DE102015203733A1 - Valve arrangement and associated valve cartridge and solenoid valve - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung (10) mit einem beweglichen Stößel, welcher ein Schließelement (4.2) mit einer Schließgeometrie (12) aufweist, wobei die Schließgeometrie (12) mit einer Sitzgeometrie (14) eines Ventilsitzes (8) ein Ventil ausbildet, welches eine Fluidströmung zwischen einem Zufluss und mindestens einem Abfluss einstellt, wobei die Schließgeometrie (12) im geschlossenen Ventilzustand dichtend mit der Sitzgeometrie (14) zusammenwirkt, und im offenen Ventilzustand einen Durchflussbereich (15) zwischen dem Schließelement (4.2) und dem Ventilsitz (8) freigibt, sowie eine korrespondierende Ventilpatrone und ein korrespondierendes Magnetventil mit einer solchen Ventilanordnung (10). Erfindungsgemäß bilden die Schließgeometrie (12) und die Sitzgeometrie (14) an einem dem Zufluss zugewandten Zuströmbereich (15.1) des Durchflussbereichs (15) eine konische Düse (19.1) mit einem abnehmenden Durchlassquerschnitt (AZ) und an einem dem mindestens einen Abfluss zugewandten Abströmbereich (15.2) des Durchflussbereichs (15) einen Diffusor (19.2) mit einem zunehmenden Querschnitt (AA) aus.The invention relates to a valve arrangement (10) with a movable plunger, which has a closing element (4.2) with a closing geometry (12), wherein the closing geometry (12) with a seat geometry (14) of a valve seat (8) forms a valve, which forms a Fluid flow between an inlet and at least one outflow adjusts, wherein the closing geometry (12) in the closed valve state sealingly with the seat geometry (14) cooperates, and in the open valve state, a flow area (15) between the closing element (4.2) and the valve seat (8) releases , as well as a corresponding valve cartridge and a corresponding solenoid valve with such a valve arrangement (10). According to the invention, the closing geometry (12) and the seat geometry (14) form a conical nozzle (19.1) with a decreasing passage cross-section (AZ) at an inflow area (15.1) of the flow area (15) facing the inflow and at an outflow area facing the at least one outlet (15.1). 15.2) of the flow area (15) has a diffuser (19.2) with an increasing cross-section (AA).
Description
Die Erfindung geht aus von einer Ventilanordnung nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs 1, einer Ventilpatrone nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs 8 sowie von einem Magnetventil nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs 9.The invention relates to a valve assembly according to the preamble of independent claim 1, a valve cartridge according to the preamble of
Ein herkömmliches als stromlos offenes Regelventil ausgeführtes Magnetventil wird beispielsweise als Einlassventil eingesetzt, welches bei Regelvorgängen in einem Antiblockiersystem (ABS) oder einem Antriebsschlupfregelsystem (ASR-System) oder einem elektronischen Stabilitätsprogrammsystem (ESP-System) den Druckaufbau in einer Radbremszange steuert. Bei einem voll bestromten Einlassventil wird eine hydraulische Verbindung zwischen einem Hauptbremszylinder und der Radbremszange unterbrochen. Durch die Bestromung wird ein Schließelement bzw. Stößel mit einer Dichtgeometrie in einen korrespondierenden Ventilsitz gedrückt, so dass kein Fluid mehr durch das Ventil strömen kann. Da es sich bei dem o.g. Einlassventil um ein stellbares Ventil handelt, kann es für unterschiedliche elektrische Ströme unterschiedliche Ventilhübe einnehmen. In Abhängigkeit des Ventilstromes und der am Ventil anliegenden Druckdifferenz stellt sich ein Kräftegleichgewicht ein, so dass das Schließelement in einer definierten Hubposition verharrt und ein den Randbedingung entsprechender Volumenstrom durch das Ventil fließen kann. Somit wird der Volumenstrom über das Einlassventil geregelt, welches über den elektrischen Strom gestellt wird. Über ein abgespeichertes Durchfluss-Strom-Kennfeld wird im Fahrzeug der Bremsdruck der Radbremse stromab des Einlassventils eingestellt. Bei mitunter auftretender Kavitation in der drosselförmigen Ventilgeometrie vor dem Dichtsitz, kann der Volumenstrom begrenzt werden. Dadurch kann der Druckaufbau in der Radbremse im Vergleich zur Vorhersage des Durchfluss-Strom-Kennfelds verlangsamt erfolgen. Dadurch kann der Betriebsbereich des Einlassventils auf kleine Druckdifferenzen eingeschränkt werden. Diese Einschränkung kann beispielsweise über einen Pulsweitenmodulationsbetrieb mit kurzzeitigem Vollhub des Einlassventils aufgehoben werden, welcher unter Inkaufnahme einer stärkeren Geräuschbildung höhere Druckdifferenzen erlaubt.A conventional designed as normally open control valve solenoid valve is used for example as an inlet valve, which controls the pressure build-up in a Radbremszange during control operations in an antilock braking system (ABS) or a traction control system (ASR system) or an electronic stability program system (ESP system). With a fully energized intake valve, a hydraulic connection between a master cylinder and the wheel brake caliper is interrupted. By energizing a closing element or plunger is pressed with a sealing geometry in a corresponding valve seat, so that no fluid can flow through the valve. Since it is the o.g. Inlet valve is an adjustable valve, it can take different valve lifts for different electrical currents. Depending on the valve current and the pressure difference applied to the valve, an equilibrium of forces arises, so that the closing element remains in a defined stroke position and a volume flow corresponding to the boundary condition can flow through the valve. Thus, the volume flow is controlled via the inlet valve, which is placed on the electric current. A stored flow-current map is used to set the brake pressure of the wheel brake in the vehicle downstream of the intake valve. In case of occasional cavitation in the throttle valve geometry in front of the sealing seat, the volume flow can be limited. As a result, the pressure build-up in the wheel brake can be slowed compared to the prediction of the flow-current characteristic map. Thereby, the operating range of the intake valve can be limited to small pressure differences. This restriction can be canceled, for example, via a pulse width modulation operation with short-term full lift of the intake valve, which allows higher pressure differences at the expense of greater noise.
Aus der
In der Offenlegungsschrift
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die erfindungsgemäße Ventilanordnung und die erfindungsgemäße Ventilpatrone sowie das erfindungsgemäßen Magnetventil mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche haben demgegenüber den Vorteil, dass die Sitzgeometrie des Ventilsitzes und die Schließgeometrie des Schließelements im Zuströmbereich als konische Düse und im Abströmbereich als Diffusor ausgelegt werden. Damit wird die Kavitation in den Bereich des Diffusors verschoben und hat keinen begrenzenden Einfluss auf den Volumenstrom durch das geöffnete Ventil.The valve assembly according to the invention and the valve cartridge according to the invention and the solenoid valve according to the invention with the features of the independent claims have the advantage that the seat geometry of the valve seat and the closing geometry of the closing element in the inflow area are designed as a conical nozzle and in the outflow as a diffuser. This moves the cavitation into the area of the diffuser and has no limiting effect on the volume flow through the open valve.
In vorteilhafter Weise ist das Durchfluss-Strom-Kennfeld auch in kavitierenden Betriebspunkten eindeutig und es können hohe Druckdifferenzen über das Ventil zugelassen werden. Damit ist der Bremsweg des Fahrzeugs zuverlässig und es kann in vorteilhafte Weise auf den geräuschintensiven Einsatz eines Pulsweitenmodulationsbetriebs verzichtet werden.Advantageously, the flow-flow characteristic map is also unambiguous in cavitating operating points and high pressure differences across the valve can be permitted. Thus, the braking distance of the vehicle is reliable and it can be omitted in an advantageous manner to the noise-intensive use of a pulse width modulation operation.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen eine Ventilanordnung mit einem beweglichen Stößel zur Verfügung, welcher ein Schließelement mit einer Schließgeometrie aufweist, wobei die Schließgeometrie mit einer Sitzgeometrie eines Ventilsitzes ein Ventil ausbildet, welches eine Fluidströmung zwischen einem Zufluss und mindestens einem Abfluss einstellt. Hierbei wirkt die Schließgeometrie im geschlossenen Ventilzustand dichtend mit der Sitzgeometrie zusammen, und gibt im offenen Ventilzustand einen Durchflussbereich zwischen dem Schließelement und dem Ventilsitz frei. Erfindungsgemäß bilden die Schließgeometrie und die Sitzgeometrie an einem dem Zufluss zugewandten Zuströmbereich des Durchflussbereichs eine konische Düse mit einem abnehmenden Durchlassquerschnitt und an einem dem mindestens einen Abfluss zugewandten Abströmbereich des Durchflussbereichs einen Diffusor mit einem zunehmenden Querschnitt aus. Embodiments of the present invention provide a valve assembly having a movable plunger having a closure member with a closure geometry, the closure geometry having a seat geometry of a valve seat forming a valve that adjusts fluid flow between an inlet and at least one drain. Here, the closing geometry in the closed valve state sealingly cooperates with the seat geometry, and is in the open valve state, a flow area between the closing element and the valve seat free. According to the invention, the closing geometry and the seat geometry form a conical nozzle with a decreasing passage cross section at an inflow area of the flow area facing the inflow and a diffuser with an increasing cross section at an outflow area of the flow area facing the at least one outlet.
Zudem wird eine Ventilpatrone mit einer Hülse, einem Ventileinsatz, welcher mit einem Ende in die Hülse eingeschoben ist und am anderen Ende einen Ventilkörper mit einem Ventilsitz aufnimmt, und einer erfindungsgemäßen Ventilanordnung mit einem axial beweglich geführten Stößel vorgeschlagen, welcher einen Schaft und ein Schließelement mit einer Schließgeometrie aufweist, wobei die Schließgeometrie mit einer Sitzgeometrie des Ventilsitzes ein Ventil ausbildet, welches eine Fluidströmung zwischen einem Zufluss und mindestens einem Abfluss einstellt.In addition, a valve cartridge with a sleeve, a valve insert which is inserted with one end into the sleeve and at the other end receives a valve body with a valve seat, and a valve arrangement according to the invention with an axially movably guided plunger proposed which a shaft and a closing element with a closing geometry, wherein the closing geometry with a seat geometry of the valve seat forms a valve which adjusts a fluid flow between an inlet and at least one outflow.
Des Weiteren wird ein Magnetventil mit einer Magnetbaugruppe, einer erfindungsgemäßen Ventilpatrone und einem Ventilunterteil vorgeschlagen, welches sich axial an der Ventilpatrone abstützt.Furthermore, a solenoid valve with a magnet assembly, a valve cartridge according to the invention and a valve body is proposed, which is supported axially on the valve cartridge.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen der im unabhängigen Patentanspruch 1 angegebenen Ventilanordnung und des im unabhängigen Patentanspruch 9 angegebenen Magnetventils möglich.The measures and refinements recited in the dependent claims advantageous improvements of the independent claim 1 valve assembly and the specified in the
Besonders vorteilhaft ist, dass die Sitzgeometrie eine umlaufende Dichtkante aufweisen kann, welche im geschlossenen Ventilzustand dichtend mit der Schließgeometrie zusammenwirken kann. Zudem kann die Sitzgeometrie im Zuströmbereich eine erste Steigung und im Abströmbereich eine zweite Steigung aufweisen, welche kleiner als die erste Steigung ist.It is particularly advantageous that the seat geometry may have a peripheral sealing edge, which can cooperate sealingly in the closed valve state with the closing geometry. In addition, the seat geometry may have a first gradient in the inflow region and a second gradient in the outflow region, which is smaller than the first gradient.
In vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Ventilanordnung kann die Sitzgeometrie im Zuströmbereich einen ersten Winkel im Bereich von 135 bis 145° zur Längsachse der Ventilanordnung aufweisen. Des Weiteren kann die Sitzgeometrie im Abströmbereich einen zweiten Winkel im Bereich von 125 bis 130° zur Längsachse der Ventilanordnung aufweisen. Dadurch verläuft der Abströmbereich flacher als der Zuströmbereich.In an advantageous embodiment of the valve arrangement according to the invention, the seat geometry in the inflow region may have a first angle in the range of 135 to 145 ° to the longitudinal axis of the valve arrangement. Furthermore, the seat geometry in the outflow region may have a second angle in the range from 125 to 130 ° to the longitudinal axis of the valve arrangement. As a result, the outflow region runs flatter than the inflow region.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Ventilanordnung kann die Dichtkante den Zuströmbereich vom Abströmbereich trennen. Das bedeutet, dass an der Dichtkante die wirksame Durchflussquerschnittsfläche im Durchflussbereich am kleinsten ist. Alternativ kann zwischen dem Zuströmbereich und dem Abströmbereich eine Dichtfläche angeordnet sein.In a further advantageous embodiment of the valve arrangement according to the invention, the sealing edge can separate the inflow region from the outflow region. This means that at the sealing edge, the effective flow cross sectional area in the flow area is the smallest. Alternatively, a sealing surface may be arranged between the inflow region and the outflow region.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Ventilanordnung kann die Schließgeometrie als Kugelkalotte ausgeführt werden.In a further advantageous embodiment of the valve arrangement according to the invention, the closing geometry can be performed as a spherical cap.
In vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Magnetventils kann sich in Abhängigkeit von einem die Magnetkraft erzeugenden elektrischen Strom und einem zwischen dem Zufluss und dem mindestens einen Abfluss anliegenden Differenzdruck ein Kräftegleichgewicht einstellen, so dass das Schließelement in einer vorgegebenen Hubposition verharrt.In an advantageous embodiment of the solenoid valve according to the invention, depending on a magnetic force generating electric current and a voltage applied between the inflow and the at least one drain differential pressure can set a balance of power, so that the closing element remains in a predetermined stroke position.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen Komponenten bzw. Elemente, die gleiche bzw. analoge Funktionen ausführen.An embodiment of the invention is illustrated in the drawings and will be explained in more detail in the following description. In the drawings, like reference numerals designate components that perform the same or analog functions.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Wie aus
Die erfindungsgemäße Ventilanordnung
Wie aus
Wie aus
Wie aus
Bei der in
Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Ausbildung des Zuströmbereichs
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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