Title:
Elektromagnetventil sowie Betriebsverfahren
Document Type and Number:
Kind Code:
A1

Abstract:

Die Erfindung betrifft ein Elektromagnetventil (1), insbesondere 2/3-Wegeventil, umfassend Spulenmittel (2) und einen durch Bestromen der Spulenmittel (2) entgegen der Federwirkung einer ersten Rückstellfeder (16) und einer zweiten Rückstellfeder (17) zwischen unterschiedlichen Schaltstellungen relativ zu einem Kern (3) verstellbaren Anker (4), der mit einem Pilotschließkörper (11) zum Zusammenwirken mit einem Pilotventilsitz (15) und mit einen Ventilschließkörper (12) zum Zusammenwirken mit einem Ventilsitz (14) wirkverbunden ist, derart, dass in einer Öffnungsschaltstellung der Pilotschließkörper (11) von seinem Pilotventilsitz (15) und der Ventilschließkörper (11) von seinem Ventilsitz (14) beabstandet ist und in einer Schließschaltstellung der Pilotschließkörper (11) an seinem Pilotventilsitz (15) und der Ventilschließkörper (12) an seinem Ventilsitz (14) anliegt und dass in einer axial zwischen der Öffnungsschaltstellung und der Schließschaltstellung angeordneten Pilotschaltstellung der Ventilschließkörper (12) von dem Ventilsitz (14) beabstandet ist und der Pilotschließkörper (11) an dem Pilotventilsitz (15) unter Aussparung einer Pilotöffnung (23) anliegt durch die ein Pilotvolumenstrom strömen kann, wobei die erste Rückstellfeder (16) und die zweite Rückstellfeder (17) derart ausgebildet und angeordnet, insbesondere vorgespannt, sind, dass in der Öffnungsschaltstellung und/oder der Zwischenschaltstellung eine erste Federkraft der ersten Rückstellfeder (16) geringer ist als eine zweite Federkraft der zweiten Rückstellfeder (17).





Inventors:
Bürßner, Jörg (78234, Engen, DE)
Vincon, Peter (78333, Stockach, DE)
Roos, Sven (78464, Konstanz, DE)
Application Number:
DE102016107766A
Publication Date:
11/02/2017
Filing Date:
04/27/2016
Assignee:
ETO MAGNETIC GmbH, 78333 (DE)
International Classes:
F16K31/06; H01F7/16
Domestic Patent References:
DE102013220593A1N/A2015-04-16
DE102013217580A1N/A2015-03-05
DE102013216568A1N/A2015-02-26
DE102012011051B3N/A2013-03-28
DE102007009167A1N/A2008-08-28
DE19908102C1N/A2000-05-04
DE3700356C2N/A1995-07-06
DE4236482A1N/A1994-05-05
Attorney, Agent or Firm:
Patentanwälte Behrmann Wagner Partnerschaftsgesellschaft mbB, 78224, Singen, DE
Claims:
1. Elektromagnetventil (1), insbesondere 2/3-Wegeventil, umfassend Spulenmittel (2) und einen durch Bestromen der Spulenmittel (2) entgegen der Federwirkung einer ersten Rückstellfeder (16) und einer zweiten Rückstellfeder (17) zwischen unterschiedlichen Schaltstellungen relativ zu einem Kern (3) verstellbaren Anker (4), der mit einem Pilotschließkörper (11) zum Zusammenwirken mit einem Pilotventilsitz (15) und mit einen Ventilschließkörper (12) zum Zusammenwirken mit einem Ventilsitz (14) wirkverbunden ist, derart, dass in einer Öffnungsschaltstellung der Pilotschließkörper (11) von seinem Pilotventilsitz (15) und der Ventilschließkörper (11) von seinem Ventilsitz (14) beabstandet ist und in einer Schließschaltstellung der Pilotschließkörper (11) an seinem Pilotventilsitz (15) und der Ventilschließkörper (12) an seinem Ventilsitz (14) anliegt und dass in einer axial zwischen der Öffnungsschaltstellung und der Schließschaltstellung angeordneten Pilotschaltstellung der Ventilschließkörper (12) von dem Ventilsitz (14) beabstandet ist und der Pilotschließkörper (11) an dem Pilotventilsitz (15) unter Aussparung einer Pilotöffnung (23) anliegt durch die ein Pilotvolumenstrom strömen kann, wobei die erste Rückstellfeder (16) und die zweite Rückstellfeder (17) derart ausgebildet und angeordnet, insbesondere vorgespannt, sind, dass in der Öffnungsschaltstellung und/oder der Zwischenschaltstellung eine erste Federkraft der ersten Rückstellfeder (16) geringer ist als eine zweite Federkraft der zweiten Rückstellfeder (17), dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Rückstellfeder (17) den Ventilschließkörper (12) axial in Richtung des Ventilsitzes (14) federkraftbeaufschlagend angeordnet ist, und dass der Anker (4) aus der Öffnungsschaltstellung bis zum Erreichen der Zwischenschaltstellung ausschließlich entgegen der Federkraft der ersten Rückstellfeder (16) verstellbar ist.

2. Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (16) und die zweite Rückstellfeder (17) axial beabstandet sind.

3. Elektromagnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die erste Rückstellfeder (16) einends am Kern (3) und anderenends am Anker (4) abstützt.

4. Elektromagnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschließkörper (12) und der Pilotschließkörper (11), bevorzugt endseitig, an einem, vorzugsweise die erste Rückstellfeder (16) und/oder die zweite Rückstellfeder (17) und/oder den Kern (3) axial durchsetzenden, Stößel (9) angeordnet sind, der an dem Anker (4) festgelegt oder monolithisch mit diesem ausgebildet ist.

5. Elektromagnetventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die zweite Rückstellfeder (17) einends an einem axial zwischen dem Ventilschließkörper (12) und dem Anker (4) und/oder der ersten Rückstellfeder (16) angeordneten, bevorzugt in sämtlichen Schaltstellungen des Ankers (4) äquidistant zum Ventilschließkörper (12) angeordneten, Widerlager (18) des Stößels (9) und anderenends am Pilotschließkörper (11) abstützt.

6. Elektromagnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Pilotschließkörper (11) ausschließlich beim Verstellen des Ankers (4) zwischen der Zwischenschaltstellung und der Schließschaltstellung relativ zu dem Ventilschließkörper (12) unter Komprimierung der zweiten Rückstellfeder (17) verstellbar ist.

7. Elektromagnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschließkörper (12) in der Öffnungsschaltstellung von der zweiten Rückstellfeder (17) gegen den Pilotschließkörper (11) federkraftbeaufschlagt ist und/oder sich in der Öffnungsschaltstellung und/oder der Zwischenschaltstellung axial am Pilotventilkörper (15) abstützt.

8. Elektromagnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (14) und der Pilotventilsitz (15) radial nebeneinander, insbesondere auf derselben axialen Position, und/oder an einem gemeinsamen Ventilsitzelement (13), bevorzugt axial beabstandet von der ersten (16) und der zweiten Rückstellfeder (17) angeordnet sind.

9. Elektromagnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der, bevorzugt topfförmige, Ventilschließkörper (12) und der, bevorzugt topfförmige, Pilotschließkörper (11) radial ineinander angeordnet sind, insbesondere derart, dass der Ventilschließkörper (12) radial in dem Pilotschließkörper (11) aufgenommen ist und/oder der Ventilschließkörper (12) bis zum Erreichen der Schließschaltstellung axial bezogen auf ein Abstützende des Pilotschließkörpers (11) zum Abstützen am Pilotventilsitz (15) rückversetzt ist.

10. Elektromagnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Pilotschließkörper (11) und der Ventilschließkörper (12) außerhalb eines den Anker (4), den Kern (3) und die Spulenmittel (2) aufnehmenden Gehäuses (10) des Elektromagnetventils (1) angeordnet sind.

11. Elektromagnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (4) durch Bestromen der Spulenmittel (2) mit einem ersten Spulenstrom axial aus der Öffnungsstellung entgegen der Federkraft der ersten Rückstellfeder (16) bis, vorzugsweise ausschließlich, in die Zwischenschaltstellung verstellbar ist und durch Bestromen mit einem zweiten Spulenstrom, der größer ist als der erste Spulenstrom aus der Öffnungsschaltstellung und/oder Zwischenschaltstellung entgegen der Federkräfte der ersten (16) und der zweiten Rückstellfeder (17) in die Schließschaltstellung verstellbar ist.

12. Verfahren zum Betreiben eines Elektromagnetventils (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Anker (4) aus der Öffnungsstellung durch Bestromen der Spulenmittel (2) mit einem ersten Spulenstrom in die Schließstellung verstellt wird und dadurch ein in der Öffnungsschaltstellung durch den Pilotventilsitz (15) und den Ventilsitz (14) strömender Medium-Volumenstrom auf einen geringeren Medium-Pilotvolumenstrom reduziert wird und dass der Anker (4) zum Schließen des Elektromagnetventils (1) aus der Öffnungsschaltstellung oder der Zwischenschaltstellung in die Schließschaltstellung durch Bestromen der Spulenmittel (2) mit einem zweiten Spulenstrom verstellt wird, der größer ist als der erste Volumenstrom, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstellen des Ankers (4) aus der Öffnungsschaltstellung in die Zwischenschaltstellung ausschließlich entgegen der Federkraft der ersten Rückstellfeder (16) erfolgt und/oder dass eine Verstellbewegung des Ankers (4) entgegen der Federkraft sowohl der ersten (16) als auch der zweiten Rückstellfeder (17) ausschließlich auf dem Weg von der Zwischenschaltstellung in die Schließschaltstellung erfolgt.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschließkörper (12) und der Pilotventilkörper (11) in der Schließstellung radial nebeneinander angeordnet sind und/oder mit demselben Ventilsitzelement (13) zusammenwirken.

Description:

Die Erfindung betrifft ein Elektromagnetventil, genauer ein Pilotschaltventil, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere in der Form eines 2/3-Wegeventils, bevorzugt für den Einsatz in einem Kühlmittelkreislauf eines Kraftfahrzeugs. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Elektromagnetventils.

Bekannt sind n/3-Elektromagnetventile in mittenzentrierter Schieber-Bauform. Dabei zentrieren zwei Federn den Schieber in einer Mittelposition, wobei der Schieber durch zwei Reluktanzaktoren in beide Richtungen auslenkbar ist. Daneben sind hebelbetätigte Schieberventile bekannt, die durch eine Feder an einen Rastmechanismus gedrückt werden – durch Verstellen der Raste werden die verschiedenen Positionen bzw. Schaltstellungen angefahren. Ebenso aus dem Stand der Technik sind Schaltventile mit kaskadiert angeordneten Federn bekannt, beispielsweise aus der DE 42 364 82 A1, der DE 199 08 102 C1, der DE 10 2007 009 167 A1, der DE 10 2013 217 580 A1, der EP 0 595 014 A1 oder der DE 37 00 356 C2.

Der Nachteil einer Schieberbauform besteht in der funktionsbedingten Leckage in der geschlossenen Stellung und des Weiteren in der Empfindlichkeit auf Verschmutzung. Zudem ist die benötigte hochgenaue und daher kostenintensive Fertigung der Gleitpaarung von Nachteil. Der Nachteil der Schaltventile mit kaskadiert angeordneten Federn, wie diese beispielsweise in der DE 10 2013 216 568 A1 beschrieben sind, besteht darin, dass die Rückstellfedern in jeder Schaltstellung aufeinander wirken und sich somit die Toleranzen aufaddieren.

Ausgehend von dem vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Schaltventil anzugeben, welches weniger toleranzkritisch ist. Darüber hinaus soll die Pilotschaltstellung (Drosselstellung) und die Schließschaltstellung (geschlossene Ventilstellung) sehr genau und möglichst toleranzfrei definierbar sein. Ferner besteht die Aufgabe darin, ein Verfahren zum Betreiben eines derartig verbesserten Schaltventils anzugeben.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Schaltventils mit einem Elektromagnetventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, d.h. bei einem gattungsgemäßen Elektromagnetventil dadurch, dass die zweite Rückstellfeder den Ventilkörper axial in Richtung des Ventilsitzes federkraftbeaufschlagend angeordnet ist, und dass der Anker aus der Öffnungsschaltstellung bis zum Erreichen der Zwischenschaltstellung ausschließlich entgegen der Federkraft der ersten Rückstellfeder verstellbar ist.

Hinsichtlich des Betriebsverfahrens wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst, d.h. bei einem gattungsgemäßen Betriebsverfahren dadurch, dass das Verstellen des Ankers aus der Öffnungsstellung in die Zwischenschaltstellung ausschließlich entgegen der Federkraft der ersten Rückstellfeder erfolgt und/oder dass eine Verstellbewegung des Ankers entgegen der Federkraft sowohl der ersten als auch der zweiten Rückstellfeder ausschließlich auf dem Weg von der Zwischenschaltstellung in die Schließschaltstellung erfolgt, d.h. die zweite Rückstellfeder von der Öffnungsschachtstellung bis in die Zwischenschachtstellung lediglich entlang der Verstellrichtung verschoben wird, ohne dass eine Kraftbeaufschlagung der zweiten Rückstellfeder erfolgt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen. Zur Vermeidung von Wiederholungen sollen vorrichtungsgemäß offenbarte Merkmale als verfahrensgemäß offenbart gelten und beanspruchbar sein. Ebenso sollen verfahrensgemäß offenbarte Merkmale auch als vorrichtungsgemäß offenbart gelten und beanspruchbar sein.

Bei dem erfindungsgemäßen Elektromagnetventil handelt es sich um ein Pilotschaltventil, bei welchem der Anker durch Bestromen der Spulenmitteln mit unterschiedlich hohen (effektiven) Spulenströmen zwischen einer Öffnungsschaltstellung, einer Schließschaltstellung und einer Zwischenschaltstellung (Drosselschaltstellung oder Pilotschaltstellung) verstellbar ist, wobei der Anker sowohl mit einem Pilotschließkörper als auch mit einem Ventilschließkörper wirkverbunden ist, um diese zwischen einer mit dem jeweiligen Sitz (Ventilsitz bzw. Pilotventilsitz) zusammenwirkenden Position, in der der jeweilige Schließkörper an dem zugehörigen Sitz anliegt und einer vom jeweiligen Sitz beabstandeten Position verstellbar ist. Dabei ist in der Öffnungsschaltstellung sowohl der Pilotschließkörper von dem Pilotventilsitz als auch der Ventilschließkörper von seinem Ventilsitz beabstandet, während in der Schließschaltstellung der Pilotschließkörper an seinem Pilotventilsitz und der Ventilschließkörper an seinem Ventilsitz anliegt, um einen mittels des Elektromagnetventils steuerbaren Mediumfluss vollständig zu unterbinden, während in der axial zwischen der Öffnungsschaltstellung und der Schließschaltstellung befindlichen Zwischenschaltstellung der Ventilschließkörper von seinem Ventilsitz abgehoben ist und lediglich der Pilotschließkörper an seinem Pilotventilsitz anliegt und dabei eine Drosselöffnung geöffnet hält, um einen gegenüber der Öffnungsschaltstellung reduzierten bzw. gedrosselten Mediumvolumenstrom strömen zu lassen.

Um den Anker von der Öffnungsschaltstellung in die Zwischenschaltstellung zu verstellen, müssen die Spulenmittel über eine geeignete Steuereinheit mit einem ersten Spulenstrom bestromt werden, der so bemessen ist, dass die Federkraft der ersten Rückstellfeder überwunden wird, so dass der Pilotschließkörper in Anlage mit seinem Pilotventilsitz kommen kann, wobei der erste Spulenstrom weiterhin so bemessen ist, dass die erzeugte elektromagnetische Kraft nicht ausreicht noch Anlage des Pilotschließkörpers am Pilotventilsitz zusätzlich noch die Federkraft der zweiten Rückstellfeder zu überwinden. Um dies zu erreichen und damit auch den Ventilschließkörper zur Anlage an seinen Ventilsitz zu bringen, müssen die Spulenmittel über die Steuereinheit mit einem größeren zweiten Spulenstrom bestromt werden, der so bemessen ist die zusätzlich zur Federkraft der ersten Rückstellfeder die Federkraft der zweiten Rückstellfeder zu überwinden. Dabei sind die erste Federkraft der ersten Rückstellfeder und die zweite Federkraft der zweiten Rückstellfeder in der Öffnungsschaltstellung und/oder der Zwischenschaltstellung des Ankers so aufeinander abgestimmt, dass die erste Federkraft kleiner ist als die zweite Federkraft.

Die Vorgabe bzw. Einstellung der ersten und zweiten Federkraft in der Öffnungsschaltstellung kann durch die Wahl entsprechender Federkonstanten gewählt werden, wobei bevorzugt die Federkonstante der zweiten Rückstellfeder größer ist, insbesondere deutlich größer ist als die Federkonstante der ersten Rückstellfeder – zusätzlich oder alternativ kann die unterschiedliche Federkraft durch entsprechende Wahl der Federvorspannungen (bei Federn mit gleicher oder unterschiedlicher Federkonstante) eingestellt werden.

Im Gegensatz zu Elektromagnetventilen aus dem Stand der Technik ist nun erfindungemäß vorgesehen, dass die zweite Rückstellfeder den Ventilschließkörper axial in der Verstellrichtung des Ankers bei Bestromung der Spulenmitteln in Richtung seines Ventilsitzes federkraftbeaufschlagt und weiter so angeordnet ist, dass die Federkraft der zweiten Rückstellfeder einer Verstellbewegung des Ankers aus der Öffnungsschaltstellung bis in die Zwischenschaltstellung nicht entgegenwirkt, so dass der Anker aus der Öffnungsschaltstellung bis zum Erreichen der Zwischenschaltstellung ausschließlich entgegen der Federkraft der Rückstellfeder (d.h. nicht zusätzlich entgegen der Federkraft der zweiten Rückstellfeder) verstellbar ist. Anders ausgedrückt ist die zweite Rückstellfeder derart angeordnet, dass diese erst nach Anlage des Pilotschließkörpers am Pilotventilsitz und einer entsprechenden Kraftbeaufschlagung durch den Anker bzw. einer Bestromung der Spulenmittel mit dem zweiten Spulenstrom komprimierbar ist. Im Gegensatz zum Stand der Technik erfolgt die Kraftübertragung vom Anker auf den Pilotschließkörper auf dem Weg von der Öffnungsschaltstellung in die Zwischenschaltstellung nicht über die zweite Rückstellfeder, sondern ausschließlich über die erste Rückstellfeder. Die zweite Rückstellfeder wird also bei der Komprimierung der ersten Rückstellfeder lediglich zwischen der Öffnungsschaltstellung und der Zwischenschaltstellung axial ohne hieraus resultierende Kraftbeaufschlagung verschoben, d.h. die axial beabstandeten Widerlager bzw. Abstützelemente (beispielsweise ein stößelseitiges Widerlager und der Pilotschließkörper), an denen sich die zweite Rückstellfeder abstützt, werden auf diesem Verstellweg nicht gegeneinander kraftbeaufschlagt. Hierdurch wird der Nachteil des Standes der Technik überwunden, dass die Federn nicht dauerhaft, sondern nur ab der Zwischenschaltstellung bis in die Schließschaltstellung aufeinanderwirken, so dass sich Toleranzen bis zum Erreichen der Zwischenschaltstellung im Gegensatz zum Stand der Technik nicht aufaddieren. Hierdurch wird eine geringere Toleranzabhängigkeit in der Zwischenschaltstellung (Drosselstellung) erreicht als im Stand der Technik. Zudem ist eine getrennte Einstellung der Federeingriffspunkte möglich und zwar sowohl geometrisch als auch durch die Wahl einer entsprechenden Vorstellkraft.

Die Drosselrate bzw. Drosselstellung (Zwischenschaltstellung) wird insgesamt vergleichsweise toleranzfrei definiert.

Bevorzugt ist in der Schließschaltstellung zwischen Anker und Kern noch ein Restaxialspalt vorhanden und die Schließschaltstellung wird durch Wechselwirkung zwischen dem Ventilschließkörper und dem zugehörigen Ventilschließkörper und dem zugehörigen Ventilsitz (Anschlag) definiert.

Konstruktiv vorteilhaft ist eine Ausführungsvariante, bei der die erste und die zweite Rückstellfeder axial beabstandet sind und sich ganz besonders bevorzugt auf zwei voneinander beabstandeten Seiten des Kerns befinden, der wiederum bevorzugt von einem später noch zu erläuternden Stößel durchsetzt ist.

Bevorzugt stützt sich die erste Rückstellfeder mit einem axialen Ende mittelbar oder unmittelbar am Anker und mit dem gegenüberliegenden bzw. davon abgewandten weiteren axialen Ende mittelbar oder unmittelbar am Kern ab, ist also sandwichartig zwischen Anker und Kern aufgenommen, so dass die erste Rückstellfeder bei einer Verstellbewegung des Ankers zwischen Öffnungsschaltstellung und Zwischenschaltstellung sowie zwischen der Zwischenschaltstellung und der Schließschaltstellung komprimiert wird.

Aus konstruktiver Sicht hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn sowohl der Ventilschließkörper als auch der Pilotschließkörper, insbesondere endseitig, an einem langgestreckten bzw. sich entlang der Verstellachse des Ankers erstreckenden Stößel angeordnet sind. Insbesondere aus Montagegründen ist es vorteilhaft, wenn es sich bei dem Stößel und dem Anker um voneinander separate, jedoch aneinander beispielsweise durch Verschrauben, Verschweißen oder Verpressen festgelegte Bauteile handelt. Grundsätzlich denkbar ist eine Ausführungsvariante, bei der der Stößel zumindest abschnittsweise von dem Anker selbst, d.h. monolithisch mit diesem ausgebildet ist. Grundsätzlich ist es bevorzugt, wenn der Stößel so angeordnet, dass dieser die erste Rückstellfeder und/oder die zweite Rückstellfeder und/oder den bevorzugt zwischen den Rückstellfedern angeordneten Kern axial durchsetzt.

Besonders bevorzugt ist es, wenn die zweite Rückstellfeder zusammen mit dem Stößel axial verstellbar ist, insbesondere derart, dass diese erst nach Erreichen der Zwischenschaltstellung (ausgehend von der Öffnungsschaltstellung) durch Drücken des Pilotschließkörpers gegen den Pilotventilsitz aufgrund der entsprechenden Bestromung der Spulenmittel mit dem zweiten (höheren) Spulenstrom komprimierbar ist. Um dies zu erreichen, hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn am Stößel ein Widerlager ausgebildet oder festgelegt ist, an dem sich die zweite Rückstellfeder mit einem von dem Pilotschließkörper abgewandten Ende axial abstützt. Bevorzugt stützt sich die zweite Rückstellfeder mit dem in Richtung des Pilotschließkörpers orientierten axialen Endes mittelbar oder unmittelbar am Pilotschließkörper axial ab, insbesondere derart, dass nach Anliegen des Pilotschließköpers am Pilotventilsitz und einer axialen Weiterbewegung des Ankers und des Stößels die zweite Rückstellfeder komprimiert wird, da der Abstand zwischen Ventilschließkörper und dem relativ zum stößelpositionsfesten Widerlager reduziert wird bzw. relativ zum Stößel gesehen der Pilotschließkörper von dessen vom Anker abgewandten Axialende weg in Richtung Anker verstellt wird.

Bevorzugt ist das Widerlager in sämtlichen Schaltstellungen des Ankers äquidistant zum Ventilschließkörper angeordnet, welcher bevorzugt unverstellbar bzw. in allen Schaltstellungen ortsfest relativ zum Stößel angeordnet ist.

Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der der Ventilschließkörper einen mittelbaren oder unmittelbaren Axialanschlag für den Pilotventilköper in der Öffnungsschaltstellung bis zum Erreichen der Zwischenschaltstellung bildet und axial von dem Ventilschließkörper unter Komprimierung der zweiten Rückstellfeder bei Bestromung mit dem zweiten Spulenstrom, d.h. auf dem Weg des Ankers von der Zwischenschaltstellung in die Schließschaltstellung abhebt.

Als besonders vorteilhaft hat sich eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Elektromagnetventils herausgestellt, bei der der Ventilsitz und der Pilotventilsitz radial nebeneinander, insbesondere in einer gemeinsamen Axialebene bzw. Axialposition angeordnet sind. Anders ausgedrückt sind bevorzugt der Ventilsitz und der Pilotventilsitz nicht oder alternativ nur geringfügig axial versetzt. Als besonders vorteilhaft hat es sich herausgestellt, wenn der Ventilsitz und der Pilotventilsitz, insbesondere jedoch nicht zwingend bei einer radial Nebeneinanderanordnung, an einem gemeinsamen Ventilsitzbauteil angeordnet sind, welches in der Öffnungsschaltstellung sowohl vom Ventilschließkörper als auch vom Pilotschließkörper und in der Zwischenschaltstellung ausschließlich vom Ventilschließkörper axial beabstandet ist.

Ganz besonders zweckmäßig ist eine radiale Ineinanderanordnung bzw. Verschachtelung des Ventilschließkörpers und des Pilotschließkörpers, von denen bevorzugt zumindest einer, vorzugsweise beide topfförmig ausgebildet sind, insbesondere um mit einem vom Topfboden axial beabstandeten Topföffnungsumfangsrand mit dem jeweils zugehörigen Sitz zusammenzuwirken. Ganz besonders zweckmäßig ist es dabei den Ventilschließkörper radial innerhalb des Pilotschließkörpers anzuordnen. Besonders zweckmäßig hat es sich dabei herausgestellt, den Ventilschließkörper axial in der Öffnungsschaltstellung und der Zwischenschaltstellung gegenüber dem vorderen Wirkende des Pilotschließkörpers in Richtung Anker zurückzuversetzen, wobei dieser Rückversatz durch Komprimieren der zweiten Rückstellfeder nach Durchschreiten der Zwischenschaltstellung überwunden wird. Als besonders zweckmäßig ist eine Ausführungsform, bei der der Pilotschließkörper und der Ventilschließkörper axial außerhalb eines den Anker, den Kern und die Spulenmittel aufnehmenden, bevorzugt magnetflussleitenden Gehäuses des Elektromagnetventils angeordnet sind, welches bevorzugt von dem vorerwähnten Stößel axial durchsetzt ist.

Die Erfindung führt auch auf ein Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Elektromagnetventils. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Verstellen des Ankers aus der Öffnungsschaltstellung in die Zwischenschaltstellung ausschließlich entgegen der Federkraft der ersten Rückstellfeder erfolgt, das bedeutet nicht zusätzlich entgegen der Federkraft der zweiten Rückstellfeder und/oder dass eine Verstellbewegung des Ankers entgegen der Federkraft sowohl der ersten Rückstellfeder als auch der zweiten Rückstellfeder ausschließlich auf dem Weg von der Zwischenschaltstellung in die Schließschaltstellung erfolgt. Bevorzugt erfolgt im Rahmen des Verfahrens die Bestromung der Spuleneinheit mit unterschiedlichen effektiven Spulenströmen über eine dem Elektromagnetventil im Rahmen eines Ventilsystems zugeordneten Steuereinheit. Bevorzugt umfasst das System einen Kühlmittelkreislauf eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Kfzs im Rahmen dessen das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt bzw. das erfindungsgemäße Elektromagnetventil seine Funktion erfüllt.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen.

Diese zeigen in:

1: ein erfindungsgemäßes Elektromagnetventil in einer Öffnungsschaltstellung,

2: das Elektromagnetventil gemäß 1 in seiner Zwischenschaltstellung, und

3: das vorerwähnte Elektromagnetventil (nahezu) in seiner Schließschaltstellung.

In den Figuren sind gleiche Elemente und Elemente mit der gleichen Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.

In den Figuren ist ein als 3/2-Wegeventil ausgebildetes elektromagnetisches Pilotschaltventil (Elektromagnetventil) 1 gezeigt. Dieses umfasst einen axial entlang einer Verstellachse V durch Bestromen von Spulenmitteln 2 relativ zu einem ortsfesten Kern 3 verstellbaren Anker 4. Die Spulenmittel 2 umfassen eine bestrombare Wicklung 5, die auf einen hier als Kunststoffspritzgussteil ausgebildeten Spulenträger 6 angeordnet ist, welcher radial außen den Anker 4 umgibt. Dem Anker 4 ist in dem konkreten Ausführungsbeispiel ein Ankerführungsrohr 7 zugeordnet, innerhalb dessen der Anker 4 bei seiner axialen Verstellbewegung geführt ist. Innerhalb des Ankers 4 befindet sich eine Durchgangsbohrung 8, um für eine axiale Druckausgeglichenheit auf beiden voneinander abgewandten Axialseiten des Ankers 4 bei einer Verstellbewegung Sorge zu tragen.

An dem Anker 4 ist ein langgestreckter Stößel 9 festgelegt, der den Kern 3 axial durchsetzt und axial aus einem Gehäuse 10 herausragt, welches die Spulenmittel, den Anker 4 und den Kern 3 aufnimmt und zudem flussleitende Eigenschaften aufweist, um den Magnetkreis zu schließen.

In einem von dem Anker 4 abgewandten Endbereich des Stößels 9 befinden sich ein topfförmiger Pilotschließkörper 11 sowie ein radial darin gekapselter, ebenfalls topfförmiger Ventilschließkörper 12, diese sind durch Verstellen des Ankers 4 relativ zu einem gemeinsamen Ventilsitzbauteil 13 verstellbar, welches ortsfest angeordnet ist und einen Ventilsitz 14 zum dichtenden Zusammenwirken mit dem Ventilschließkörper 12 sowie einen radial dazu benachbarten, in der gleichen Axialebene befindlichen Pilotventilsitz 15 ausbildet zum axialen Anliegen des Pilotschließkörpers 11.

Aus 1 ist weiter zu erkennen, dass sandwichsartig zwischen dem Anker 4 und dem Kern 3 eine erste Rückstellfeder 16 angeordnet ist, die in dem konkreten Ausführungsbeispiel eine kleinere Federkonstante aufweist als eine zweite Rückstellfeder 17, welche axial aufgenommen ist zwischen einem am Stößel 9 ausgebildeten und dauerhaft ortsfest zu diesem angeordneten Widerlager 18 und dem Pilotschließkörper 11. Zusätzlich oder alternativ zu unterschiedlichen Federkonstanten können unterschiedliche Federkräfte in der gezeigten Öffnungsschaltstellung und der Zwischenschaltstellung (vgl. 2) durch die Wahl entsprechender Federspannungen erreicht werden. Jedenfalls ist die momentan auf die jeweils abstützenden Bauteile wirkende erste Federkraft der ersten Rückstellfeder 16 geringer als die zweite Federkraft der zweiten Rückstellfeder 17.

Wie aus 1 zu entnehmen ist, stützt sich die zweite Rückstellfeder 17 unmittelbar an dem stößelfesten Widerlager 18 und gegenüberliegend an dem relativ zum Stößel 9 verschiebbaren Pilotschließkörper 11 ab. Dieser stützt sich wiederum axial unmittelbar an dem stößelfesten bzw. dauerhaft ortsfest zum Stößel 9 angeordneten Ventilschließkörper 12 ab, welcher eingespannt ist zwischen einer stößelfesten Ringschulter 19 und einer endseitigen axialen Sicherungsmutter 20. In der gezeigten Öffnungsschaltstellung des Ankers 4, die eine in der Zeichnungsebene obere bzw. von dem Kern 3 abgewandte Endstellung darstellt, kann ein maximaler Mediumvolumenstrom durch einen Bereich axial zwischen den Sitzen 14, 15 und den Schließkörpern 11, 12 in Pfeilrichtung 21 oder in die entgegengesetzten Richtungen strömen, je nach Anschluss bzw. Anordnung des Elektromagnetventils 1 in einen Fluidkreislauf, insbesondere in einem Kühlkreislauf eines Verbrennungsmotors, bevorzugt eines Kfzs.

Zu erkennen ist, dass sich in der gezeigten Öffnungsschaltstellung der Anker 4 über eine elastomere Ringdichtung 22, welche stirnseitig in einer Haltenut aufgenommen ist, am Boden des hülsenförmigen Ankerführungsrohrs 7 abstützt.

Im Folgenden werden die 2 und 3 erläutert, wobei zur Vermeidung von Wiederholungen nur auf Unterschiede in den Schaltstellungen eingegangen wird – in Bezug auf Gemeinsamkeiten und insbesondere den Aufbau des Elektromagnetventils 1 wird auf 1 mit zugehöriger Figurenbeschreibung verwiesen.

Werden die Spulenmittel 2, genauer deren Wicklung 5 ausgehend von der Öffnungsschaltstellung mit einem ersten Spulenstrom durchstromt, bewegt sich der Anker 4 in die in 2 gezeigte Zwischenschaltstellung (Drosselstellung), welche definiert ist durch Anschlagen bzw. Anliegen des Pilotschließkörpers 11 am Pilotventilsitz 15, und zwar unter Aussparung einer Pilotöffnung 23 (Drosselöffnung) zur Gewährleistung eines Pilotvolumenstroms in den Pfeilrichtungen 24 oder den entgegengesetzten Richtungen. Zu erkennen ist, dass durch diese Verstellbewegung im Vergleich zur Öffnungsschaltstellung die erste Rückstellfeder 16 (weiter) komprimiert wurde, die zweite Rückstellfeder 17 jedoch nicht. Die Kraftübertragung vom Anker 4 auf den Pilotventilsitz während dieser Verstellbewegung bis zum Erreichen der Zwischenschaltstellung erfolgte ausschließlich über die erste Rückstellfeder 16 bzw. unter Komprimierung der ersten Rückstellfeder 16 – während die zweite Rückstellfeder 17 nicht in die Kraftübertragung eingebunden ist. Bis zum Erreichen der Zwischenschaltstellung und in der Zwischenschaltstellung erfolgt, wie erläutert, keine Komprimierung bzw. Komprimierkraftbeaufschlagung der zweiten Rückstellfeder 17, so dass die Relativposition zwischen Pilotschließkörper 11 und Ventilschließkörper 12 unverändert bleibt. Anders ausgedrückt, erfolgte die Verstellbewegung in die in 2 gezeigte Zwischenschaltstellung ausschließlich unter Kraftbeaufschlagung der ersten Rückstellfeder 16. Der erste Spulenstrom ist so bemessen, dass dieser die zweite Rückstellfeder 17 nach Erreichen der Zwischendarstellung nicht komprimiert. Werden nun die Spulenmittel 2 mit einem zweiten Spulenstrom bestromt, der größer ist als der erste Spulenstrom wird der Anker 4 weiter in Richtung Kern 3 verstellt, und zwar bis zur dichtenden Anlage des Ventilschließkörpers 12 an seinem vom Ventilsitzelement 13 ausgebildeten Ventilsitz 14. In der Darstellung gemäß 3 ist diese Endposition noch nicht ganz erreicht.

Anders ausgedrückt ist in der Schließschaltstellung eine dichtende Anlage des Ventilschließkörpers 12 am Ventilsitz 14 gegeben, so dass kein Mediumvolumenstrom mehr strömen kann. In der Schließschaltstellung ist ein Restaxialspalt 25 zwischen Anker 4 und Kern 3 gegeben. Die Verstellbewegung von der Zwischenschaltstellung in die Schließschaltstellung erfolgte bzw. erfolgt unter gleichzeitiger Komprimierung der zweiten Rückstellfeder 17 und unter Vergrößerung des Axialabstandes zwischen dem Pilotschließkörper 11 und dem Ventilschließkörper 12, wobei sich während dieses Bewegungsschrittes Anker 4 und Pilotschließkörper 11 unter Komprimierung der zweiten Rückstellfeder 17 entlang der Verstellachse V annähern.

Bezugszeichenliste

1
Elektromagnetventil
2
Spulenmittel
3
Kern
4
Anker
5
Wicklung
6
Spulenträger
7
Ankerführung
8
Durchgangsbohrung
9
Stößel
10
Gehäuse
11
Pilotschließkörper
12
Ventilschließkörper
13
Ventilsitzelement
14
Ventilsitz
15
Pilotventilsitz
16
erste Rückstellfeder
17
zweite Rückstellfeder
18
Widerlager
19
Ringschulter
20
Sicherungsmutter
21
Pfeilrichtungen
22
Ringdichtung
23
Pilotöffnung(en)
24
Pfeilrichtungen
25
Restaxialspalt
V
Verstellachse

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

  • DE 4236482 A1 [0002]
  • DE 19908102 C1 [0002]
  • DE 102007009167 A1 [0002]
  • DE 102013217580 A1 [0002]
  • EP 0595014 A1 [0002]
  • DE 3700356 C2 [0002]
  • DE 102013216568 A1 [0003]