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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Solenoid-Ventil, insbesondere eine Ventilplatte für ein Solenoid-Ventil.
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Hintergrund
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Typischerweise sind Solenoid-Ventile elektromechanisch betriebene Ventile, die zwei Hauptteile aufweisen: das Solenoid und das Ventil. Das Solenoid wandelt elektromagnetische Energie in mechanische Energie um, die wiederum das Ventil mechanisch öffnet oder schließt. Solenoid-Ventile werden in einer Vielzahl an Anwendungen verwendet, einschließlich in umschaltbaren Ventilsteuerungen in Brennkraftmaschinen. Solenoid-Ventile sind in den
US-Patenten 7.137.411 und
6.367.434 offenbart, worin das Solenoid-Ventil einen Elektromagneten, der ein hohlzylindrischen Magnetgehäuse aufweist, zumindest eine Spulenwicklung und einen Anker und ein Ventilelement, das ein hohlzylindrisches Ventilgehäuse zum Empfangen eines Schieberventils aufweist, das relativ zum Ventilgehäuse durch den Anker des Elektromagneten verschiebbar ist, umfasst.
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Sogenannte „schnellschaltende Solenoide” arbeiten nach dem gleichen Prinzip wie Solenoid-Ventile im Allgemeinen. Die PCT-Anmeldung
PCT/EP2012/062080 beschreibt ein solches schnellschaltendes Solenoid, das eine Magnetspule umfasst, die einen Anker und einen magnetischen Kern umgibt, wobei der Anker mit einem Ankerbolzen verbunden ist, der sich durch den Magnetkern erstreckt und an einem Ventilkörper angebracht ist. Ein perforiertes Gehäuseelement umgibt die Ventilanordnung, wobei die Anordnung eine Ventilfeder, einen Federsitz, einen Ventilkörper, eine Ventilplatte, auf der der Ventilkörper aufliegt, und einen Federteller umfasst.
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In schnellschaltenden Solenoid-Ventilen kann eine Dichtung zwischen dem Magnetkern, dem Ventilkörper und dem Federsitz verwendet werden, um Isolierung zwischen der Hochdruckkammer rund um den Umkreis des perforierten Gehäuses und der Mitteldruckkammer am Boden des Ventils, an den Federteller anliegend, sicherzustellen.
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Wenn Fehlanordnungen zwischen dem Ventilkörper und der Ventilplatte im Gehäuse auftreten, kann die Dichtung während des Betriebs des Ventilkörpers während der Betätigung komprimiert oder permanent verdichtet werden. Diese Dichtung kann auch dazu beitragen, die Reibung des Systems zu erhöhen, abhängig von der Öltemperatur und dem Öldruck, was die Schaltleistung des Ventils negativ beeinflusst.
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Die Ventilplatte ist typischerweise in das Gehäuse gepresst, was eine enge Toleranz zwischen der Ventilplatte und dem Gehäuse und das Sortieren von Teilen während der Anordnung erfordert.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Bestimmte Terminologie ist in der folgenden Beschreibung der Bequemlichkeit halber und nur zu Zwecken der Beschreibung verwendet und soll den Schutzumfang der Ansprüche nicht einschränken. Die Terminologie umfasst die spezifisch angemerkten Wörter, Ableitungen davon und Wörter mit ähnlicher Bedeutung.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein schnellschaltendes Solenoid-Ventil und insbesondere eine frei schwebende Ventilplatte für ein Solenoid-Ventil. Solenoid-Ventile weisen einen elektromagnetischen Teil und einen Ventilteil auf, wobei der Elektromagnet einen elektrischen Steckkontakt, ein Gehäuse, eine Magnetspule und einen Anker aufweist. Der Ventilteil weist einen Bolzen auf, der dem Anker zugeordnet ist, der gegen ein Ventilgehäuse, eine Ventilplatte und ein perforiertes Gehäuse, das den Strom lenkt, wie erforderlich drückt.
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Die Ventilplatte ist innerhalb des Gehäuses axial begrenzt, sie ist jedoch innerhalb des zylindrischen Teils des Gehäuses locker eingebaut, sodass sie sich selbst an dem anstoßenden Ventilgehäuse-Ventilsitz ausrichtet, wenn das Solenoid betätigt wird, wobei es Fehlausrichtungen oder Toleranzauflagen korrigiert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die oben genannten und andere Merkmale und Vorteile der hierin beschriebenen Ausführungsformen und die Art, sie zu erreichen, werden durch Verweis auf die folgende Beschreibung zumindest einer beispielhaften Ausführungsform in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen offensichtlich und besser verstanden. Es folgt nun eine kurze Beschreibung dieser Zeichnungen.
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1 ist eine Querschnittansicht eines Solenoid-Ventils des Stands der Technik.
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2 ist eine Querschnittansicht einer Solenoid-Ventil-Anordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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3 ist eine Querschnittansicht von Teil A aus 2.
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4 ist eine perspektivische Querschnittansicht von Ventilgehäuse und Ventilplatte aus 3.
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5 ist eine perspektivische Ansicht einer Ventilplatte gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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6 ist eine Querschnittansicht einer Solenoid-Ventil-Anordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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Identisch benannte Elemente, die in unterschiedlichen Figuren erscheinen, beziehen sich auf die gleichen Elemente, können aber in der Beschreibung nicht für alle Figuren als Verweis enthalten sein. Die hierin dargelegte Erläuterung veranschaulicht zumindest eine Ausführungsform in zumindest einer Form, und eine solche Erläuterung soll nicht aufgefasst werden, dass sie den Schutzumfang der Ansprüche in irgendeiner Weise einschränkt.
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1 ist eine Querschnittansicht eines Solenoids 100 des Stands der Technik, das einen elektrischen Stecker 119, ein zylindrisches Magnetgehäuse oder einen Jochring 101 und ein Ventilgehäuse 102 umfasst, die zusammengebaut sind und ein Gehäuse 103 ausbilden. Eine Magnetspule 104 ist auf einer inneren Umfangsfläche des Jochrings 101 aufgewickelt, der wiederum einen Anker 105, eine Ankerfeder 106, eine Ankerhülse 107, die auf einer oberen Oberfläche durch einen Dämpfer 108 abgedeckt sind, umgibt. Der Anker 105 weist eine hohlzylindrische Struktur auf, wobei der hohlzylindrische Magnetkern 110 an eine untere Oberfläche des Ankers 105 und eine obere Oberfläche des Magnetkerns 110 anstößt. Ein Ankerbolzen 109 ist durch die Mitte des Ankers 105 eingebracht und erstreckt sich durch den Magnetkern 110 und in eine zentrale Öffnung 111 eines Ventilkörpers 112. Eine Ventilplattenfeder 113 umgibt die äußere Umfangsfläche des Ventilkörpers 112 und liegt an einer oberen Außenfläche auf einem Federsitz 114 und an einer unteren Außenfläche an der Ventilplatte 115 auf. Ein Dichtungsring 118 ist zwischen einer oberen Oberfläche des Federsitzes 114 und einer unteren konischen Oberfläche des Magnetkerns 110 aufgenommen, wobei der innere Hohlraum 120, der durch die zentralen Öffnungen des Magnetkerns 110 und den Ventilkörper 112 ausgebildet ist, von einem äußeren Hohlraum 121, der durch die äußere Oberfläche des Ventilkörpers 112 und die innere Oberfläche des Ventilgehäuses 102 ausgebildet ist, abgedichtet wird. Ein oberer Teil der Ventilfeder 117 ist in den hohlen Teil 122 des Ventilkörpers 112 eingebracht, lateral durch innere Seitenwände 123 des Ventilkörpers 112 und auf einem unteren Teil durch einen Federteller 116 abgestützt.
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Im Solenoid 100 des Stands der Technik wird die Ventilplatte 115 in einen inneren Hohlraum 125 des Ventilgehäuses 102 durch Presssitz eingepasst, wobei sie an die Ventilgehäuseschulter 124 stößt. Dieser Presssitz kann durch eines von mehreren Verfahren erreicht werden, einschließlich, ohne darauf beschränkt zu sein, das Sortieren von Ventilplatten 115, um eine abgemessene Dimension des Hohlraums 125 unterzubringen, und genaues Zerspanen von sowohl dem Hohlraum 125 als auch der Platte 115 vor dem Einpassen durch Presssitz der Platte 115 in den Hohlraum 125. Um Fehlanordnung und resultierendes Lecken des Ventilkörpers 112 auf die Ventilplatte 115 oder des Ventilkörpers 112 in den Magnetkern 110 auszugleichen, ist eine Ringdichtung 118 zwischen dem Magnetkern 110, dem Federsitz 114 und dem Ventilkörper 112 eingebracht. Wo es eine relativ große Fehlanordnung zwischen dem Ventilkörper 112 und der Ventilplatte 115 gibt, kann die Dichtung 118 an einem Ende zusammengedrückt oder komprimiert werden, was zu erhöhter Abnutzung führt und die Lebensdauer der Dichtung 118 verringern kann.
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2 ist eine Querschnittseitenansicht eines Solenoids 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, umfassend einen elektrischen Stecker 15, ein zylindrisches Magnetgehäuse oder einen Jochring 2 und ein Ventilgehäuse 3, die zusammengebaut sind und ein Gehäuse 4 ausbilden. Eine Magnetspule 5 ist in einer inneren Umfangsfläche des Jochrings 2 aufgenommen, der wiederum einen Anker 6, eine Ankerfeder 7, eine Ankerhülse 8, die auf einer oberen Oberfläche durch einen Dämpfer 9 abgedeckt sind, umgibt. Der Anker 6 weist eine hohlzylindrische Struktur auf, wobei der hohlzylindrische Magnetkern 10 an eine untere Oberfläche des Ankers 6 und eine obere Oberfläche des Magnetkerns 10 stößt. Ein Ankerbolzen 11 ist durch die Mitte des Ankers 6 eingebracht und erstreckt sich durch den Magnetkern 10 und in eine zentrale Öffnung 12 eines Ventilkörpers 13. Alternativ dazu kann der Ankerbolzen 11 nur in Kontakt mit dem Ventilkörper 13 an einer obersten Oberfläche des Ventilkörpers 13 kommen, wie in 2 gezeigt. Eine Ventilplattenfeder 14 umgibt die äußere Umfangsfläche des Ventilkörpers 13 und liegt an einer oberen Außenfläche auf einem Magnetkern 10 und an einer unteren Außenfläche an einem Ventilplattenteller 19 auf. Der Ventilplattenteller 19 ist in eine Nut 21 im Ventilgehäuse 3 eingesetzt oder eingelassen, wobei eine frei schwebende Ventilplatte 20 zwischen dem Ventilplattenteller 19 an einer oberen Seite und einer Ventilgehäuseschulter 22 an einer unteren Seite der Ventilplatte 20 begrenzt wird. Ein oberer Teil der Ventilfeder 25 ist in den hohlen Teil 26 des Ventilkörpers 13 eingebracht, lateral durch innere Seitenwände 27 des Ventilkörpers 13 und auf einem unteren Teil durch einen Federteller 28 abgestützt.
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Im Betrieb ist in der gezeigten Ausführungsform das Solenoid 1 normalerweise offen, was bedeutet, dass der Ventilkörper 13 und die Ventilplatte 20 durch die Ventilfeder 25 getrennt sind, die arbeitet, um den Ventilkörper 13 aufwärts zu drücken. Alternativ dazu wird in der vorliegenden Erfindung in Erwägung gezogen, dass das Solenoid 1 auch normalerweise geschlossen sein kann. Im aktivierten Modus, der in 2 gezeigt ist, wird die Magnetspule 5 erregt, wobei ein Magnetfeld erzeugt wird, das den Anker 6 und den Ankerbolzen 11 veranlasst, sich abwärts zum Ventilkörper 13 zu bewegen, wobei die Ventilfeder 25 komprimiert wird und ein konvexer Ventilkörpersitz 29 auf und in einen konkaven Ventilplattensitz 30 aufgesetzt wird, womit Flüssigkeitsstrom von der Richtung des Federtellers 28 und des inneren Hohlraums 32 in einen äußeren Hohlraum 31 gestoppt wird.
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3 ist eine vergrößerte Querschnittansicht eines Teils A aus 2. Der Jochring 2, das Ventilgehäuse 3, die Magnetspule 5, der Ankerbolzen 11 und der Magnetkern 10 sind so wie in 2 gezeigt. Der Klarheit halber ist die Ventilplattenfeder 14 nicht gezeigt, um Perforierungen 33 im Ventilgehäuse 3 zu zeigen, die in einem normalerweise offenen Zustand in fluider Kommunikation mit Fluid von dem Federteller 28 und dem inneren Hohlraum 32 wären. In dieser Ausführungsform ist der Ventilplattenteller 19 in eine Ventilplattentellernut 21 im Gehäuse 3 eingebracht, wobei die frei schwebende Ventilplatte 20 zwischen dem Teller 19 und der Schulter 22 begrenzt wird. In der vorliegenden Erfindung wird auch in Erwägung gezogen, dass andere Rückhaltemechanismen verwendet werden können, einschließlich, aber nicht darauf beschränkt, die Verwendung der Ventilplattenfeder 14 und der Schulter 22 und einer Ventilplatte 20 und des Tellers 19, die als eine Komponente ausgebildet sind.
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Das Aufliegen des konvexen Ventilkörpersitzes 29 auf dem konkaven Ventilplattensitz 30 ist besser in den 3 und 4 gezeigt. Insbesondere ist 4 eine perspektivische Querschnittansicht nur des Ventilkörpers 13 und der Ventilplatte 20, einschließlich eines hohlen Teils des Ventilkörpers 26, konvexen Ventilkörpersitzes 29 und konkaven Ventilplattensitzes 30.
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5 ist eine perspektivische Ansicht der Ventilplatte 20 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Ventilplatte 20 weist eine hohlzylindrische Form auf, die eine erhabene Scheibenform 35 aufweist, die eine Schulter 36 ausbildet, auf der der Ventilplattenteller 19 (siehe 2 und 3) oder die Ventilplattenfeder 14 aufgesetzt werden können. Richtung radiale Mitte der erhabenen Scheibe 35 befindet sich der konkave Ventilplattensitz 30, an den der konvexe Ventilkörpersitz 29 dicht anstoßen kann, womit der Strom zwischen den zwei Oberflächen gestoppt werden kann. Eine äußere Umfangsfläche 37 ist für eine beliebige bestimmte Anwendung dimensioniert, sodass die Platte 20 frei im Ventilgehäuse 3 schweben kann und auf der Ventilgehäuseschulter 22 aufliegend bleiben kann.
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Wenn das Solenoid 1 erregt ist und der Ventilkörper 13 durch den Ankerbolzen 11 abwärts gedrückt wird, wobei die Ventilfeder 25 gegen den Federteller 28 komprimiert wird, kontaktiert der konvexe Ventilkörpersitz 29 zumindest einen Teil des Ventilplattensitzes 30. Wenn sich die Ventilplatte 20 lateral frei bewegt und Abwärts- oder Aufwärtsbewegung durch die Schulter 22 und den Teller 19 und/oder die Feder 14 eingeschränkt wird, sodass keine Schrägstellung auftritt, verschiebt sich die Ventilplatte 20 lateral, sodass der Ventilplattensitz 30 genau mit dem Ventilkörpersitz 29 ausgerichtet ist, und die zwei Oberflächen sind in ständigem Kontakt um ihren vollen Umfang, womit fluide Kommunikation vom inneren Hohlraum 32 zum äußeren Hohlraum 31 (siehe 3) gesperrt ist. In dieser Ausführungsform ist eine Spaltdichtung 40, die den Spalt zwischen dem Ventilkörper 13 und dem Magnetkern 10 ist, die Strom vom äußeren Hohlraum 31 einschränkt (siehe 2) durch Verlängerung von Magnetkernerweiterung 41 verlängert, wobei weitere Stromverminderung bereitgestellt ist.
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6 ist eine Querschnittansicht des Solenoids 1' gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. In dieser Ausführungsform sind die Komponenten ähnlich wie in der in 2 beschriebenen Ausführungsform, die einen Ventilkörper 13', eine Ventilplatte 20, einen Magnetkern 10 und einen Ankerbolzen 11 einschließen. In dieser Ausführungsform ist eine Kolbenringdichtung 45 in eine Nut 46 auf dem Ventilkörper 13' eingebracht, wobei zusätzliche Dichtung vom äußeren Hohlraum 31 bereitgestellt ist. Die Kolbenringdichtung 45 kontaktiert eine innere Oberfläche 47 der Erweiterung des Magnetkerns 41. Alternativ dazu kann die Dichtung 45 in eine Nut (nicht gezeigt) auf der Oberfläche 47 in der Erweiterung des Magnetkerns 41 eingebracht sein, und die Dichtung 45 kann eine äußere Oberfläche des Ventilkörpers 13' kontaktieren.
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In der vorhergehenden Beschreibung sind beispielhafte Ausführungsformen beschrieben. Die Patentschrift und die Zeichnungen sollen demgemäß in veranschaulichender und nicht in einschränkender Weise gesehen werden. Es ist jedoch offensichtlich, dass verschiedene Modifizierungen und Veränderungen darin gemacht werden können, ohne vom breiteren Geist und Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Zusätzlich dazu soll verstanden werden, dass die in den Anhängen veranschaulichten Figuren, die die Funktionalität und Vorteile der beispielhaften Ausführungsformen hervorheben, nur zu Beispielzwecken dargestellt werden. Die Architektur oder Konstruktion von beispielhaften Ausführungsformen wie hierin beschrieben ist ausreichend flexibel und anpassbar, sodass sie auf andere Arten verwendet (und gesteuert) werden kann, als in den beiliegenden Figuren gezeigt sind.
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Auch wenn beispielhafte Ausführungsformen hierin beschrieben wurden, sind für Fachleute auf dem Gebiet viele zusätzliche Modifizierungen und Variationen ersichtlich. Es soll daher verstanden werden, dass diese Erfindung anders als spezifisch beschrieben ausgeführt werden kann. Die vorliegenden beispielhaften Ausführungsformen sollen daher in jeder Hinsicht als illustrativ und nicht als einschränkend betrachtet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Solenoid
- 2
- Jochring oder Magnetgehäuse
- 3
- Ventilgehäuse
- 4
- Gehäuse
- 5
- Magnetspule
- 6
- Anker
- 7
- Ankerfeder
- 8
- Ankerhülse
- 9
- Dämpfer
- 10
- Magnetkern
- 11
- Ankerbolzen
- 12
- zentrale Öffnung des Ventilkörpers
- 13
- Ventilkörper
- 14
- Ventilplattenfeder
- 15
- elektrischer Stecker
- 19
- Ventilplattenteller
- 20
- Ventilplatte
- 21
- Haltenut der Ventilplatte
- 22
- Ventilgehäuseschulter
- 25
- Ventilfeder
- 26
- hohler Teil des Ventilkörpers
- 27
- innere Seitenwände des Ventilkörpers
- 28
- Federteller
- 29
- Ventilkörpersitz
- 30
- Ventilplattensitz
- 31
- äußerer Hohlraum
- 32
- innerer Hohlraum
- 33
- Perforierungen
- 35
- Ventilplattenscheibe
- 36
- Ventilplattenschulter
- 37
- äußere Umfangsfläche der Ventilplatte
- 40
- Spaltdichtung
- 41
- Erweiterung des Magnetkerns
- 45
- Kolbenringdichtung
- 46
- Nut
- 47
- innere Oberfläche des Magnetkerns
- 100
- Solenoid
- 101
- Jochring oder Magnetgehäuse
- 102
- Ventilgehäuse
- 103
- Gehäuse
- 104
- Magnetspule
- 105
- Anker
- 106
- Ankerfeder
- 107
- Ankerhülse
- 108
- Dämpfer
- 109
- Ankerbolzen
- 110
- Magnetkern
- 111
- zentrale Öffnung des Ventilkörpers
- 112
- Ventilkörper
- 113
- Ventilplattenfeder
- 114
- Federsitz
- 115
- Ventilplatte
- 116
- Federteller
- 117
- Ventilfeder
- 118
- Dichtungsring
- 119
- elektrischer Stecker
- 120
- innerer Hohlraum
- 121
- äußerer Hohlraum
- 122
- hohler Teil des Ventilkörpers
- 123
- innere Seitenwände des Ventilkörpers
- 124
- Ventilgehäuseschulter
- 125
- innerer Hohlraum des Ventilgehäuses
