Ventilanordnung für ein Magnetventil und korrespondierendes Magnetventil

Die Erfindung geht aus von einer Ventilanordnung für ein Magnetventil nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs 1. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Magnetventil mit einer solchen Ventilanordnung.

Aus dem Stand der Technik sind Magnetventile mit einer Magnetbaugruppe und einer Ventilpatrone und einer Ventilanordnung bekannt, welche zwischen mindestens einer ersten Fluidöffnung und mindestens einer zweiten Fluidöffnungen einen Fluidkanal ausbildet. Der Strömungsquerschnitt des Fluidkanals ist durch die Ventilanordnung einstellbar. Solche Magnetventile können beispielsweise in einer Hydraulikeinheit eines Fahrzeugs eingesetzt werden, in welche ein Antiblo- ckiersystem (ABS) und/oder ein Antriebsschlupfregelsystem (ASR-System) und/oder ein elektronisches Stabilitätsprogrammsystem (ESP-System) implementiert ist. Die Magnetventile haben die Aufgabe ein Druckmittel zu halten oder abströmen zu lassen. Hierbei werden an die Dichtheit der Magnetventile im geschlossenen Zustand bestimmte Anforderungen gestellt, die von der jeweiligen Aufgabe des Magnetventils im System abhängig sind. Bei bekannten Magnetventilen wird die Dichtheit über eine Kombination eines als Kugel oder Kugelabschnittes ausgeführten Schließkörpers mit einem als kegelige Bohrung ausgeführten Ventilsitzes realisiert. Im geschlossenen Zustand ergibt sich somit eine Dichtlinie, bei welcher in Abhängigkeit des verwendeten Materials Stahl auf Stahl oder Stahl auf Kunststoff trifft. Diese Linienberührung ist für die Dichtheit zuständig und abhängig von der Qualität des Dichtsitzes, wie beispielsweise Herstellung, Oberflächenbeschaffenheit, Formabweichungen und Rundheit usw. Auch Schmutzpartikel im Fluid können die Dichtheit beeinflussen. Aus der DE 10 2007 042 717 AI ist ein Magnetventil mit einer Magnetbaugruppe einer Ventilpatrone und einem Ventilunterteil bekannt. Die Ventilpatrone umfasst einen innerhalb einer Kapsel beweglich geführten Anker, einen Ventileinsatz, einen innerhalb des Ventileinsatzes beweglich geführten Stößel, welcher einen Schließkörper mit einem Hauptdichtelement aufweist, und einen Ventilkörper mit einem Hauptventilsitz. Zwischen einem Fluideinlass und einem Fluidauslass ist ein erster Fluidkanal ausgebildet, dessen Strömungsquerschnitt von einem Hauptventil einstellbar ist, welches das mit dem Schließkörper verbundene Hauptdichtelement und den im Ventilkörper angeordneten Hauptventilsitz aufweist, wobei eine von der Magnetbaugruppe erzeugte Magnetkraft den Anker und den Stößel bewegt und das Hauptdichtelement zur Ausführung einer Dichtfunktion dichtend in den Hauptventilsitz eintaucht. Zudem ist zwischen dem Fluideinlass und dem Fluidauslass im Ventilunterteil ein zweiter Fluidkanal ausgebildet, dessen Strömungsquerschnitt durch ein richtungsorientiertes Rückschlagventil einstellbar ist. Zudem wird ein Schließelement für das Rückschlagventil offenbart, welches einen Dichtkegel, einen Anlagefuß mit vier am Rand ausgebildeten Abströmnuten und einen zwischen dem Anlagefuß und dem Dichtkegel angeordneten elastischen Dichtungsring aufweist, welcher als O-Ring ausgeführt ist. Die Abströmnuten bilden jeweils eine Auflagekante für den elastischen Dichtungsring im Abdichtungsfall aus. Der Dichtkegel wird durch die Fluidströmung mitgenommen und der als O-Ring ausgeführte Dichtungsring kann auch bei niedrigen Systemdrücken in den als Hohlkegel ausgeführten Rückschlagventilsitz gedrückt werden. Mit zunehmendem Systemdruck wird der Dichtkegel stärker in den Ventilsitz gepresst und dichtet mit dem als O-Ring ausgeführten Dichtelement im Ventilsitz ab und hält mit zunehmender Druckdifferenz immer dichter. In öffnender Richtung wird der Dichtkegel durch die Fluidströmung gegen die Anlage gelegt und das Fluid kann frei durch den Fluidkanal und die Abströmnuten strömen.

Offenbarung der Erfindung

Die Ventilanordnung für ein Magnetventil und ein korrespondierendes Magnetventil mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche haben den Vorteil, dass der Schließkörper durch das Dichtelement mit der elastischen Dichtlippe eine hohe Dichtheit und eine druckunterstützte Schließbewegung der elasti- sehen Dichtlippe ermöglicht. Zudem wird die Dichtlippe durch die Druckunterstützung flächig an den Ventilsitz gepresst und damit axial vorgespannt. Zudem wird dadurch der Schließkörper mit dem Anker abgebremst, so dass das Schließgeräusch in vorteilhafter Weise reduziert werden kann. Während eines Öffnungsvorgangs wird über eine Magnetkraft ein Anker mit dem Schließkörper bewegt und der Schließkörper aus dem Ventilsitz abgehoben. Gleichzeitig wird die vorgespannte Dichtlippe entlastet und unterstützt mit der Vorspannkraft den durch die Magnetkraft eingeleiteten Öffnungsvorgang. Damit kann ein schnelles Öffnen der Ventilanordnung umgesetzt werden.

Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Ventilanordnung ermöglichen in vorteilhafter Weise die Umsetzung eines kostengünstigen, sehr dichten und mit geringer Magnetkraft zu öffnenden Magnetventils auf kleinem Bauraum. Durch die Unterstützung der Magnetkraft während des Öffnungsvorgangs könnte die Magnetkraft reduziert und damit die Magnetbaugruppe des Magnetventils verkleinert werden oder Hub bzw. Luftspalt des Magnetventils vergrößert werden. Dadurch können kostengünstige Magnetventile mit großem Hub oder mit reduzierter Magnetkraft für Sonderfunktionen umgesetzt werden. Zudem kann durch die elastische Dichtlippe eine hohe Dichtheit ohne geschliffenen Ventilsitz umgesetzt werden.

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen eine Ventilanordnung für ein Magnetventil, mit einem beweglichen Schließkörper und einem am Rand einer Durchgangsbohrung angeordneten Ventilsitz zur Verfügung. Der Schließkörper weist ein elastisches Dichtelement auf, welches in einem vom Ventilsitz abgehoben Zustand einen Fluidfluss durch die Durchgangsbohrung freigibt und in einem dichtend am Ventilsitz anliegenden Zustand den Fluidfluss durch die Durchgangsbohrung blockiert. Hierbei umfasst das Dichtelement einen zylinderförmigen Grundkörper mit einer elastischen umlaufenden Dichtlippe, wobei zwischen dem Grundkörper und der Dichtlippe eine V-förmige Vertiefung ausgebildet ist, welche gegen die Fluidströmung geöffnet ist. Zudem wirkt das Dichtelement als Federelement, welches während eines Schließvorgangs durch eine Verkleinerung einer wirksamen Öffnung der V-förmigen Vertiefung axial vorgespannt und gegen den Ventilsitz gedrückt wird und dabei den Schließkörper ab- bremst, wobei das Dichtelement während eines Öffnungsvorgangs axial entspannt und aus dem Ventilsitz gehoben wird.

Zudem wird ein Magnetventil mit einer Magnetbaugruppe und einer Ventilpatrone und einer solchen Ventilanordnung vorgeschlagen.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen der im unabhängigen Patentanspruch 1 angegebenen Ventilanordnung für ein Magnetventil und des im unabhängigen Patentanspruch 8 angegebenen Magnetventils möglich.

Besonders vorteilhaft ist, dass der Grundkörper des Dichtelements in eine umlaufende Aufnahmenut im Schließkörper eingesetzt werden kann. Der Schließkörper kann beispielsweise die Form eines Kegelstumpfs aufweisen, in welche die umlaufende Aufnahmenut eingebracht ist.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Ventilanordnung kann die V-förmige Vertiefung außerhalb der Aufnahmenut verlaufen. Zudem kann zur Ausbildung der Dichtlippe ein Hinterschnitt mit einem V-förmigen Querschnitt in den Grundkörper eingebracht werden. Durch die Ausführung und Abmessungen des Hinterschnitts kann die Vorspannkraft bzw. Rückstellkraft vorgegeben bzw. eingestellt werden.

Alternativ kann die V-förmige Vertiefung innerhalb der Aufnahmenut verlaufen. Zudem kann am offenen Rand der Dichtlippe ein umlaufender Wulst ausgebildet werden, über welchen die Vorspannkraft bzw. Rückstellkraft vorgegeben bzw. eingestellt werden kann.

Vorzugsweise kann der Ventilsitz als kegelige Bohrung ausgeführt werden, an welche sich die elastische Dichtlippe zur Abdichtung flächig anlegen kann.

In vorteilhafter Ausgestaltung des Magnetventils kann die Ventilpatrone eine Ventilhülse, einen an einem ersten Ende in die Ventilhülse eingepressten Polkern, einen innerhalb der Ventilhülse beweglich geführten Anker mit Schließkörper und einen Ventilkörper mit Ventilsitz umfassen, welcher in ein zweites Ende der Ventilhülse eingepresst sein kann. Zudem kann eine von einer Rückstellfeder erzeugte Federkraft und eine Hydraulikkraft den Anker mit Schließkörper während der Schließbewegung in Richtung Ventilkörper bewegen, wodurch die Dichtlippe des Dichtelements dichtend an den Ventilsitz angelegt und anschließend vorgespannt wird. Eine von der Magnetbaugruppe erzeugte Magnetkraft kann den Anker mit dem Schließkörper während der Öffnungsbewegung gegen die Kraft der Rückstellfeder aus dem Ventilsitz heben, wodurch sich die Dichtlippe entspannen und die Magnetkraft während der weiteren Öffnungsbewegung unterstützen kann.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung bezeichnen gleiche Bezugszeichen Komponenten bzw. Elemente, die gleiche bzw. analoge Funktionen ausführen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt eine schematische perspektivische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer Ventilpatrone für ein erfindungsgemäßes Magnetventil.

Fig. 2 zeigt eine schematische perspektivische Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Ventilanordnung für ein Magnetventil.

Fig. 3 zeigt eine perspektivische Detaildarstellung eines Schließkörpers mit Dichtlippe der erfindungsgemäßen Ventilanordnung aus Fig. 2.

Fig. 4 zeigt rechts eine perspektivische Schnittdarstellungen des ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Ventilanordnung aus Fig. 2 im angelegten Zustand und links eine perspektivische Schnittdarstellungen eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Ventilanordnung im angelegten Zustand.

Fig. 5 zeigt rechts eine perspektivische Schnittdarstellungen des ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Ventilanordnung aus Fig. 2 und 4 im abgedichteten Zustand und links eine perspektivische Schnittdarstellungen des zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Ventilanordnung aus Fig. 4 im abgedichteten Zustand.

Ausführungsformen der Erfindung

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, umfasst das dargestellte Ausführungsbeispiel einer Ventilpatrone 1 für ein erfindungsgemäßes Magnetventil eine Ventilanordnung 20A, eine Ventilhülse 5, einen an einem ersten Ende in die Ventilhülse 5 einge- pressten Polkern 3, einen innerhalb der Ventilhülse 5 beweglich geführten Anker 7 mit Schließkörper 24 und einen Ventilkörper 11 mit Ventilsitz 26, welcher in ein zweites Ende der Ventilhülse 5 eingepresst ist. Der Ventilsitz 26 ist als kegelige Bohrung am Rand einer Durchgangsbohrung 12 in den Ventilkörper 11 eingebracht, welche in eine erste Fluidöffnung 13 mündet, welche mit mindestens einem nicht näher dargestellten ersten Fluidkanal in einem Fluidblock verbunden ist. Zudem weist der Ventilkörper 11 mehrere zweite Fluidöffnungen 15 auf, welche über einen Filter 12 mit nicht näher dargestellten zweiten Fluidkanälen im Fluidblock verbunden sind. Die Ventilpatrone 1 kann über eine Ventilbuchse 9 in eine Aufnahmebohrung des nicht näher dargestellten Fluidblocks eingepresst werden. Über die Ventilanordnung 20A kann der Strömungsquerschnitt zwischen der ersten Fluidöffnung 13 und den zweiten Fluidöffnungen zwischen einem minimalen bzw. abgedichteten Zustand und einem maximalen bzw. geöffneten Zustand eingestellt werden. Zudem umfasst das Magnetventil eine nicht näher dargestellte Magnetbaugruppe, welche auf die Ventilpatrone 1 aufgesteckt ist und eine Magnetkraft zum Bewegen des Ankers 7 erzeugt. In den Anker 7 ist im dar- gestellten Ausführungsbeispiel ein zylindrischer Stößel 22 eingepresst, welcher einen kegelstumpfförmigen Schließkörper 24 trägt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Schießkörper 24 an den Stößel 22 angeformt. Über einen Luftspalt LS zwischen dem Polkern 3 und dem Anker 7 kann der Hub des Magnetventils eingestellt werden.

Wie aus Fig. 1 bis 5 ersichtlich ist, umfassen die dargestellten Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Ventilanordnung 20A, 20B für ein Magnetventil den beweglichen Schließkörper 24 und den am Rand einer Durchgangsbohrung 12 angeordneten Ventilsitz 26. Zudem weist der Schließkörper 24 ein elastisches Dichtelement 30A, 30B auf, welches in einem vom Ventilsitz 26 abgehoben Zu- stand einen Fluidfluss durch die Durchgangsbohrung 12 freigibt und in einem dichtend am Ventilsitz 26 anliegenden Zustand den Fluidfluss durch die Durchgangsbohrung 12 blockiert. Hierbei umfasst das Dichtelement 30A, 30B einen zylinderförmigen Grundkörper 32A, 32B mit einer elastischen umlaufenden Dichtlippe 34A, 34B. Zwischen dem Grundkörper 32A, 32B und der Dichtlippe 34A, 34B ist eine V-förmige Vertiefung 36A, 36B ausgebildet, welche gegen die Flu- idströmung geöffnet ist. Zudem wirkt das Dichtelement 30A, 30B als Federelement, welches während eines Schließvorgangs durch eine Verkleinerung einer wirksamen Öffnung der V-förmigen Vertiefung 36A, 36B axial vorgespannt und gegen den Ventilsitz 26 gedrückt wird und dabei den Schließkörper 24 abbremst, wobei das Dichtelement 30A, 30B während eines Öffnungsvorgangs axial entspannt und aus dem Ventilsitz 26 gehoben wird.

Wie aus Fig. 1 bis 5 weiter ersichtlich ist, bewegt eine von einer Rückstellfeder 8 erzeugte Federkraft und eine Hydraulikkraft den Anker 7 mit Schließkörper 24 während der Schließbewegung in Richtung Ventilkörper 15, wodurch die Dichtlippe 34A, 34B des Dichtelements 30A, 30B dichtend an den Ventilsitz 26 angelegt und anschließend vorgespannt wird und dabei den Schließkörper 24 abbremst. Ab dem in Fig. 4 dargestellten angelegen Zustand der Dichtlippe 34A, 34B, wird die Dichtlippe 34A, 35B druckunterstützt mit einer korrespondierenden Dichtfläche 31A, 31B flächig gegen den Ventilsitz 26 gedrückt und dadurch vorgespannt. Zudem wird dadurch der Schließkörper 24 mit dem Anker 7 abgebremst, so dass das Schließgeräusch in vorteilhafter Weise reduziert werden kann. Eine von der Magnetbaugruppe erzeugte Magnetkraft hebt den Anker 7 mit dem Schließkörper 24 während der Öffnungsbewegung gegen die Kraft der Rückstellfeder 8 aus dem Ventilsitz 26, wodurch sich die Dichtlippe 34A, 34B entspannt und eine Kraftunterstützung K erzeugt, welche die Magnetkraft während der Öffnungsbewegung unterstützt.

Wie aus Fig. 1 bis 5 weiter ersichtlich ist, ist der Grundkörper 32 A, 32 B des Dichtelements 30A, 30B in eine umlaufende Aufnahmenut 28 im Schließkörper 24 eingesetzt.

Bei einem in Fig. 1 bis 5 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel der Ventilanordnung 20A verläuft die V-förmige Vertiefung 36A außerhalb der Aufnahmenut 28. Zudem ist zur Ausbildung der Dichtlippe 34A ein Hinterschnitt 38A mit einem V-förmigen Querschnitt in den Grundkörper 32A eingebracht.

Bei einem in Fig. 4 und 5 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel der Ventilanordnung 20B verläuft die V-förmige Vertiefung 36B innerhalb der Aufnahmenut 28. Zudem ist am offenen Rand der Dichtlippe 34B ein umlaufender Wulst 38B ausgebildet, welcher im angelegten Zustand am Ventilsitz 26 anliegt.

Durch Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Ventilanordnung kann auf kleinem Bauraum ein kostengünstiges Magnetventil umgesetzt werden, welches eine hohe Dichtheit aufweist und mit geringer Magnetkraft zu öffnen ist. Hierbei wird die Dichtlippe durch Druckunterstützung an den Ventilsitz gepresst und damit axial vorgespannt. Zudem wird dadurch der Schließkörper mit dem Anker abgebremst, so dass das Schließgeräusch in vorteilhafter Weise reduziert werden kann. Während des Öffnungsvorgangs wird über die Magnetkraft der Magnetbaugruppe der Anker mit Stößel und Schließelement nach oben gezogen.

Gleichzeitig wird die vorgespannte Dichtlippe entlastet und unterstützt mit der Vorspannkraft den Öffnungsvorgang. Damit wird ein schnelles Öffnen des Magnetventils ermöglicht.