Title:
Elektromagnetische Stellvorrichtung, Magnetventil und Pumpe
Document Type and Number:
Kind Code:
A1

Abstract:

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Stellvorrichtung (1), umfassend eine Antriebseinheit (28) mit einer elektrischen Spule (13) zur Erzeugung eines magnetischen Feldes und einem Anker (10), der durch das von der Spule (13) erzeugte magnetische Feld betätigt wird, eine Kammer (27, 52) durch die ein Fluid strömt, und ein von der Antriebseinheit (28) angetriebenes Betätigungselement (29), mittels dessen das durch die Kammer (27, 52) fließende Fluid gesteuert oder geregelt werden kann. Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, die Spule (13) aus einem Hohlleiter herzustellen und eine Kühlmittelleitung (15) vorzusehen, die mit der Spule in Verbindung steht und über die ein Teil des durch die Kammer (27, 52) fließenden Fluids der Spule (13) zugeführt werden kann, um diese zu kühlen.





Inventors:
Naderer, Michael (Salzburg, AT)
Schweinert, Nikolaus (87600, Kaufbeuren, DE)
Application Number:
DE102016112246A
Publication Date:
01/11/2018
Filing Date:
07/05/2016
Assignee:
dynamic E flow GmbH, 87600 (DE)
International Classes:
H01F27/10; F04B43/04; F16K31/06; H01F7/08
Domestic Patent References:
DE1183175AN/A
DE2544275A1N/A
DE409796AN/A
Attorney, Agent or Firm:
Keilitz, Wolfgang, Dipl.-Ing.Univ., 81675, München, DE
Claims:
1. Elektromagnetische Stellvorrichtung (1), umfassend:
– eine Antriebseinheit (28) mit einer elektrischen Spule (13) zur Erzeugung eines magnetischen Feldes und einem Anker (10), der durch das von der Spule (13) erzeugte magnetische Feld betätigt wird,
– eine Kammer (27, 52) durch die ein Fluid (57) strömt,
– ein von der Antriebseinheit (28) angetriebenes Betätigungselement (29), mittels dessen das durch die Kammer (27, 52) fließende Fluid (57) gesteuert werden kann,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Spule (13) aus einem Hohlleiter hergestellt ist und eine Kühlmittelleitung (15, 17) vorgesehen ist, über die ein Teil des durch die Kammer (27, 52) fließenden Fluids (57) der Spule (13) zugeführt werden kann, um diese zu kühlen.

2. Elektromagnetische Stellvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelleitung (15, 17) an der Kammer (27, 52) mündet ist, so dass ein Teil des durch die Kammer (27, 52) strömenden Fluids (57) zu Kühlzwecken abgezweigt werden kann.

3. Elektromagnetische Stellvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kühlmittelleitung (17) vorgesehen ist, die das aus der Spule (13) herausfließende, erwärmte Fluid abführt.

4. Elektromagnetische Stellvorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelleitung (17) an der Ausgangsseite einer Fluidpumpe mündet.

5. Elektromagnetische Stellvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Kühlmittelleitung (15, 17) mindestens ein elektrischer Isolator (20) angeordnet ist.

6. Magnetventil, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil eine elektromagnetische Stellvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.

7. Magnetventil nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass es eine Ventilöffnung (24) aufweist, die so dimensioniert ist, dass der Druckabfall zwischen einem Ventil-Eingang und einem Ventil-Ausgang genügend groß ist, um einen Fluidfluss durch die Spule (13) zu gewährleisten, wenn das Magnetventil vollständig geöffnet ist.

8. Magnetventil nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetventil an einem Fluid-Eingang (3) der Kammer (27) einen ersten Abschnitt mit einem größeren Fluid-Querschnitt und einen zweiten Abschnitt (25) mit einem deutlich kleineren Fluid-Querschnitt aufweist.

9. Magnetventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelleitung (15) an dem ersten Abschnitt mündet.

10. Magnetventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelleitung (15) an dem zweiten Abschnitt mündet.

11. Membranpumpe mit einer in einer Kammer (52) angeordneten Membran (53), dadurch gekennzeichnet, dass die Membranpumpe eine elektromagnetische Stellvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche umfasst.

12. Membranpumpe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass an der Kühlmittelleitung (15, 17) ein Ventil (56) vorgesehen ist.

Description:
FACHGEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Stellvorrichtung für ein hydraulisches System mit einer elektromagnetischen Antriebseinheit, die eine elektrische Spule zur Erzeugung eines magnetischen Feldes und einen Anker umfasst, der durch das von der Spule erzeugte magnetische Feld bewegt wird. Außerdem betrifft die Erfindung ein Magnetventil und eine Pumpe mit einer solchen Antriebseinheit.

Elektromagnetische Stellvorrichtungen, auf die hier Bezug genommen wird, umfassen eine elektromagnetische Antriebseinheit mit einer elektrischen Spule und einem Anker, der durch das von der Spule erzeugte magnetische Feld bewegt wird. Die Bewegung des Ankers wird dabei auf ein mit dem Anker verbundenes Bauteil bzw. Betätigungselement, wie z. B. einen Kolben, übertragen, das eine bestimmte Stellfunktion ausführt. Im speziellen betrifft die vorliegende Erfindung elektromagnetische Stellvorrichtungen für hydraulische Systeme, die einen Fluidstrom steuern oder regeln. Typische Anwendungen sind z. B. Magnetventile oder hydraulische Pumpen.

Im Betrieb einer solchen Stellvorrichtung kann je nach Belastung ein relativ hoher Strom durch die Spule der Antriebseinheit fließen. Dies kann dazu führen, dass die Spule überhitzt und die Stellvorrichtung ausfällt.

AUFGABE DER ERFINDUNG

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einfache und effektive Kühlung für eine Stellvorrichtung zu realisieren, um eine Überhitzung der Spule zu vermeiden.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmale. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Gemäß der Erfindung wird eine elektromagnetische Stellvorrichtung mit einer Antriebseinheit vorgeschlagen, die im Wesentlichen eine elektrische Spule zur Erzeugung eines magnetischen Feldes und einen Anker umfasst, der durch das von der Spule erzeugte magnetische Feld betätigt wird. Die Stellvorrichtung umfasst ferner eine Kammer, durch die ein Fluid strömt. Der Anker treibt ein Betätigungselement an, das dazu dient, das durch die Kammer fließende Fluid zu steuern oder zu regeln. Gemäß der Erfindung ist die Spule aus einem Hohlleiter, insbesondere einem Hohldraht, hergestellt, der aus einem rohrförmigen Körper gebildet ist, durch den ein Kühlmittel fließen kann. Die erfindungsgemäße Stellvorrichtung umfasst ferner eine Kühlmittelleitung, über die ein Teil des durch die Kammer fließenden Fluids aus dem Haupt-Fluidstrom abgezweigt und der Spule zugeführt werden kann, um diese zu kühlen. Die Spule des Elektromagneten wird somit durch das Fluid, welches ohnehin durch die Stellvorrichtung strömt, gekühlt. Dadurch ist es insbesondere nicht mehr erforderlich, einen zum Fluid-Hauptstrom separaten Kühlkreislauf mit einer zusätzlichen Kühlmittelpumpe vorzusehen. Solange zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Kühlsystems eine ausreichend hohe Druckdifferenz besteht, fließt ein Teil des in der Kammer geführten Fluids über eine Art Nebenschlusskreis durch die Spule, wodurch die Spule gekühlt wird.

Ein Hohlleiter im Sinne der Erfindung ist insbesondere ein rohrförmiger Körper aus einem elektrisch leitfähigen Material, wie z. B. Kupfer, der einen hohlen Innenraum aufweist, durch den ein Fluid bzw. Kühlmittel leitbar ist. Der Hohlleiter ist vorzugsweise als ein Hohldraht ausgeführt. Bevorzugte Hohldrähte haben einen Außendurchmesser von weniger als 5 mm und insbesondere einen Außendurchmesser im Bereich zwischen 1,0 mm und 3,2 mm. Sie haben vorzugsweise auch einen runden Querschnitt bzw. Außenumfang.

Die genannte Kühlmittelleitung ist vorzugsweise an der Kammer angeschlossen, durch die das Fluid strömt, so dass ein Teil des durch Kammer strömenden Fluids zum Zwecke der Spulenkühlung abgezweigt werden kann.

Das Kühlsystem der erfindungsgemäßen Stellvorrichtung umfasst ferner eine zweite Kühlmittelleitung bzw. Rückführleitung, die das aus der Spule heraus fließende, erwärmte Fluid abführt. Die genannten ersten und zweiten Kühlmittelleitungen sind vorzugsweise ebenfalls aus Hohldraht gebildet.

Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung kann die Rückführleitung beispielsweise an einer Ausgangsseite der Kammer münden, durch die der Haupt-Fluidstrom fließt.

Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung könnte das durch die Spule fließende, erwärmte Fluid aber auch einem Auffangbehälter zugeführt oder in einen Fluid-Kreislauf zurückgeführt werden. Im letzteren Fall kann die Rückführleitung z. B. an der Ansaugseite einer Fluidpumpe münden.

Die elektrischen Anschlüsse für die Spule des Elektromagneten können z. B. an den Kühlmittelleitungen vorgesehen sein.

Bei einer speziellen Ausführungsform der Erfindung ist mindestens in einer der Kühlmittelleitungen ein Isolator angeordnet, der dazu dient, einen elektrischen Kurzschluss zwischen den elektrischen Spulenanschlüssen zu vermeiden, beziehungsweise beide Spulenanschlüsse vom Körper der Stellvorrichtung zu trennen.

Die erfindungsgemäße Stellvorrichtung kann beispielsweise als ein Magnetventil realisiert sein. Das Magnetventil umfasst in herkömmlicher Weise eine Kammer, durch die im Betrieb ein Fluid strömt und in der eine Ventilöffnung vorgesehen ist, die von einem Ventilstößel verschließbar ist. Das Magnetventil umfasst ferner eine elektromagnetische Antriebseinheit, wie sie vorstehend beschrieben wurde. Die Spule der Antriebseinheit ist wiederum als Hohlleiterspule ausgeführt, die über eine Kühlmittelleitung mit der Kammer in Verbindung steht. Dadurch ist es möglich, einen Teil des durch die Kammer fließenden Haupt-Fluidstroms abzuzweigen, um die Spule zu kühlen.

Um die Kühlung der Spule auch in einem geöffneten Zustand des Magnetventils zu gewährleisten, ist die Ventilöffnung vorzugsweise so dimensioniert, dass der Druckabfall über das Ventil, d. h. zwischen einer Ventil-Einlassseite und einer Ventil-Auslassseite genügend groß ist und somit eine ausreichende Menge an Fluid über die Kühlmittelleitung durch die Spule fließt.

Gemäß einer speziellen Ausführungsform der Erfindung hat die Kammer des Magnetventils ausgangsseitig einen ersten Abschnitt mit einem größeren Fluid-Querschnitt und einen zweiten Abschnitt mit einem deutlich kleineren Fluid-Querschnitt. Die Abzweigleitung ist in diesem Fall vorzugsweise an dem zweiten Abschnitt mit dem deutlich kleineren Fluid-Querschnitt angeschlossen. Aufgrund des Bernoulli-Effekts hat das Fluid im zweiten Abschnitt eine wesentlich höhere Geschwindigkeit als im ersten Abschnitt, aber einen geringeren Druck. Dadurch erhöht sich der Druckunterschied zwischen dem Ventileingang und dem Ventilausgang. Es ist daher möglich, die Spule auch bei geöffnetem Magnetventil zu kühlen.

Eine andere Anwendung für die erfindungsgemäße Stellvorrichtung ist z. B. eine Membranpumpe. Die Membranpumpe umfasst in herkömmlicher Weise eine Kammer, durch die im Betrieb ein Fluid strömt. In der Kammer ist eine Membran angeordnet, die mittels eines Pumpenkolbens hin und her bewegt wird. Der Pumpenkolben wird wiederum von einer elektromagnetischen Antriebseinheit angetrieben, wie sie vorstehend beschrieben wurde. Die Spule der Antriebseinheit ist aus einem Hohlleiter gebildet, der einen hohlen Innenraum aufweist. Zur Kühlung der Spule ist eine Kühlmittelleitung vorgesehen, die an der Kammer mündet und über die ein Teil des durch die Kammer fließenden Fluids zur Spule geführt wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung kann an der Abzweigleitung und/oder der Rückführleitung ein Ventil vorgesehen sein, um die Kühlung der Spule zu steuern oder zu regeln.

Zur elektrischen Isolation einer oder beider Kühlmittelleitungen kann beispielsweise ein Isolationsring vorgesehen werden, der z. B. zwischen je zwei Abschnitte der Kühlmittelleitung eingesetzt ist.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

1 eine seitliche Querschnittsansicht eines Magnetventils mit einer Hohldrahtspule gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

2 eine seitliche Querschnittsansicht eines Magnetventils mit einer Hohldrahtspule gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;

3 eine seitliche Querschnittsansicht eines Magnetventils mit einer Hohldrahtspule gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;

4 eine seitliche Querschnittsansicht eines Magnetventils mit einer Hohldrahtspule gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung; und

5 eine seitliche Querschnittsansicht eines Magnetventils mit einer Hohldrahtspule gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung;

6 eine seitliche Querschnittsansicht einer Membranpumpe mit einer Hohldrahtwicklung; und

7 ein Zeitdiagramm zur Darstellung der Ansteuerung verschiedener Ventile der Membranpumpe von 6.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN

1 zeigt eine Ausführungsform eines Magnetventils 1 mit einer aus Hohldraht hergestellten Spule 13. Das Magnetventil umfasst einen Grundkörper 30 mit einer Kammer 27, durch die ein Fluid strömt. Innerhalb der Kammer 27 befindet sich eine Ventilöffnung, die von einem Ventilstößel 4 geöffnet und geschlossen werden kann, um das Magnetventil 1 zu öffnen oder zu schließen. Am kammerseitigen Ende des Ventilstößels 4 (im Bild unten) befindet sich eine Schließplatte 5 mit einem Dichtring 6, der im geschlossenen Zustand des Magnetventils 1 gegen die Ventilöffnung 24 drückt und diese abdichtet.

Der Ventilstößel 4 wird von einer Antriebseinheit 28 angetrieben, die mehrere Elemente umfasst, darunter die aus Hohldraht hergestellte Spule 13 zur Erzeugung eines magnetischen Feldes, einen Anker 10, der durch das von der Spule 13 erzeugte magnetische Feld bewegt wird und eine Federanordnung mit einer Öffnungsfeder 9 und einer Schließfeder 8 zum Betätigen des Ventilstößels 4. Innerhalb der Spule 13 ist ein Magnetkern 12 zur Führung und Verstärkung des magnetischen Feldes angeordnet. Der Anker 10 und die Federanordnung 8, 9 sind in einer Kappe 11 untergebracht, die auf dem Ventil-Grundkörper 30 aufgesetzt ist. Die gesamte Antriebseinheit 28 ist innerhalb einer darüber liegenden Abdeckung 14 angeordnet.

Der Ventil-Grundkörper 30 hat zwei Fluidanschlüsse 2, 3, die wahlweise als Eingang oder Ausgang genutzt werden können. Bei dem hier dargestellten Ventil handelt es sich um ein „normally open“ Ventil. Es ist daher im unbestromten Zustand offen und im bestromten Zustand geschlossen. Im unbestromten Zustand des Magnetventils 1 kann das Fluid ungehindert in beide Richtungen fließen.

Je nach Wahl des Fluideingangs entweder am Fluidanschluss 2 oder am Fluidanschluss 3 können verschiedene Funktionen des Magnetventils 1 genutzt werden: Wird der Fluidanschluss 2 als Eingang und der Fluidanschluss 3 als Ausgang gewählt, drückt der sich zwischen dem Ventileingang und dem Ventilausgang aufbauende Differenzdruck den Ventilstößel 4 zusätzlich gegen den Ventilsitz. Wird dagegen der Fluidanschluss 3 als Fluid-Eingang und der Fluidanschluss 2 als Fluid-Ausgang gewählt, kann das Magnetventil 1 auch als Überdruck-Ablassventil fungieren. Sobald der Differenzdruck im geschlossenen Zustand des Magnetventils 1 einen bestimmten Schwellenwert überschreitet, der durch die Federkraft der Schließfeder 8 und die Magnetkraft des Elektromagneten 10, 12, 13 vorgegeben ist, öffnet das Ventil 1 geringfügig, so dass das Fluid durch die Ventilöffnung 24 ausströmen kann.

Die Funktion der Antriebseinheit 28 für den Ventilstößel 4 wird im Folgenden nochmals kurz erläutert: Im unbestromten Zustand drückt die Öffnungsfeder 9 über eine am Ventilstößel 4 vorgesehene Stößelplatte 7 in einer Öffnungsrichtung (im dargestellten Ausführungsbeispiel nach unten) gegen den Ventilstößel 4. Dadurch wird die auf der anderen Seite der Stößelplatte 7 angeordnete Schließfeder leicht gestaucht und der Anker 10 wird in eine Öffnungsposition versetzt. Wird nun an den elektrischen Anschlüssen 16, 18 eine ausreichend hohe Spannung bzw. ein ausreichend hoher Strom angelegt, baut die elektrische Spule 13 ein Magnetfeld auf, das den Anker 10 im Bild nach oben zieht. Bei richtiger Federauslegung wird der Ventilstößel 4 zunächst mittels der härteren Schließfeder 8 nach oben geschoben, wobei die weichere Öffnungsfeder 9 zusammengedrückt wird, bis deren Windungen aneinander liegen und sich nicht weiter komprimieren lässt. Wenn sich der Anker 10 weiter nach oben bewegt, wird auch die stärkere Schließfeder komprimiert, so lange, bis die Stößelplatte 7 mit dem Dichtring 6 die Ventilöffnung 24 geschlossen hat. Die Antriebseinheit 28 ist vorzugsweise so ausgelegt, dass das Magnetventil 1 geschlossen ist, noch bevor der Anker 10 an seinem oberen Ende gegen die Kappe 11 stößt. Sinn und Zweck der Kappe ist im Wesentlichen die hydraulische Abdichtung der darin befindlichen Mechanik. Sie kann beispielsweise aufgepresst oder auf den Ventil-Grundkörper 30 aufgeschraubt werden.

Magnetventile 1 mit hoher elektrischer Leistung können bei längerer Betätigung überhitzen. Das in 1 dargestellte Magnetventil 1 hat daher eine aus einem Hohlleiter hergestellte Spule 13, die über Kühlmittelleitungen 15, 17 in einem Kühlsystem angeschlossen ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel mündet die Kühlmittelleitung 15 an einer ersten Seite der Kammer 27 und die Kühlmittelleitung 17 an einer zweiten Seite der Kammer 27. Wenn der Fluidanschluss 3 als Ventileingang und der Fluidanschluss 2 als Fluidausgang genutzt wird, fließt ein Teil des durch die Kammer 27 strömenden Fluids über die Kühlmittelleitung 15 durch die Spule 13. Ein Teil des durch die Kammer 27 strömenden Fluids wird also zu Kühlzwecken abgezweigt. Das aufgeheizte Fluid fließt dann über die Kühlmittelleitung 17 wieder zurück in den Haupt-Fluidstrom und mündet an der Ausgangsseite in der Kammer 27. Bei dieser Art des Ventilanschlusses kann die Kühlmittelleitung 15 auch als Abzweigleitung und die Kühlmittelleitung 17 als Rückführleitung bezeichnet werden. Bei umgekehrter Durchströmung des Magnetventils 1 ist die Kühlmittelleitung 17 die Abzweigleitung und die Kühlmittelleitung 15 die Rückführleitung.

Die Kühlmittelleitungen 15, 17 können z. B. per Hartlötung, gegebenenfalls auch durch Weichlöten, Kleben, Einpressen oder Einbördeln hydraulisch dicht am Ventil-Grundkörper 30 angeschlossen werden. Im Gegensatz zur Darstellung von 1 könnten die Kühlmittelleitungen 15, 17 auch innerhalb der Abdeckung 14 verlaufen, wodurch sie besser geschützt wären.

Zur Vermeidung eines elektrischen Kurzschlusses zwischen den elektrischen Kontakten 16, 18 über den Ventil-Grundkörper 30 ist hier mindestens ein Isolator 20 vorgesehen, der beispielsweise als Kunststoffring realisiert sein kann, welcher zwischen zwei aneinander angrenzenden Abschnitten der Kühlmittelleitung 17 angeordnet ist. Der Isolator 20 ist von einer Abdichtung 19 umgeben.

2 zeigt eine alternative Ausführungsform eines Magnetventils 1, das im Wesentlichen identisch aufgebaut ist wie das Magnetventil 1 von 1. Im Unterschied zur Ausführungsform von 1 wird das zur Kühlung der Spule 13 abgezweigte Fluid allerdings nicht mehr zum Ventil-Ausgang zurückgeführt, sondern beispielsweise zur Ansaugseite einer Fluid-Förderpumpe (nicht gezeigt) oder in einen Sammelbehälter. Die Kühlmittelleitung 17 bzw. Rückführleitung ist in diesem Fall entsprechend ausgeführt.

3 zeigt ein Magnetventil 1, das ähnlich aufgebaut ist wie das Magnetventil von 1, wobei es allerdings im stromlosen Zustand geschlossen ist. Es handelt sich also wie die meisten direkt gesteuerten Magnetventile um ein „normally closed“ Ventil. Wird die Spule 13 in diesem Fall bestromt, bewegt sich der Ventilstößel 4 nach oben, wodurch die Ventilöffnung 24 freigegeben wird. Um im bestromten (geöffneten) Zustand des Magnetventils 1 eine ausreichende Kühlung der Spule 13 zu gewährleisten, muss der Druckunterschied zwischen dem Ventil-Eingang und dem Ventil-Ausgang ausreichend groß sein, so dass ein Teil des Fluids durch die Kühlmittelleitungen fließt. Ein ausreichender Druckunterschied wird hier durch einen entsprechend kleinen Querschnitt der Ventilöffnung 24 sichergestellt.

Im unbestromten, geschlossenen Zustand des Magnetventils 1 würde ein geringer Leckstrom durch die Kühlmittelleitungen 15, 17 fließen. Um diesen Leckstrom zu unterbinden, kann beispielsweise ein Ventil 23 vorgesehen werden, das im dargestellten Ausführungsbeispiel in der Kühlmittelleitung 17 angeordnet ist. Anstelle einer Rückführung des abgezweigten Fluids in die Kammer 27, könnte das abgezweigte Fluid auch wiederum an eine andere Stelle zurückgeführt werden.

4 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Magnetventils 1, das ähnlich aufgebaut ist wie das Magnetventil von 3. Es handelt sich wiederum um ein normally closed Ventil. Bei dieser Ausführungsform liegt der Ventil-Ausgang auf der Seite des Ventil-Anschlusses 3 (im Bild links), der Ventil-Eingang liegt auf der Seite des Ventil-Anschlusses 2 (im Bild rechts). Wie in 4 zu erkennen ist, hat die Ventilkammer 27 auf der Ausgangsseite zwei Abschnitte mit unterschiedlich großem Strömungsquerschnitt. Im vorliegenden Fall ist nahe der Ventilöffnung 24 ein dünner Ausgangskanal 25 vorgesehen, der in einen Kanal mit einem deutlich größeren Querschnitt mündet. An der Eingangsseite des Magnetventils 1 baut sich damit ein vergleichsweise höherer Druck auf, wenn das Magnetventil 1 geöffnet ist, so dass die Spule 13 auch im geöffneten Zustand des Magnetventils 1 gekühlt werden kann. Die Kühlmittelleitung 15 mündet in diesem Fall bei 26 in den zweiten Abschnitt mit dem größeren Durchmesser.

5 zeigt eine ähnliche Ausführung eines Magnetventils 1 wie 4, bei der jedoch die Kühlmittelleitung 15 in den dünnen Ausgangskanal 25 mündet. Im Ausgangskanal 25 ist die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids deutlich größer als beispielsweise am Ventileingang (rechts im Bild) oder als im zweiten Abschnitt (bei 3) am Ventil-Ausgang; der Druck ist jedoch deutlich geringer. Hier kommt also der Bernoulli-Effekt zum Tragen, der zu einem zusätzlichen Druckunterschied zwischen dem Ventil-Eingang (rechts im Bild) und dem Ventil-Ausgang (links im Bild) beiträgt. Somit ist auch bei geöffnetem Magnetventil 1 ein ausreichender Druckunterschied sichergestellt, um die Kühlung der Spule 13 zu gewährleisten.

6 zeigt eine Membranpumpe mit einem elektromagnetischen Pumpenantrieb. Die Membranpumpe umfasst einen Grundkörper 51, in dem eine Membran 53 angeordnet ist, die durch Betätigung eines Pumpenkolbens 71 auf und ab bewegt wird. Die Membran 53 ist an einem Kopf 58 des Pumpenkolbens befestigt. Auf einer Seite der Membran 53 (im Bild unten) befindet sich das geförderte Fluid 57, auf der anderen Seite der Membran 53 (im Bild oben) ist Luft. On der Oberseite des Grundkörpers 51 sind mehrere Öffnungen 64 vorgesehen, durch die Luft ein- und ausströmen kann.

Der Pumpenkolben 71 wird von einer Antriebseinheit 28 angetrieben, die im Wesentlichen eine elektrische Spule 13 zur Erzeugung eines magnetischen Feldes und einen Magneten bzw. Anker 10 umfasst, der durch das von der Spule 13 erzeugte magnetische Feld hin und her bewegt wird. Der Magnet und die Spule 13 sind in einem Gehäuse aus mehreren Platten 6163 eingehaust, das am Grundkörper 51 montiert ist.

Die Spule 13 ist wiederum aus einem Hohldraht hergestellt, durch den ein Kühlmittel geleitet werden kann, um die Spule 13 zu kühlen. Die Spule 13 ist ferner über Kühlmittelleitungen 15, 17 in einem Kühlsystem integriert. Die erste Kühlmittelleitung 15 führt von der Pumpenkammer 52 zur Spule, die zweite Kühlmittelleitung 17 führt dann von der Spule zu einem Fluid-Auslass der Membranpumpe. Eine am Ausgang der Membranpumpe 1 angeschlossene Ausgangsleitung umfasst ein T-Stück 73, an dem die Kühlmittelleitung 17 angeschlossen ist. Durch diese Auslegung des Kühlsystems kann wiederum ein Teil des durch die Membranpumpe geförderten Fluids aus dem Hauptstrom abgezweigt und zur Kühlung der Spule 13 verwendet werden. Es ist daher nicht erforderlich, einen separaten Kühlkreislauf mit einer zusätzlichen Kühlmittelpumpe einzurichten.

Zur Steuerung des Pumpvorgangs und der Kühlung der Spule 13 sind am Fluid-Eingang der Magnetpumpe (im Bild links unten) ein Ventil 54, am Fluid-Ausgang der Magnetpumpe 1 (im Bild rechts unten) ein Ventil 55 und an der Kühlmittelleitung 15 ein Ventil 56 vorgesehen. Dem Fachmann ist klar, dass die genannten Ventile natürlich auch an anderer Stelle mit gleicher Funktion angeordnet sein könnten.

Zur Steuerung der Magnetpumpe 1 und der einzelnen Ventile 5456 ist eine Steuereinheit 66 vorgesehen. Ferner ist ein Sensor 65 vorgesehen, der die Magnet-Position überwacht. Die einzelnen Ventile 5456 können beispielsweise so angesteuert werden, wie in 7 dargestellt ist.

7 zeigt die Steuersignale für die einzelnen Ventile 5456 in einem Zeitdiagramm. Bei einem Ansaugvorgang der Membranpumpe 1 – der Pumpenstößel 71 bewegt sich in diesem Fall nach oben – wird das Eingangsventil 54 geöffnet. Das Ausgangsventil 55 und das Kühlmittelventil 56 sind in dieser Phase geschlossen. In der oberen Endposition des Ventilstößels 71 wird dann das Eingangsventil 54 geschlossen und zunächst nur das Kühlmittelventil 56 geöffnet, während das Ausgangsventil 55 noch geschlossen ist. In der Anfangsphase des folgenden Kolbenhubs wird das in der Pumpenkammer vorhandene Fluid 57 somit zunächst über die Kühlmittelleitung 15 der Spule 13 zugeführt, um diese zu kühlen. Kurz darauf wird das Ausgangsventil 55 geöffnet, so dass das Fluid 57 über den regulären Pumpenauslass nach draußen strömt. Im weiteren Verlauf des Kolbenhubs kann das Kühlmittelventil 56 wieder geschlossen werden. Es könnte aber auch dauerhaft geöffnet bleiben, so dass weiterhin ein Teil des Fluids 57 durch die Spule 13 fließt. Die in 6 dargestellte Membranpumpe hat den wesentlichen Vorteil, dass das von der Pumpe geförderte Fluid 57 gleichzeitig als Kühlmittel verwendet werden kann. Ein separater bzw. vollständig getrennter Kühlmittelkreislauf mit einer zusätzlichen Kühlmittelpumpe ist nicht erforderlich.

Anstelle eines elektrisch ansteuerbaren Einlassventils 54 könnte auch ein rein mechanisches Ventil mit einer automatischen Einlassfunktion verwendet werden. Das Einlassventil 54 muss in diesem Fall nicht gesteuert werden. Entsprechend kann auch das Kühlmittelventil 56 rein mechanischer Natur sein, da die Hohlleiterleitungen 15, 17 und die Magnetspule 13 in Summe einen deutlich höheren Strömungswiderstand besitzen als das auf Durchgang angesteuerte Auslassventil 55. In diesem Fall wäre es ausreichend, nur das Auslassventil 55 zeitlich richtig zu ansteuern.