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Die Erfindung betrifft ein Magnetventil.
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In der älteren, nicht vorveröffentlichten Anmeldung
DE 10 2011 077 749 der Anmelderin ist ein Magnetventil mit einer Spule, einem innerhalb der Spule verschiebbaren Anker sowie einem Ventilschieber offenbart, wobei der Anker und der Ventilschieber als ein gemeinsames Bauteil ausgebildet sind. Das Magnetventil der älteren Anmeldung umfasst ferner ein Polrohr, in welchem das als Hülse ausgebildete gemeinsame Bauteil gleitend angeordnet ist, sowie eine Tauchstufe, in welche der Anker, also die Hülse, bei Bestromung der Spule eintaucht. Das Polrohr und die Tauchstufe sind bei der älteren Anmeldung als separate Bauteile ausgebildet, welche fluchtend in der Spule angeordnet sind.
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Mit der Erfindung soll eine weitere Verbesserung und Vereinfachung des Magnetventils nach dem Gegenstand der älteren Anmeldung erreicht werden.
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Im Unterschied zum Gegenstand der älteren Anmeldung sind die Tauchstufe und das Polrohr bei der Erfindung als integriertes, d. h. gemeinsames Bauteil ausgebildet. Vorteilhaft hierbei ist, dass sich die Zahl der Einzelteile für das Magnetventil reduziert und dass das integrierte Bauteil einfacher montierbar ist als zwei Bauteile, welche fluchtend zueinander angeordnet sind. Außerdem ist eine koaxiale Ausrichtung von Tauchstufe und Polrohr bei der Ausführung dieser Elemente als gemeinsames Bauteil immer gegeben.
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Bevorzugt handelt es sich bei dem Magnetventil um ein Magnetventil für ein Kraftfahrzeug, beispielsweise ein Personen- oder Nutzfahrzeug.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform weisen das Polrohr und die Tauchstufe eine gemeinsame durchgehende Bohrung mit einem konstanten Innendurchmesser auf, welcher dem Außendurchmesser der Hülse entspricht. Damit wird einerseits ein verbesserter Magnetfluss und andererseits – infolge eines nicht mehr vorhandenen Spalts – eine glatte Innenfläche, d. h. eine verbesserte axiale Beweglichkeit und Dynamik der Hülse innerhalb des integrierten Bauteiles erreicht.
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In einer hierzu alternativen bevorzugten Ausführungsform weisen das Polrohr und die Tauchstufe ebenfalls eine gemeinsame durchgehende Bohrung auf, welche allerdings im Bereich des Polrohres einen anderen Innendurchmesser aufweist als im Bereich der Tauchstufe, insbesondere einen kleineren Innendurchmesser. Dabei entspricht der Außendurchmesser der Hülse in dem jeweiligen Bereich dem Innendurchmesser der Bohrung. Das bedeutet der Außendurchmesser der Hülse ist im Bereich des Polrohres entsprechend dem Innendurchmesser der Bohrung anders als der Außendurchmesser im Bereich der Tauchstufe. Auf die Hülse (und damit den Anker und dem Ventilschieber) wirkt auf Grund der unterschiedlichen Durchmesser bei Druckbeaufschlagung des Magnetventils somit eine resultierende Druckkraft, wahlweise in Richtung der Tauchstufe oder des Polrohres, welche die Bewegung der Hülse in die jeweilige Richtung unterstützt, insbesondere zum Öffnungen oder Schließen des Ventils. Dies erhöht die Dynamik des Ventils. Je nachdem welche Wirkungsrichtung bevorzugt ist, kann der Innendurchmesser der Bohrung im Bereich des Polrohres größer oder kleiner sein, als der Innendurchmesser im Bereich der Tauchstufe. Innerhalb jedes dieser Bereiche ist der Außendurchmesser der Hülse an den jeweiligen Innendurchmesser der Bohrung angepasst. Bevorzugt korrespondieren die Innen- und Außendurchmesser hierbei derart, dass die Hülse in der gemeinsamen Bohrung gleitend axial bewegbar ist, beispielsweise durch Vorsehen einer Spiel- oder Übergangspassung.
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In einer bevorzugten Weiterbildung hiervon ist in einem Übergangsbereich zwischen den unterschiedlichen Außendurchmessern der Hülse in dem integrierten Bauteil (bestehend aus Polrohr und Tauchstufe) zumindest ein Durchbruch angeordnet, der eine dauerhafte Druckverbindung zwischen einer durch die unterschiedlichen Außendurchmesser der Hülse erzeugten Differenzfläche und einer der Anschlussöffnungen des Magnetventils bewirkt. Hierdurch kann die auf die Hülse wirkende resultierende Druckkraft in Öffnungs- oder Schließrichtung erhöht werden, was die Ventildynamik in die jeweilige Betätigungsrichtung verbessert.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das integrierte Bauteil einstückig ausgebildet, d. h. aus einem Teil hergestellt. Im weiteren Sinne kann der Begriff „einstückig“ hier auch so verstanden werden, dass beide Teile, die Tauchstufe und das Polrohr, fest zu einem Bauteil verbunden werden, z. B. durch Schweißen oder eine andere stoffschlüssige Verbindung.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist in die Tauchstufe ein Stutzen einsetzbar, welcher einen Anschlag für den Anker respektive die Hülse bildet. Durch den Anschlag des Stutzens wird der Hub des Ankers respektive der Hülse definiert.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Hülse respektive der Ventilschieber als Ringschieber ausgebildet. Er kann an mindestens einer Stirnseite einen Ventilsitz aufweisen. Der Ringschieber dichtet somit primär an seinem Umfang ab. Er kann aber zusätzlich noch an der als Ventilsitz ausgebildeten Stirnseite abdichten, wodurch eine höhere Dichtkraft im stromlosen Zustand des Magnetventils erreicht wird. Durch die als Ringschieber ausgeführte Hülse werden der Zulaufdruck und der Arbeitsdruck, welche an benachbarten Anschlussöffnungen anstehen, gegeneinander abgedichtet.
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Nach einer bevorzugten Weiterbildung hiervon ist im Ventilkörper ein fester, mit dem beweglichen Ventilsitz des Ringschiebers korrespondierender Ventilsitz angeordnet. Durch den beweglichen und den festen Ventilsitz wird das stirnseitig angeordnete Ringschieberventil komplettiert.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Anschlussöffnungen stirnseitig in dem Ventilkörper angeordnet. Vorzugsweise sind drei Anschlussöffnungen auf der Stirnseite vorgesehen, nämlich für einen Arbeitsdruck, einen Zulaufdruck sowie eine Entlüftung zu einem Tank. Durch die stirnseitige Anordnung ergibt sich die Möglichkeit einer Schnellkupplung.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben, wobei sich aus der Beschreibung und/oder der Zeichnung weitere Merkmale und/oder Vorteile ergeben können.
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Die einzige Figur zeigt ein Magnetventil
1, welches eine Spule
2 mit einer zylindrisch ausgebildeten Öffnung
3 sowie einen Ventilkörper
4 umfasst. Der Ventilkörper
4 besteht aus einem Grundkörper
4a und einem Abschlusskörper
4b, in welchem zumindest drei Anschlussöffnungen
5,
6,
7 angeordnet sind. In der ersten Anschlussöffnung
5 steht im Betrieb des Magnetventils ein Zulaufdruck p
zu an, in der zweiten Anschlussöffnung
6 steht im Betrieb des Magnetventils ein Arbeitsdruck p
A an, während die dritte Anschlussöffnung
7 in der Regel mit einem nicht dargestellten Tank oder Rücklauf verbunden ist. An der dritten Anschlussöffnung
7 steht demnach normalerweise ein atmosphärischer Umgebungsdruck an, der geringer ist als der Zulauf- und Arbeitsdruck. Das Magnetventil
1 umfasst ferner eine Hülse
8, welche – gemäß der älteren Anmeldung
DE 10 2011 077 749 – als gemeinsames Bauteil eines Ankers
8a und eines Ventilschiebers
8b ausgebildet ist. Der Ventilschieber
8b ist hier als Ringschieber ausgebildet. Er weist an seiner dem Abschlusskörper
4b zugewandten Stirnseite einen optionalen Ventilsitz
8c auf.
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Innerhalb der zylindrischen Öffnung 3 der Spule 2 ist ein integriertes, einstückig ausgebildetes Bauteil 9 angeordnet, welches einerseits eine Tauchstufe 9a (im oberen Bereich der Zeichnung) und andererseits ein Polrohr 9b (im unteren Bereich der Zeichnung) aufweist. Das einstückige Bauteil 9, in welches die Tauchstufe 9a und das Polrohr 9b integriert sind, im Folgenden auch als durchgehendes Polrohr 9 bezeichnet, ist aus einem magnetisch leitenden oder magnetisierbaren Werkstoff hergestellt und übt zwei Funktionen aus, nämlich die der Tauchstufe 9a und die des Polrohres 9b. Das durchgehende Polrohr 9 kann eine durchgehende Bohrung mit einem konstanten Innendurchmesser Di1 aufweisen. Im dargestellten Fall ist der Innendurchmesser Di1 der durchgehenden Bohrung allerdings im Bereich der Tauchstufe 9a gegenüber dem Innendurchmesser Di2 im Bereich des Polrohrs 9b verringert (Stufenbohrung). In der Bohrung ist die Hülse 8, welche einen Außendurchmesser da1 im Bereich der Tauchstufe 9a und einen hierzu geringeren Außendurchmesser da2 im Bereich des Polrohrs 9b aufweist, axial gleitend aufgenommen. Somit kann die an der Übergangsstelle bzw. dem Übergangsbereich Ü der unterschiedlichen Durchmesser Di1, Di2, da1, da2 erzeugte Differenzfläche A zur Druckführung verwendet werden. Im gezeigten Fall wird durch die Differenzfläche A eine resultierende Druckkraft auf die Hülse 8 in Richtung des Polrohrs 9b erzeugt, welche eine Schließbewegung der Hülse 8 unterstützt.
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In die Bohrung der Tauchstufe 9a ist ein Stutzen 10 eingesetzt, welcher eine Stirnfläche 10a aufweist. Die Stirnfläche 10a, die auch als weiterer Ventilsitz ausgebildet sein kann, bildet einen Anschlag für die Stirnfläche des Ankers 8a, welcher mit einem Hub h in die Tauchstufe 9a eintaucht. Die Tauchstufe 9a weist einen kegeligen Bereich auf, welcher den Anker 8a umgibt und auch als Steuerkonus bezeichnet wird, wobei der Steuerkonus nicht zwangsweise eine konische Form aufweisen muss. Zwischen der Stirnfläche des Ankers 8a und der Stirnfläche 10a des Stutzens 10 ist eine Ventilschließfeder 11 angeordnet, welche die Hülse 8, also den Anker 8a und den Ringschieber 8b, in Richtung des Abschlusskörpers 4b drückt. Hierdurch liegt eine Stirnseite des Ringschiebers 8b im stromlosen Zustand des Magnetventils an dem Abschlusskörper 4b an. Optional ist, wie in der Fig. gezeigt, an der Abschlusskörper-seitigen Stirnseite des Ringschiebers 8b ein Ventilsitz 8c vorgesehen, der im stromlosen Zustand als zusätzliche Abdichtung mit dem Abschlusskörper 4b zusammenwirkt.
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Die dritte Anschlussöffnung 7, welche bevorzugt zu einem nicht dargestellten Tank führt, ist mit einem Entlüftungskanal 12, der sich sowohl in Längsrichtung des Polrohres 9b als auch in radialer Richtung erstreckt, verbunden. In der Wandung der Hülse 8 sind radiale Durchbrüche 8d und in der Wandung des Polrohres 9b sind radiale Durchbrüche 9c angeordnet. In der dargestellten Position des Magnetventils 1 bzw. der Hülse 8 entlüftet der in der zentralen Anschlussöffnung 6 anstehende Arbeitsdruck pA über die Durchbrüche 8d, die Durchbrüche 9c und den Entlüftungskanal 12 sowie die dritte Anschlussöffnung 7 in den Tank. Das Polrohr 9b weist in seinem in der Zeichnung unten angeordneten Bereich weitere radiale Durchbrüche 9d auf, welche über einen Ringkanal mit der ersten Anschlussöffnung 5 in Strömungsverbindung stehen.
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Beim Übergangsbereich Ü zwischen den unterschiedlichen Innen- und Außendurchmesser Di1, Di2, da1, da2 der durchgehenden Bohrung bzw. der Hülse 8 sind ein oder mehrere zusätzliche radiale Durchbrüche 9e in dem Polrohr 9b vorgesehen. Diese bewirken eine dauerhafte Druckverbindung zwischen der Differenzfläche A der Hülse 8 (hervorgerufen durch die unterschiedlichen Außendurchmesser da1, da2) und der dritten Anschlussöffnung 7. Somit herrscht an der Differenzfläche A der atmosphärische Druck des Tanks, wenn die Anschlussöffnung 7 an diesen angeschlossen ist, wodurch sich die resultierende Druckkraft an der Hülse 8 ausbilden kann, um die Schließbewegung des Magnetventils zu unterstützen. Diese Druckverbindung besteht also unabhängig von der Ventilstellung des Magnetventils.
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Die Durchbrüche 8d, 9d, 9e sind jeweils bevorzugt als Radialbohrungen ausgeführt.
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Das Magnetventil 1 arbeitet im Betrieb wie folgt: Wie oben erwähnt, zeigt die Darstellung das Magnetventil 1 bei stromloser Spule 2 in Schließstellung. Der in der zweiten Anschlussöffnung 6 anstehende Arbeitsdruck pA ist gegenüber dem in der ersten Anschlussöffnung 5 anstehenden Zulaufdruck durch den Ringschieber 8b abgedichtet und zum Tank entlüftet. Zur Öffnung des Magnetventils 1 wird die Spule 2 bestromt, sodass der Anker 8a gegen die Wirkung der Ventilschließfeder 11 angezogen wird und unter Zurücklegung des Hubes h in die Tauchstufe 9a respektive den Steuerkonus eintaucht. Gleichzeitig wird die Verbindung zum Entlüftungskanal 12 unterbrochen. Damit strömt ein Druckmedium, vorzugsweise ein Hydrauliköl mit dem Zulaufdruck pzu aus der ersten Anschlussöffnung 5 über die Durchbrüche 9d in das Innere der Hülse 8, sodass dort auch der Zulaufdruck pzu ansteht, wodurch ein nicht dargestellter Aktuator oder ein Schaltelement betätigt werden können. Zum Schließen des Ventils wird die Spule 2 stromlos geschaltet, sodass der Anker 8a, also die Hülse 8 abfällt und diese durch die Ventilschließfeder 11 gegen den Abschlusskörper 4b gedrückt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Magnetventil
- 2
- Spule
- 3
- Spulenöffnung
- 4
- Ventilkörper
- 4a
- Grundkörper
- 4b
- Abschlusskörper
- 4c
- Ventilsitz
- 5
- erste Anschlussöffnung
- 6
- zweite Anschlussöffnung
- 7
- dritte Anschlussöffnung
- 8
- Hülse
- 8a
- Anker
- 8b
- Ventilschieber/Ringschieber
- 8c
- Ventilsitz
- 8d
- Durchbruch
- 9
- integriertes Bauteil
- 9a
- Tauchstufe
- 9b
- Polrohr
- 9c
- Durchbruch
- 9d
- Durchbruch
- 9e
- Durchbruch
- 10
- Stutzen
- 10a
- Stirnfläche
- 11
- Ventilschließfeder
- 12
- Entlüftungskanal
- A
- Differenzfläche
- Di1
- Innendurchmesser im Bereich der Tauchstufe 9a
- Di2
- Innendurchmesser im Bereich des Polrohrs 9b
- da1
- Außendurchmesser im Bereich der Tauchstufe 9a
- da2
- Außendurchmesser im Bereich des Polrohrs 9b
- pA
- Arbeitsdruck
- pzu
- Zulaufdruck
- h
- Hub
- Ü
- Übergangsbereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011077749 [0002, 0015]
