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

Abstract:

Die Erfindung betrifft ein Doppelankermagnetventil (1), insbesondere zum Ablassen von Wasser aus Kraftstoffsystemen in Kraftfahrzeugen, mit einem ersten Anker (2) und mit einem zweiten Anker (3), die entlang einer gemeinsamen Verstellachse axial einander gegenüberliegen und axial aufeinander zu in eine jeweilige Öffnungsposition und voneinander weg in eine jeweilige Schließposition verstellbar sind, und mit, vorzugsweise am Umfang beider Anker (2, 3) angeordneten, Spulenmitteln (4) zum Erzeugen eines magnetischen Flusses in beiden Ankern (2, 3) zum Verstellen derselben entlang der Verstellachse aufeinander zu sowie mit mindestens einer den ersten Anker (2) von dem zweiten Anker (3) axial weg federkraftbeaufschlagenden ersten Rückstellfeder (10) und mindestens einer den zweiten Anker (3) von dem ersten Anker (2) axial weg federkraftbeaufschlagenden zweiten Rückstellfeder (11), wobei dem ersten Anker (2) ein, bevorzugt am ersten Anker (2) angeordnetes, erstes Dichtelement (13) zum Abdichten einer auf der vom zweiten Anker (3) abgewandten Axialseite des ersten Ankers (2) angeordneten Einlassöffnung (8) für unter Druck stehendes Fluid, insbesondere Wasser aus einem KFZ-Kraftstoffsystem, zugeordnet ist und wobei dem zweiten Anker (3) ein, bevorzugt am zweiten Anker (3) angeordnetes, zweites Dichtelement (14) zum Abdichten einer auf der vom ersten Anker (2) abgewandten Axialseite des zweiten Ankers (3) angeordneten Auslassöffnung (9) für das Fluid zugeordnet ist, wobei die Einlassöffnung (8) und die Auslassöffnung (9) über einen, bevorzugt von einem die Anker (2, 3) aufnehmenden Ankerraum (5) gebildeten, Fluidkanal fluidleitend verbunden sind.





Inventors:
Vopel, David (88213, Ravensburg, DE)
Kiene, Marco (88630, Pfullendorf, DE)
Zelano, Frank (78112, St. Georgen, DE)
Flühs, Joachim (78050, Villingen-Schwenningen, DE)
Bergfeld, Björn (72336, Balingen, DE)
Application Number:
DE102016110899A
Publication Date:
12/14/2017
Filing Date:
06/14/2016
Assignee:
Kendrion (Markdorf) GmbH, 88677 (DE)
International Classes:
F16K31/06; H01F7/16
Domestic Patent References:
DE102007005916A1N/A2008-08-14
Foreign References:
4778227
Attorney, Agent or Firm:
Patentanwälte Behrmann Wagner Partnerschaftsgesellschaft mbB, 78224, Singen, DE
Claims:
1. Doppelankermagnetventil (1), insbesondere zum Ablassen von Wasser aus Kraftstoffsystemen in Kraftfahrzeugen, mit einem ersten Anker (2) und mit einem zweiten Anker (3), die entlang einer gemeinsamen Verstellachse axial einander gegenüberliegen und axial aufeinander zu in eine jeweilige Öffnungsposition und voneinander weg in eine jeweilige Schließposition verstellbar sind, und mit, vorzugsweise am Umfang beider Anker (2, 3) angeordneten, Spulenmitteln (4) zum Erzeugen eines magnetischen Flusses in beiden Ankern (2, 3) zum Verstellen derselben entlang der Verstellachse aufeinander zu sowie mit mindestens einer den ersten Anker (2) von dem zweiten Anker (3) axial weg federkraftbeaufschlagenden ersten Rückstellfeder (10) und mindestens einer den zweiten Anker (3) von dem ersten Anker (2) axial weg federkraftbeaufschlagenden zweiten Rückstellfeder (11), wobei dem ersten Anker (2) ein, bevorzugt am ersten Anker (2) angeordnetes, erstes Dichtelement (13) zum Abdichten einer auf der vom zweiten Anker (3) abgewandten Axialseite des ersten Ankers (2) angeordneten Einlassöffnung (8) für unter Druck stehendes Fluid, insbesondere Wasser aus einem KFZ-Kraftstoffsystem, zugeordnet ist und wobei dem zweiten Anker (3) ein, bevorzugt am zweiten Anker (3) angeordnetes, zweites Dichtelement (14) zum Abdichten einer auf der vom ersten Anker (2) abgewandten Axialseite des zweiten Ankers (3) angeordneten Auslassöffnung (9) für das Fluid zugeordnet ist, wobei die Einlassöffnung (8) und die Auslassöffnung (9) über einen, bevorzugt von einem die Anker (2, 3) aufnehmenden Ankerraum (5) gebildeten, Fluidkanal fluidleitend verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass dem ersten und/oder zweiten Anker (2, 3) Mittel zur Realisierung unterschiedlicher Schließzeitpunkte zum Schließen der Einlassöffnung (8) und der Auslassöffnung (9) zugeordnet sind, derart, dass nach Unterbrechung oder Reduzierung der Spulenmittelbestromung die Einlassöffnung (8) mittels des ersten Ankers (2) schneller verschließbar ist als die Auslassöffnung (9) mittels des zweiten Ankers (3) und dass eine bezogen auf den ersten Anker (2) verstellkraftwirksame Einlassöffnungsquerschnittsfläche kleiner ist als eine bezogen auf den zweiten Anker (3) verstellkraftwirksame Auslassöffnungsquerschnittsfläche.

2. Doppelankermagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Rückstellfeder (10) den ersten Anker (2) in seiner Schließposition mit einer größeren Federkraft beaufschlagend ausgebildet und angeordnet ist als die zweite Rückstellfeder (11) den zweiten Anker (3) in seiner Schließposition

3. Doppelankermagnetventil nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Rückstellfeder (10, 11) als Druckfedern ausgebildet und angeordnet sind.

4. Doppelankermagnetventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die erste und die zweite Rückstellfeder (10, 11) jeweils unmittelbar axial an dem zugehörigen ersten bzw. zweiten Anker (2, 3) abstützen und bevorzugt jeweils axial an einem gemeinsamen, in einem Bereich zwischen den Ankern (2, 3) angeordneten Widerlagerelement für die Rückstellfedern (10, 11).

5. Doppelankermagnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Rückstellfeder (10) in seine Schließposition eine, vorzugsweise um mindestens 25 %, weiter bevorzugt mindestens 40 %, größere Federvorspannungsspannung aufweist als die zweite Rückstellfeder (11) in ihrer Schließposition und/oder dass die erste Rückstellfeder (10) eine größere, vorzugsweise um mindestens 25 % weiter bevorzugt mindestens 40 % größere Federkonstante aufweist als die zweite Rückstellfeder (11).

6. Doppelankermagnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Anker (2, 3) geometrisch unterschiedlich gestaltet sind und/oder aus einem voneinander unterschiedlich magnetisch flussleitenden und/oder eine voneinander unterschiedliche magnetische Remanenz aufweisendes Material ausgebildet sind und/oder dass der erste Anker (2) eine geringere Masse aufweist als der zweite Anker (3).

7. Doppelankermagnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel magnetisch wirksame Mittel zum Verzögern und/oder Verlangsamen der Verstellbewegung des zweiten Ankers (3) verglichen mit dem ersten Anker (2) umfassen.

8. Doppelankermagnetventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel derart ausgebildet ist, dass die magnetische Remanenz im zweiten Anker (3) größer ist als im ersten Anker (2) und/oder dass der magnetische Flusswiderstand im ersten Anker (2) größer ist als im zweiten Anker (3), insbesondere durch Vorsehen eines radialen Verengungsabschnittes in einem Axialabschnitt (15) des ersten Ankers (2).

9. Verfahren zum Betreiben eines Doppelankermagnetventils (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Spulenmittel bestromt werden und dadurch die Anker (2, 3) entlang der Verstellachse zum Öffnen der Einlassöffnung (8) und der Auslassöffnung (9) axial aufeinander zu verstellt werden, wodurch Fluid, insbesondere Wasser aus einem KFZ-Kraftstoffsystem, bevorzugt aus einem KFZ-Dieselkraftstoffsystem, durch die Einlassöffnung (8) in den Verbindungskanal (7) strömt und durch diesen zur Auslassöffnung (9) und durch diese hindurch und dass zum Schließen der Einlassöffnung (8) und der Auslassöffnung (9) die Bestromung der Spulenmittel (4) reduziert oder unterbrochen wird, wodurch der erste Anker (2) von der ersten Rückstellfeder (10) in Richtung zur Einlassöffnung (8) in seine Schließposition bewegt wird und der zweite Anker (3) von der zweiten Rückstellfeder (11) in Richtung zur Auslassöffnung (9) in seine Schließposition, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Unterbrechung oder Reduzierung der Spulenmittelbestromung der zweite Anker (3) seine Schließposition zum Schließen der Auslassöffnung (9) später erreicht als der erste Anker (2) seine Schließposition zum Schließen der Einlassöffnung (8) und sich der Fluiddruck im Verbindungskanal auf ein Druckniveau abbaut, das geringer ist als ein Fluiddruck in Strömungsrichtung des Fluids vor der Einlassöffnung (8).

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Undichtigkeit im Bereich der ersten Einlassöffnung (8) das in den Verbindungskanal strömende Fluid den zweiten Anker (3) in Richtung seiner Schließposition mit einer Schließkraft kraftbeaufschlagt, welche bevorzugt aus der aus einer Beaufschlagung der Spulenmittel (4) resultierenden, auf den zweiten Anker (3) wirkenden Magnetkraft nicht überwindbar ist.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich die magnetische Flussdichte im zweiten Anker (3) nach dem Unterbrechen oder Reduzierung der Spulenmittelbestromung langsamer reduziert als im ersten Anker (2).

Description:

Die Erfindung betrifft ein Doppelankermagnetventil, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere zum Ablassen von Wasser aus Kraftstoffsystemen in Kraftfahrzeugen, insbesondere aus Dieselkraftstoffsystemen, mit einem ersten Anker und mit einem zweiten Anker, die entlang einer gemeinsamen, d.h. aus zwei axial benachbarten, bevorzugt axial fluchtenden Ankerverstellachsen bzw. -teilachsen gebildeten, Verstellachse (stirnseitig) axial einander gegenüberliegen und axial aufeinander zu in eine jeweilige Öffnungsposition und voneinander weg in eine jeweilige Schließposition verstellbar sind, und mit, vorzugsweise am Umfang beider Anker angeordneten, insbesondere gemeinsamen, noch weiter bevorzugt von einer gemeinsamen Spule bzw. Wicklung gebildeten, Spulenmitteln zum Erzeugen eines magnetischen Flusses in beiden Ankern zum Verstellen derselben entlang der Verstellachse aufeinander zu, d.h. in die jeweilige Öffnungsposition (zum Öffnen einer Einlassöffnung und einer Auslassöffnung des Ventils) bei entsprechender Bestromung der Spulenmittel, sowie mit mindestens einer den ersten Anker von dem zweiten Anker weg, d.h. in Richtung seiner Schließposition federkraftbeaufschlagenden ersten Rückstellfeder und mindestens einer den zweiten Anker von dem ersten Anker axial weg, d.h. in Richtung seiner Schließposition, federkraftbeaufschlagenden zweiten Rückstellfeder, wobei dem ersten Anker ein, bevorzugt am ersten Anker angeordnetes, insbesondere elastomeres, erstes Dichtelement zum Abdichten einer auf der vom zweiten Anker abgewandten Axialseite des ersten Ankers angeordneten Einlassöffnung für unter Druck stehendes Fluid, insbesondere für das vorerwähnte Wasser aus einem KFZ-Kraftstoffsystem, zugeordnet ist und wobei dem zweiten Anker ein, bevorzugt am zweiten Anker angeordnetes, vorzugsweise elastomeres, zweites Dichtelement zum Abdichten einer auf der vom ersten Anker abgewandten Axialseite des zweiten Ankers angeordneten Auslassöffnung für das Fluid, insbesondere ein Flüssigkeit, zugeordnet ist, wobei die Einlassöffnung und die Auslassöffnung über einen, bevorzugt von einem die Anker aufnehmenden, besonders bevorzugt radial außen von einem sich axial erstreckenden Ankerführungsrohr begrenzten Ankerraum gebildeten, Fluidkanal fluidleitend verbunden sind. Die erwähnten Dichtelemente sind bevorzugt am jeweiligen Anker festgelegt und zusammen mit diesen axial verstellbar. Bei einer alternativen Ausführungsform können die Dichtelemente auch ortsfest im Bereich des jeweiligen Ventilsitzes vorgesehen werden.

Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9 zum Betreiben eines derartigen Doppelankermagnetventils, wobei die, insbesondere gemeinsamen, Spulenmittel bestromt werden und dadurch die Anker entlang der Verstellachse zum Öffnen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung axial aufeinander zu verstellt werden (entgegen der jeweiligen Federkraft der zugeordneten Rückstellfeder), wodurch Fluid, vorzugsweise eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser aus einem KFZ-Kraftstoffsystem, bevorzugt aus einem KFZ-Dieselkraftstoffsystem, durch die Einlassöffnung in den Verbindungskanal strömt und durch diesen zur Auslassöffnung und durch diese hindurch, und dass zum Schließen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung die Bestromung der Spulenmittel reduziert oder unterbrochen wird, wodurch der erste Anker von der ersten Rückstellfeder in Richtung zur Einlassöffnung in seine Schließposition bewegt wird und der zweite Anker von der zweiten Rückstellfeder in Richtung zur Auslassöffnung in seine Schließposition.

Bei Dieselkraftstoff, insbesondere in Schwellen- und Entwicklungsländern besteht das Problem, dass dieser einen großen Wasseranteil enthält, teilweise aufgrund absichtlicher Beimischung, teilweise aufgrund schlechter Produktions- und/oder Lagerbedingungen bzw. -technologien. Damit das im Dieselkraftstoff enthaltene Wasser nicht in den Verbrennungsmotor gelangt, sind unterschiedlichste Technologien zur Abscheidung des Wassers aus dem Dieselkraftstoff bekannt geworden. Das abgeschiedene Wasser wird je nach Fahrzeugtechnologie manuell oder automatisiert abgelassen. Für das automatisierte Ablassen von sich üblicherweise in einem Wasserspeicher des KFZ-Kraftstoffsystems unter Druck befindlichen Wassers sind Doppelankermagnetventile bekannt geworden, wie diese beispielsweise in der DE 10 2007 005 916 A1 beschrieben sind. Die bekannten Doppelankermagnetventile haben sich bewährt – es bestehen jedoch, insbesondere im Hinblick auf entsprechende Umweltauflagen, Bestrebungen die Sicherheit solcher Doppelankermagnetventile weiter zu verbessern, um ein unbeabsichtigtes Ablassen von Kraftstoff, insbesondere Dieselkraftstoff in die Umwelt sicher zu vermeiden.

Bei dem aus der DE 10 2007 005 916 A1 bekannten Doppelmagnetventil sind zwei Anker axial entlang einer gemeinsamen Verstellachse stirnseitig einander gegenüberliegend angeordnet und werden durch Bestromen einer gemeinsamen Spule aufeinander zu in eine Mitten- bzw. jeweilige Öffnungsstellung bewegt. Hierdurch wird eine Einlassöffnung in den Ankerraum geöffnet, durch die unter Druck stehendes Wasser strömt, welches den Ankerraum über die Auslassöffnung wieder verlässt. Zum Schließen der beiden Öffnungen wird die Bestromung der Spule unterbrochen und die beiden Anker werden von einer gemeinsamen Rückstellfeder, die sich mit ihren beiden axialen Enden an jeweils einem der Anker abstützt hin in die jeweilige Schließposition, d.h. in Richtung der jeweiligen Öffnung (Einlassöffnung bzw. Auslassöffnung) bewegt. Gemäß der Lehre der Druckschrift können anstelle einer gemeinsamen Druckfeder separate, jeweils als Zugfeder ausgebildete Rückstellfedern eingesetzt werden. Bei dem bekannten Doppelankermagnetventil werden nach Unterbrechung der Spulenbestromung die Anker gleichförmig in die jeweilige Schließposition bewegt, so dass die Einlassöffnung und die Auslassöffnung gleichzeitig geschlossen werden.

Ausgehend von dem vorbekannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Doppelankermagnetventil sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen anzugeben, mit denen die Sicherheit gegen unbeabsichtigtes Abgeben einer Flüssigkeit, insbesondere von Kraftstoff durch die Auslassöffnung an die Umwelt erhöht wird.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Doppelankermagnetventils mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, d.h. bei einem gattungsgemäßen Doppelankermagnetventil dadurch, dass dem ersten und/oder dem zweiten Anker, insbesondere strukturelle, Mittel zur Realisierung unterschiedliche Schließzeitpunkte zum Schließen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung zugeordnet sind, derart, dass nach Unterbrechung oder Reduzierung der Spulenmittelbestromung die Einlassöffnung mittels des ersten Ankers schneller verschließbar ist bzw. verschlossen wird, insbesondere um mindestens 25 ms, vorzugsweise mindestens 50 ms schneller verschließbar ist bzw. verschlossen wird, als die Auslassöffnung mittels des zweiten Ankers, und dass eine bezogen auf den ersten Anker verstellkraftwirksame Einlassöffnungsquerschnittsfläche kleiner ist, vorzugsweise um mindestens 25 %, noch weiter bevorzugt um mindestes 33 % kleiner ist als eine bezogen auf den zweiten Anker verstellkraftwirksame Auslassquerschnittsfläche.

Hinsichtlich des (Betriebs-)Verfahrens wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst, d.h. bei einem gattungsgemäßen Verfahren dadurch, dass nach Unterbrechung oder Reduzierung der Spulenmittelbestromung der zweite Anker seine Schließposition zum Schließen der Auslassöffnung langsamer bzw. später erreicht, insbesondere um mindestens 25 ms schneller, noch weiter bevorzugt um mindestens 50 ms später als der erste Anker seine Schließposition zum Schließen der Einlassöffnung und sich der Fluiddruck im Verbindungskanal, d.h. in einem Bereich axial zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung, auf ein Druckniveau abbaut, das geringer ist, insbesondere um mindestens 25 %, vorzugsweise mindestens 40 % geringer ist als ein Fluiddruck in Strömungsrichtung des Fluids vor der Einlassöffnung (bei geschlossener Einlassöffnung).

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 auch als verfahrensgemäß offenbart gelten und beanspruchbar sein. Ebenso sollen verfahrensgemäß offenbarte Merkmale auch als vorrichtungsgemäß offenbart gelten und beanspruchbar sein.

Um die gewünschte, erhöhte Sicherheit gegen eine Undichtigkeit des Doppelankermagnetventils zu gewährleisten und damit das Risiko einer Kraftstoffabgabe an die Umwelt auf ein Minimum zu reduzieren, schlägt die Erfindung mehrere Maßnahmen vor.

Ein Kerngedanke der Erfindung besteht darin, den axial zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung angeordneten Ankern voneinander separate Rückstellfedern zuzuordnen, die bevorzugt beide als Druckfedern ausgebildet sind, die also bevorzugt den jeweiligen Anker in Richtung seiner Schließposition bzw. der dem jeweiligen Anker zugeordneten Öffnung (Einlassöffnung bzw. Auslassöffnung) kraftbeaufschlagen, um für den Fall eines Federbruchs oder einer Verklemmung einer der beiden Rückstellfedern trotzdem ein sicheres Schließen einer der Öffnungen sicherzustellen, so dass ein erheblicher Flüssigkeitsaustritt durch die Auslassöffnung in jedem Fall verhindert wird.

Eine weitere wesentliche Maßnahme zur Erhöhung der Sicherheit des erfindungsgemäßen Doppelankermagnetventils besteht darin, unterschiedliche Zeitpunkte durch Schließen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung zu realisieren. Hierzu sind entsprechende Mittel vorgesehen bzw. dem ersten und/oder dem zweiten Anker zugeordnet, mit denen gewährleistet wird, dass der erste Anker nach der Unterbrechung oder Reduzierung der Spulenmittelbestromung seine Schließposition zeitlich vor dem zweiten Anker erreicht, d.h. zeitlich bevor der zweite Anker seine Schließposition erreicht, um die ihm zugeordnete Auslassöffnung zu schließen. Hierdurch wird gewährleistet, dass ausreichend Zeit für einen Fluiddruckabbau im Verbindungskanal, d.h. zwischen Einlassöffnung und Auslassöffnung, insbesondere im Ankerraum für die Anker, besteht, da Flüssigkeit auch noch nach Schließen der Einlassöffnung mittels des zweiten Ankers über die Auslassöffnung abströmen kann. Dies führt dann wiederum dazu, dass nach dem (späteren) Schließen der Auslassöffnung der Fluiddruck im Verbindungskanal geringer ist als der Fluiddruck auf der Hochdruckseite des Ventils, d.h. in einem Bereich in Strömungsrichtung vor der Einlassöffnung. Kommt es nun im Fehlerfall dazu, dass über eine Undichtigkeit an der dem hochdruckseitigen bzw. ersten Anker zugeordneten Einlassöffnung Flüssigkeit unter hohem Druck in den Verbindungskanal nachströmt, wird eine fluiddruckinduzierte Schließkraft auf den zweiten Anker erhöht und der auslassseitige Anker (zweiter Anker) hält die Auslassöffnung sicher verschlossen. Dabei sind die Spulenmittel bevorzugt so ausgelegt bzw. auf das Druckflächenverhältnis am zweiten Anker abgestimmt, dass die durch die zum Aufeinander zu Verstellen der Anker vorgesehene Bestromung der Spulenmittel erzeugbare Magnetkraft nicht ausreicht, den zweiten Anker im Fehlerfall, d. h. bei einer Leckage an der Einlassöffnung entgegen dem im Verbindungskanal am zweiten Anker anliegenden, dem Fluiddruck in Strömungsrichtung vor der Einlassöffnung entsprechenden Fluiddruck (Schließdruck) des Fluids bzw. der daraus resultierenden Schließkraft zu öffnen.

Eine weitere Maßnahme zur Erhöhung der Betriebssicherheit des erfindungsgemäßen Doppelankermagnetventils besteht darin, die Ventilsitzquerschnittsflächen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung, also die bezogen auf die Anker fluiddruckkraftwirksamen und damit verstellkraftwirksamen Öffnungsquerschnittsflächen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung bzw. der zugehörigen Ventilsitze unterschiedlich groß zu gestalten, und zwar derart, dass die verstellkraftwirksame Auslassöffnungsquerschnittsfläche größer bemessen als die verstellkraftwirksame Einlassöffnungsquerschnittsfläche, um somit die auf die Anker wirkenden fluiddruckkraftbedingten Öffnungs- und Schließkräfte zu optimieren bzw. zu erhöhen. Insbesondere wird durch diese Maßnahme im, vorzugsweise radial außen von einem Ankerführungsrohr begrenzten, Verbindungskanal eine höhere fluiddruckinduzierte Schließkraft auf den ablassseitgen, zweiten Anker ausgeübt, so dass dieser sicher an seinem Ventilsitz anliegt und die Auslassöffnung verschlossen bleibt, insbesondere bei einer Druckerhöhung im Verbindungskanal bei einer zuvor erläuterten, einlassöffnungsseitigen Undichtigkeit. Gleichzeitig wird die auf den ersten Anker wirkende fluidische Öffnungskraft aufgrund der zum Vergleich zur Auslassöffnungsquerschnittsfläche kleineren Einlassöffnungsquerschnittsfläche reduziert.

Eine Möglichkeit zur Ausgestaltung der Mittel zur Erzielung unterschiedlicher Schließzeitpunkte besteht darin, die unterschiedlichen, den beiden Ankern zugeordneten Rückstellfedern unterschiedlich zu dimensionieren und/oder vorzuspannen, derart, dass die erste Rückstellfeder den ersten Anker in seiner Schließposition und/oder seiner Öffnungsposition mit einer größeren Federkraft beaufschlagt als die zweite Rückstellfeder den zweiten Anker in seiner entsprechenden Schließ- oder Öffnungsposition. Anders ausgedrückt ist die Federkraft, mit der die erste Rückstellfeder den ersten Anker beaufschlagt größer als die Federkraft, mit der die zweite Rückstellfeder den zweiten Anker federkraftbeaufschlagt. Zu diesem Zweck kann als erste Rückstellfeder eine Feder mit einer höheren Federkonstante als die zweite Rückstellfeder eingesetzt werden und/oder die erste Rückstellfeder kann mit einer größeren Vorspannkraft vorgespannt angeordnet sein. Bevorzugt unterscheiden sich die Federkräfte in der jeweiligen Schließ- und/oder Öffnungsposition um mindestens 25 %, noch weiter bevorzugt mindestens 40 %.

Grundsätzlich ist es denkbar, dass die erste und/oder die zweite Rückstellfeder als Zugfeder ausgebildet sind/ist – bevorzugt ist eine alternative Ausführungsform mit mindestens einer, vorzugsweise zwei Druckfedern. Für diesen bevorzugten Fall stützen sich die erste und die zweite (Druck-)Rückstellfeder jeweils unmittelbar axial an dem zugehörigen ersten bzw. zweiten Anker ab und ganz besonders bevorzugt jeweils axial mit den einander zugewandten Enden an einem gemeinsamen, in einem Bereich zwischen den Ankern angeordneten mindestens eine Durchlassöffnung für Flüssigkeit aufweisenden Widerlagerelement.

Zur Erzielung unterschiedlicher Schließzeitpunkte ist es zusätzlich oder alternativ zur Realisierung unterschiedlicher Federkräfte möglich, den ersten und den zweiten Anker, insbesondere im Hinblick auf die Erzielung unterschiedlicher Magnetflussleiteigenschaften geometrisch unterschiedlich zu gestalten, beispielsweise, indem, wie später noch erläutert werden wird, im ersten Anker abschnittsweise durch eine entsprechende Materialreduzierung in einem Axialabschnitt ein erhöhter magnetischer Widerstand erzeugt wird. Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, den ersten und den zweiten Anker aus voneinander unterschiedlich magnetisch flussleitenden Materialien auszugestalten, insbesondere derart, dass der erste Anker aus einem besser magnetisch flussleitenden Material ausgebildet ist als der zweite Anker. Zusätzlich oder alternativ ist es bevorzugt, dass die beiden Anker aus voneinander unterschiedlichen, unterschiedliche magnetische Remanenzen aufweisenden Materialien ausgebildet sind, insbesondere derart, dass die magnetische Remanenz des Ankermaterials des zweiten Ankers größer ist als die des ersten Ankermaterials. Zusätzlich oder alternativ ist es wiederum möglich den ersten Anker mit einer geringeren Masse auszugestalten als den zweiten Anker, um somit eine schnellere Bewegung bzw. ein dynamischeres Verhalten des ersten Ankers zu erreichen bzw. zu unterstützen.

Wie sich aus den vorstehenden Ausführungen bereits ergibt ist es im Hinblick auf die Ausgestaltung der Mittel zur Realisierung unterschiedlicher Schließzeiten möglich und bevorzugt, zusätzlich oder alternativ zur Realisierung unterschiedlicher Rückstellfederausgestaltungen oder vorspannungen und/oder unterschiedlicher Ankermassen die Mittel magnetisch wirksam auszugestalten, derart, dass die Verstellbewegung des zweiten Ankers zur Erzielung eines späteren Schließzeitpunktes verzögert und/oder verlangsamt wird, verglichen mit dem ersten Anker bzw. dessen Verstellbewegung.

Ganz besonders bevorzugt sind die Mittel dabei derart ausgebildet, dass die magnetische Remanenz im zweiten Anker größer ist als im ersten Anker, der zweite Anker also eine größere Restmagnetisierung aufweist bzw. sich das Magnetfeld im zweiten Anker langsamer abbaut als im ersten Anker. Zusätzlich oder alternativ kann, insbesondere durch eine geometrisch unterschiedliche Gestaltung der magnetische Flusswiderstand im ersten Anker größer ausgestaltet werden als im zweiten Anker, insbesondere durch das Vorsehen eines radialen Verengungsabschnittes im ersten Anker zur Reduzierung des axialen magnetischen Flussleitquerschnittes des ersten Ankers.

Die Erfindung führt auch auf ein Verfahren zum Betreiben eines wie zuvor ausgebildeten Doppelankermagnetventils. Im Rahmen des Verfahrens wird die Bestromung der Spulenmittel unterbrochen oder reduziert, so dass die beiden Anker von der jeweiligen, bevorzugt jeweils als Druckfeder ausgestalteten Rückstellfeder in Richtung der jeweiligen Schließposition, d.h. in Richtung der jeweiligen Öffnung verstellt werden, also der erste Anker gegen die Einlassöffnung bzw. den Einlassöffnungsventilsitz und der zweite Anker gegen die Auslassöffnung bzw. den Auslassöffnungsventilsitz, wobei (durch das Vorsehen entsprechender, zuvor im Rahmen des Doppelankermagnetventils erläuterter Mittel) der erste Anker seine Schließposition zum dichten Verschließen der Einlassöffnung schneller erreicht als der zweite Anker seine Schließposition zum Schließen der Auslassöffnung erreicht, wodurch nach dem Schließen der Einlassöffnung bis zum (verspäteten) Schließen der Auslassöffnung Fluid aus dem Verbindungskanal durch die Auslassöffnung abströmen kann und somit der Fluiddruck im Verbindungskanal reduziert wird.

Wenn es im Rahmen des Betriebsverfahrens zu einer Undichtigkeit im Bereich der Einlassöffnung kommt, strömt im Rahmen des Verfahrens Fluid, insbesondere Wasser, welches aus einem Kraftstoff, vorzugsweise einem Dieselkraftstoff abgeschieden wurde in den Verbindungskanal, wodurch der zweite Anker in Richtung seiner Schließposition (stärker) fluiddruckkraftbeaufschlagt wird – diese ist dann größer als eine ggf. in die entgegengesetzte Richtung wirkende, fluiddruckinduzierte Öffnungskraft auf den Anker, die von einer ggf. in einer der Auslassöffnung in Strömungsrichtung nachgeordneten Ablassleitung befindlichen Flüssigkeit resultiert. Die aus der fluiddruckinduzierten Öffnungskraft und der fluiddruckinduzierten Schließkraft resultierende fluiddruckinduzierte Schließkraft ist dabei bevorzugt, durch eine entsprechende Auslegung der Spulenmittel kleiner als die von den Spulenmitteln erzeugbare magnetische Öffnungskraft, sodass in dem vorerwähnten Fehlerfall einer Undichtigkeit im Bereich der Einlassöffnung der zweite Anker durch Magnetkraftbeaufschlagung nicht mehr in Richtung seiner Öffnungsposition verstellbar ist und somit das Doppelankermagnetventil sicher geschlossen bleibt bzw. durch den Fluiddruck verriegelt ist bzw. bleibt.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Doppelankermangetventils ist vorgesehen, dass, insbesondere durch eine entsprechend geometrische Ausgestaltung der Anker, insbesondere des ersten Ankers, dass der magnetische Fluss durch das Vorsehen eines entsprechenden magnetischen Widerstandes im ersten Anker schneller in Sättigung geht als im zweiten Anker. Zusätzlich oder alternativ ist vorgesehen, dass, insbesondere durch eine entsprechende Materialwahl der Anker sich die magnetische Flussdichte im zweiten Anker nach dem Unterbrechen oder Reduzieren der Spulenmittelbestromung langsamer abbaut als im ersten Anker. Hierzu ist der zweite Anker bevorzugt aus einem Material mit einer größeren magnetischen Remanenz als das Material des ersten Ankers ausgestaltet.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter, erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Diese zeigen in:

1: ein erstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Doppelankermagnetventils mit zwei im Hinblick auf die jeweils ausgeübte Federschließkraft unterschiedlich dimensionierten und/oder vorgespannten Rückstellfedern sowie unterschiedlichen Öffnungsquerschnitten, und

2: ein alternatives Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Doppelankermagnetventils mit zusätzlich zu unterschiedlichen Öffnungsquerschnitten magnetisch ausgebildeten Mitteln zur Erzielung unterschiedlicher Schließzeitpunkte der Öffnungen.

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

In 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Doppelankermagnetventils 1 gezeigt. Dieses umfasst einen ersten Anker 2 und einen zweiten Anker 3, die entlang einer gemeinsamen Verstellachse V stirnseitig einander gegenüberliegend angeordnet sind. Den beiden Ankern 2, 3 sind gemeinsame Spulenmittel 4 in Form einer gemeinsamen Spule (elektrische Wicklung) zugeordnet, die sich um den Außenumfang der beiden Anker 2, 3 erstreckt.

Die beiden Anker 2, 3 sind in einem Ankerraum 5 angeordnet, welcher radial außen von einem Ankerrohr 6 begrenzt ist. Der Ankerraum 5 bildet gleichzeitig einen fluidischen Verbindungskanal 7 zwischen einer Einlassöffnung 8 und einer Auslassöffnung 9 des Doppelankermagnetventils 1. Dabei ist die Einlassöffnung 8 dem ersten Anker 2 zugeordnet, d.h. kann durch diesen in seiner Schließposition verschlossen werden und die Auslassöffnung 9 dem zweiten Anker 3.

Der erste Anker 2 wird mittels einer ersten Rückstellfeder 10 axial von dem zweiten Anker 3 weg in Richtung der Einlassöffnung 8 federkraftbeaufschlagt und der zweite Anker 3 in Richtung der Auslassöffnung 9 mittels einer zweiten Rückstellfeder 11. Beide Rückstellfedern 10, 11 sind als Druckfedern ausgebildet und stützen sich jeweils einends an dem zugehörigen Anker 2, 3 und anderenends an einem gemeinsamen Widerlager 12 ab, das sich axial in einem Bereich zwischen den beiden Ankern 2, 3 befindet.

Bei Bestromung der gemeinsamen Spulenmittel 4 sind die Anker 2, 3 bestrebt, den axialen Luftspalt (Abstand) zwischen den Ankern 2, 3 zu minimieren, so dass die Anker 2, 3 entlang der Verstellachse V aufeinander zu bewegt werden, und zwar entgegen der Federkraft der jeweiligen Rückstellfeder 10, 11. Nach Unterbrechung oder Reduzierung der Bestromung der Spulenmittel werden die Anker 2, 3 mithilfe der Rückstellfedern 10, 11 voneinander weg hin zur jeweiligen Öffnung (erster Anker 2 zur Einlassöffnung 8; zweiter Anker 3 zur Auslassöffnung 9) verstellt.

Aus 1 ist eine unterschiedliche Dimensionierung der Rückstellfedern 10, 11 ersichtlich. Die Rückstellfedern 10, 11 sind derart unterschiedlich ausgebildet und angeordnet, dass auf den ersten Anker 2 eine größere Schließkraft bzw. Federkraft wirkt als auf den zweiten Anker 3.

Des Weiteren ist zu erkennen, dass die verstellkraftwirksamen Querschnittsflächen der Einlassöffnung 8 und der Auslassöffnung 9, d.h. der jeweils zugehörigen Ventilsitze voneinander unterschiedlich sind – dabei ist die Querschnittsfläche der Einlassöffnung 8 deutlich kleiner als die der Auslassöffnung 9. Zu erkennen ist dies in 1 an den unterschiedlich gewählten Durchmessern d1, d2, wobei es sich bei dem Durchmesser d1 um den Durchmesser des einlassöffnungsseitigen Ventilsitzes des ersten Ankers 2 und bei dem Durchmesser d2 um den Durchmesser des auslassöffnungsseitigen Ventilsitzes für den zweiten Anker 3 handelt.

In dem konkreten Ausführungsbeispiel trägt jeder der Anker 2, 3 ein stirnseitiges, elastomeres Dichtelement 13, 14, wobei die Dichtelemente 13, 14 alternativ auch an der entsprechenden Öffnung bzw. am entsprechenden Ventilsitz, d.h. nicht wie hier dargestellt ortsveränderlich sondern ortsfest angeordnet sein können.

Durch die unterschiedlich gestalteten bzw. dimensionierten und/oder vorgespannten Rückstellfedern wirkt auf den ersten Anker 2 eine größere Schließkraft, wodurch sich dieser schneller in Richtung seiner Einlassöffnung 8 bewegt als der zweite Anker 3 in Richtung seiner Auslassöffnung 9 – hierdurch resultieren unterschiedliche Schließzeitpunkte. Die Einlassöffnung 8 wird vor der Auslassöffnung 9 geschlossen, so dass der Druck im Verbindungskanal 7 nach Schließen der Einlassöffnung 8 noch deutlich reduziert wird. Die unterschiedlichen, verstellkraftwirksamen Querschnittsflächen der Ventilsitze bzw. Öffnungen 8, 9 führen dazu, dass auf den zweiten Anker 3 eine größere fluiddruckverursachte Schließkraft wirkt.

Im Folgenden wird das Ausführungsbeispiel gemäß 2 erläutert, wobei zur Vermeidung von Wiederholungen im Wesentlichen nur auf Unterschiede zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 eingegangen wird. Im Hinblick auf die Gemeinsamkeiten wird auf die vorstehende Figurenbeschreibung sowie 1 verwiesen.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 ist der radiale Querschnitt bzw. die magnetflusswirksame Querschnittsfläche des ersten Ankers 2 in einem Axialabschnitt 15, hier beispielhaft und bevorzugt in einem stirnseitigen, dem zweiten Anker 3 zugewandten Axialabschnitt 15 reduziert, so dass es im ersten Anker 2 zu einer schnelleren magnetischen Sättigung aufgrund eines erhöhten magnetischen Widerstandes kommt. Zusätzlich oder alternativ kann der zweite Anker 3 aus einem Material mit einer höheren magnetischen Remanenz und/oder einer geringeren Massendichte ausgebildet sein.

Wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 sind die Querschnittsflächen der Einlassöffnung 8 und der Auslassöffnung 9 unterschiedlich. Bei Bedarf können auch unterschiedlich dimensionierte bzw. eine unterschiedliche Federkonstante aufweisende Rückstellfedern 10, 11 eingesetzt werden und/oder die Rückstellfedern 10, 11 können unterschiedlich stark vorgespannt sein.

Der bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 erzielte Effekt entspricht dem des ersten Ausführungsbeispiels – der erste Anker 2 verschließt schneller die Einlassöffnung 8 als der zweite Anker 3 die Auslassöffnung 9, nachdem die Spulenmittelbestromung unterbrochen oder entsprechend reduziert wurde, wodurch es zu einem erwünschten Druckabbau im Verbindungskanal 7 kommt.

Bezugszeichenliste

1
Doppelankermagnetventil
2
erster Anker
3
zweiter Anker
4
Spulenmittel
5
Ankerraum
6
Ankerrohr
7
Verbindungskanal
8
Einlassöffnung
9
Auslassöffnung
10
erste Rückstellfeder
11
zweite Rückstellfeder
12
Widerlager für die Rückstellfedern
13
Dichtelement
14
Dichtelement
15
Axialabschnitt
V
Verstellachse
d1
Durchmesser der verstellkraftwirksamen Querschnittsfläche der Einlassöffnung/einlassöffnungsseitigen Ventilsitzes
d2
Durchmesser der verstellkraftwirksamen Querschnittsfläche der Auslassöffnung/auslassöffnungsseitigen Ventilsitzes

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 102007005916 A1 [0003, 0004]