DE102019204195A1

DE102019204195A1 - Sitzventil

Info

Publication number: DE102019204195A1
Application number: DE102019204195.7A
Authority: DE
Inventors: Stefan Christian Munteanu; Koen Vermolen; Dirk De Mulder
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2019-03-27
Filing date: 2019-03-27
Publication date: 2020-10-01

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Sitzventil, das als bistabiles, druckausgeglichenes Elektromagnetventil ausgeführt ist, wozu insgesamt zwei Magnetspulen (1, 2) hintereinander innerhalb eines Jochblechs (3) an einem Ventilgehäuse (4) angeordnet sind, wobei unter Zuhilfenahme eines Permanentmagneten (6) die beiden Magnetspulen (1, 2) zur Betätigung des Magnetankers (5) in jeweils eine seiner beiden stabilen Endlagen ausschließlich getrennt voneinander elektrisch beaufschlagbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Sitzventil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein bekanntes Sitzventil der angegebenen Art ( EP 1 332 080 B1 ) ist als binär schaltendes, druckkompensiertes Elektromagnetventil mit großem Durchfluss und/oder Druckdifferenz ausgeführt, dessen Ventilsitz durch einen von einer Rückstellfeder beaufschlagten Ventilschließkörper abgedichtet wird, wobei eine am Ventilschließkörper angeordnete Kompensationsdichtung als eine Ringdichtung ausgeführt ist, die den Außenmantel des Ventilschließkörpers radial beaufschlagt.
Folglich verursacht die Rückstellfeder eine erhöhte Betätigungskraft und die Kompensationsdichtung eine unerwünschte Reibung, einen zunehmenden Verschleiß der Ringdichtung, vermehrt Leckage und somit insgesamt erhöhte Magnetkräfte zum Betätigen und Halten des Ventilschließkörpers in seiner Schließstellung, sodass eine besonders leistungsfähige, mit entsprechend hoher elektrischer Energie zu betreibende Magnetspule notwendig ist.
Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Sitzventil der angegebenen Art derart zu verbessern, dass dieses die vorgenannten Nachteile nicht aufweist, wobei nach Möglichkeit ein kostengünstiges, mit geringer elektrischer Energie betreibbares Sitzventil geschaffen werden soll, das keine Rückstellfeder benötigt und überdies möglichst geringe Schaltgeräusche aufweisen soll.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für ein Sitzventil der angegebenen Art durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele hervor.
Es zeigen:

1 im Längsschnitt das erfindungsgemäße Sitzventil in seiner geschlossenen Schaltstellung,
2 im Längsschnitt das erfindungsgemäße Sitzventil nach 1 in seiner geöffneten Schaltstellung.

Die 1 und 2 zeigen im Längsschnitt sämtliche Einzelheiten eines Sitzventils, dessen Ventilgehäuse 4 einen axial beweglichen Magnetanker 5 und einen mit einem Ventilstößel 7 verbundenen Ventilschließkörper 11 aufnimmt. Im unteren Abschnitt des Ventilgehäuses 4 ist wenigstens ein Ventilsitz 10, vorzugsweise sind jedoch zwei Ventilsitze 10 angeordnet, während der obere Endabschnitt des Ventilgehäuses 4 von einem stopfenförmigen Magnetkern 9 verschlossen ist. Ferner befinden sich am Ventilgehäuse 4 zwei Magnetspulen 1, 2 zur Erregung des Magnetankers 5 in entgegengesetzte Schaltstellungen, in welcher der Ventilschließkörper 11 entweder an den beiden Ventilsitzen 10 anliegt, um eine Druckmittelverbindung zwischen wenigstens zwei in das Ventilgehäuse einmündende Druckanschlüsse 17 zu sperren (siehe 1) oder in eine Schaltstellung, in welcher der Ventilschließkörper 11 von den Ventilsitzen 10 abgehoben ist, um die Druckmittelverbindung zwischen den zwei in das Ventilgehäuse 4 einmündende Druckanschlüsse freizugeben (siehe 2).
Wie aus den 1 und 2 hervor geht, sind beide Magnetspulen 1, 2 hintereinander innerhalb eines Jochblechs 3 am Ventilgehäuse 4 angeordnet, wobei die beiden Magnetspulen 1, 2 zur Betätigung des mit einem Permanentmagneten 6 versehenen Magnetankers 5 in jeweils eine seiner beiden Endlagen ausschließlich getrennt voneinander elektrisch ansteuerbar sind.
Vorteilhaft lässt sich der Magnetanker 5 somit in Abhängigkeit der Ansteuerung der einen oder anderen Magnetspule 1, 2 mit minimalem Energieaufwand durch die Unterstützung der Kraftwirkung des Permanentmagneten 6 in die eine oder andere Richtung bewegen sowie in der einen oder anderen Endlage positionieren, in welcher der Ventilschließkörper 11 entweder die Ventilsitze 10 verschlossen hält oder von den Ventilsitze 10 abgehoben verharrt.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Permanentmagnet 6 funktional besonders zweckmäßig sowie kompakt bauend als eine Buchse ausgeführt, die zwischen dem zylinderförmigen Magnetanker 5 und dem Ventilstößel 7 vorzugsweise reibschlüssig fixiert ist.
Ferner ist zwischen den beiden Magnetspulen 1, 2 eine Jochscheibe 8 eingefügt, die mit ihrem Außenumfang die Innenwand des hülsenförmigen Jochblechs 3 reibschlüssig kontaktiert, um den Magnetkreis für beide Magnetspulen 1, 2 und damit die Funktion des Magnetantriebs in beiden Richtungen sicherzustellen.
Zur elektrischen Beaufschlagung der beiden Magnetspulen 1, 2 mit Gleichstrom ist jede Magnetspule 1, 2 mit einem Pluspol 12, 13 versehen, während die Masseverbindung beider Magnetspulen 1, 2 auf besonders einfache Weise durch einen gemeinsamen Minuspol 14 hergestellt ist.
Infolge einer elektrischen Bestromung der ersten Magnetspule 1 über den zugehörigen ersten Pluspol 12 lässt sich eine erste, in Richtung des Magnetkerns 9 wirksame Magnetkraft F1 erzeugen, die der Ventilschließrichtung entgegengesetzt ist, wodurch sich der Magnetanker 5 entsprechend der Darstellung in 2 zum Magnetkern 9 bewegt, um den Ventilschließkörper 11 von den beiden Ventilsitze 10 im unteren Ventilgehäuse 4 abzuheben.
Ebenso lässt sich infolge einer elektrischen Bestromung der zweiten Magnetspule 2 über den zugehörigen zweiten Pluspol 13 eine zweite, in Richtung des Ventilsitzes 10 wirksame Magnetkraft F2 erzeugen, die der Ventilöffnungsrichtung entgegengesetzt ist, wodurch sich der Magnetanker 5 entsprechend der Darstellung in 1 vom Magnetkern 9 entfernt, um den Ventilschließkörper 11 an den beiden Ventilsitze 10 anzulegen.
Unabhängig davon, welche der beiden Magnetspulen 1, 2 elektrisch bestromt wird, wirken infolge des Permanentmagneten 6 zusätzlich zwei diametral gerichtete Haltekräfte F3, F4, welche die Wirkung des Magnetankers 5 unterstützen und diesen jeweils in einer seiner beiden Endlagen verharren lassen, in denen der Ventilschließkörper 11 entweder von den Ventilsitzen 10 abgehoben ist oder aber die beiden Ventilsitz 10 vom Ventilschließkörper 11 verschlossen sind.
Folglich ist der Ventilschließkörper 11 in seine von den Ventilsitzen 10 abgehobenen Stellung bewegbar, sobald mittels einer elektrischen Bestromung der dem Magnetkern 9 zugewandten ersten Magnetspule 1 eine in Richtung des Magnetkerns 9 wirksame erste Magnetkraft F1 erzeugbar ist, die größer ist als eine Haltekraft F4 des Permanentmagneten 6, die der ersten Magnetkraft F1 entgegengerichtet ist. Gemäß der Darstellung nach 2 verharrt der Ventilschließkörper 11 in seiner von den Ventilsitzen 10 abgehobenen Stellung, wenn eine zur ersten Magnetkraft F1 gleichgerichtete Haltekraft F3 des Permanentmagneten 6 infolge der Annäherung an den Magnetkern 9 größer ist als dessen entgegengesetzt wirkende Haltekraft F4.
Im Umkehrschluss ist der Ventilschließkörper 11 ebenso in Richtung der Ventilsitze 10 bewegbar, wenn mittels einer elektrischen Bestromung der vom Magnetkern 9 abgewandten zweiten Magnetspule 2 eine in Richtung der Ventilsitze 10 wirksame zweite Magnetkraft F2 erzeugbar ist, die größer ist als die Haltekraft F3 des Permanentmagneten 6, die der zweiten Magnetkraft F2 entgegengerichtet ist. Gemäß der Darstellung nach 1 verharrt der Ventilschließkörper 11 an den beiden Ventilsitzen 10, wenn eine zur zweiten Magnetkraft F2 gleichgerichtete Haltekraft F4 des Permanentmagneten 6 infolge der Annäherung an das den Magnetfluss leitende Gehäusezwischenteil 16 größer ist als dessen entgegengesetzt, in Richtung des Magnetkerns 9 wirkende Haltekraft F3.
Vorteilhaft lässt sich durch die Wirkung des Permanentmagneten 6 die Lorenzkraft erhöhen, sodass kleinere Magnetspulen 1, 2 verwendet werden können.
Der Ventilschließkörper 11 weist zwei koaxial zueinander ausgerichtete Dichtscheiben auf, die sich infolge einer elektromagnetischen Ventilbetätigung mit ihren axialen Dichtringflächen synchron an den beiden axialen Dichtringflächen der beiden Ventilsitze 4 anlegen. Die Dichtringflächen sind bevorzugt als Flachdichtungen ausgeführt und weisen vorzugsweise zur hydraulischen Druckkompensation einem identischen Abdichtdurchmesser auf.
Die Figuren verdeutlichen somit ein binär schaltendes, je nach gewähltem Druckmedium pneumatisch oder hydraulisch druckausgeglichenes Doppelsitzventil, an dessen Ventilschließkörper 11 die Dichtringflächen in Tandembauweise angeordnet sind.
Das Ventilgehäuse 4 ist in Patronenbauweise mehrteilig ausgeführt, bestehend aus einem hülsenförmigen Gehäuseoberteil zur Aufnahme des Magnetkerns 9, des Magnetankers 5 und der beiden Magnetspulen 1, 2, dem Gehäuseunterteil zur Aufnahme der beiden Ventilsitze 10, sowie aus dem massiven, den Magnetfluss leitenden Gehäusezwischenteil 16, das das hülsenförmige Gehäuseoberteil mit dem massiven Gehäuseunterteil verbindet.
Ferner befindet sich zur Anschlagdämpfung zwischen dem Magnetanker 5 und dem Magnetkern 9 ein elastisches Dämpfungselement 15, das beispielhaft als O-Ring am oberen Ende des Ventilstößels 7 besonders kompakt bauend integriert ist.
Bezugszeichenliste

1: Magnetspule
2: Magnetspule
3: Jochblech
4: Ventilgehäuse
5: Magnetanker
6: Permanentmagnet
7: Ventilstößel
8: Jochscheibe
9: Magnetkern
10: Ventilsitz
11: Ventilschließkörper
12: Pluspol
13: Pluspol
14: Minuspol
15: Dämpfungselement
16: Gehäusezwischenteil
17: Druckanschluss

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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.
Zitierte Patentliteratur

EP 1332080 B1 [0002]

Claims

Sitzventil, mit einem Ventilgehäuse, das einen axial beweglichen Magnetanker und wenigstens einen mit einem Ventilstößel verbundenen Ventilschließkörper aufnimmt, mit einem im Ventilgehäuse fixierten Ventilsitz und einem diametral zum Ventilsitz angeordneten Magnetkern, sowie mit einer Magnetspule zur Erregung des Magnetankers in wenigstens eine Schaltstellung, in welcher der Ventilschließkörper am Ventilsitz anliegt, um eine Druckmittelverbindung zwischen wenigstens zwei in das Ventilgehäuse einmündende Druckanschlüsse zu sperren, dadurch gekennzeichnet, dass insgesamt zwei Magnetspulen (1, 2) hintereinander innerhalb eines Jochblechs (3) am Ventilgehäuse (4) angeordnet sind, und dass die beiden Magnetspulen (1, 2) zur Betätigung des mit einem Permanentmagneten (6) versehenen Magnetankers (5) in jeweils eine seiner beiden Endlagen ausschließlich getrennt voneinander elektrisch ansteuerbar sind.
Sitzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Kraftwirkung des Permanentmagneten (6) der Magnetanker (5) in Abhängigkeit der Ansteuerung der einen oder anderen Magnetspule (1, 2) jeweils in einer der beiden Endlagen verharrt.
Sitzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (6) als eine Buchse ausgeführt ist, die zwischen dem Magnetanker (5) und dem Ventilstößel (7) fixiert ist.
Sitzventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden Magnetspulen (1, 2) eine Jochscheibe (8) eingefügt ist, die mit ihrem Außenumfang die Innenwand des hülsenförmigen Jochblechs (3) reibschlüssig kontaktiert.
Sitzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur elektrischen Beaufschlagung der beiden Magnetspulen (1, 2) mit Gleichstrom jede Magnetspule (1, 2) mit einem Pluspol (12, 13) versehen ist, und dass beide Magnetspulen (1, 2) einen gemeinsamen Minuspol (14) aufweisen.
Sitzventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer elektrischen Bestromung der ersten Magnetspule (1) über den zugehörigen ersten Pluspol (12) eine erste, in Richtung des Magnetkerns (9) wirksame Magnetkraft (F1) erzeugbar ist, die der Ventilschließrichtung entgegengesetzt ist.
Sitzventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer elektrischen Bestromung der zweiten Magnetspule (2) über den zugehörigen zweiten Pluspol (13) eine zweite, in Richtung des Ventilsitzes (10) wirksame Magnetkraft (F2) erzeugbar ist, die der Ventilöffnungsrichtung entgegengesetzt ist.
Sitzventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass unabhängig davon, welche der beiden Magnetspulen (1, 2) elektrisch bestromt ist, im Permanentmagnet (6) zwei diametral gerichtete Haltekräfte (F3, F4) wirksam sind, die den Magnetanker (5) jeweils in einer seiner beiden Endlagen verharren lassen, in denen der Ventilschließkörper (11) entweder vom Ventilsitz (10) abgehoben ist oder der Ventilsitz (10) vom Ventilschließkörper (11) verschlossen ist.
Sitzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschließkörper (11) in seine vom Ventilsitz (10) abgehobenen Stellung bewegbar ist, wenn mittels einer elektrischen Bestromung der dem Magnetkern (9) zugewandten ersten Magnetspule (1) eine in Richtung des Magnetkerns (9) wirksame erste Magnetkraft (F1) erzeugbar ist, die größer ist als eine Haltekraft (F4) des Permanentmagneten (6), die der ersten Magnetkraft (F1) entgegengerichtet ist.
Sitzventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschließkörper (11) in seine vom Ventilsitz (10) abgehobenen Stellung verharrt, wenn eine zur ersten Magnetkraft (F1) gleichgerichtete Haltekraft (F3) des Permanentmagneten (6) größer ist als dessen entgegengesetzt wirkende Haltekraft (F4).
Sitzventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschließkörper (11) in Richtung des Ventilsitzes (10) bewegbar ist, wenn mittels einer elektrischen Bestromung der vom Magnetkern (9) abgewandten zweiten Magnetspule (2) eine in Richtung des Ventilsitzes (10) wirksame zweite Magnetkraft (F2) erzeugbar ist, die größer ist als eine Haltekraft (F3) des Permanentmagneten (6), die der zweiten Magnetkraft (F2) entgegengerichtet ist.
Sitzventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschließkörper (11) am Ventilsitz (10) verharrt, wenn eine zur zweiten Magnetkraft (F2) gleichgerichtete Haltekraft (F4) des Permanentmagneten (6) größer ist als dessen entgegengesetzt, in Richtung des Magnetkerns (9) wirkende Haltekraft (F3).