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Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der provisorischen
US-Anmeldung Nr. 63/335.282 , eingereicht am 27. April 2022, deren gesamter Inhalt hiermit unter Bezugnahme aufgenommen wird.
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Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen eine Ventilbaugruppe und insbesondere eine Magnetventilbaugruppe zur Steuerung der Strömung von Fluiden, einschließlich Flüssigkeiten oder Gasen.
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Ein typisches Vehikel weist ein oder mehrere hydraulische Systeme auf, die die Strömung von Fluiden, wie Hydraulikflüssigkeiten, Getriebeflüssigkeiten, Ölen und/oder andere Fluiden und Schmiermitteln steuern. Solche hydraulischen Systeme verwenden üblicherweise eine Reihe von Magnetventilen, die jeweils ein elektrisch gesteuertes Solenoid mit einem Schiebeanker, der magnetisch von einem stationären Polstück angezogen wird, aufweisen.
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Obwohl solche Systeme und Ventile allgemein bekannt sind, kann es wünschenswert sein, ein verbessertes Magnetventil bereitzustellen, das Austreten von Fluid minimieren und eine Mindestmenge von elektrischem Strom abziehen kann.
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Gemäß einem Beispiel wird eine Magnetventilbaugruppe zur Steuerung der Strömung von Fluiden bereitgestellt, umfassend: ein Gehäuse; einen Spulenkörper und eine Spule, die mindestens teilweise von dem Gehäuse umgeben werden, wobei die Spule dazu eingerichtet ist, ein elektromagnetisches Feld zu erzeugen, wenn ein elektrischer Strom durch die Spule fließt; einen Körper, der mindestens teilweise von der Spule umgeben wird, wobei der Körper einen oberen Teil, einen unteren Teil, eine axiale Bohrung und erste und zweite Anschlussöffnungen aufweist; ein Polstück, das stationär in der axialen Bohrung des Körpers angeordnet ist, wobei das Polstück ein ferromagnetisches Material aufweist; ein Anker, der gleitfähig in der axialen Bohrung des Körpers angeordnet ist, wobei der Anker ein ferromagnetisches Material aufweist; eine Feder, die vorgespannt ist, um das Polstück und den Anker auseinanderzuschieben, wobei das Polstück und der Anker dazu eingerichtet sind, gegen die Vorspannung der Feder magnetisch zueinander gezogen zu werden, wenn das elektromagnetische Feld erzeugt wird; eine primäre Dichtung, die zwischen der ersten Anschlussöffnung und der zweiten Anschlussöffnung angeordnet ist, wobei die primäre Dichtung eine primäre Dichtungsfläche und einen primären Dichtungssitz aufweist, wobei die erste Anschlussöffnung und die zweite Anschlussöffnung miteinander in Fluidverbindung stehen, wenn die primäre Dichtung geöffnet ist, und die erste Anschlussöffnung und die zweite Anschlussöffnung in Fluidisolation voneinander sind, wenn die primäre Dichtung geschlossen ist; und eine sekundäre Dichtung, die an einer Gleitverbindung zwischen einer Außenseite des Ankers und einer Innenseite der axialen Bohrung des Körpers hergestellt wird, wobei die sekundäre Dichtung eine Dichtung mit geringem Spiel und verlängerter Länge ist.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Magnetventilbaugruppe beliebige ein oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen, entweder einzeln oder in jeder technisch machbaren Kombination:
- - der obere Teil des Körpers dient als ein elektromagnetischer Kern und weist einen Ausschnitt auf, wobei der Ausschnitt an einer axialen Position entlang einer Außenseite des Körpers angeordnet ist und zum Herstellen getrennter magnetischer Pole innerhalb des Körpers beiträgt;
- - der untere Teil des Körpers dient als eine Strukturhülse und weist einen radialen Durchgang, der mit der ersten Anschlussöffnung verbunden ist, und einen axialen Durchgang auf, der mit der zweiten Anschlussöffnung verbunden ist, wobei der radiale Durchgang ein Fluiddurchgang oder Kanal ist, der sich um den Umfang mindestens eines Abschnitts des unteren Teils erstreckt und mit der ersten Anschlussöffnung in Fluidverbindung steht, wobei der axiale Durchgang ein Fluiddurchgang oder Kanal ist, der sich axial innerhalb mindestens eines Abschnitts des unteren Teils erstreckt und mit der zweiten Anschlussöffnung in Fluidverbindung steht;
- - der Körper weist ferner eine radiale Einkerbung auf, die zwischen einer Außenseite des Ankers und einer Innenseite des Körpers angeordnet ist, wobei die radiale Einkerbung den Umfang des Ankers umgibt und eine Druckzentrierungsnut ist, um den Anker in einer konzentrischen Ausrichtung zu halten und eine radial ausbalancierte Konstruktion bereitzustellen;
- - das Polstück weist einen oberen Teil, einen unteren Teil mit einer Rastfläche, und eine geschlossene axiale Bohrung auf, wobei die Feder mindestens teilweise in der geschlossenen axialen Bohrung des Polstücks angeordnet ist;
- - die Rastfläche des unteren Teils ist eine ringförmige Fläche, die den Umfang einer Öffnung in die geschlossene axiale Bohrung umgibt, wobei die Rastfläche den Anker magnetisch anzieht und den Anker zum Polstück zieht, wenn das elektromagnetische Feld erzeugt wird;
- - die Rastfläche wird ohne Überzug, Oberflächenbeschichtungen oder Oberflächenschichten bereitgestellt, um eine enger verknüpfte Metall/Metall-Grenzfläche mit einer entsprechenden Rastfläche des Ankers zu erzeugen, wodurch eine räumliche Trennung zwischen den gegenüberliegenden Rastflächen minimiert wird;
- - der Körper oder das Polstück weist einen ringförmigen Dichtungskanal und eine innere ringförmige Dichtung auf, wobei die innere ringförmige Dichtung im ringförmigen Dichtungskanal angeordnet ist und ein inneres Fluidnetzwerk innerhalb der Magnetventilbaugruppe nur mit der inneren ringförmigen Dichtung abdichtet;
- - der Anker weist einen oberen Teil mit einer Rastfläche und einen unteren Teil auf, wobei die Rastfläche des oberen Teils magnetisch vom Polstück angezogen wird und zum Polstück gezogen wird, wenn das elektromagnetische Feld erzeugt wird;
- - der obere Teil des Ankers weist ferner einen vorstehenden Ansatz auf, der ein Ende der Feder aufnimmt, und wobei sich eine axiale Bohrung des Ankers durch den vorstehenden Ansatz erstreckt, so dass unter Druck stehendes Fluid durch den Anker und in einen zwischen dem Anker und dem Polstück angeordneten Raum fließen kann;
- - der obere Teil des Ankers weist ferner eine Öffnung auf, die ein Ende der Feder aufnimmt, und wobei sich eine axiale Bohrung des Ankers durch die Öffnung erstreckt, so dass unter Druck stehendes Fluid durch den Anker und in einen zwischen dem Anker und dem Polstück angeordneten Raum fließen kann;
- - der primäre Dichtungssitz ist eine Umfangsfläche, die auf einer inneren Schulter des unteren Teils des Körpers angeordnet ist, die primäre Dichtungsfläche ist eine Umfangsfläche, die auf einem unteren Teil des Ankers angeordnet ist, wobei der primäre Dichtungssitz und die primäre Dichtungsfläche zusammen eine Ecke-an-Konus-Metalldichtung bilden;
- - der primäre Dichtungssitz weist eine konische Gestalt mit einer Schräge in einem Winkel zwischen 30° und einschließlich 50° auf und die primäre Dichtungsfläche weist eine gerundete Ecke mit einem Radius zwischen 0,1 mm und einschließlich 0,3 mm auf;
- - ein radiales Spiel auf jeder Seite der sekundären Dichtung beträgt weniger als 0,10 mm, so dass die sekundäre Dichtung geringes Spiel aufweist;
- - eine gesamte axiale Länge der sekundären Dichtung beträgt mehr als 15 mm, so dass die sekundäre Dichtung eine verlängerte Länge aufweist;
- - die sekundäre Dichtung ist eine einfache Metall/Metall-Gleitdichtung und weist keine Dichtungsringe, Druckblöcke oder andere nicht aus Metall bestehende Dichtungskomponenten auf;
- - eine Eingriffsfläche eines unteren Teils des Ankers weist eine ähnliche Fläche wie eine Rastfläche eines oberen Teils des Ankers auf, um eine axial ausbalancierte Konstruktion bereitzustellen, wenn unter Druck stehendes Fluid in ein inneres Netzwerk der Magnetventilbaugruppe eingeführt wird, wobei die axial ausbalancierte Konstruktion verursacht, dass eine axiale Kraft gegen die Eingriffsfläche ausgeübt wird, um eine axiale Kraft auszugleichen, die gegen die Rastfläche ausgeübt wird; und
- - die Magnetventilbaugruppe ist derart eingerichtet, dass: während einer Spitzenphase eine erste Menge elektrischen Stroms durch die Spule geleitet wird und eine Rastfläche des Polstücks eine Rastfläche des Ankers magnetisch anzieht, so dass sich die Rastflächen gegenseitig berühren und die primäre Dichtung öffnen, und während einer Haltephase, die der Spitzenphase folgt, eine zweite Menge elektrischen Stroms durch die Spule geleitet wird und die Rastflächen sich weiterhin gegenseitig berühren, so dass die primäre Dichtung geöffnet bleibt, wobei die zweite Menge elektrischen Stroms geringer als die erste Menge elektrischen Stroms ist.
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Gemäß einem anderen Beispiel wird ein Verfahren zum Betreiben einer Magnetventilbaugruppe bereitgestellt, umfassend die folgenden Schritte: während einer Spitzenphase Leiten einer ersten Menge elektrischen Stroms durch eine Spule und Verursachen, dass eine Rastfläche eines Polstücks eine Rastfläche eines Ankers magnetisch anzieht, so dass sich die Rastflächen gegenseitig berühren und eine primäre Dichtung öffnen; und während einer Haltephase, die der Spitzenphase folgt, Leiten einer zweiten Menge elektrischen Stroms durch die Spule und Verursachen, dass die Rastflächen sich weiterhin gegenseitig berühren, so dass die primäre Dichtung geöffnet bleibt, wobei die zweite Menge elektrischen Stroms geringer als die erste Menge elektrischen Stroms ist, und eine Dauer der Haltephase länger als eine Dauer der Spitzenphase ist.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren zum Betreiben einer Magnetventilbaugruppe den folgenden Schritt aufweisen:
- - Die erste Menge elektrischen Stroms während der Spitzenphase beträgt zwischen 0,5 Amp und einschließlich 1,5 Amp, und die zweite Menge elektrischen Stroms während der Haltephase beträgt zwischen 0,1 Amp und einschließlich 0,4 Amp, und die zweite Menge elektrischen Stroms beträgt weniger als die Hälfte der ersten Menge elektrischen Stroms.
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Bevorzugte Ausführungsformen werden hiernach in Verbindung mit den anhängenden Zeichnungen beschrieben, wobei gleiche Bezeichnungen gleiche Elemente bezeichnen, und wobei:
- 1 eine schematische Ansicht eines Motorkühlsystems ist, das neben anderen Vorrichtungen ein Beispiel einer Magnetbaugruppe aufweist;
- 2 eine Querschnittsansicht der Magnetventilbaugruppe von 1 ist, wobei die Magnetventilbaugruppe sich in einem geschlossenen Zustand befindet;
- 3 eine Querschnittsansicht der Magnetventilbaugruppe von 1 ist, wobei die Magnetventilbaugruppe sich in einem geöffneten Zustand befindet;
- 4 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines anderen Beispiels eines Ankers ist, der mit der Magnetventilbaugruppe aus 1 verwendet werden kann; und
- 5 ein Zeitdiagramm ist, das den Betrieb der Magnetventilbaugruppe zeigt, mit der Zeit auf der x-Achse und mit elektrischem Strom und Strömungsrate auf der y-Achse.
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Hierin wird eine Magnetventilbaugruppe offenbart, die die Strömung von Fluiden, einschließlich Gasen oder Flüssigkeiten steuern kann. Die Magnetventilbaugruppe eignet sich besonders gut zur Steuerung der Strömung von Flüssigkeiten, wie Hydraulikflüssigkeiten, Getriebeflüssigkeiten, Ölen und/oder anderen Fluiden und Schmiermitteln, die in Getriebesystemen für Elektrofahrzeuge, Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren und/oder Hybridfahrzeugen verwendet werden. Gemäß einem nicht einschränkenden Beispiel, das in 1 gezeigt wird, kann die Magnetventilbaugruppe 10 an einem Elektrofahrzeug EV zur Steuerung des Ölflusses von einer Ölwanne S und einer Pumpe P zu ein oder mehreren Elektromotoren M zum Zwecke der Kühlung und/oder Schmierung des Elektromotors oder der Elektromotoren eingebaut werden. Es versteht sich jedoch, dass die hierin beschriebene Magnetventilbaugruppe in einer beliebigen Reihe von anderen Anwendungen verwendet werden kann, einschließlich Anwendungen, die nicht Elektromotoren und/oder Fahrzeuge betreffen.
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Mit Bezug auf 2-3 wird ein Beispiel einer Magnetventilbaugruppe 10 gezeigt, die ein Gehäuse 12, einen Spulenkörper 14, eine Spule 16, einen Körper 18, ein Polstück 20, einen Anker 22, eine Feder 24, eine primäre Dichtung 26, eine sekundäre Dichtung 28 und eine elektrische Verbindung 30 aufweist. 2 zeigt die Magnetventilbaugruppe 10 in einem geschlossenen Zustand, 3 zeigt sie in einen geöffneten Zustand. In einer allgemein aufrechten Position weist die Magnetventilbaugruppe 10 ein oberes axiales Ende 32 und ein unteres axiales Ende 34 auf und erstreckt sich entlang einer Längsachse A (natürlich muss die Magnetventilbaugruppe nicht in einer aufrechten Position eingebaut werden, wie es in 1 gezeigt wird). Sofern nichts anderes angegeben ist, beziehen sich alle Verweise auf radiale, umfangsmäßige und/oder axiale Richtungen auf die Längsachse A.
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Das Gehäuse 12 dient als Außengehäuse und umschließt einen Großteil der Magnetventilbaugruppe 10. Gemäß einem Beispiel ist das Gehäuse 12 eine im Allgemeinen zylinderförmige Komponente, die aus einem gestanzten ferromagnetischen Material besteht (z. B. kaltgewalzter Stahl, heißgewalzter Stahl, geglühter Stahl usw. mit einer korrosionsfesten Beschichtung für eine externe Halterung) und eine obere Wand 40, Seitenwände 42, ein elektrisches Schnittstellenmittel 44 und ein Befestigungsmittel 46 aufweist. Die obere Wand 40 kann kreisförmig sein und einstückig mit zylindrischen Seitenwänden 42 verbunden sein, so dass das Gehäuse 12 an seinem oberen axialen Ende geschlossen ist und an seinem unteren axialen Ende offen ist, um die anderen Komponenten der Magnetventilbaugruppe 10 aufzunehmen. Das elektrische Schnittstellenmittel 44 kann einen Ausschnitt in den Seitenwänden 42 aufweisen, der physische und elektrische Verbindung der elektrischen Verbindung 30 mit der Spule 16 ermöglicht. Das Befestigungsmittel 46 kann zum unteren axialen Ende des Gehäuses angeordnet sein, wie zu sehen ist, und es kann eine oder mehrere Öffnungen zur Aufnahme von Bolzen oder anderen Befestigungselementen zur Befestigung des Gehäuses 12 an einem Elektromotor und/oder anderen Gerät, mit dem die Magnetventilbaugruppe zusammenarbeitet, aufweisen.
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Der Spulenkörper 14 und die Spule 16 sind gemeinsame Spulenkomponenten, die zum Auslösen eines elektromagnetischen Feldes innerhalb der Magnetventilbaugruppe 10 zusammenwirken. Der Spulenkörper 14 kann eine Umformungskomponente sein, die aus einem ferromagnetischen Material gemacht ist und dazu ausgestaltet ist, die Spule 16 aufzunehmen, die eine Länge elektrischen Drahts aufweist, der fest um den Spulenkörper 14 gewunden oder gewickelt ist. Der Spulenkörper 14 kann verhindern, dass Feuchtigkeit aus der Umgebung, Salz usw. Korrosion verursacht, und er kann eine Konnektorabdeckung bilden. Die Spule 16 kann aus einem beliebigen Material mit geeigneter Leitfähigkeit bestehen, einschließlich Materialien auf Kupferbasis (z. B. 18 Ohm Spule). Die Kombination aus Spulenkörper 14 und Spule 16 umgibt umfangsmäßig mindestens einen Teil des Körpers 18, der als ein elektromagnetischer Kern dienen kann, wie unten erläutert wird. Es können zahlreiche Beispiele von Spulenkörper/Spulen-Wickelmustern und Techniken sowie Drähte mit verschiedenen Durchmessern, Materialien, Anzahl der Windungen usw. verwendet werden. Die Magnetventilbaugruppe 10 ist nicht auf eine bestimmte Ausführungsform von Spulenkörper und/oder Spule beschränkt.
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Der Körper 18 verleiht der Magnetventilbaugruppe 10 verschiedene strukturelle Merkmale, wie Fluiddurchgänge und Innenbohrungen für bewegliche Teile, sowie elektromagnetische Eigenschaften zur Steuerung des Ankers 22. Auf diese Weise kann der Körper 18 als eine Kombination einer traditionellen Strukturhülse mit einem elektromagnetischen Kern angesehen werden. Gemäß einem Beispiel ist der Körper 18 eine längliche und allgemein zylinderförmige Komponente, die aus einem ferromagnetischen Material besteht (z. B. kaltgewalzter Stahl, heißgewalzter Stahl, geglühter Stahl usw.) und er weist einen oberen Teil 50, einen unteren Teil 52, eine axiale Bohrung 54, mehrere Anschlussöffnungen 56, 58 und ein Befestigungsmittel 60 auf. Der Körper 18 kann aus einem einzelnen oder einheitlichen Stück aus ferromagnetischem Material hergestellt werden, oder er kann aus mehreren Stücken oder Materialien hergestellt werden, die zusammengefügt werden. Zur Unterstützung der Montage und des Betriebs kann der Körper 18 sowohl an seinen oberen als auch an seinen unteren axialen Enden offen sein; das obere axiale Ende ist offen, damit das Polstück 20, der Anker 22 und die Feder 24 während der Montage in die axiale Bohrung 54 eingeführt werden können, und das untere axiale Ende ist offen, damit Fluid in die und aus der Anschlussöffnung 58 fließen kann. Es sei angemerkt, dass im Gegensatz zu vielen traditionellen Magnetventilbaugruppen der Körper 18 so konstruiert ist, dass das innere Fluidnetzwerk in der Magnetventilbaugruppe 10 mit einer einzigen Dichtung abgedichtet werden kann, beispielsweise mit einer inneren ringförmigen Dichtung 62 (z. B. ein O-Ring), was die Kosten und Komplexität der Baugruppe verringert.
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Oberer Teil 50 bezieht sich im Allgemeinen auf den Teil des Körpers 18, der oberhalb des Befestigungsmittels 60 angeordnet ist, und im Hinblick auf den elektromagnetischen Betrieb der Magnetventilbaugruppe 10 eine Rolle spielt. Gemäß dem gezeigten Beispiel weist der obere Teil 50 eine verjüngte Öffnung 64 und einen Ausschnitt 66 auf, die beide optional sind. Die Spule 16 umgibt umfangsmäßig einen größten Teil des oberen Teils 50, der wiederum umfangsmäßig das Polstück 20, mindestens einen Teil des Ankers 22 und die Feder 24 umgibt. Die konzentrische Anordnung verursacht, dass der obere Teil 50, dessen ringförmiger Ausschnitt 64 strategisch an einer axialen Position entlang einer Außenseite des Körpers 18 platziert ist, den im Körper 18 ausgelösten Magnetfluss kanalisiert oder beeinflusst. Der Ausschnitt 66, der auch als Magnetflussdrossel bezeichnet wird, kann zum Erzeugen getrennter Magnetpole im Körper 18 beitragen.
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Unterer Teil 52 bezieht sich im Allgemeinen auf den Teil des Körpers 18, der unterhalb des Befestigungsmittels 60 angeordnet ist, und im Hinblick auf Fluiddurchgänge in der Magnetventilbaugruppe 10 eine Rolle spielt. Der untere Teil 52 kann eine oder mehrere äußere ringförmige Dichtungen 70, einen radialen Durchgang 72 zur Verbindung mit der Anschlussöffnung 56, einen axialen Durchgang 74 zur Verbindung mit der Anschlussöffnung 58 und eine radiale Einkerbung 76 aufweisen. Die äußeren ringförmigen Dichtungen 70 können herkömmliche ringförmige Dichtungen sein, wie die gezeigten, oder sie können eine andere Kombination von Dichtungselementen aufweisen, um den unteren Teil 52 der Baugruppe dicht mit einem Elektromotor und/oder anderen Gerät, mit dem die Magnetventilbaugruppe verbunden ist, zu verbinden. Wie der Name schon sagt, ist der radiale Durchgang 72 ein Fluiddurchgang oder Kanal, der radial zwischen einem Außendurchmesser (OD) des Ankers 22 und einem Innendurchmesser (ID) des Körpers 18 an dieser Stelle angeordnet ist. In einer möglichen Ausführungsform erstreckt sich der radiale Durchgang 72 umfangsmäßig um den gesamten oder um einen Teil des unteren Teils 52 und steht mit der Anschlussöffnung 56 in Fluidverbindung, die eine Einlass- und/oder Auslassöffnung sein kann und eine oder mehrere getrennte Öffnungen im unteren Körper 52 aufweisen kann (z. B. kann die Anschlussöffnung 56 getrennte Öffnungen auf verschiedenen Seiten des unteren Körpers aufweisen, wie gezeigt wird). Der axiale Durchgang 74 ist ein Fluiddurchgang oder Kanal, der sich axial innerhalb des unteren Teils 52 erstreckt und mit der Anschlussöffnung 58 in Fluidverbindung steht, die ebenfalls eine Einlass- und/oder Auslassöffnung sein kann. Der axiale Durchgang 74 kann einen konstanten Innendurchmesser aufweisen oder er kann einen variierenden Innendurchmesser aufweisen, so dass verschiedene diametrale Abschnitte mit inneren Schultern dazwischen gebildet werden. Die radialen und axialen Durchgänge 72, 74 stehen über die primäre Dichtung 26 miteinander in Fluidverbindung, so dass die zwei Durchgänge miteinander verbunden sind, wenn die primäre Dichtung geöffnet ist und die zwei Durchgänge voneinander isoliert sind, wenn die primäre Dichtung geschlossen ist, wie unten ausführlicher erläutert wird. Die radiale Einkerbung 76, die ein optionales Merkmal ist, ist auf der Innenseite des Körpers 18 ausgebildet und dient als Druckzentrierungsnut, die den Anker 22 umfangsmäßig umgibt und dazu beiträgt, diesen konzentrisch zu den anderen Komponenten der Baugruppe ausgerichtet zu halten. Die radiale Einkerbung 76 kann im oberen Teil 50, im unteren Teil 52 oder an der Grenze zwischen den oberen und unteren Teilen angeordnet sein, wie gezeigt wird.
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Die axiale Bohrung 54 erstreckt sich entlang der Längsachse A, sowohl durch den oberen Teil 50 als auch durch den unteren Teil 52, und weist eine Größe und Form zur Aufnahme des Polstücks 20 und des Ankers 22 auf. Wie oben erwähnt ist die axiale Bohrung 54 an ihrem oberen axialen Ende geöffnet, um problemlose Einführung und Montage des Ankers 22, der Feder 24 und des Polstücks 20 in dieser Reihenfolge zu erleichtern. Die axiale Bohrung 54 kann eine beliebige Anzahl anderer Merkmale aufweisen, einschließlich jener, die durch ihren variierenden Innendurchmesser erzeugt werden, wie die ringförmige Einkerbung oder den Kanal, die bzw. der zur Bildung des radialen Durchgangs 72 beiträgt, und der verjüngte oder konische Ventilsitz, der Teil der primären Dichtung 26 bildet. Die jeweiligen Abmessungen der axialen Bohrung 54 können natürlich je nach Anwendung variieren, aber in einem nicht-einschränkenden Beispiel kann die axiale Bohrung 54 eine Länge von ungefähr 20 mm bis einschließlich 80 mm und bevorzugter von ungefähr 35 mm bis einschließlich 65 mm aufweisen, und sie kann einen Innendurchmesser von ungefähr 5 mm bis einschließlich 20 mm, bevorzugter ungefähr 8 mm bis einschließlich 15 mm aufweisen.
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Die Anschlussöffnungen 56, 58 können Einlass- und/oder Auslassöffnungen sein, die das innere Fluidnetzwerk der Magnetventilbaugruppe 10 mit einem externen Fluidnetzwerk verbinden, das Teil eines Motorkühlsystems oder dergleichen sein kann. Gemäß einer Möglichkeit ist die Anschlussöffnung 56 eine Seitenöffnung, die als ein Auslass dient und mit einem Elektromotor M verbunden ist, während die Anschlussöffnung 58 eine axiale Anschlussöffnung ist, die als Einlass dient und mit einer Pumpe P verbunden ist. Es versteht sich, dass die vorhergehende Anordnung nicht notwendig ist, weil die Anschlussöffnungen 56, 58 vertauscht und/oder in einer beliebigen Anzahl verschiedener Anordnungen ausgestaltet sein können. Die Anschlussöffnungen 56, 58 können auch mehrere Öffnungen pro Anschlussöffnung aufweisen oder für den Körper 18 andere Anschlussöffnungen zusätzlich zu den oder statt der Anschlussöffnungen 56, 58 aufweisen.
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Das Befestigungsmittel 60 ist ein ringförmiger Flansch oder Ring und es kann zur Unterstützung der Fixierung oder Befestigung des Gehäuses 12, des Spulenkörpers 14, der elektrischen Verbindung 30 oder einer Kombination davon am Körper 18 verwendet werden. Das Befestigungsmittel 60 kann mechanische Befestigungs- oder Montagemittel verwenden, wie Bolzen, Schrauben, Klemmen, Presspassungen und andere Befestigungselemente, oder es kann an den anderen Komponenten der Magnetventilbaugruppe 10 angeschweißt, angeklebt und/oder anderweitig befestigt werden. Gemäß dem gezeigten Beispiel ist das Befestigungsmittel 60 ein Ring oder eine Unterlegscheibe, wobei es sich um ein getrenntes Stück vom Rest des Körpers 18 handelt (d.h. der Körper ist eine zweiteilige Komponente); in einem anderen Beispiel kann das Befestigungsmittel einstückig mit dem Rest des Körpers 18 ausgebildet sein, so dass der gesamte Körper als eine einzelne Komponente hergestellt ist (d.h. eine einteilige Komponente). Der Spulenkörper 14 ist mechanisch mit dem Befestigungsmittel 60 verbunden oder darauf angeordnet und das Befestigungsmittel 60 ist magnetisch mit einer Innenseite der Seitenwände 42 des Gehäuses 12 verbunden. In einem anderen Beispiel kann das Befestigungsmittel 60 als ein Magnetflussrückführelement dienen. Andere Anordnungen sind durchaus möglich.
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Das Polstück 20 wirkt elektromagnetisch mit anderen Komponenten der Magnetventilbaugruppe 10 zusammen, um das Ventil zu öffnen und zu schließen. Wenn insbesondere elektrischer Strom durch die Spule 16 fließt, wird ein elektromagnetisches Feld in der Magnetventilbaugruppe 10 erzeugt, einschließlich im Polstück 20, das eine stationäre Komponente ist. Der entsprechende Magnetfluss durch die untere oder Rastfläche des Polstücks 20 zieht den Anker 22 magnetisch an und zieht ihn nach oben gegen die Federvorspannung der Feder 24; dadurch wird die Magnetventilbaugruppe 10 an der primären Dichtung 26 geöffnet (siehe 3). Wenn der elektrische Strom nicht mehr durch die Spule 16 fließt, kollabiert das elektromagnetische Feld und die Federvorspannung der Feder 24 überwindet die magnetische Anziehung des Polstücks 22, wodurch der Anker 22 nach unten und vom Polstück weggeschoben wird; dadurch wird die Magnetventilbaugruppe 10 an der primären Dichtung 26 geschlossen (siehe 2). Gemäß einem Beispiel ist das Polstück 20 eine allgemein zylinderförmige Komponente, die aus einem ferromagnetischen Material gefertigt ist (z. B. kaltgewalzter Stahl, heißgewalzter Stahl, geglühter Stahl usw.) und es weist einen oberen Teil 80, einen unteren Teil 82, eine geschlossene axiale Bohrung 84 und einen ringförmigen Dichtungskanal 86 auf.
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Oberer Teil 80 bezieht sich im Allgemeinen auf den Abschnitt des Polstücks 20, der oberhalb der geschlossenen axialen Bohrung 84 angeordnet ist und der zur Unterstützung der Befestigung des Polstücks 20 innerhalb der axialen Bohrung 54 des Körpers 18 verwendet werden kann, so dass das Polstück stationär ist. In einem Beispiel stellt die Feder 24 eine Federkraft oder Belastung bereit, die verhindert, dass das Polstück 20 weiter in die axiale Bohrung 54 fällt. In anderen Beispielen könnte der obere Teil 80 am Körper 18 und/oder am Gehäuse 12 angeschweißt, angeklebt, angeschraubt und/oder anderweitig befestigt werden, so dass das Polstück 20 stationär ist. Der ringförmige Dichtungskanal 86 weist eine Größe und Form zur Aufnahme der inneren ringförmigen Dichtung 62 auf. In dieser bestimmten Ausführungsform sind der ringförmige Dichtungskanal 86 und die innere ringförmige Dichtung 62 im oberen Teil 80 angeordnet, aber dies ist nicht notwendig, weil die axiale Position des Kanals und der Dichtung von der gezeigten abweichen kann, oder weil in einer anderen Ausführungsform diese Elemente sogar in der Innenfläche des Körpers 18 angeordnet sein könnten. Wie oben erwähnt kann das innere Fluidnetzwerk in der Magnetventilbaugruppe 10 nur mit der inneren ringförmigen Dichtung 62 abgedichtet sein, wodurch Austreten von unter Druck stehendem Fluid jenseits der Dichtung und aus dem Körper 18 verhindert wird.
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Unterer Teil 82 bezieht sich im Allgemeinen auf den Abschnitt des Polstücks 20, der die geschlossene axiale Bohrung 84 umgibt und der eine untere oder Rastfläche 94 aufweisen kann. Die Rastfläche 94 ist die untere axiale Oberfläche des Polstücks 20 und sie kann eine ringförmige Form aufweisen, die die geschlossene axiale Bohrung 84 um deren Umfang umgibt. Die Rastfläche 94 ist dazu ausgestaltet, eine entsprechende Rastfläche des Ankers 22 magnetisch anzuziehen und nach oben zu ziehen, wenn die Magnetventilbaugruppe 10 geöffnet wird. Zum Erzeugen einer enger verknüpfte Metall/Metall-Grenzfläche mit der entsprechenden Rastfläche des Ankers 22, kann die Rastfläche 94 ohne Überzug und/oder andere Oberflächenbeschichtungen oder Schichten bereitgestellt werden, um die räumliche Trennung zwischen den gegenüberliegenden Metallflächen zu minimieren, wenn auch nur um mehrere oder einige zehn Mikrometer. Die Reduzierung der räumlichen Trennung kann die magnetische Anziehung zwischen den gegenüberliegenden Rastflächen an der Metall/Metall-Grenzfläche erhöhen. Andere Techniken können ebenfalls zur Verbesserung der innigen Nähe der Metall/Metall-Grenzfläche verwendet werden, wie etwa Polieren oder anderweitiges Behandeln der Rastflächen, damit diese glatter, ebener usw. werden.
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Die geschlossene axiale Bohrung 84 ist eine geschlossene Bohrung oder eine Blindbohrung im unteren Teil 82 des Polstücks 20 und ist dazu ausgestaltet, ein Ende der Feder 24 aufzunehmen. Gemäß dem gezeigten Beispiel weist die geschlossene axiale Bohrung 84 einen allgemein gleichmäßigen Innendurchmesser durch den größten Teil ihrer axialen Ausdehnung auf, verjüngt sich aber zum oberen Ende der Bohrung. Die geschlossene axiale Bohrung 84 kann ein Befestigungsmittel 96 aufweisen, wie eine Einkerbung oder ein Loch, zur sicheren Befestigung eines oberen Endes der Feder 24. In einer anderen Ausführungsform kann die Feder 24 einfach in der geschlossenen axialen Bohrung 84 sitzen, ohne an ihren Enden befestigt zu sein, weil sie zwischen dem Polstück 20 und dem Anker 22 zusammengedrückt wird. Andere Merkmale und/oder Konfigurationen für die geschlossene axiale Bohrung 84 sind durchaus möglich.
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Der Anker 22 wirkt wie das Polstück 20 elektromagnetisch mit anderen Komponenten der Magnetventilbaugruppe 10 zusammen, um das Ventil zu öffnen und zu schließen. Der Anker 22 ist ein beweglicher Kern, der in der axialen Bohrung 54 des Körpers 18 nach oben und unten gleiten kann. Wenn ein elektromagnetisches Feld in der Magnetventilbaugruppe 10 erzeugt wird, zieht der Magnetfluss durch die Rastfläche 94 des Polstücks 20 den Anker 22 nach oben gegen die Federvorspannung der Feder 24, so dass das Polstück und der Anker einander berühren und das Ventil öffnen, wie oben beschrieben (siehe 3). Wenn das elektromagnetische Feld nicht mehr ausgelöst wird, schiebt die Feder 24 den Anker 22 vom Polstück 22 weg und schließt das Ventil (siehe 2). Auf diese Weise wandeln die verschiedenen Komponenten der Magnetventilbaugruppe 10 elektrische Energie in mechanische Bewegung um. In dem in den Zeichnungen gezeigten Beispiel ist der Anker 22 eine allgemein zylinderförmige oder röhrenförmige Komponente, die aus einem ferromagnetischen Material gefertigt ist (z. B. kaltgewalzter Stahl, heißgewalzter Stahl, geglühter Stahl usw.) und er weist einen oberen Teil 100, einen unteren Teil 102 und eine axiale Bohrung 104 auf.
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Oberer Teil 100 bezieht sich im Allgemeinen auf die Oberseite oder den oberen Teil des Ankers 22, die/der sich neben dem unteren Teil 82 des Polstücks 20 befindet und eine Rastfläche 110 und einen Ansatz 112 aufweist. Die Rastfläche 110 ist die obere axiale Oberfläche des Ankers 22 und sie kann eine ringförmige Form aufweisen, die die axiale Bohrung 104 um deren Umfang umgibt. Wie oben beschrieben kann die Rastfläche 110 ohne Überzug, Oberflächenbeschichtungen und/oder andere Oberflächenschichten bereitgestellt werden, um die räumliche Trennung zwischen den gegenüberliegenden Rastflächen 94 und 110 zu verringern und die Metall/Metall-Grenzfläche zu verstärken. Je näher die Rastflächen 94 und 110 beieinander liegen, umso stärker ist die magnetische Verbindung zwischen dem Polstück 20 und dem Anker 22. Die starke magnetische Verbindung trägt mindestens teilweise dazu bei, den Spitzen- und Haltebetrieb wie unten beschrieben zu ermöglichen, der wiederum dazu beitragen kann, den Stromverbrauch der Magnetventilbaugruppe 10 zu senken, wie noch erläutert wird. Der Ansatz 112 ist ein ringförmiger Vorsprung oder Ring, der sich von der Rastfläche 110 nach oben erstreckt und eine Größe und Form zur Aufnahme eines Endes der Feder 24 aufweist. Die axiale Bohrung 104 wird schmäler, bevor sie sich durch die Mitte des Ansatzes 112 erstreckt, so dass Fluid durch die axiale Bohrung 104 und in den Raum zwischen den Rastflächen 94, 110 strömen kann.
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Mit Bezug auf 4 ist eine andere Ausführungsform eines Ankers 22' gezeigt, der mit der Magnetventilbaugruppe verwendet werden könnte. In dieser Ausführungsform weist der Anker 22' eine andere Konfiguration des oberen Teils 100' auf, wobei dieser statt eines vorstehenden Ansatzes eine abgeschrägte Öffnung 112' aufweist, die das untere Ende der Feder 24' aufnimmt.
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Unterer Teil 102 bezieht sich im Allgemeinen auf die Unterseite oder den unteren Teil des Ankers 22, die/der sich neben den oder mindestens in der Nähe der Anschlussöffnungen 56 und/oder 58 befindet und eine Eingriffsfläche 114 aufweist. Die Eingriffsfläche 114 kann Teil des unteren axialen Endes des Ankers 22 sein. Gemäß einem Beispiel weist die Eingriffsfläche 114 eine primäre Dichtungsfläche an ihrem äußeren radialen Ende auf, die einen komplementären primären Dichtungssitz, der Teil des Körpers 18 ist, in Eingriff nimmt; diese Dichtungsanordnung einschließlich der primären Dichtungsfläche und des Sitzes wird unten in Verbindung mit der primären Dichtung 26 beschrieben. Ein potenzielles Merkmal der Magnetventilbaugruppe 10 ist, dass sie eine ausbalancierte Konstruktion aufweisen kann, sowohl im Hinblick auf axiale als auch auf radiale Kräfte. Zur Erläuterung können die Oberflächen der Rastfläche 110 und der Eingriffsfläche 114 so gewählt werden, dass sie sich in der Größe und/oder anderen Eigenschaften ähneln. Wenn unter Druck stehendes Fluid in das innere Fluidnetzwerk der Magnetventilbaugruppe eingeleitet wird und in die axiale Bohrung 104 sowie den Raum zwischen dem Polstück 20 und dem Anker 22 fließt, erzeugt auf diese Weise das unter Druck stehende Fluid, das auf die Rastfläche 110 einwirkt, eine nach unten gerichtete axiale Kraft, und das unter Druck stehende Fluid, das auf die Eingriffsfläche 114 einwirkt, erzeugt eine nach oben gerichtete axiale Kraft, und die zwei entgegengesetzten axialen Kräfte werden sich ungefähr gleichen; dies ist mit einer axial ausbalancierten Konstruktion gemeint. Im Hinblick auf radiale Kräfte übt unter Druck stehendes Fluid in der radialen Einkerbung 76 und/oder in der sekundären Dichtung 28 (d.h. zwischen der Außenseite des Ankers 22 und der Innenseite des Körpers 18) nach innen gerichtete radiale Kräfte auf die Außenseite des Ankers 22 aus, aber da die nach innen gerichteten radialen Kräfte relativ gleich sind und um den Außenumfang des Ankers verteilt sind, gleichen sie einander im Allgemeinen aus; dies ist mit einer radial ausbalancierten Konstruktion gemeint. Diese Anordnung unterscheidet sich von einer traditionellen Kugel-auf-Dichtung-Konstruktion. Die Magnetventilbaugruppe 10 kann andere Merkmale und/oder Aspekte einer ausbalancierten Konstruktion aufweisen.
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Die axiale Bohrung 104 ist eine längliche Bohrung oder ein Kanal, die/der sich vorzugsweise über die gesamte axiale Länge des Ankers 22 von einem oberen Ende mit dem Ansatz 112 zu einem unteren Ende durch den axialen Durchgang 74 erstreckt, so dass unter Druck stehendes Fluid dort hindurch fließen kann. Das obere Ende der axialen Bohrung 104 verjüngt sich oder wird nach unten schmäler zu einem kleinen Durchgang, bevor es aus dem Ansatz 112 austritt, während das untere Ende der axialen Bohrung gerade und kantig sein kann, wie gezeigt, oder verjüngt, abgeschrägt und/oder anderweitig geformt sein kann. Die jeweiligen Abmessungen und Winkel des Ankers 22 können natürlich je nach Anwendung variieren, aber in einem nicht-einschränkenden Beispiel kann die axiale Bohrung 104 eine Länge von ungefähr 15 mm bis einschließlich 45 mm und bevorzugter von ungefähr 25 mm bis einschließlich 35 mm aufweisen, und sie kann einen Innendurchmesser von ungefähr 1 mm bis einschließlich 4 mm, bevorzugter ungefähr 1,5 mm bis einschließlich 3,5 mm aufweisen.
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Die Feder 24 ist zwischen dem Polstück 20 und dem Anker 22 angeordnet und übt eines axiale Kraft auf, die die zwei Komponenten auseinander drückt. Gemäß einer Möglichkeit ist die Feder 24 eine Druckfeder, die sich in einer ausgezogenen Stellung natürlich in Ruhe befindet. Die Feder 24 kann an einem oberen Ende in der geschlossenen axialen Bohrung 84 des Polstücks 20 und an einem unteren Ende um den Ansatz 112 angeordnet sein. In der Ausführungsform von 4 kann die Feder 24' an einem unteren Ende in der abgeschrägten Öffnung 112' der axialen Bohrung 104' des Ankers 22' angeordnet sein. Die oberen und unteren Enden der Feder 24 können an Befestigungsmitteln 96 bzw. 112 sicher befestigt sein, oder die Enden der Federn können unbefestigt sein, so dass die Feder einfach in den Bohrungen festgehalten wird. Die Feder 24 ist vorzugsweise dazu angeordnet, den Anker 22 nach unten zu drücken und sie spannt die Magnetventilbaugruppe 10 in die geschlossene Position vor (siehe 2), obwohl andere Anordnungen möglich sind.
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Die primäre Dichtung 26 ist das Hauptdichtungselement der Magnetventilbaugruppe 10 und weist einen primären Dichtungssitz 130 und eine primäre Dichtungsfläche 132 auf. Gemäß einem Beispiel ist der primäre Dichtungssitz 130 auf der Umfangsfläche einer inneren Schulter des unteren Teils 52 des Körpers 18 angeordnet und dazu ausgestaltet, die primäre Dichtungsfläche 132 aufzunehmen, die eine entsprechende Umfangsfläche ist, die auf dem unteren Teil 102 des Ankers 22 angeordnet ist (z. B. auf der Eingriffsfläche 114); dies bildet eine Ecke-an-Konus-Metalldichtung. Der primäre Dichtungssitz 130 und die primäre Dichtungsfläche 132 sind im Hinblick auf ihre Größe und Form komplementär, so dass die primäre Dichtungsfläche in der geschlossenen Stellung der Magnetventilbaugruppe auf dem primären Dichtungssitz sitzen kann oder mit diesem zusammenpassen kann und Fluidströmung von einer Anschlussöffnung 56 zu einer anderen Anschlussöffnung 58 verhindern kann (siehe 2). Wenn sich die Magnetventilbaugruppe in der geöffneten Stellung befindet, wird die primäre Dichtungsfläche 132 (auch als Ventilfläche bezeichnet) vom primären Dichtungssitz 130 (auch als Ventilsitz bezeichnet) abgehoben und von diesem beabstandet, so dass Fluid von einer Anschlussöffnung zur anderen fließen kann (d.h. die radialen und axialen Durchgänge 72, 74 wären in Fluidverbindung) (siehe 3). Wie der Name schon sagt ist die primäre Dichtung 26 der Hauptdichtungsmechanismus für die Magnetventilbaugruppe 10. Die genaue geometrische Form und Größe des primären Dichtungssitzes und/oder der Dichtungsfläche können je nach Anwendung variieren, aber in einem nicht-einschränkenden Beispiel weist der primäre Dichtungssitz 130 eine konische Gestalt auf (z. B. eine Schräge in einem Winkel von ungefähr 30°- einschließlich 50°, oder bevorzugter ungefähr 35°- einschließlich 45°), und die primäre Dichtungsfläche 132 weist ein gerundete Ecke auf (z. B. ein Radius zwischen ungefähr 0,1 mm und einschließlich 0,3 mm). Es sei angemerkt, dass der primäre Dichtungssitz und die primäre Dichtungsfläche ausgetauscht werden können, so dass der primäre Dichtungssitz 130 auf dem Anker 22 angeordnet ist und die primäre Dichtungsfläche 132 auf dem Körper 18 angeordnet ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist der primäre Dichtungssitz 130 mit dem Körper 18 einstückig und die primäre Dichtungsfläche 132 ist mit dem Anker 22 einstückig, so dass ein relativ hohes Maß an Konzentrizität erzielt werden kann, was in der Regel zu weniger Lecks führt. Andere Formen und Abmessungen sowie zusätzliche Dichtungselemente sind durchaus möglich.
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Die sekundäre Dichtung 28 ist ein zusätzliches Dichtungselement der Magnetventilbaugruppe 10 und ist eine vertikale Dichtung, die zwischen dem Anker 22 und dem Körper 18 angeordnet ist. Gemäß der in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsform ist die sekundäre Dichtung 28 eine vertikale Dichtung mit geringem Spiel und verlängerter Länge, die an der Gleitverbindungsfläche oder Verbindung zwischen der Außenseite des Ankers 22 und der Innenseite des Körpers 18 besteht. Was das geringe Spiel der sekundären Dichtung 28 betrifft, kann das gesamte diametrale Spiel (d.h. der Unterschied zwischen den Innendurchmesser des Körpers 18 und dem Außendurchmesser des Ankers 22) kleiner als 0,20 mm sein, und es beträgt vorzugsweise zwischen 0,05 mm und einschließlich 0,10 mm. Da das radiale Spiel die Hälfte des gesamten diametralen Spiels beträgt, kann das radiale Spiel auf jeder Seite der sekundären Dichtung 28 kleiner als 0,10 mm sein, und es beträgt vorzugsweise zwischen 25 µm und einschließlich 50 µm. Was die verlängerte Länge der sekundären Dichtung betrifft, kann die gesamte axiale Länge der sekundären Dichtung 28 mehr als 15 mm betragen, und sie beträgt vorzugsweise mehr als 20 mm (z. B. ungefähr 24 mm). Aufgrund des geringen Spiels und der verlängerten Länge in Kombination mit anderen Merkmalen der Magnetventilbaugruppe 10 kann die sekundäre Dichtung 28 ausreichende Abdichtung bereitstellen, ohne zusätzliche teure Dichtungselemente wie Dichtringe in Einkerbungen oder Druckblöcke zu benötigen. In diesem Sinne kann die sekundäre Dichtung 28 eine „einfache Metall/Metall-Gleitdichtung“ sein, was sich wie hierin verwendet breit auf jede Dichtung oder Dichtungsanordnung zwischen zwei Metallkomponenten bezieht, wobei mindestens eine der zwei Metallkomponenten bezüglich der anderen Metallkomponente gleitet, und wobei keine zusätzlichen Dichtungskomponenten, die nicht aus Metall bestehen, wie ein Dichtring oder ein Druckblock, verwendet werden. Erfahrene Fachleute werden erkennen, dass eine einfache Metall/Metall-Gleitdichtung, wie die sekundäre Dichtung 28, nicht alle Fluidlecks verhindern oder stoppen kann, aber ausreichend Abdichtung bereitstellt, um in bestimmen Anwendungen wie etwa Niederdruckanwendungen (z. B. jene, bei denen Fluiddrücke gleich oder kleiner als 5 bar sind), verwendet zu werden.
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Die elektrische Verbindung 30 stellt elektrischen Strom für die Magnetventilbaugruppe 10 bereit und kann gemäß einer beliebigen im Stand der Technik bekannten Ausführungsform bereitgestellt werden. In der gezeigten Ausführungsform weist die elektrische Verbindung 30, die auch als Passverbinder bezeichnet wird, eine Aufnahme zur physischen und elektrischen Aufnahme eines elektrischen Eingangs (nicht gezeigt) und dessen Verbindung mit der Spule 16 auf, wie im Stand der Technik weithin bekannt ist. Andere elektrische Verbindungen und/oder Aufnahmen sind durchaus möglich.
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Im Betrieb kann die Magnetventilbaugruppe 10 zwischen einem geschlossenen Zustand (2) und einem geöffneten Zustand (3) wechseln, um die Strömung eines Fluids, wie etwa Öl, von einer Anschlussöffnung 56, 58 zu einer anderen zu steuern. Beginnend mit dem geschlossenen Zustand in 2 führt die elektrische Verbindung 30 der Spule 16 keine elektrische Energie zu und daher wird in der Magnetventilbaugruppe 10 kein elektromagnetisches Feld ausgelöst. In diesem Szenario schiebt die Federkraft der Feder 24 den Anker 22 nach unten gegen den Körper 18 und insbesondere schiebt die Feder die primäre Dichtungsfläche 132 gegen den primären Dichtungssitz 130, so dass eine Ecke-an-Konus-Metalldichtung an der primären Dichtung 26 hergestellt wird. Das radiale Gleichgewicht der Baugruppe, in Verbindung mit dem selbstzentrierenden Charakter der Ecke-an-Konus-Metalldichtung trägt zur Abdichtung der Baugruppe bei, so dass unter Druck stehendes Öl nicht problemlos von einer Einlassöffnung 58 zu einer Auslassöffnung 56 fließen kann. Wenn eine vergleichbare Menge an axialen Kräften aufgrund von Fluiddruck den Anker 22 nach unten schiebt, wie sie den Anker auch nach oben schiebt, trägt ferner das axiale Gleichgewicht der Baugruppe dazu bei, die Baugruppe in ihrem gewünschten Betriebszustand zu halten.
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Wenn es Zeit ist, in einen geöffneten Zustand überzugehen (3) führt die elektrische Verbindung 30 der Spule 16 elektrische Energie zu, wodurch sie angeregt wird und ein elektromagnetisches Feld in der Magnetventilbaugruppe 10, einschließlich des Polstücks 20 erzeugt wird. Der resultierende Magnetfluss durch die Rastfläche 94 des Polstücks 20 zieht die Rastfläche 110 des Ankers 22 magnetisch an und zieht den Anker nach oben gegen die Federkraft der Feder 24. Dadurch heben sich der Anker 22 und folglich die primäre Dichtungsfläche 132 vom primären Dichtungssitz 130 ab und es wird ein Fluidweg von der Einlassöffnung 58 zur Auslassöffnung 56 erzeugt. In einem Beispiel verwendet die Magnetventilbaugruppe 10 eine Spitze-und-Halte-Technik zum Aufrechterhalten des Ventils im offenen Zustand, wobei dabei aber eine Mindestmenge elektrischen Stroms gezogen wird.
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Bezugnehmend auf 5 ist ein Grunddiagramm oder repräsentatives Diagramm 200 zu sehen, das die Spitze-und-Halte-Technik zeigt. Zeit (Sekunden) ist in der x-Achse zu sehen und elektrischer Strom (Amp) ist auf der y-Achse zu sehen. Während einer anfänglichen oder Spitzenphase 210 weist der der Spule 16 zugeführte elektrische Strom einen Spitzen- oder Maximalwert auf und hält für eine relativ kurze Zeitspanne an; in diesem nicht-einschränkenden Beispiel kann der Spitzenstrom zwischen 0,5 Amp und einschließlich 1,5 Amp, oder bevorzugter zwischen 0,5 Amp und einschließlich 1,0 Amp (z. B. ungefähr 0,7 Amp) betragen, und er kann zwischen 0,01 Sekunde und einschließlich 0,4 Sekunde (z. B. ungefähr 0,1 Sekunde) zugeführt oder aufrechterhalten werden. Der während der Spitzenphase 210 zugeführte elektrische Strom erzeugt ein elektromagnetisches Feld und einen entsprechenden Magnetfluss, der zum Überwinden der Federkraft der Feder 24 und von Zug- und/oder Reibungskräften, die die nach oben gerichtete Gleitbewegung des Ankers 22 behindern können, ausreicht. Wenn die gegenüberliegenden Rastflächen 94 und 110 des Polstücks 20 bzw. des Ankers 22 einander berühren und eine Metall/Metall-Grenzfläche herstellen, kann weniger Magnetfluss notwendig sein, um die Metallrastflächen 94 und 110 in gegenseitigem Kontakt zu halten. Die der Spule 16 zugeführte elektrische Strommenge kann folglich während einer darauffolgenden Haltephase 212 reduziert werden, während die primäre Dichtung 26 weiterhin offengehalten wird. Während der Haltephase 212 kann der Strom zwischen 0,1 Amp und einschließlich 0,4 Amp, und bevorzugter zwischen 0,1 Amp und einschließlich 0,3 Amp (z. B. ungefähr 0,15 Amp) betragen, und er kann zwischen 0,3 Sekunde und einschließlich 1,0 Sekunde (z. B. ungefähr 0,5 Sekunde) zugeführt werden. Eine Aus-Phase 214, in der der Spule 16 kein elektrischer Strom zugeführt wird, kann der Haltephase 212 folgen, während der das elektromagnetische Feld kollabiert, der Magnetfluss durch die Rastflächen 94 und 110 abnimmt und die Federkraft der Feder 24 den Anker 22 nach unten schiebt, so dass die primäre Dichtung 26 verursacht, dass die Magnetventilbaugruppe in den Aus-Zustand übergeht. Auf der grafischen Darstellung 200 ist eine gesonderte Kurve 220 überlagert, die die entsprechende Strömungsrate zeigt, wenn die Magnetventilbaugruppe die Spitze-und-Halte-Technik verwendet (Zeit (Sekunden) befindet sich noch immer auf der x-Achse und Strömungsrate (Liter/Minute) befindet sich auf der y-Achse). Wie zu sehen ist, stellt die Magnetventilbaugruppe eine hohe Strömungsrate bereit, wenn sie sich im geöffneten Zustand befindet, die gleich oder größer als 15 Liter/Minute bei 2 bar Druck und sogar gleich oder größer als 20 Liter/Minute bei 2 bar Druck sein kann.
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Die Strom- oder Energiemenge während der Haltephase 212 ist geringer als die der Spitzenphase 210 und bevorzugter beträgt die Strommenge der Haltephase 212 weniger als die Hälfte, ein Viertel oder sogar ein Fünftel der Strommenge der Spitzenphase 210. Die Zeitlänge oder Dauer der Haltephase 212 ist größer als die der Spitzenphase 210 und bevorzugter beträgt die Dauer der Haltephase 212 mehr als das Zweifache, Dreifache oder sogar Vierfache der Dauer der Spitzenphase 210. Indem der Spule 16 nur während der anfänglichen Spitzenphase 210 ein höherer Strom zugeführt wird und anschließend während der darauffolgenden Haltephase 212, die eine längere Zeitspanne aufweist, eine viel geringere Strommenge zugeführt wird, kann die Magnetventilbaugruppe 10 weniger Strom verbrauchen und somit energieeffizienter sein. Herkömmliche Magnetventilbaugruppen regen eine Spule üblicherweise nur mit einer Strommenge an (d.h. die Spule ist entweder an oder aus), aber sie modulieren, manipulieren und/oder variieren die Strommenge bei der Anregung der Spule nicht.
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Im Allgemeinen eignet sich die Magnetventilbaugruppe 10 gut für Niederdruckanwendungen (z. B. solche, bei denen Fluiddrücke gleich oder kleiner als 5 bar betragen), wie etwa Niederdruck-Ein-Aus-Zweiwege-Ventile mit niedriger bis mäßiger Leckagerate und hoher Strömungsrate zur Steuerung der Strömung von Fluiden, wie Öl. In einer solchen Anwendung schließt die Magnetventilbaugruppe 10 und hält unter Druck stehendes Öl von einer Pumpe und gibt das Öl dann auf Anforderung frei und lässt es ab. Die Magnetventilbaugruppe 10 könnte natürlich auch in anderen Anwendungen verwendet werden.
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Es versteht sich, dass die obige Beschreibung keine Definition der Erfindung darstellt, sondern eine Beschreibung von ein oder mehreren Ausführungsbeispielen der Erfindung ist. Die Erfindung ist nicht auf die hierin offenbarten bestimmten Beispiele beschränkt, sondern sie wird vielmehr allein durch die Ansprüche unten definiert. Ferner beziehen sich die in der obigen Beschreibung enthaltenen Aussagen auf bestimmte beispielhafte Veranschaulichungen und sie sind nicht als Einschränkungen des Umfangs der Erfindung oder der Definition von Begriffen, die in den Ansprüchen verwendet werden, auszulegen, außer, wenn ein Begriff oder Redewendung ausdrücklich oben definiert wurde. Verschiedene andere Beispiele und diverse Änderungen und Abwandlungen der offenbarten Ausführungsform(en) werden für Fachleute auf dem Gebiet offensichtlich werden. Solche anderen Ausführungsformen, Änderungen und Abwandlungen sollen alle in den Umfang der anhängenden Ansprüche fallen.
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Wie in dieser Spezifikation und in den Ansprüchen verwendet, sind die Begriffe „beispielsweise“, „z. B.“, „zum Beispiel“, „wie etwa“ und „wie“, und die Verben „umfassen“, „aufweisen“, „beinhalten“ und ihre anderen Verbformen, wenn sie in Verbindung mit einer Liste von einer oder mehreren Komponenten oder anderen Gegenständen verwendet werden, jeweils als offene Begriffe auszulegen, was heißt, dass die Liste nicht so anzusehen ist, als ob sie andere zusätzliche Komponenten oder Gegenstände ausschließen würde. Andere Begriffe sind mit ihrer breitesten angemessenen Bedeutung auszulegen, sofern sie nicht in einem Kontext verwendet werden, der eine andere Auslegung erfordert.
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Liste der Bezugszeichen
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- 10
- Magnetventilbaugruppe
- 12
- Gehäuse
- 14
- Spulenkörper
- 16
- Spule
- 18
- Körper
- 20
- Polstück
- 22
- Anker
- 24
- Feder
- 26
- Primäre Dichtung
- 28
- Sekundäre Dichtung
- 30
- Elektrische Verbindung
- 32
- Oberes axiales Ende
- 34
- Unteres axiales Ende
- 40
- Obere Wand
- 42
- Seitenwände
- 44
- Elektrisches Schnittstellenmittel
- 46
- Befestigungsmittel
- 50
- Oberer Teil
- 52
- Unterer Teil
- 54
- Axiale Bohrung
- 56
- Erste Anschlussöffnung
- 58
- Zweite Anschlussöffnung
- 60
- Befestigungsmittel
- 62
- Innere ringförmige Dichtung
- 64
- Verjüngte Öffnung
- 66
- Ausschnitt
- 70
- Äußere ringförmige Dichtung
- 72
- Radialer Durchgang
- 74
- Axialer Durchgang
- 76
- Radiale Einkerbung
- 80
- Oberer Teil
- 82
- Unterer Teil
- 84
- Geschlossene axiale Bohrung
- 86
- Ringförmiger Dichtungskanal
- 94
- Rastfläche
- 96
- Befestigungsmittel
- 100
- Oberer Teil
- 102
- Unterer Teil
- 104
- Axiale Bohrung
- 110
- Rastfläche
- 112
- Ansatz
- 114
- Eingriffsfläche
- 130
- Primärer Dichtungssitz
- 132
- Primäre Dichtungsfläche
- 200
- Grafische Darstellung
- 210
- Spitzenphase
- 212
- Haltephase
- 214
- Aus-Phase
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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