DE102012111882B4 - Elektromagnetisches Proportionalventil - Google Patents

Abstract

Elektromagnetisches Proportionalventil (10) zur Durchflussregelung eines durch ein Gehäuseteil (14) fließenden Druckmediums, wobei das Gehäuseteil (14) eine stirnseitige Zulauföffnung (Z) und eine Ablauföffnung (A) für das Druckmedium aufweist und ein zwischen der Zulauföffnung (Z) und der Ablauföffnung (A) befindlicher Kanal (K) mittels eines axial beweglichen Innenschiebers (30) zur Durchflussregelung des Druckmediums mehr oder weniger weit verschließbar ist, und – der Innenschieber (30) in einer Hülse (20) geführt ist, welche mindestens eine vom Innenschieber (30) verschließbare radiale Öffnung (22) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass – der Innenschieber topfförmig ausgebildet ist, – der Kanal (K) für das Druckmedium von der Zulauföffnung (Z) zur Außenseite der Hülse (20) durch deren Öffnung (22) sowohl in das Innere der Hülse (20) als auch in das Innere des Innenschiebers (30) und von dort zur Ablauföffnung (A) im Gehäuseteil (14) führt, – die Ablauföffnung (A) eine radiale Ablauföffnung ist, und – der Kanal (K) schleifenförmig von der Zulauföffnung (Z) zur Ablauföffnung (A) geführt ist.

Description

• Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Proportionalventil zur Durchflussregelung eines durch ein Gehäuseteil fließenden Druckmediums gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
• Es sind aktiv verstellbare Dämpfersysteme für Fahrzeuge bekannt, die in der Regel nach dem Prinzip eines variablen Öffnungsquerschnitts arbeiten. Solche Dämpfer stellen die entsprechenden Stoßdämpferkennwerte über hydraulische Proportionalventile ein und können an unterschiedliche Fahrsituationen, beispielsweise hinsichtlich der Fahrbahnoberfläche oder an unterschiedliche Kundenwünsche angepasst werden. Die Proportionalventile steuern mit Hilfe eines beweglichen Schiebers, der von einer Magnetspule bewegt wird, kontinuierlich den Fluiddurchfluss im Dämpfer. Je nach Bestromung des elektromagnetischen Proportionalventils wird dessen öldurchflossener Querschnitt verändert. Dies bewirkt eine Veränderung des Druckverlustes, welcher bei zunehmendem Durchfluss degressiv verlaufen sollte. Hierfür müssen die resultierenden Strömungskräfte auf den querschnittverändernden Ventilschieber in Öffnungsrichtung möglichst klein gehalten werden, da ansonsten der Ventilschieber nicht genügend Querschnitt freigibt und dadurch der Druckverlust bei steigendem Volumenstrom einen progressiven Verlauf aufweist.
• Ein gattungsbildendes Proportionalventil ist der DE 10 2005 023 547 A1 bekannt, bei welchem in einer Hülse ein mit einem Anker verbundener Innenschieber axial verschiebbar angeordnet ist. Diese Hülse umfasst einen mit einer stirnseitigen Einlassbohrung verbundenen Einlasskanal, der als Querbohrung das Druckmedium aus einem ersten Ringraum außerhalb der Hülse in eine V-förmige Ausnehmung des Innenschiebers führt und anschließend in Abhängigkeit der Stellung des Innenschiebers über eine als Ventilsteuerkante ausgebildete weitere Querbohrung oder eine in der Wand der Hülse vorgesehene Blendenöffnung in einen die Hülse umschließenden zweiten Ringraum geführt wird. Aus diesem zweiten Ringraum wird das Druckmedium über eine weitere als Ventilsteuerkante ausgebildete Querbohrung in Abhängigkeit der Stellung des Innenschiebers entweder über eine weitere Blendenöffnung in der Hülse oder über eine hohlkehlenförmige umlaufende Ausnehmung des Innenschiebers in einen Auslasskanal umgelenkt.
• Ferner weist der Innenschieber dieses bekannten Proportionalventils gemäß der DE 10 2005 023 547 A1 mehrere als verschiebbare Zylinderstifte ausgebildete Einsatzkörper, mit denen die von dem Druckmedium ausgesetzten Flächen des Innenschiebers verändert werden können. Neben der V-förmigen und der hohlkehlenförmigen Ausnehmung weist der Innenschieber auch noch auf der Umfangsfläche umlaufende nutförmige Einschnürung auf.
• Als Nachteil dieses bekannten Proportionalventils kann dessen aufwändiger und kompliziert herzustellender Innenschieber angesehen werden.
• Ferner ist aus der DE 10 2007 005 466 A1 bekannt, dessen Ventilschieber zur elektromagnetischen Betätigung des Ventils direkt mit einem Magnetanker verbunden ist. Mit einer am Ventilschieber vorgesehenen Steuerkante wird der Querschnitt eines den Ventileinlass mit einem Ventilauslass verbindenden Durchlasses im Gehäuse kontinuierlich verändert. Der Ventilschieber ist bei diesem Proportionalventil als Außenschieber ausgebildet und wird auf einer einlassseitig im Ventilgehäuse befestigten rohrförmigen Schieberführung gelagert und geführt. Damit ist dieser Ventilschieber zum einen über den Magnetanker und zum anderen über diese rohrförmige Schieberführung gelagert. Durch diese zweifache Lagerung des Ventilschiebers müssen die beteiligten Bauteile hohe Fertigungsgenauigkeiten erfüllen, die ebenso zu hohen Fertigungskosten führen.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein elektromagnetisches Proportionalventil der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem mit einfachen konstruktiven und damit kostengünstigen Mitteln die Strömungskräfte bei steigendem Volumenstrom klein gehalten werden können und damit der gewünschte degressive Kurvenfahrtlauf erreicht werden kann.
• Diese Aufgabe wird gelöst durch ein elektromagnetisches Proportionalventil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
• Ein solches elektromagnetisches Proportionalventil zur Durchflussregelung eines durch ein Gehäuseteil fließenden Druckmediums, bei dem das Gehäuseteil eine stirnseitige Zulauföffnung und eine Ablauföffnung für das Druckmedium aufweist und ein zwischen der Zulauföffnung und der Ablauföffnung befindlicher Kanal mittels eines axial beweglichen Innenschiebers zur Durchflussregelung des Druckmediums mehr oder weniger weit verschließbar ist und der Innenschieber in einer Hülse geführt ist, welche mindestens eine vom Innenschieber verschließbare radiale Öffnung aufweist, zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass der Innenschieber topfförmig ausgebildet ist, der Kanal für das Druckmedium von der Zulauföffnung zur Außenseite der Hülse durch deren Öffnung sowohl in das Innere der Hülse als auch in das Innere des Innenschiebers und von dort zur Ablauföffnung im Gehäuseteil geführt ist, die Ablauföffnung eine radiale Ablauföffnung und der Kanal schleifenförmig von der Zulauföffnung zur Ablauföffnung geführt ist.
• Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Druckmedium des Proportionalventils nicht entsprechend dem Stand der Technik aus einer axialen Strömungsrichtung radial nach außen strömt, sondern dass umgekehrt das Druckmedium von der stirnseitigen Zulauföffnung von außen über die von dem Innenschieber verschließbare radiale Öffnung radial in die Hülse hineinfließt und von dort über die Ablauföffnung abströmt.
• Mit einem solchen erfindungsgemäßen Proportionalventil, dessen Innenschieber fertigungstechnisch einfach und prozesssicher, damit auch kostengünstig herstellbar ist, ergibt sich eine kraftreduzierte Strömungsführung mit der die gewünschten degressiven Kennlinien erzeugt werden können.
• Ferner können mit einer solchen schleifenförmigen Führung des Kanals die auf den Innenschieber wirkenden Strömungskräfte äußerst klein gehalten werden.
• Mit der topfförmigen Ausbildung des Innenschiebers lässt sich in konstruktiv einfacher Weise ein unter anderem zur Druckbegrenzung dienender Druckstift realisieren.
• Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Gehäuseteil ein Polkern, wodurch sich ein einfacher konstruktiver Aufbau des erfindungsgemäßen Proportionalventils ergibt.
• Besonders vorteilhaft ist es gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung, wenn eine Vielzahl von symmetrisch zu einer Mittenachse des Proportionalventils verteilte, stirnseitige Zulauföffnungen vorgesehen sind. Vorzugsweise ist auch eine Vielzahl von radialen Ablauföffnungen vorgesehen, welche symmetrisch zur Mittenachse angeordnet sind.
• Ferner hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn weiterbildungsgemäß vier stirnseitige Zulauföffnungen und vier radiale Ablauföffnungen vorgesehen sind.
• Ein zur Druckbegrenzung dienender Druckstift lässt sich weiterbildungsgemäß dadurch realisieren, dass zentrisch in das Gehäuseteil ein Führungsteil eingesetzt ist, in welchem axial ein solcher Druckstift geführt ist, der sich innerhalb einer Druckfeder befindet und sich gegen den Boden des Innenschiebers abstützt.
• Weiterhin ist es gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass der Schieber eine verjüngend zulaufende Steuerkante aufweist, wodurch sich auch die Strömungsverhältnisse im Bereich der von dem Schieber verschließbare radialen Öffnungen in günstiger Weise beeinflussen lassen.
• Schließlich ist es gemäß einer letzten vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Summe der Querschnitte der Zulauföffnungen gleich oder kleiner ist als Summe der Querschnitte der Auslassöffnungen.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren ausführlich beschrieben. Es zeigen:
• 1 eine Seitenansicht eines Proportionalventils mit einem Teilschnitt als Ausführungsbeispiel der Erfindung,
• 2 eine vergrößerte Darstellung des Details D gemäß 1,
• 3 eine perspektivische Darstellung des Proportionalventils gemäß 1,
• 4 eine stirnseitige Ansicht des optional Ventils gemäß 3,
• 5 eine schematische Schnittdarstellung des Mediumverlaufs in dem Proportionalventil gemäß 1, und
• 6 eine schematische und perspektivische Darstellung des Mediumverlaufs in dem Proportionalventil gemäß 3.
• Das in den 1 bis 4 dargestellte elektromagnetische Proportionalventil 10 ist zylinderförmig aus einem Gehäuseteil 12 und einem als Polkern ausgebildeten Gehäuseteil 14 aufgebaut, wobei das Gehäuseteil 12 eine Magnetspule (in den Figuren nicht dargestellt) sowie einen Anker 16 aufnimmt. Stirnseitig des Gehäuseteils 14 befinden sich Zulauföffnungen Z zur Zuführung eines Druckmediums. Die Mittenachse des Proportionalventils 10 ist mit dem Bezugszeichen x bezeichnet.
• In einer zentralen Bohrung 15 des Gehäuseteils 14 ist ausgehend vom Gehäuseteil 12 eine Hülse 20 und ein sich daran anschließendes Führungsteil 60 angeordnet, wobei das Führungsteil 60 stirnseitig als Teil der Stirnfläche des Gehäuseteil 14 endet und damit die zentrale Bohrung 15 deckelartig verschließt.
• In der Hülse 20 ist ein Schieber als topfförmiger Innenschieber 30 axial verschiebbar angeordnet, wobei die offene Stirnseite dieses Innenschiebers 30 in Richtung des Führungsteils 60 orientiert ist und dessen Bodenteil in Verbindung mit einem Anker 16 steht.
• Das Führungsteil 60 weist eine zentrale Bohrung auf, die innenseitig in einem sich teilweise in den Innenschieber 30 sich erstreckenden Lagerflansch 61 weitergeführt wird, wobei dieser Lagerflansch 61 einen Druckstift 50 aufnimmt. Eine Stirnseite dieses Druckstiftes 50 wird über die zentrale Bohrung des Führungsteils 60 vom Druckmedium druckbeaufschlagt, während dessen sich gegen den Boden des Innenschiebers 30 die benachbarte Stirnseite einer Druckfeder 40 drückt, die sich an der Stirnseite des Lagerflansches 61 abstützt. Damit liegt dieser Druckstift 50 druckbeaufschlagt und die gespannte Druckfeder 40 am Boden des Innenschiebers 30 an und drückt diesen in Richtung des Ankers 16.
• Das Druckmedium wird über vier dezentral in dem Gehäuseteil 14 axial verlaufende Zulauföffnungen Z in einen als Ringspalt ausgebildeten Kanal K der zentralen Bohrung 15 des Gehäuseteils 14 geführt.
• Im Bereich dieses Ringspaltes K befinden sich mehrere radiale Öffnungen 22 der Hülse 30, so dass sich das in dem Ringspalt K tangential und radial verteilte Druckmedium radial über diese Öffnungen 22 von außen in das Innere der Hülse 20 fließen kann.
• In der in 1 dargestellten Position des Innenschiebers 30 kann das Druckmedium aus dem Ringspalt K ungehindert ins Innere der Hülse 20 als auch in das Innere des Innenschiebers 30 fließen und anschließend durch vier radial in dem Gehäuseteil 14 angeordnete Ablauföffnungen A abfließen. Damit ergibt sich eine schleifenförmige Kanalführung für das Druckmedium, wie dies insbesondere aus 5 ersichtlich ist.
• In den 5 und 6 ist der Strömungsverlauf des Druckmediums mit Strömungspfeilen P dargestellt. Hierbei verläuft die Strömung über die Zulauföffnung Z in axialer Richtung in den ringförmigen Kanal K und von dort in radialer Richtung über die Öffnungen 22 der Hülse 20 in den Bereich des Führungsteil 60 und von dort aus wieder in radialer Richtung durch eine Ablauföffnung A in den Außenraum des Proportionalventils 10. Die Summe der Querschnitte der Zulauföffnungen Z wird derart gewählt, dass sie gleich oder kleiner als die Summe der Querschnitte der Auslassöffnungen A ist.
• Zur Regelung des durch die Öffnungen 22 der Hülse 20 fließenden Druckmediums wird die Magnetspule des Proportionalventils 10 mit Strom beaufschlagt, wodurch der Anker, und damit auch der Innenschieber 30 in Richtung des als Pol ausgebildeten Gehäuseteil 14 gezogen wird. Dabei wird die Öffnung 22 von einer Steuerkante 32 des Innenschiebers 30 mehr oder weniger verschlossen, wodurch der Druckverlust des durchfließenden Mediums verändert wird. In einer Stellung des Innenschiebers 30 mit maximalem Hub wird diese Öffnung 22 von der Steuerkante 32 vollständig verschlossen.
• Die Steuerkante 32 des Innenschiebers 30 ist nach außen hin verjüngend ausgebildet, wodurch eine gewünschte Magnetkennlinie eingestellt wird.
• Durch die Bewegung des Innenschiebers 30 in Richtung des Polkerns 14 entsteht zwischen der außenseitigen Fläche des Bodens des Innenschiebers 30 und der zentralen Bohrung 15 ein Bereich, der über Druckausgleichsöffnungen mit dem Inneren des Innenschiebers 30 bzw. der Hülse 20 verbunden ist.
• Bezugszeichenliste

10

Proportionalventil

12

Gehäuseteil

14

Gehäuseteil, Polkern

15

zentrale Bohrungen des Gehäuseteils 14

16

Anker

20

Hülse

22

Öffnung

30

Innenschieber

32

Steuerkante

40

Druckfeder

50

Druckstift

60

Führungsteil

61

Lagerflansch des Führungsteils 60

A

Ablauföffnung

K

Kanal

P

Strömungspfeil

R

Expansionsraum

S

Spalt

X

Mittenachse

Z

Zulauföffnung

Claims (8)

1. Elektromagnetisches Proportionalventil (10) zur Durchflussregelung eines durch ein Gehäuseteil (14) fließenden Druckmediums, wobei das Gehäuseteil (14) eine stirnseitige Zulauföffnung (Z) und eine Ablauföffnung (A) für das Druckmedium aufweist und ein zwischen der Zulauföffnung (Z) und der Ablauföffnung (A) befindlicher Kanal (K) mittels eines axial beweglichen Innenschiebers (30) zur Durchflussregelung des Druckmediums mehr oder weniger weit verschließbar ist, und – der Innenschieber (30) in einer Hülse (20) geführt ist, welche mindestens eine vom Innenschieber (30) verschließbare radiale Öffnung (22) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass – der Innenschieber topfförmig ausgebildet ist, – der Kanal (K) für das Druckmedium von der Zulauföffnung (Z) zur Außenseite der Hülse (20) durch deren Öffnung (22) sowohl in das Innere der Hülse (20) als auch in das Innere des Innenschiebers (30) und von dort zur Ablauföffnung (A) im Gehäuseteil (14) führt, – die Ablauföffnung (A) eine radiale Ablauföffnung ist, und – der Kanal (K) schleifenförmig von der Zulauföffnung (Z) zur Ablauföffnung (A) geführt ist.
2. Elektromagnetisches Proportionalventil (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseteil (14) ein Polkern ist.
3. Elektromagnetisches Proportionalventil (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von symmetrisch zu einer Mittenachse (X) des Proportionalventils (10) verteilte, stirnseitige Zulauföffnungen (Z) vorgesehen sind.
4. Elektromagnetisches Proportionalventil (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von radialen Ablauföffnungen (A) vorgesehen ist, welche symmetrisch zur Mittenachse (X) angeordnet sind.
5. Elektromagnetisches Proportionalventil (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass vier stirnseitige Zulauföffnungen (Z) und vier radiale Ablauföffnungen (A) vorgesehen sind.
6. Elektromagnetisches Proportionalventil (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zentrisch in das Gehäuseteil (14) ein Führungsteil (60) eingesetzt ist, in welchem axial ein Druckstift (50) geführt ist, der sich über eine Druckfeder (40) an einem Boden des Innenschiebers (30) abstützt.
7. Elektromagnetisches Proportionalventil (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenschieber (30) eine verjüngend zulaufende Steuerkante (32) aufweist.
8. Elektromagnetisches Proportionalventil (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe der Querschnitte der Zulauföffnungen (Z) gleich oder kleiner der Summe der Querschnitte der Auslassöffnungen (A) ist.

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