Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Schaltventil zum Öffnen oder Schließen z. B. eines Öl- oder Kühlmittel- kreislaufes in einem Kraftfahrzeug gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruchs 1.

Solche elektromagnetischen Schaltventile sind hinlänglich be ^¬ kannt und verfügen über einen Elektromagneten, der eine Spule und einen bewegbaren Anker aufweist. Der Anker ist mit einem Ventilelement gekoppelt, durch welches ein Ventilsitz in dem Kühlmittelkreislauf bei Bestromung der Spule verschlossen und abgedichtet werden kann, während bei Nichtbestromung der Spule der Ventilsitz offen gehalten ist. Dieser Zustand wird bei elektromagnetischen Schaltventilen als „normally open" be ^¬ zeichnet. Solche elektromagnetischen Schaltventile finden ins ^¬ besondere im Olkreislauf von Motoren von Kraftfahrzeugen Ver ^¬ wendung, um den Motor schnell auf Betriebstemperatur zu brin ^¬ gen. So wird beim Starten des Motors die Erregerspule des elektromagnetischen Schaltventils bestromt, sodass der Ventil ^¬ sitz geschlossen ist und sich das Kraftfahrzeugöl im Motor verhältnismäßig schnell erwärmen kann. Hat dieses Öl die Be ^¬ triebstemperatur erreicht, wird das elektromagnetische Schalt ^¬ ventil stromlos geschaltet und der Ventilsitz freigegeben, so- dass über die Kolbenspritzdüsen die Motorkolben gekühlt wer ^¬ den können. Insgesamt dient der Einsatz solcher elektromagne ^¬ tischen Schaltventile bei Kraftfahrzeugmotoren zur Energieein ^¬ sparung und Emmissionsreduzierung beim Kaltstart. Die bisher verwendeten elektromagnetischen Schaltventile zeichnen sich jedoch durch einen verhältnismäßig schweren Auf ^¬ bau aus, der außerdem verhältnismäßig groß ist und damit platzraubend. Hier setzt die vorliegende Erfindung an.

Die vorliegende Erfindung hat das Ziel, ein elektromagneti ^¬ sches Schaltventil zum Öffnen oder Schließen in einem Öl- oder Kühlmittelkreislauf eines Kraftfahrzeuges anzugeben, das im Vergleich zu den bisher bekannten elektromagnetischen Schalt- ventilen in dieser Anwendung deutlich kleiner gebaut ist, ein geringeres Gewicht aufweist und hinsichtlich seines Verhaltens während der gesamten Hubstrecke des Ventilelementes eine hohe Performance aufweist. Ein solches elektromagnetisches Schaltventil wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bereitgestellt.

Dieses elektromagnetische Schaltventil zeichnet sich demnach dadurch aus, dass das Schaltventil druckausgeglichen ausgebil- det ist und dass das Ventilelement des Schaltventils in Rich ^¬ tung des Ventilsitzes weisend mindestens annähernd hohlwandig ausgebildet ist.

Dies ist von Vorteil, da durch den Druckausgleich eine dem Druck proportionale Druckausgleichskraft über den gesamten

Ventilhub wirkt und somit das Öffnen des Ventils unterstützt, die öffnenden Kräfte bei einem nicht hohlwandig ausgeführten Dichtelement aber vom Ventilhub abhängig sind, so dass diese trotz Bestromung nicht vollständig vom Ventilsitz abgehoben werden konnten, weil die im Betrieb auftretenden Fluidkräfte schließende Kräfte erzeugen, die das Ventilelement im Bereich seiner Endstellung in Ruheposition versuchten rückzustellen, sodass insgesamt keine hundertprozentige Offenstellung des Ventils erreicht werden konnte.

Durch diese beiden Maßnahmen ist es möglich, das Schaltventil deutlich kleiner zu bauen, wobei die im Betrieb auftretenden Fluidkräfte im Kühlmittelkreislauf nicht dazu führen, dass das Ventilelement aufgrund eines entstehenden Überdruckes von sei ^¬ ner Offenstellung selbsttätig in Richtung Ventilsitz gezogen wird. Dies wird dadurch erreicht, dass die im Strömungsbereich befindliche Fläche des Ventilelements zum eigentlichen Ventil ^¬ sitz hin zurückversetzt angeordnet ist.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen an- gegeben.

In einer Weiterbildung der Erfindung kann das Ventilelement in Richtung Ventilsitz mindestens annähernd topfförmig oder min ^¬ destens annähernd konkav gestaltet sein. Es liegt insbesondere auch im Rahmen der Verbindung, dass das Ventilelement als

Hohlkugelsegment ausgebildet ist, wobei die Vertiefung dieses Hohlkugelsegments in Richtung Ventilsitz zeigt. Jegliche ande ^¬ re hohlwandige Ausbildung des Ventilelementes ist ebenfalls geeignet .

In einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist das Ventil ^¬ element mit einem VentilelementStößel verbunden, der wiederum mit dem Anker des Elektromagneten gekoppelt ist. Im einfachs ^¬ ten Fall kann das Ventilelement und der VentilelementStößel einstückig ausgebildet sein und insbesondere zur Gewichtser ^¬ leichterung auch aus Kunststoff oder anderen leichtbauenden Materialien, wie zum Beispiel Aluminium, bestehen. Dabei bie- tet es sich an, das Ventllelement als Sprit zgussteil auszubil den .

Das dem Anker abgewandte Ende des Ventilstößels ist hierfür mit einem Ventilelementboden verbunden, von dem ein umlaufen ^¬ der Ventilelementkragen in Richtung Ventilsitz hervorspringt. Der Ventilelementkragen ist dabei zum Abdichten am Ventilsitz vorgesehen und liegt dort in geeigneter Weise an.

In einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung ist der Ventilelementkragen an seinem dem Ventilsitz zugewandten um ^¬ laufenden Rand abgeschrägt beziehungsweise abgerundet und als Kalottenabschnitt ausgebildet. Dieses Abschrägen beziehungs ^¬ weise Abrunden erfolgt dabei insbesondere derart, dass der in nere umlaufende Rand in dem so topfförmig gebildeten Ventil ^¬ element nach außen zum äußeren Rand des Ventilelements mit ei nem Radius zurückläuft und dort kürzer ist.

Um das elektromagnetische Schaltventil erfindungsgemäß druck ^¬ ausgeglichen zu gestalten, muss innerhalb des elektromagneti ^¬ schen Schaltventils, also innerhalb seines Gehäuses, eine axi ale Durchgangsbohrung vorgesehen sein, die als Druckaus ^¬ gleichsbohrung dient und einen Druckausgleichsraum an einer Seite des Ankers mit dem Druckmedium beaufschlagt, die dem Ventilelement gegenüberliegt. Es bietet sich hierbei an, dass das Ventilelement entlang seiner gesamten Länge, also das Ven tilelement und ein etwaig zugehörender VentilelementStößel , eine insbesondere axiale Durchgangsbohrung aufweist. Diese axiale Durchgangsbohrung ist zweckmäßigerweise mit einer ent ^¬ lang seiner gesamten Länge aufweisenden Durchgangsbohrung in ^¬ nerhalb des Ankers verbunden, sodass der erwähnte Druckaus ^¬ gleich geschaffen wird. In einer Ausführungsform der Erfindung verfügt das elektromag ^¬ netische Schaltventil über eine Federeinrichtung, durch welche das Ventilelement im stromlosen Zustand des Schaltventils in einer den Ventilsitz geöffneten Stellung („normally open") ge- halten ist.

Durch die Tatsache, dass das elektromagnetische Schaltventil nach der Erfindung druckausgeglichen und der Ventilelementkra ^¬ gen in der beschriebenen Weise ausgeführt ist, kann die Bau- raumreduzierung des elektromagnetischen Schaltventils erreicht werden. In Verbindung mit dem Umstand, dass bei dem elektro ^¬ magnetischen Schaltventil nach der Erfindung die dem Ventil ^¬ sitz zugewandte Kontur des Ventilelements besonders gestaltet ist, wird zudem erreicht, dass trotz einer geringeren Dimensi- onierung der Federkraft der Federeinrichtung das Ventilelement im stromlosen Zustand der Spule vollständig in seiner Offen ^¬ stellung gehalten werden kann. Eine ausgezeichnete Performance des Schaltverhaltens des elektromagnetischen Schaltventils ist die Folge.

Es bietet sich an, das elektromagnetische Schaltventil nach der Erfindung in einen Motorblock eines Kraftfahrzeuges einzu ^¬ bauen. Hierfür ist der Ventilsitz in dem Motorblock des Kraft ^¬ fahrzeuges eingearbeitet, wobei das elektromagnetische Schalt- ventil in oder an dem Motorblock gehalten, insbesondere einge ^¬ schraubt, ist, sodass das Ventilelement des Schaltventils den dort platzierten Ventilsitz sicher abdichten kann.

Wenngleich bisher lediglich davon gesprochen wurde, dass das elektromagnetische Schaltventil in den Ölkreislauf eines

Kraftfahrzeuges eingebaut werden kann, liegt es selbstver ^¬ ständlich auch im Rahmen der Erfindung, dass ein derartiger Einbau auch in einen anderen Kühlmittelkreislauf eines Kraft- fahrzeuges, zum Beispiel in den Kühlwasserkreislauf des Kfz, erfolgen kann.

Das elektromagnetische Schaltventil nach der Erfindung wird nachfolgend im Zusammenhang mit zwei Figuren anhand eines kon ^¬ kreten Ausführungsbeispieles erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht durch das Ausführungbeispiel ei ^¬ nes elektromagnetischen Schaltventils nach der Erfin- dung, und

Fig. 2 das in Figur 1 mit „X" bezeichnete Detail im Bereich des Ventilsitzes und des Ventilelementes, wobei so ^¬ wohl in Figur 1 als auch in Figur 2 der stromlose Zu- stand des elektromagnetischen Schaltventils, also dessen geöffneter Zustand, dargestellt ist.

In den Figuren 1 und 2 bezeichnen, sofern nicht anders angege ^¬ ben, gleiche Bezugszeichen gleiche Teile und haben gleiche Be- deutung.

Figur 1 zeigt die Schnittansicht eines elektromagnetischen Schaltventils 10, welches über ein hinteres Gehäuseteil 12 und ein vorderes Gehäuseteil 14 verfügt. Das vordere Gehäuseteil 14 besteht vorzugsweise aus Aluminium, kann aber auch aus Kunststoff gefertigt sein. Das hintere Gehäuseteil besteht vorzugsweise aus Kunststoff. Sie sind rohrförmig gestaltet und miteinander in geeigneter Weise verbunden, zum Beispiel ver ^¬ bördelt oder wenn beide Gehäuseteile aus Kunststoff gefertigt sind, verschweißt. Die beiden Gehäuseteile sind dabei über ei ^¬ nen O-Ring 21 zueinander abgedichtet. Das vordere Gehäuseteil 14 verfügt über ein Gewinde 15, mit dem es in eine Öffnung ei ^¬ nes Motorblocks 60 eingeschraubt wird. Dieses vordere Gehäuse- teil 14 ist ebenfalls über einen O-Ring 20 zum Motorblock des Kraftfahrzeugs hin abgedichtet. An dem in Figur 1 rechts dar ^¬ gestellten Ende des hinteren Gehäuseteils 12 schließt sich ein Steckerflansch 16 an dem hinteren Gehäuseteil 12 an, innerhalb dem Kontaktstifte 18 platziert sind und durch welche eine im Inneren der beiden Gehäuseteile 12, 14 sitzenden Spule 24 zu kontaktieren .

Die Spule 24 ist konzentrisch um eine Achse A des elektromag- netischen Schaltventils gewickelt und sitzt auf einem Spulen ^¬ träger 22, der in bevorzugter Art und Weise aus Kunststoff be ^¬ steht. Der Spulenträger ist mit dem Bezugszeichen 22 versehen. In der rohrformigen Öffnung des Spulenträgers 22 befindet sich eine Gleithülse 36 mit einem konstanten Innendurchmesser, auf die weiter unten noch näher eingegangen wird.

Zur Bildung eines magnetischen Kreises ist die Spule 22 an ih ^¬ rem äußeren Umfang von einem metallischen Zylinder 26 umgeben. Zusätzlich befindet sich rechts von der Spule 22 eine metalli- sehe Rückschlussplatte 28. Links von der Spule 22 befindet sich ein Polkern 30, welcher zumindest annähernd eine mittige Öffnung hat mit einem Durchmesser, der in etwa dem Innendurch ^¬ messer der oben erwähnten Gleithülse 36 entspricht. Die Innenöffnung des Polkerns 30 und die Innenöffnung der

Gleithülse 36 dienen zur Aufnahme eines Ankers 34 sowie eines mit dem Anker 34 vorzugsweise feststehend verbundenen Ventil ^¬ element 40. Der Anker 34 besteht aus magnetisch leitfähigem Material, insbesondere aus Metall, während das Ventilelement 40 und ein einstückig hieran angebundener VentilelementStößel 41 zur Gewichtsreduzierung aus Kunststoff, vorzugsweise als Spritzgussteil, gebildet sein können. Der VentilelementStößel 41 ist hierfür beispielsweise mit dem Anker 34 verschraubt oder in anderer geeigneter Art und Weise feststehend verbun ^¬ den .

Er kann aber auch ohne lose Verbindung zwischen Ventilelement- Stößel 41 und Anker 34 vorgesehen werden. Dies hat den Vor ^¬ teil, dass Winkelfehler zwischen Ankerlagerung und Ventilsitz leichter ausgeglichen werden können und sich der Ventilele ^¬ mentkragen leichter in den Ventilsitz einpasst. Hierzu ist aber eine Abdichtung zwischen Anker 34 und VentilelementStößel 41 erforderlich, damit keine erhöhte Leckage auftritt. Dies kann vorzugsweise durch eine spezielle Dichtgeometrie am Bund des VentilelementStößels 41, der auf dem Anker 34 aufliegt, vorzugsweise durch eine leicht konische Stirnfläche des Bundes oder durch ein weiteres Dichtelement z. B. aus Elastomer er- folgen.

Zusätzlich verfügt das in Figur 1 dargestellte elektromagneti ^¬ sche Schaltventil 10 über eine Federeinrichtung 38, die sich mit ihrem in Figur 1 dargestellten linken Ende an einem umlau- fenden Vorsprung des Polkerns 30 und mit ihrem anderen Ende an einem flanschartigen Vorsprung des VentilelementStößels 41 ab ^¬ stützt. Dabei sorgt die Federeinrichtung dafür, dass im nicht- bestromten Zustand der Spule 24 das Ventilelement 40 samt Ven ^¬ tilelementstößel 41 und feststehend angebundenem Anker 34 in seine in Figur 1 dargestellte Endstellung gedrückt wird.

Wie Figur ebenfalls noch zeigt, ist der Polkern 30 über einen weiteren O-Ring 31 zum vorderen Gehäuseteil 14 des Schaltven ^¬ tils hin abgedichtet.

Das Ventilelement 40 ist, wie das in Figur 2 vergrößert darge ^¬ stellte Detail X aus Figur 1 gut erkennen lässt, im stromlosen Zustand des Schaltventils 10 beabstandet zu einem ringförmig umlaufenden Ventilsitz 69 innerhalb des Motorblocks angeord ^¬ net. Dabei ist der umlaufende Ventilsitz 69 abgeschrägt zu ei ^¬ nem Zulauf 68, der in den Motorblock 60 für den Zulauf eines Kühlmittels, insbesondere eines Öls, vorgesehen ist. Das Ven- tilelement 60 ist zum Abdichten dieses Ventilsitzes 69 vorge ^¬ sehen. In dem in Figur 1 dargestellten Offenzustand des

Schaltventils gelangt über den Zulauf 68 das Kühlmittel zu ei ^¬ nem Ablauf 64. Den Lauf des Kühlmittels illustrieren die im Zulauf 68 und Ablauf 64 angedeuteten Pfeile mit ihrer Pfeil- richtung.

Wie besonders gut die Figur 2 erkennen lässt, ist das Ventil ^¬ element 40 zum Ventilsitz 69 hin noch immer gewölbt bzw. zu ^¬ rückspringend oder topfformig ausgebildet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist hierfür das Ventilelement 40 einen

Ventilelementboden 42 auf, von dem sich an seinem äußeren Rand ein Ventilelementkragen 43 in Richtung Ventilsitz 69 erstreckt und zum Ventilsitz 69 hin ragt. Dabei ist der dem Ventilsitz 69 zugewandte Rand des Ventilelementkragens 43 abgeschrägt, vorzugsweise mit einem Radius versehen, der mit dem Winkel der Abschrägung am Ventilsitz 69 zur Abdichtung zusammenspielt und so auch bei einem Winkelversatz zwischen VentilelementStößel und Ventilsitz eine zuverlässige Abdichtung über eine Linien ^¬ berührung ermöglicht. Der Boden 42 ist damit zu einer Ebene, die orthogonal zur Achse A liegt, zurückgesetzt zum Ventilsitz 69 platziert, was im Betrieb des elektromagnetischen Schalt ^¬ ventils dazu führt, dass kein Unterdruck mehr auftritt und das Ventilelement im stromlosen Zustand versucht, in Richtung Ven ^¬ tilsitz 69 zu ziehen.

Das in den Figuren 1 und 2 dargestellte elektromagnetische Schaltventil ist zudem druckausgeglichen ausgebildet. Hierfür verfügt das Ventilelement 40 und der VentilelementStößel 41 über eine Durchgangsbohrung 50, die in eine Durchgangsbohrung 52 des Ankers 34 übergeht und rechts in Figur 1 vom Anker 34 befindliche Ausgleichsräume 54 mit dem Medium des Olkreislaufs verbindet. Ein vom Zulauf 68 herkommendes Medium liegt deshalb im gesamten elektromagnetischen Schaltventil innen in den Durchgangsbohrungen 51, 52 und auch in den Ausgleichsräumen 54 an, wodurch im Inneren des Schaltventils 10 der gleiche Druck herrscht wie im Zulauf 68. Durch diesen Druckausgleich kann die Federeinrichtung 38 im Vergleich zu herkömmlichen Schalt ^¬ ventilen deutlich geringer dimensioniert werden.

Der wesentliche Vorteil eines solchen elektromagnetischen Schaltventils gemäß Figur 1 und 2 ist darin zu sehen, dass dieses verhältnismäßig klein baut.

Bezugszeichenliste

10 elektromagnetisches Schaltventil

12 Gehäuseteil

14 Gehäuseteil

15 Gewinde

16 Steckerflansch

18 Kontaktstifte

20 O-Ring

21 O-Ring

22 Spulenträger

24 Spule

26 metallischer Zylinder

28 Rückschlussplatte

30 Polkern

31 O-Ring

34 Anker

36 Gleithülse

38 Federeinrichtung

40 Ventilelement

41 VentilelementStößel

42 Ventilelementboden

43 Ventilelementkragen

44 Ventilelementrand

50 Durchgangbohrung

52 Durchgangbohrung

54 Ausgleichsräume

60 Motorblock

64 Ablauf

68 Zulauf

69 Ventilsitz

70 Ventilsitzkante Achse Detail