Title:
Elektromagnetisch betätigbare Ventilvorrichtung
Document Type and Number:
Kind Code:
A1

Abstract:

Die Erfindung betrifft eine Elektromagnetisch betätigbare Ventilvorrichtung mit einem Ventilgehäuse (10), das einen ersten (P) und einen zweiten (E), jeweils zum gesteuerten Öffnen und Verschließen durch Bewegung einer Verschlusseinheit (30) ausgebildeten Fluidanschluss sowie mindestens einen am Ventilgehäuse vorgesehenen, einen durch die Verschlusseinheit wechselweise unterbrechbaren Fluidkanal (46) zum ersten bzw. zweiten Fluidanschluss ausbildenden weiteren Fluidanschluss (A) aufweist, wobei die Verschlusseinheit an oder in einer im Ventilgehäuse entlang einer Bewegungslängsachse (12) bewegbar geführten und als Reaktion auf eine Bestromung einer stationär im Ventilgehäuse vorgesehenen Spuleneinheit (14, 16) antreibbaren Ankereinheit (28) vorgesehen ist und zwischen einander gegenüberliegenden ersten und zweiten Verschlusspositionen bewegbar ist, zum magnetischen Zusammenwirken mit einer zumindest abschnittsweise von der Spuleneinheit umschlossen stationären Kerneinheit (18) ausgebildet ist und in eine der Verschlusspositionen durch an die Ankereinheit angreifende Kraftspeichermittel, insbesondere eine Feder (48), vorgespannt ist, wobei die erste der Verschlusspositionen durch einen mit dem ersten Fluidanschluss verbundenen Ventilsitz (44) realisiert ist, wobei die Kerneinheit einen einen Kernkörper (20) axial und bevorzugt einstückig fortsetzenden, im Durchmesser gegenüber diesem verringerten, langgestreckten, endseitig die dem zweiten Fluidanschluss zugeordnete zweite Fluidposition ausbildenden Rohr- und/oder Hülsenabschnitt (22) aufweist, der axial von einem Abschnitt der Ankereinheit übergriffen wird und/oder in eine in der Ankereinheit eingeformte Vertiefung greift und der in einem Abschnitt ein/e Nut, Materialvertiefung, Materialeinstich (60, 29), Materialabtrag und/oder eine lokale Material- bzw. Werkstoffveränderung so aufweist, dass an diesem Abschnitt eine magnetische Widerstandserhöhung für einen durch die bestromte Spuleneinheit erzeugten Magnetfluss zur Ankereinheit entsteht, wobei die Kraftspeichermittel, insbesondere den Rohr- bzw. Hülsenabschnitt mantelseitig umschließend, einends mit der Ankereinheit und anderenends mit der Kerneinheit so verbunden sind oder zusammenwirken, dass die Kraftspeichermittel außerhalb des Fluidkanals vom zweiten Fluidanschluss zum weiteren Fluidanschluss liegen.





Inventors:
Thode, Oliver (78333, Stockach, DE)
Raff, Viktor (78467, Konstanz, DE)
Application Number:
DE102016114347A
Publication Date:
10/26/2017
Filing Date:
08/03/2016
Assignee:
ETO MAGNETIC GmbH, 78333 (DE)
International Classes:
F16K31/06; H01F7/16
Domestic Patent References:
DE29825210U1N/A2006-04-13
Attorney, Agent or Firm:
Patentanwälte Behrmann Wagner Partnerschaftsgesellschaft mbB, 78224, Singen, DE
Claims:
1. Elektromagnetisch betätigbare Ventilvorrichtung mit
einem Ventilgehäuse (10), das einen ersten (P) und einen zweiten (E), jeweils zum gesteuerten Öffnen und Verschließen durch Bewegung einer Verschlusseinheit (30) ausgebildeten Fluidanschluss
sowie mindestens einen am Ventilgehäuse vorgesehenen, einen durch die Verschlusseinheit wechselweise unterbrechbaren Fluidkanal (46) zum ersten bzw. zweiten Fluidanschluss ausbildenden weiteren Fluidanschluss (A) aufweist,
wobei die Verschlusseinheit an oder in einer im Ventilgehäuse entlang einer Bewegungslängsachse (12) bewegbar geführten und als Reaktion auf eine Bestromung einer stationär im Ventilgehäuse vorgesehenen Spuleneinheit (14, 16) antreibbaren Ankereinheit (28) vorgesehen ist und zwischen einander gegenüberliegenden ersten und zweiten Verschlusspositionen bewegbar ist,
zum magnetischen Zusammenwirken mit einer zumindest abschnittsweise von der Spuleneinheit umschlossen stationären Kerneinheit (18) ausgebildet ist
und in eine der Verschlusspositionen durch an die Ankereinheit angreifende Kraftspeichermittel, insbesondere eine Feder (48), vorgespannt ist,
wobei die erste der Verschlusspositionen durch einen mit dem ersten Fluidanschluss verbundenen Ventilsitz (44) realisiert ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kerneinheit einen einen Kernkörper (20) axial und bevorzugt einstückig fortsetzenden, im Durchmesser gegenüber diesem verringerten, langgestreckten, endseitig die dem zweiten Fluidanschluss zugeordnete zweite Fluidposition ausbildenden Rohr- und/oder Hülsenabschnitt (22) aufweist,
der axial von einem Abschnitt der Ankereinheit übergriffen wird und/oder in eine in der Ankereinheit eingeformte Vertiefung greift und der in einem Abschnitt ein/e Nut, Materialvertiefung, Materialeinstich (60, 29), Materialabtrag und/oder eine lokale Material- bzw. Werkstoffveränderung so aufweist, dass an diesem Abschnitt eine magnetische Widerstandserhöhung für einen durch die bestromte Spuleneinheit erzeugten Magnetfluss zur Ankereinheit entsteht,
wobei die Kraftspeichermittel, insbesondere den Rohr- bzw. Hülsenabschnitt mantelseitig umschließend, einends mit der Ankereinheit und anderenends mit der Kerneinheit so verbunden sind oder zusammenwirken, dass die Kraftspeichermittel außerhalb des Fluidkanals vom zweiten Fluidanschluss zum weiteren Fluidanschluss liegen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftspeichermittel als zylindrische Druckfeder (42) ausgebildet sind und bevorzugt zum Zusammenwirken mit automatisierten Montagemitteln eingerichtet und ausgebildet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die als Druckfeder ausgebildeten Kraftspeichermittel sich einends vom gegenüber dem Rohr- bzw. Hülsenabschnitt im Durchmesser verbreiterten Kernkörper der Kerneinheit und anderenends von einem inneren Widerlager, insbesondere Ringabsatz (52), der Ankereinheit abstützen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die axial beidseitig Verschlussflächen (38, 40) ausbildende Verschlusseinheit endseitig der Ankereinheit vorgesehen ist, insbesondere in diese integriert ausgebildet ist und/oder einen End- und/oder Bodenbereich der Ankereinheit realisiert.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlusseinheit eine axiale Erstreckung besitzt, die weniger als 30%, bevorzugt weniger als 20%, einer maximalen axialen Erstreckung der Ankereinheit aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die einen Dichtkörper (36) aus einem elastischen Material aufweisende Verschlusseinheit (30) so ausgebildet ist, dass der Fluidkanal vom zweiten Fluidanschluss zum weiteren Fluidanschluss benachbart des Dichtkörpers durch einen stirnseitigen Durchlass und/oder Durchbruch (56) der Ankereinheit führt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchlass bzw. Durchbruch in einem den Dichtkörper haltenden Trägerabschnitt (34) aus einem unelastischen, bevorzugt polymeren, Material ausgebildet ist, der mit dem Dichtkörper eine bauliche Einheit und/oder eine Dichtbaugruppe als Verschlusseinheit zum bevorzugt endseitigen Festlegen an einen metallischen Material der Ankereinheit realisiert.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im düsenartigen Rohr- bzw. Hülsenabschnitt eine bevorzugt zentrische, axial verlaufenden Bohrung (24; 25, 27) zur Fluidführung ausgebildet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wandstärke der Nut, Materialvertiefung bzw. des Materialabtrags bzw. des Materialeinstichs am Abschnitt, bezogen auf eine benachbarte unvertiefte Wandstärke des Rohr- bzw. Hülsenabschnitts, um mindestens 60%, weiter bevorzugt um mindestens 80%, abgetragen und/oder vertieft ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrische, axial verlaufende und durchgehende Bohrung (25, 27) eine eine Wandstärke der/des Nut, Materialvertiefung, Materialabtrags bzw. Materialeinstichs beeinflussende oder bestimmende Aufweitung am Abschnitt (29) der magnetischen Widerstandserhöhung aufweist und/oder ausbildet.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufweitung durch eine sich durch den Kernkörper und bis zum Abschnitt (29) der magnetischen Widerstandserhöhung diesen ausbildend in den Rohr- bzw. Hülsenabschnitt erstreckende, weitere Bohrung (27) größeren Bohrungsdurchmessers realisiert ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die bevorzugt topf- oder becherartig ausgebildete Ankereinheit einen zylindrischen Außenmantel ohne eine mantelseitige Profilierung oder einen mantelseitigen Fluidführungskanal, insbesondere ohne eine mantelseitige Fluidführungsnut, aufweist.

13. Verwendung der elektromagnetisch betätigbaren Ventilvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 als 2/2-Wegeventil und/oder für für pneumatisches Fluid, weiter bevorzugt für ein Kraftfahrzeug-Pneumatiksystem.

14. Verwendung der elektromagnetisch betätigbaren Ventilvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 als bezogen auf einen Fluidkanal vom zweiten Fluidanschluss zum ersten Fluidanschluss stromlos offenes sowie stromlos geschlossenes Ventil.

Description:

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektromagnetisch betätigbare Ventilvorrichtung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Verwendung einer derartigen Ventilvorrichtung.

Elektromagnetisch betätigbare Ventilvorrichtungen der oberbegrifflichen Art sind aus der DE 298 25 210 U1 der Anmelderin bekannt. In einem Ventilgehäuse ist dabei relativ zu einer stationären Spuleneinheit sowie zu einer mit dieser zusammenwirkenden stationären Kerneinheit eine als Reaktion auf die Spuleneinheit bewegbar vorgesehene Ankereinheit geführt, welche eine Verschlusseinheit trägt. Durch Bewegung der Ankereinheit verschließt dabei die Ankereinheit im Gehäuse (typischerweise axial aneinander gegenüberliegend vorgesehene) erste bzw. zweite Fluidanschlüsse wechselweise, wobei, bei typischer Ausgestaltung als 3/2-Ventilvorrichtung (also mit drei Fluidanschlüssen bei zwei Schaltpositionen) die das wechselweise Verschließen bewirkende Ankerbewegung einen Fluidkanal des ersten bzw. zweiten Fluidanschlusses zu einem weiteren Fluidanschluss (typischerweise auch als Arbeitskanal bezeichnet) freigibt.

Bei einer derartigen Vorrichtung wird ein NC-(normally closed = im unbestromten Zustand der Spuleneinheit geschlossen) bzw. NO-(normally opened = im unbestromten Zustand geöffnet)Betriebszustand der Ventilvorrichtung herbeigeführt durch Kraftspeichermittel in Form einer Feder, welche, sich typischerweise einends von einem Gehäuseabschnitt abstützend, die Ankereinheit in die gewünschte stromlose Verschlussposition vorspannt und sich zu diesem Zweck von einem äußeren Rand- bzw. Ringabschnitt der Ankereinheit abstützt.

Um einen Fluidfluss entlang der typischerweise koaxial zu einer zentrischen Bohrung in der Kerneinheit bewegbaren Ankereinheit zum zweiten Fluidanschluss sicherzustellen, sind mantelseitig des (typischerweise zylindrischen) Ankerkörpers achsparallel verlaufende Kanäle eingeformt, an welchen dann der Fluidfluss entlang des Außenmantels der Ankereinheit (und begrenzt von einer umgebenden Innenführung des Gehäuses) erfolgen kann.

Eine derartige Magnetventilvorrichtung ist aus dem Stand der Technik allgemein bekannt und hat sich für verschiedenste Anwendungsgebiete durchgesetzt, insbesondere als diese Vorrichtung durch ihre konstruktive Einfachheit Betriebssicherheit mit einfacher Montierbarkeit kombiniert.

Allerdings hat sich eine derartige, aus der als gattungsbildend herangezogenen DE 298 25 210 U1 bekannte Vorrichtung als punktuell nach wie vor verbesserungsbedürftig erwiesen, insbesondere als im Hinblick auf eine industrielle Großserienfertigung und optimierte Betriebseigenschaften vor allem die bekannten Kraftspeichermittel in Form der von außen angreifenden Druckfeder nicht ideal sind: Einerseits verlangt die typischerweise als konisch zulaufende Druckfeder ausgebildete Kraftspeichereinheit nach händischer Bestückung im Fertigungsvorgang, da derartige Federn in gängigen Produktionsanlagen keine automatisierte Montage gestatten. Gleichzeitig muss eine solche Feder, angesichts der zum wechselseitigen Verschließen des ersten bzw. zweiten Fluidanschlusses mit einer durchgehenden (alternativ einer beidseitig vulkanisiert vorgesehenen) polymeren Verschlusseinheit ausgestatteten Ankereinheit, für eine vergleichsweise hohe Federkraft ausgelegt sein, denn bedingt durch die geometrischen Bedingungen der bekannten Technologie ist der die Verschlusseinheit tragende Ankerkörper massiv und damit relativ schwer.

Diese Eigenschaft wiederum steht im Zusammenhang mit der beschriebenen Notwendigkeit, die Ankereinheit mantelseitig mit Nuten oder vergleichbaren längs, d. h. parallel zur axialen Richtung, verlaufenden Nuten zur Fluidführung zu versehen. Eine derartige Nutung bzw. Profilierung führt jedoch insbesondere im Dauergebrauch zu nachteiligen Einkerbungen bzw. unerwünschtem Materialabtrag an einer die Ankereinheit umschließenden Führung (z. B. Ankerführungsrohr), so dass auch hier Verbesserungsbedarf besteht. Darüber hinaus ist zudem ein in den Nuten bewirkter Fluidfluss im Hinblick auf einen Fluidflusswiderstand, etwa Luft, nicht optimal, so dass auch insoweit Nachteile bestehen. Schließlich entstehen weitere Strömungsverluste durch den Umstand, dass ein Fluidfluss vom bzw. zum weiteren Fluidanschluss (Arbeitsanschluss) geometriebedingt durch einen Abschnitt der Druckfeder fließt, so dass eine effektive Nennweite bzw. Strömungsweite des Anschlusses durch die Federmittel reduziert ist.

Ein zusätzlicher Nachteil der bekannten Nutenlösung zur Fluidführung entlang der Ankereinheit liegt darin, dass Nuten oder dgl. fluidführende Profilierungen am Ankermantel eine magnetisch wirksame Ankerweite vermindern bzw. begrenzen, insoweit eine negative Wechselwirkung zur Fluidführung besteht: Je größer die ankerseitigen Nuten mit dem Zweck einer Verbesserung des Fluidflusses gestaltet werden, desto größer wird der magnetische Nachteil.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine elektromagnetisch betätigbare Ventilvorrichtung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs im Hinblick auf ihre Betätigungs-, Betriebs- und Effizienzeigenschaften im Hinblick auf optimierte Magnet- und Fluidführungsbedingungen zu verbessern, dabei insbesondere eine elektromagnetisch betätigbare und als 3/2- oder 2/2-Ventil einsetzbare Ventilvorrichtung zu schaffen, welche einfach und automatisiert fertigbar ist, dabei im Hinblick auf eine notwendige Magnetkraft (und Federkraft) optimiert ist, ferner geringere Anforderungen an ein (typischerweise polymeres) Dichtmaterial für die Verschlusseinheit stellt und im Hinblick auf einen (typischerweise pneumatischen) Fluidfluss in den erfindungsgemäß geschalteten Fluidkanälen Strömungsverluste bzw. Strömungswiderstände minimiert.

Die Aufgabe wird durch die elektromagnetisch betätigbare Ventilvorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst; vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben. Zusätzlich Schutz im Rahmen der Erfindung wird beansprucht für eine Verwendung einer derartigen erfindungsgemäßen elektromagnetisch betätigbaren Ventilvorrichtung für pneumatisches Fluid, wobei sich eine Verwendung für bzw. in einem Kraftfahrzeug-Pneumatiksystem als besonders bevorzugte und günstige Verwendung herausgestellt hat. Weiterhin wird erfindungsgemäß eine Verwendung einer derartigen Vorrichtung beansprucht zur Realisierung eines 2/2-Wegeventils, durch lediglich partielle Beschaltung der erfindungsgemäßen Fluidanschlüsse, und es wird Schutz beansprucht für eine bevorzugte Verwendung der erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung als stromlos geschlossene-Vorrichtung (NC) wie auch als stromlos offene Ventilvorrichtung (NO) durch entsprechendes vertauschtes verbraucherseitiges Anschließen des erfindungsgemäßen ersten bzw. zweiten Fluidanschlusses.

In erfindungsgemäß vorteilhafter Weise ist zunächst die Kerneinheit erfindungsgemäß in Form von zwei (bevorzugt einstückig aneinandersitzenden) Abschnitten realisiert, nämlich einerseits dem Kernkörper und andererseits dem erfindungsgemäßen, langgestreckten und den Kernkörper axial fortsetzenden Rohr bzw. Hülsenabschnitt, welcher, weiter bevorzugt in der Art einer Düse, mittig zur Fluidführung durchbohrt ist und endseitig zur Verbindung zum zweiten Fluidanschluss die zweite Verschlussposition zum schließenden Aufgreifen durch die Verschlusseinheit der Ankereinheit anbietet.

Der langgestreckte Rohr- bzw. Hülsenabschnitt der Kerneinheit ermöglicht nunmehr erfindungsgemäß vorteilhaft ein Übergreifen durch die (selbst wiederum erfindungsgemäß vorteilhaft und weiterbildend becher- bzw. topfartig ausgestaltete) Ankereinheit, so dass der Rohr- bzw. Hülsenabschnitt in einen offenen Vertiefungs- bzw. Hohlbereich der Ankereinheit eintaucht und erst im eingetauchten Zustand dann die Verschlusseinheit (welche selbst wiederum bevorzugt bodenseitig der Ankereinheit ausgebildet ist) das freie Ende (Düsenabschnitt) des Rohr- bzw. Hülsenabschnitts zum Verschließen des zweiten Fluidanschlusses dichten kann.

Eine derartige erfindungsgemäße Geometrie ermöglicht damit zunächst das Vorsehen einer zylindrischen Feder, weiter bevorzugt Druckfeder, als Kraftspeicher, welche sich einends dann am (im Durchmesser verbreiterten) Kernkörper, anderenends im Boden der Ankereinheit abstützen kann und so etwa eine stromlos geschlossene (NC-)Konfiguration im Hinblick auf den ersten Fluidanschluss realisiert; dieser ist erfindungsgemäß und vorteilhaft ermöglicht durch einen der Kerneinheit axial gegenüberliegenden und entsprechend mit einer gegenüberliegenden Dichtfläche der Verschlusseinheit zusammenwirkenden Ventilsitz zum ersten Fluidanschluss geöffnet. Erfindungsgemäß vorteilhaft gestattet damit eine solche Vorrichtung zunächst das vollautomatisierte Montieren der zylindrischen Feder und damit eine weitere Effizienzsteigerung in der Montage.

Zusätzlich realisiert diese Geometrie auch noch weitere Vorteile, nämlich etwa dadurch, dass durch die vorteilhafte Becher bzw. Topfform (welche das axiale Übergreifen der Ankereinheit bezogen auf den Rohr- bzw. Hülsenabschnitt gestattet) nicht nur eine deutliche Gewichtsreduzierung der Ankereinheit auftritt, welche wiederum die notwendigen Federkräfte der Kraftspeichermittel reduziert, auch erfordert eine derartige erfindungemäße Becher- bzw. Topfform der Ankereinheit mit bodenseitiger Verschlusseinheit (integriert in die Ankereinheit) eine deutlich einfachere Dichtungstechnologie für diese Verschlusseinheit (nämlich einen axial kürzeren Polymerbereich mit dadurch reduzierten Ausdehnungs- bzw. Temperatureffekten). Auch vermindert der leichtere (erfindungsgemäß weiterbildend etwa hohlgebohrte) Anker deutlich potenziell schädliche Vibrationen und verringert durch sein geringeres Gewicht die Erfordernisse an eine notwendige Magnetkraft für den Antrieb der Ankereinheit, was wiederum Vorteile für die magnetische Auslegung der weiteren beteiligten Komponenten, etwa die flussleitende Geometrie für den Elektromagnetfluss oder die Ausgestaltung der Spulenmittel, bringt.

Zur magnetischen Optimierung ist es dabei erfindungsgemäß vorgesehen, den Rohr- bzw. Hülsenabschnitt der Kerneinheit, typischerweise an einem vom Kernkörper axial beabstandeten Mantelabschnitt, mit einer Nut, einer Materialvertiefung, einem Materialeinstich, einer lokalen Materialveränderung und/oder einem innen- oder außenseitigen Materialabtrag so zu versehen, dass an diesem materialreduzierten bzw. materialveränderten Mantelabschnitt eine magnetische Widerstandserhöhung für einen durch den Rohr- bzw. Hülsenabschnitt fließenden Magnetfluss auftritt.

Dies kann einerseits durch einen Materialabtrag, z. B. durch ein spanendes Verfahren, im magnetisch leitenden Abschnitt erfolgen, wobei dieser Materialabtrag sowohl im Außenmantel, d. h. radial außenseitig am Rohr- bzw. Hülsenabschnitt, erfolgen kann, als auch an einem inneren Mantelabschnitt im Rohr- bzw. Hülsenabschnitt, typischerweise dann zu realisieren durch eine (ggf. gestufte, abschnittsweise aufgeweitete) zentrische Bohrung, alternativ auch durch ein inneres Aufweiten mit einem geeigneten Fräs- oder Drehwerkzeug.

Andererseits – ergänzend oder alternativ – kann die erfindungsgemäße Materialveränderung oder -beeinflussung durch etwa eine lokale thermische Behandlung (z. B. Glühen im Mantelabschnitt) erfolgen, mit dem Ziel, das magnetisch leitende Material dort in seiner magnetischen Leitfähigkeit herabzusetzen. Wiederum alternativ ist eine (z. B. geschweißte) axiale Abfolge aus magnetisch gut sowie magnetisch nicht bzw. schlecht leitenden Metallmaterialien zur Realisierung des Rohr-Hülsen-Abschnitts denkbar. Dies ist im Rahmen der Erfindung insoweit vorteilhaft und effizienzerhöhend, als damit effektiv vermieden werden kann, dass ein signifikanter magnetischer Flussanteil entlang des Rohr- bzw. Hülsenabschnitts und dann quer zur Ankereinheit fließt, insoweit einen unerwünschten magnetischen Nebenschluss vermeidet.

In bevorzugter Weiterbildung ist die erfindungsgemäße Verschlusseinheit nicht ausschließlich aus einem (z. B. polymeren) Dichtungsmaterial realisiert, vielmehr, und weiter bevorzugt etwa in einer querschnittlichen Doppel-T-Form, in einem umgebenden, harten Körper, welcher selbst dann in die Ankereinheit integriert ist bzw. deren Boden ausbildet, geformt, so dass axial beidends gut dichtende bzw. Kontaktflächen als Verschlussflächen entstehen, welche durch den Anker einen bestmöglichen Verschluss- bzw. Anpressdruck im Hinblick auf ihren jeweiligen Sitz erhalten.

Dabei ist vorteilhaft vorgesehen, dass in dem das eigentliche polymere Dichtmaterial haltenden Trägerabschnitt (aus dem unelastischen, gleichwohl etwa aus Gründen einer automatisierten Fertigbarkeit im Kunststoff-Spritzverfahren selbst aus polymerem Material hergestellt) Durchbrüche oder dgl. Durchlässe vorgesehen sind, welche den Fluidfluss, insbesondere vom weiteren Fluidanschluss zum zweiten Fluidanschluss, kanalisieren; eine derartige Ausbildung realisiert dann den Strömungs- und Effizienzvorteil, dass die erfindungsgemäßen Kraftspeichermittel (bevorzugt als zylindrische Druckfeder realisiert) von diesem Fluidfluss unbeeinflusst bleiben, nämlich außerhalb von diesen liegen und insoweit Strömungsverluste vermieden werden können.

Auf die erfindungsgemäß beschriebene Weise wird somit eine elektromagnetisch betätigbare Ventilvorrichtung realisiert, welche die Betätigungs- und Betriebsvorteile der bereits existierenden, gattungsbildenden Technologie in mehreren, gleichwohl synergistisch miteinander zusammenwirkenden technischen Aspekten weiterbildet, dabei Vorteile in der Fertigung mit Effizienzvorteilen im Hinblick auf die magnetischen und Strömungseigenschaften kombiniert und im Ergebnis eine Ventilvorrichtung als 3/2-Struktur realisiert, welche zwar günstig für die pneumatische Fluidschaltung in einem Kraftfahrzeugkontext geeignet ist, jedoch weder auf diese Verwendung beschränkt ist, noch etwa die mögliche 3/2-Topologie notwendigerweise so geschaltet werden muss. Vielmehr ist es durch geeignete Kontaktierung der Fluidanschlüsse auch ohne weiteres möglich, die Vorrichtung als 2/2-Ventil zu benutzen, und durch geeignetes Vertauschen insbesondere des ersten und des zweiten Fluidanschlusses. Im Einsatzkontext lässt sich sowohl eine NO-, als auch eine NC-Funktionalität realisieren.

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

Diese zeigen in:

1 eine Längsschnittansicht durch die elektromagnetisch betätigbare Ventilvorrichtung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform als 3/2-Ventil in NC-Konfiguration bei bodenseitig vorgesehenem und als ersten Fluidanschluss konfiguriertem Druckanschluss sowie gegenüberliegendem und der Kerneinheit zugeordnetem Entlüftungsanschluss; und

2: eine Längsschnittansicht analog der Darstellung der 2 einer zweiten Ausführungsform der elektromagnetisch betätigbaren Ventilvorrichtung mit einer gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel der 1 mantelseitig innenliegenden Abschnitt mit Materialabtrag zum Erzeugen einer lokalen magnetischen Widerstandserhöhung.

Die 1 zeigt in der Längsschnittansicht des ersten Ausführungsbeispiels ein umgebendes Ventilgehäuse 10, welches eine im Wesentlichen radialsymmetrisch (alternativ: C-Bügel-förmig) um eine Längsachse 12 ausgebildete Ventiltechnologie aufnimmt. Dabei umschließt eine auf einem Spulenträger 14 gehaltene Wicklung 16 (Spuleneinheit) eine gleichermaßen stationäre Kerneinheit 18, welche aus einem in der 1 obenliegenden Kernkörper 20 und einem sich daran einstückig anschließenden Rohr- bzw. Hülsenabschnitt 22 gebildet ist, welcher gegenüber dem Körper 20 einen verminderten Durchmesser aufweist. Eine Axialbohrung 24 erstreckt sich durch die Kerneinheit, bildet in Richtung auf das Gehäuseäußere den Entlüftungsanschluss E (als erfindungsgemäßen zweiten Fluidanschluss) aus und mündet düsenartig am gegenüberliegenden Ende in einen durch Bördeln gefertigten düsenartigen Auslass 26, welcher als Ventilsitz für eine nachfolgend zu beschreibende, an einer Ankereinheit 28 sitzenden und von dieser bewegten Verschlusseinheit 30 dient.

Konkret ist die Ankereinheit 28 realisiert aus einem topf- bzw. becherförmigen Ankerkörper 32, welcher, in der 1 nach oben durch eine Hohlbohrung geöffnet, zum Aufnehmen bzw. seitlichen Übergreifen eines wesentlichen Abschnitts des Rohr- bzw. Hülsenabschnitts 22 ausgebildet ist.

Im unteren Endbereich und damit zum Ausbilden eines Ankerbodens wird der Körper 32 geschlossen von dem aus einem harten polymeren Material gebildeten Verschlusskörper 34, in welchen in der Art einer einstückigen, querschnittlichen Doppel-T-Form, polymeres, weiches und dichtendes Material 36 durch Spritzen so eingebracht ist, dass entlang der axialen Richtung (d. h. entlang der Achse 12) einander gegenüberliegende Dichtflächen 38, 40 entstehen, von denen eine (in der 1 obere) Dichtfläche 38 dichtend zum Greifen auf das Auslassende 26 des Stößelabschnitts 22 bemessen und ausgebildet ist.

Am axial gegenüberliegenden Ende ist die Dichtfläche 40 zum dichtenden Zusammenwirken mit einem an einer Ventilsitzbaugruppe 42 ausgebildeten, gleichermaßen düsenartigen Ventilsitz 44 ausgestaltet, welcher in Verbindung mit einem Druckanschluss P (als erster Fluidanschluss im Sinne der Erfindung) steht.

Innerhalb der Baugruppe 42, benachbart der dem Fluideinlass T zugeordneten Bohrung, ist, radial umlaufend, ein Arbeitsanschluss A ausgebildet, welcher, entsprechend einer Stell- und Verschlussposition der Verschlusseinheit 30 am Anker 28, einerseits zum Entlüftungsanschluss E geöffnet ist (dies entspricht dem stromlosen Stell- bzw. Verschlusszustand der 1 und ist durch die gestrichelte Linie 46 bezeichnet), wobei die Verschlusseinheit 30 mit ihrer unteren Dichtfläche 40 auf den Ventilsitz 44 greift und den Fluidanschluss P verschließt. Andererseits verschließt bei Bestromung der Spule 32 die Ankereinheit gegenüber der Position der 1 und gegen eine Rückstellwirkung einer zylindrischen Druckfeder 48 (welche sich einends von einem Ringabsatz 50 am Kernkörper 20, anderenends an einem innenliegenden Ringabsatz 52 abstützt) dann die Dichtfläche 38 den als kernseitigen Ventilsitz 26 wirkenden Auslass des Rohr- bzw. Hülsenabschnitts 22 und ermöglicht so eine Fluidkommunikation vom Druckanschluss P zum Arbeitsanschluss A.

Es wird deutlich, dass die Ausgestaltung und Lagerung der Druckfeder 48 nicht nur eine zylindrische und damit automatisiert montierbare Form ermöglicht, auch liegt diese Druckfeder außerhalb des Fluidpfades (Fluidkanals) sowohl bei einer Fluidkommunikation E-A (gemäß gestrichelter Linie 46 in 1), als auch außerhalb einer im alternativen Schaltzustand ermöglichten Fluidkommunikationen P-A. Entsprechend bewirkt die Feder keinerlei Strömungsbeeinträchtigung, und zusätzlich gestaltet die gezeigte Federform in Verbindung mit der (durch die Becherform erreichten) gewichtsverminderten Ankerausgestaltung eine geringere Federkraft, womit wiederum eine geringere notwendige Magnetkraft für die Ankerbewegung verbunden ist, mithin also auch dieses Verhalten gegenüber dem gattungsbildenden Stand der Technik optimiert ist.

Die Längsschnittansicht der 1 verdeutlicht zusätzlich neben der aus mehreren Materialien realisierten Geometrie der Verschlusseinheit 30, welche selbst damit modulartig ausgestaltet ist, automatisiert gefertigt und am Ankerkörper 32 befestigt werden kann, wie radial um den Umfang der Baugruppe 30 herum verteilte Durchbrüche in Form von Bohrungen 56 Teil des Fluidkanals zum Entlüftungsanschluss E sind, mit anderen Worten, sowohl eine Fluidkommunikation P-A, als auch A-E verläuft jeweils über diese Durchbrüche im harten Kunststoffmaterial des Trägers 34 der Baugruppe 30, bevor das Fluid dann in den durch die Bohrung 24 gebildeten zentrischen Kanal im Kern 18 eintritt und zum Auslass E gelangt. Hierdurch wird deutlich, dass der in ansonsten bekannter Weise in einem Ankerführungsrohr 58 aus einem nicht-magnetischen Material geführte Ankerkörper 32 keine mantelseitigen Schlitze, Profilierungen oder dgl. fluidführende Abschnitte aufweist, so dass weder das Ankerführungsrohr 58 eingekerbt oder auf andere Weise mechanisch im Dauerbetrieb belastet ist, noch etwa durch derartige, gegenüber dem Stand der Technik unnötige mantelseitige Nuten ein wirksamer Magnetquerschnitt nachteilig verkleinert wird.

Zusätzlich relevant für das magnetische Bewegungs- und Effizienzverhalten der Vorrichtung ist ein im Rohr- bzw. Hülsenabschnitt 22 gebildeter mantelseitiger Einstich 60, welcher, radial eine Wand des Abschnitts 20 abtragend, einen signifikanten Magnetflusswiderstand im zugehörigen Bereich des Rohr- bzw. Hülsenabschnitts 22, benachbart dem Körper 20, anbietet. Dabei wird so viel Material abgetragen, dass im Bereich 60 eine magnetische Sättigung bei Flussbeaufschlagung auftritt. Vorteilhafter Effekt dieser Maßnahme ist, dass ein wesentlicher Magnetfluss – kraft- und bewegungswirksam – über einen Konusbereich 62 zum Anker fließt und nicht etwa stirnseitig bzw. im Bereich des Auslasses 26 einen magnetisch ineffizienten Nebenflusskreis schließt

Das zweite Ausführungsbeispiel der 2 entspricht strukturell weitgehend dem ersten Ausführungsbeispiel der 1; so ist etwa sowohl das Gehäuse mit innenliegenden Elektromagnet-Komponenten, als auch die Ankerstruktur und die Bewegungs- und Schaltfunktionalität identisch mit dem ersten Ausführungsbeispiel der 1. Dabei bedeuten mit der 1 identische Bezugszeichen identische bzw. funktional unmittelbar äquivalente Baugruppen bzw. Komponenten, so dass im Hinblick auf die 2 insoweit auf eine erneute Beschreibung dieser (identischen) Komponenten verzichtet wird und auf die vorstehende Beschreibung zur 1 zu verweisen ist.

Der wesentliche Unterschied des zweiten Ausführungsbeispiels der 2 zum ersten Ausführungsbeispiel der 1 besteht in einer alternativen Ausgestaltung des im magnetischen bzw. Magnetfluss-Widerstand erhöhten Abschnitts 29 am Übergangsbereich zwischen dem Rohr- bzw. Hülsenabschnitt 22 und dem Kernkörper 20. Auch hier sind beide Baugruppen einstückig miteinander verbunden, wobei durch den in der wirksamen Materialdicke reduzierten Übergangsabschnitt 29 analog zur vorbeschriebenen Weise der 1 eine frühe magnetische Sättigung auftritt und entsprechend die gewünschte magnetische Entkopplung des Magnetflusses zum (axial) vorderen Rohr- bzw. Hülsenabschnitt 22 auftritt.

Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel ist die Materialreduktion am Abschnitt 29 realisiert durch eine eine durchgehende Bohrung 25 (insoweit entsprechend der Bohrung 24 in 1) aufweitende, aus der Richtung des Entlüftungsanschlusses E in den Kernkörper 20 eingebrachte weitere Bohrung 27, welche, da die Bohrung 25 von innen her aufweitend, den widerstandserhöhenden Abschnitt 29 in seiner axialen Erstreckung bestimmt zwischen dem Ende des Kernköpers 20 und einer Eindringtiefe der Bohrung 27 in den Rohr- bzw. Hülsenabschnitt 22 hinein. Es wird deutlich, dass neben dieser Verlagerung des erfindungsgemäßen Materialabtrags radial nach innen zusätzlich eine fertigungstechnisch einfache und elegante Alternative zu einem Dreh- oder Fräsvorgang geschaffen ist, mit welchem beim ersten Ausführungsbeispiel der 1 die Nut 60 geschaffen wurde. Insoweit ist dann auch die zusätzliche, aufweitende Bohrung 27 in 2 lediglich als exemplarische Möglichkeit zur Realisierung eines Materialabtrags von innen zu verstehen; auch mit alternativen Spanwerkzeugen, etwa abgewinkelten oder gekröpften Fräswerkzeugen, ließe sich ein im magnetischen Widerstand erhöhter Abschnitt im Kernmaterial in der gewünschten axialen Erstreckung erzeugen.

Während die in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiele ein Pneumatik-3/2-Wegeventil sind, welches, besonders geeignet etwa für Anwendungen in Pneumatiksystemen in Kraftfahrzeugen, eine NC-Ausgestaltung realisiert, ist es durch einfaches Vertauschen der Anschlüsse an P bzw. E möglich, diese Vorrichtungen als NO (damit also im unbestromten Zustand der Spule 16 geöffnet) zu verwenden. Auch lassen sich durch lediglich teilweise Beschaltung der drei Fluidanschlüsse P, E, A die gezeigten Vorrichtungen als 2/2-Wegeventil einsetzen.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

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Zitierte Patentliteratur

  • DE 29825210 U1 [0002, 0006]