gesamten Hubbereich sowie den gesamten Winkelbereich der möglichen Auslenkung des Ventilglieds im Regelbetrieb erreicht.
Weiterhin bevorzugt ist ein Rückstellelement vorgesehen, welches eingerichtet ist, das Magnetventil stromlos offen zu halten.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der ringförmige radiale Abstand derart auf den maximalen Hub des Ventilglieds und den Sitzwinkel am Ventilkörper abgestimmt, dass der kalottenförmige Endbereich des Ventilglieds bereits bei einem kleinen Hub, insbesondere ab 50 bis 70 μm, vom Ventilsitz abhebt. Ferner sind der Beschleunigungsweg und der Auftreffimpuls des Ventilglieds, das im Minimalhubbereich (insbesondere von 0 bis 50 μm) radial ausgelenkt in Kontakt mit dem Ventilsitz kommt, gering und stellen somit keine schädigende Belastung dar.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel 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 bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
2 eine schematische Schnittdarstellung eines Ventilkörpers des Magnetventils von 1,
3 eine schematische Teilansicht des Magnetventils von 1 im geschlossenen Zustand,
4 eine schematische Teilansicht des Magnetventils von 1 in teilweise geöffnetem Zustand mit kleinem Öffnungshub, und
5 eine schematische Teilansicht des Magnetventil von 1 in teilweise geöffneten Zustand mit mittlerem Öffnungshub.
Ausführungsform der Erfindung
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 ein Magnetventil zum Steuern eines Fluids gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Magnetventils 1 zum Steuern eines Fluids gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Das Magnetventil 1 umfasst einen Anker 2, ein Ventilglied 3 sowie einen Ventilkörper 4, die in einem Polgehäuse 9 bzw. einem damit verbundenen Gehäuse 13 koaxial zu einer Achsenrichtung X-X angeordnet sind. Der Anker 2 ist hierbei im Polgehäuse 9 als auch im Gehäuse 13 untergebracht. Das Ventilglied 3 ist mit dem Anker 2 verbunden und gemeinsam mit diesem bewegbar. Am Anker 2 ist auf Höhe eines ersten Endbereichs 130 des Gehäuses 13 ein erster Führungsbereich 20 zur Führung des Ankers 2 vorgesehen. Das Ventilglied 3 weist einen kalottenförmigen Endbereich 30 und einen zylindrischen Führungsabschnitt 31 auf, welcher sich in Axialrichtung X-X unmittelbar an den kalottenförmigen Endbereich 30 anschließt. Der Ventilkörper 4 weist einen Ventilsitz 6 und eine Durchgangsöffnung 5 auf, die vom Ventilglied 3 freigegeben und verschlossen wird. Zudem weist der Ventilkörper 4 ein Führungselement 40 auf, das einstückig mit dem Ventilkörper 4 ausgebildet ist und einen zweiten Führungsbereich 41 (siehe 2) zur Führung des Ventilglieds 3 bildet. Zwischen dem Führungselement 40 und dem Anker 2 ist in Axialrichtung X-X ein Rückstellelement 7 vorgesehen, welches das Magnetventil 1 im stromlosen Zustand offen hält. Wie aus 1 ferner ersichtlich, ist der kalottenförmige Endbereich 30 in einem zwischen dem Führungselement 40 und dem Ventilsitz 6 gebildeten Vorraum 10 angeordnet.
In einem Wandbereich 11 des Vorraums 10 sind, wie aus 2 ersichtlich ist, mehrere Abströmöffnungen 12 angeordnet. Der zweite Führungsbereich 41 ist als umlaufender ringförmiger Kragen ausgebildet, von dem eine radial zur Achsenrichtung X-X gerichtete Kragenseite abgerundet ist. Durch diese Konturierung wird ein betriebssicherer punktförmiger Führungskontakt mit dem zylindrischen Führungsbereich 31 auch bei einer von der Achsenrichtung X-X im Regelbetrieb geringfügig abweichenden Winkelausrichtung (bzw. einem Schiefstand) des Ventilglieds 3 gewährleistet.
Wie in 3 dargestellt, liegt im geschlossenen Zustand des Magnetventils 1 der kalottenförmige Endbereich 30 auf dem Ventilsitz 6 auf und verschließt die Durchgangsöffnung 5. Hierbei ist zwischen dem Führungsabschnitt 31 des Ventilglieds 3 und dem zweiten Führungsbereich 41 ein ringförmiger radialer Abstand A vorhanden, d. h. der Führungsabschnitt 31 des Ventilglieds 3 wird nicht geführt.
4 zeigt eine Konstellation des Ventilkörpers 6 und des Ventilglieds 3 kurz nach dem Öffnen des Magnetventils mit einem Minimalhub bis zu 70 μm, d. h. unmittelbar vor dem Abheben des kalottenförmigen Endbereichs 30 vom Ventilsitz 6. Hierbei berührt der kalottenförmige Endbereich 30, seitlich ausgelenkt, gerade noch den Ventilsitz 6, kontaktiert aber bereits auch die Kragenseite des zweiten Führungsbereichs 41 und muss folglich mit zunehmendem Ventilhub unmittelbar nach dieser Position vollständig vom Ventilsitz 6 abheben. Der Führungsbereich 41 des Führungselements 40 ist geometrisch so ausgelegt, dass ein Kontakt des kalottenförmigen Endbereichs 30 mit dem Ventilsitz 6, wenn überhaupt, nur im Minimalhubbereich, insbesondere bis ca. 50 bis 70 μm, unmittelbar nach dem Öffnen möglich ist und das Ventilglied 3 schnellstmöglich vom Ventilsitz 6 abhebt.
Im Teilöffnungsbereich mit mittlerem und großem Hub, der in 5 veranschaulicht ist, wird der Führungsabschnitt 31 des Ventilglieds 3 kontinuierlich radial am Führungsbereich 41 des Führungselements 40 geführt. Somit ist ein Kontakt des kalottenförmigen Endbereichs 30 des Ventilglieds 3 mit dem Ventilsitz 3 nicht mehr möglich. Umgekehrt erfolgt beim Schließvorgang des Magnetventils 1 nur bis zum Minimalhub von 70 bis 50 μm eine Führung des Ventilglieds 3 am Führungsbereich 41. Danach kontaktiert der kalottenförmige Endbereich 30 den konischen Ventilsitz 6 und wird mit weiter abnehmendem Hub entlang dessen Oberfläche in die Dichtposition (Hub Null) geführt, ohne dabei am Führungsbereich 41 anzuliegen.
Das erfindungsgemäße Magnetventil 1 weist somit den Vorteil auf, dass aufgrund des am Ventilkörper 4 integral gebildeten zweiten Führungselements 40 ein großer Teil der Toleranzkette (wie z. B. Montageposition und Schiefstände) entfällt. Aufgrund der großen Führungslänge zwischen den ersten und zweiten Führungsbereichen 20, 40 ist es ferner möglich, eine enge Führung des Ventilglieds 3 zu ermöglichen und die Dicht- und Führungsfunktion auf unterschiedliche, jeweils belastungsunkritische Bauelemente zu verteilen. Ferner werden über den im Wesentlichen gesamten Hubbereich des Magnetventils 1 ein Kontakt bzw. ein Anschlagen des kalottenförmigen Endbereichs 30 am Ventilsitz 6 sowie die daraus resultierenden Belastungen bzw. Beschädigungen verhindert. Daraus resultiert eine erheblich verbesserte Betriebssicherheit und Dauerhaltbarkeit des Magnetventils 1.

Claims

Magnetventil zum Steuern eines Fluids, umfassend – einen Anker (2), – ein Ventilglied (3), welches einen kalottenförmigen Endbereich (30) aufweist und welches mit dem Anker (2) verbunden ist und gemeinsam mit dem Anker (2) bewegbar ist, wobei am Anker (2) ein erster Führungsbereich (20) vorgesehen ist, und – einen Ventilkörper (4), mit – einem Ventilsitz (6), – einer Durchgangsöffnung (5), wobei das Ventilglied (3) die Durchgangsöffnung (5) am Ventilsitz (6) freigibt und verschließt, und – einem Führungselement (40), welches einen zweiten Führungsbereich (41) zur Führung des Ventilglieds (3) definiert und welches das Ventilglied (3) bei geöffnetem Magnetventil führt, – wobei das Führungselement (40) mit dem Ventilkörper (4) einstückig ausgebildet ist.
Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied (3) einen Führungsabschnitt (31) aufweist, welcher sich in Axialrichtung (X-X) unmittelbar an den kalottenförmigen Endbereich (30) anschließt und welcher am zweiten Führungsbereich (41) führbar ist.
Magnetventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsabschnitt (31) am Ventilglied (3) zylindrisch oder sich verjüngend, insbesondere konisch, ausgebildet ist.
Magnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der kalottenförmige Endbereich (30) in einem zwischen dem Führungselement (40) und dem Ventilsitz (6) vorgesehenen Vorraum (10) angeordnet ist.
Magnetventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Abströmöffnung (12) in einem Wandbereich (11) des Vorraums (10) in Axialrichtung (X-X) zwischen dem Ventilsitz (6) und dem Führungselement (40) vorgesehen ist.
Magnetventil nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im geschlossenen Zustand des Magnetventils ein ringförmiger, zur Axialrichtung (X-X) radialer Abstand (A) zwischen dem Führungsabschnitt (31) des Ventilglieds (3) und dem Führungselement (40) vorhanden ist.
Magnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (40) ein umlaufender ringförmiger Kragen ist.
Magnetventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine zum Führungsabschnitt (31) gerichtete Kragenseite abgerundet ist und den Führungsbereich (41) bildet.
Magnetventil, ferner umfassend ein Rückstellelement (7), welches eingerichtet ist, das Magnetventil stromlos offen zu halten.
Magnetventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige radiale Abstand (A) kleiner als ein maximaler Hub des Ventilglieds (3) ist.