-
Die
Erfindung bezieht sich auf ein Elektromagnetventil, insbesondere
zur Volumenstromsteuerung, geeignet für ein Kraftstoffeinspritzsystem
wie ein Common-Rail-System, zum Betrieb mit einem Fluid, mit einem
Hydraulikteil, in dem ein in einem Gehäuse verschiebbar angeordneter
Steuerkolben vorhanden ist, insbesondere ein buchsenförmiger Langkolben,
der in einem Cartridge-artigen Gehäuse angeordnet ist, und mit
einem mit dem Hydraulikteil zusammenwirkenden Steuerteil mit einem
Elektromagneten.
-
Stand der Technik
-
Elektromagnetventile
sind in vielfältigen
Ausgestaltungen bekannt. Beispielsweise beschreibt die
DE 27 12 062 C2 ein hilfsgesteuertes
Ventil, welches zwei elektromagnetische Steuerventile bzw. Steuerklappen
aufweist, die der Hilfssteuerung von Ventiltellern dienen, welche
auf einem Schaft angeordnet sind, der axial unter dem Einfluss des
Druckmittels und je nach Zustand der Steuerventile zwei stabile Endlagen
im Ventilgehäuse
einnehmen kann.
-
Die
Steuerventile sind in den 1, 3 und 4 dieses
Standes der Technik zusammen mit „offenen" Magnetspulen dargestellt. Allerdings
erhält
der Fachmann aus dieser Schrift keine Hinweise, warum die Spulen „offen" ausgebildet sind.
Es scheint sich um eine zufällige
Offenbarung zu handeln, insbesondere weil keine Vorteile der flüssigkeitsoffenen
Ausbildung der Spulen angegeben sind.
-
Die
in dieser Schrift beschriebenen Ablassöffnungen bzw. die Entleerung
der Kammern haben somit nichts mit einem im Sinne der Erfindung „flüssigkeitsoffenen" Magneten zu tun.
Die Steuerventile sind lediglich zufällig mit „flüssigkeitsoffenen" Magnetspulen dargestellt,
die aber bei Berührung
mit Wasser augenscheinlich Kurzschlüsse bilden würden.
-
Ein
weiteres Elektromagnetventil ist beispielsweise aus der
EP 1 076 278 B1 vorbekannt.
Es handelt sich um ein hydraulisches Ventil, das insbesondere als
verstellbares Druckregelventil ausgebildet ist, wobei die auf den
Ventilschieber wirkenden Druckkräfte
allenfalls geringfügig
davon abhängen, ob
und wie Druckmittel durch das Ventil strömen.
-
Als
Lösung
wird vorgeschlagen, dass eine fluidische Verbindung zwischen dem
Fluidraum, der zwischen dem Polschuh und dem Ventilgehäuse angeordnet
ist, und dem Niederdruckbereich außerhalb einer Radialbohrung
liegt, die sich in einer fluidischen Verbindung zwischen der Ventilbohrung
und dem Niederdruckbereich befindet.
-
Innerhalb
einer Magnetspule ist eine aus dünnem
nichtmagnetischen Blech hergestellte Büchse angeordnet. Weiterhin
ist der Ankerstößel des mehrstufig
ausgebildeten Ventilsschiebers in einer zentralen Lagerbohrung eines
ersten Polschuhs dicht gleitend geführt. Die Büchse umfasst den in die Magnetspule
hineinragenden Abschnitt des ersten Polschuhs, verjüngt sich
vor einem Konus und steckt in einem zweiten Polschuh. Die Büchse bildet
zusammen mit dem dicht gleitend geführten Ankerstößel und
anderen Teilen wie dem ersten und zweiten Polschuh einen Hydraulikteil,
der gegen die Magnetspule abgedichtet ausgebildetet ist. Das Ventil
ist als Schieberventil und nicht als Sitzventil ausgebildet. Der
Steuerteil ist gegen die Umgebung geschlossen ausgebildet. Er ist
in einem allseitig gegen die Umgebung abgeschlossenen, tiefgezogenen,
topförmigen Blechgehäuse angeordnet.
Dies ist insbesondere im Hinblick auf die Lüftung und Kühlung der Magnetspule bei starker
Strombeanspruchung nachteilig. Denn bei einer geschlossenen Ausführung muss
bei erhöhtem
Kühlungsbedarf
unter Umständen
ein zusätzliches
Kühler- bzw. Lüftersytem,
wie beispielsweise Kühlrippen,
zur Kühlung
aufgewendet werden, was wiederum den Aufbau und die Endmontage komplizierter
macht und die Kosten, insbesondere die Materialkosten des Ventils
nachteilig beeinflusst. Alternativ ist es bekannt, durch thermische
Simulation die Anordnung innerhalb des Ventils zu optimieren, um im
Rahmen der Anordnung die Wärme
auszubringen.
-
Erfindungsbeschreibung
-
Die
Fachwelt hat demgegenüber
einen Bedarf an Elektromagnetventilen mit einem vereinfachten Aufbau
und vereinfachter Endmontage. Unter einem weiteren Aspekt ist ein
konstruktiver Aufbau zu gestalten, der einerseits Material einspart
und andererseits ein Elekromagnetventil schafft, das unempfindlich
gegen Spritzwasser von außen
ist und insbesondere bei schwankenden Temperaturen eine genügende Kühlung erfährt. Die
Befriedigung dieses Bedarfs gelingt durch ein Elektromagnetventil
mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen
sind den abhängigen
Ansprüchen
zu entnehmen.
-
Erfindungsgemäß ist der
Hydraulikteil des Elektromagnetventils wie im Anspruch 1 angegeben, insbesondere
der Steuerkolben, hydraulisch autark gegen den Steuerteil, insbesondere
gegen den Elektromagneten, ausgebildet. Weiterhin ist der Steuerteil,
mit Ausnahme des Elektromagneten, als flüssigkeitsoffener Raum zur Umgebung
gestaltet. Da der Steuerteil als flüssigkeitsoffener Raum gestaltet
ist, muss der Hydraulikteil gegen Leckage in den Steuerteil hinein
effektiv und effizient abgedichtet sein. Dies gelingt dadurch, dass
der Hydraulikteil hydraulisch autark gegen den Steuerteil ausgebildet
ist. Die hydraulisch zuverlässige
Abschließung
des Hydraulikteils gegen den zur Umgebung hin offen gestalteten Steuerteil
ist für
die erfindungsgemäße weitere
Ausführung
des Elektromagnetventils erforderlich. Dadurch wird es vorteilhafterweise
möglich,
den Steuerteil, mit Ausnahme des Elektromagneten, als flüssigkeitsoffenen
Raum zu gestalten. Durch den flüssigkeitsoffenen
Raum des Steuerteils zur Umgebung kann Spritzwasser, das von außen in diesen
eingedrungen sein könnte,
das Elektromagnetventil wieder ungehindert verlassen; und es ist
dadurch eine ausreichende, durch Spritzwasser sogar gegebenenfalls zusätzliche Kühlung bzw.
Lüftung
von außen,
vorteilhafterweise ohne zusätzliches
Kühler-
bzw. Lüftersystem,
möglich.
Die offene Gestaltung des Steuerteils ist auch bei der Materialeinsparung
hilfreich.
-
Bei
einer vorteilhaften Ausbildung weist das Elektromagnetventil eine
hydraulische Trennschicht, insbesondere eine die hydraulische Trennschicht
zumindest teilweise realisierende Büchse auf, durch die in einem
den Steuerteil aufweisenden elektromagnetischen Bereich eine hydraulische
Barriere, insbesondere eine die hydraulische Barriere zumindest teilweise
realisierende Blechtrennwand, geschaffen ist, wobei der elektromagnetische
Bereich von seinem Volumen her größer als der Steuerteil ist.
Durch die mittels der hydraulischen Trennschicht geschaffene hydraulische
Barriere gelingt es, die Leckage von außen, d. h. aus dem flüssigkeitsoffenen
Raum, in welchen beispielsweise Spritzwasser aus der Umgebung eindringen
kann, in die stromführenden
Komponenten des Steuerteils hinein zu unterbinden.
-
Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausbildung weist das Elektromagnetventil
eine hydraulische Trennschicht auf, die zumindest teilweise durch
ein flüssigkeitsdichtes
Vergießen
des Elektromagneten mit einer Vergussmasse hergestellt ist, wobei
insbesondere der Elektromagnet aus einer mehrlagig gewickelten Spule
besteht, die auf einem U-förmig
gestalteten, insbesondere garnspulenartig geformten, Spulenträger sitzt.
Vorteilhafterweise kann der Spulenträger an seinen Stirnseiten durch
entsprechende Materialauswahl wie beispielsweise magnetische Materialien
beispielsweise in Form von Blechpaketen zumindest teilweise jeweils
zusätzlich
die Funktion einer hinteren bzw. vorderen Polscheibe erfüllen und damit
den magnetischen Widerstand im elektromagnetischen Bereich verringern.
Durch das flüssigkeitsdichte
Vergießen
des Elektromagneten mit der Vergussmasse kann vorteilhafterweise
keine Flüssigkeit an
die Elektrizität
führenden
Teile des Elektromagnetventils gelangen und dessen Funktion stören.
-
Weiterhin
ist es vorteilhaft, wenn durch die hydraulische Trennschicht ein
zumindest zum flüssigkeitsoffenen
Raum hin, vorzugsweise auch zum Hydraulikteil hin, abgedichteter
Trockenbereich geschaffen ist, welcher relativ zum flüssigkeitsoffenen Raum
innenliegend ausgebildet ist. Im Trockenbereich sind vorteilhafterweise
die Elektrizität
führenden
Teile des Steuerteils angeordnet. Dadurch kann keine Flüssigkeit
an diese Teile gelangen und die Funktion des Elektromagnetventils
stören.
-
Vorteilhafterweise
kann der Steuerkolben zum ihn umfänglich und axial verschiebbar
aufnehmenden Teil des Gehäuses
hin spielreduziert ausgebildet sein, wobei durch das Gehäuse ein
abgeschlossener, insbesondere hydraulisch vollkommen autarker und
leckagefreier, hydraulischer Bereich für das Fluid im Inneren des
Elektromagnetventils realisierbar ist. Durch die Spielreduktion
wird eine präzise axiale
Führung
des Steuerkolben im Gehäuse
erreicht. Die hydraulisch vollkommen autarke und leckagefreie Ausbildung
des hydraulischen Bereiches im Hydraulikteil ist für die einwandfreie
Funktion des Elektromagnetventils erforderlich.
-
Besonders
bevorzugt ist es, wenn der Durchmesser des Steuerkolbens gleich
dem Durchmesser des Ventilsitzes ist. Dadurch und zusätzlich durch
die sehr lange Führung
des Steuerkolbens in der Büchse ist
die Leckage an dieser Stelle, insbesondere im geschlossenen Zustand
des Elektromagnetventils, praktisch Null.
-
Bei
einer bevorzugten Ausbildung ist der Elektromagnet vollständig außerhalb
des hydraulisch autarken, abgeschlossenen Hydraulikteils angeordnet,
wobei eine in den flüssigkeitsoffenen
Raum eingedrungene Flüssigkeit,
insbesondere Spritzwasser, aufgrund der fluidischen Verbindung zwischen
dem flüssigkeitsoffenen
Raum und der Umgebung aus dem flüssigkeitsoffenen
Raum ungehindert wieder abfließen
kann. Die Gestaltung mit dem Elektromagneten außerhalb des Hydraulikteils
und der flüssigkeitsoffenen
Ausbildung zur Umgebung, ermöglicht eine
effektive und effiziente Kühlung
und Lüftung
des Steuerteils, insbesondere der Magnetspule, wobei eingedrungenes
Spritzwasser, aber auch Kondenswasser, das sich aufgrund von atmosphärischen Druck-
bzw. Temperaturschwankungen im offenen Steuerteil bilden kann, ungehindert
abfließen
bzw. aus dem zur Umgebung offenen Raum wieder verdunsten kann.
-
Vorteilhafterweise
umfasst der Elektromagnet die Spule, den Spulenträger sowie
Kontaktfahnen, wobei insbesondere alle Komponenten des Elektromagneten
zu einem monolithischen Block vergossen sind. Durch die monolithische
Ausbildung können
die Magnetspule und andere elektrisch leitende Komponenten, die
potenziell durch Korrosion insbesondere durch feuchte Luft bzw.
Spritzwasser gefährdet
sind, wirksam geschützt
werden. Die elektrisch leitenden Teile sind tauchwassergeschützt. Flüssigkeit
kann in den flüssigkeitsoffenen
Raum eindringen, ohne die elektrischen Teile, die stromdurchflossenen
Bauteile des Elektromagnetventils, zu berühren.
-
Bei
einer Ausbildung, bei der der Hydraulikteil und der Steuerteil,
insbesondere der Elektromagnet über
ein Sicherungselement, vorzugsweise über einen Runddrahtsprengring
verliersicher miteinander verbunden sind, wird insbesondere der
Transport des Elektromagnetventils erleichtert. Jedoch kann das
Sicherungselement grundsätzlich,
d. h. nicht nur während
eines Transportes, sondern insbesondere auch während des Betriebes des Elektromagnetventils, zum
Verbinden von Steuerteil und Hydraulikteil dienen.
-
Besonders
bevorzugt ist es, wenn das Gehäuse
und der Ventilsitz einstückig
ausgebildet sind. Dadurch entsteht eine kompakte, insbesondere eine gegen
Verformung bei Kraftaufbringung widerstandsfähige Struktur und die Dichtheit
im geschlossenen Zustand des Elektromagnetventils kann leicht gewährleistet
werden.
-
Vorteilhafterweise
gibt der Steuerkolben in einer Offenstellung des Elektromagnetventils
zumindest ein Steuerfenster im Gehäuse zumindest teilweise frei.
Dadurch kann die Volumenstromsteuerung empfindlich geregelt werden.
Der Steuerkolben lässt
somit im Falle eines Öffnens
das zu steuernde Fluid, insbe sondere ein Treibstoff wie Diesel oder
ein Öl
wie ein Hydrauliköl,
in das Elektromagnetventil ein- oder ausströmen. Hierdurch kann der erste
hydraulische Bereich, der am weitesten innenliegende Bereich, für das zu
steuerende Fluid zuverlässig
zu- und abfließbar
sein, während
der zweite hydraulische Bereich, der hiervon getrennte Bereich,
unabhängig von
dem Steuerverhalten des Elektromagnetventils für Spritzwasser oder andere
Umgebungsflüssigkeiten
flüssigkeitszugänglich sein
kann. Zwischen den beiden hydraulischen Bereichen, zwischen dem
ersten und dem zweiten hydraulischen Bereich ist der Trockenbereich
ausgebildet.
-
Besonders
bevorzugt ist eine Ausbildung, bei der der Hydraulikteil in Cartridgebauweise
ausgeführt
ist und der Steuerteil für
den Außenanbau
vorgesehen und dem Hydraulikteil vorgelagert mit diesem kombinierbar
ist, wobei sich der Steuerteil an dem aufnehmenden Bauteil des Cartridgeventils
anlagert. Dadurch wir eine einfache Endmontage und ein einfacher
Aufbau des Elektromagnetventils erreicht. Ein weiterer Vorteil einer
solchen Gestaltung ist es, dass der Elektromagnet bis zur endgültigen Montage
sich um 360° justieren
lässt und
somit eine individuelle Kabelsteckerlage eingestellt werden kann.
-
Figurenbeschreibung
-
Weitere
vorteilhafte Eigenschaften und Ausbildungen der Erfindung werden
anhand der im Folgenden erläuterten
Zeichnung beschrieben. In dieser Zeichnung zeigt
-
1 einen
teilweisen Längsquerschnitt durch
ein erfindungsgemäßes Elektromagnetventil; der
Steuerteil geschnitten; der Hydraulikteil ungeschnitten.
-
2 einen
Längsquerschnitt
durch den Hydraulikteil des Elektromagnetventils aus 1;
der Steuerteil der Übersichtlichkeit
halber weggelassen.
-
Eine
Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Elektromagnetventils
ist in den 1 und 2 dargestellt.
Das Elektromagnetventil 1 weist einen Hydraulikteil 2 und
einen mit dem Hydraulikteil 2 zusammenwirkenden Steuerteil 3 auf
(1).
-
Der
Hydraulikteil 2 weist ein Gehäuse 16 auf, in welchem
ein Steuerkolben 15 axial verschiebbar angeordnet ist.
Weiterhin ist im vorderen Teil des als längliche Büchse gestalteten Gehäuses 16 ein
Ventilsitz 21 angeordnet, gegen den der Steuerkolben 15 durch
eine Druckfeder 25 vorgespannt ist. Das Gehäuse 16 ist
in seinem vorderen Teil außen
als Anschlussflansch an eine Pumpe gestaltet. Das Gehäuse 16 ist
an seiner vorderen Stirnseite offen ausgebildet, damit das unter
Druck stehende Fluid von einer angeschlossenen Pumpe (nicht dargestellt)
her durch die stirnseitige Öffnung
des Gehäuses 16 in den
Hydraulikteil 2 des Elektromagnetventils 1 eingeleitet
werden kann. Weiterhin weist das Gehäuse 16 in seinem hinte ren
Endabschnitt ein Verschlussteil 26 auf, welches einerseits
das Gehäuse 16 hinten
abdichtet und an welchem sich andererseits die als Spiralfeder ausgebildete
Druckfeder 25 abstützt.
Das Gehäuse 16 ist
an seiner hinteren Stirnseite somit dicht geschlossen ausgebildet
(2).
-
Die
Angaben „vorne" und „hinten" beziehen sich auf
die Längserstreckung
des Gehäuses 16,
wobei „vorne" jenen längsaxialen
Endbereich des Gehäuses 16 bezeichnet,
in dem sich der Ventilsitz 21 befindet. „Hinten" bezeichnet den dem
vorderen längsaxialen
Endbereich des Gehäuses 16 gegenüberliegenden
längsaxialen
Endbereich des Gehäuses 16.
Im hinteren Endbereich sind die Druckfeder 25 und das Verschlussteil 26 axial
hintereinander angeordnet. Im axialen Bereich zwischen der Druckfeder 25 und
dem Ventilsitz 21 ist der Steuerkolben 15 axial
verschiebbar im Gehäuse 16 angeordnet.
-
Das
Gehäuse 16 weist
in einem axialen Abstand hinter dem Ventilsitz 21 angeordnet
zwei einander am Gehäusemantel
umfänglich
gegenüberliegende
Steuerfenster 22 auf, durch welche in einer Offenstellung
des Steuerkolbens 15 ein unter Druck stehendes Fluid das
Elektromagnetventil 1 passieren kann. Im geschlossenen
Zustand des Elektromagnetventils 1 sind die Steuerfenster 22 durch
den Steuerkolben 15 verschlossen, wobei der Steuerkolben 15 mit
seiner vorderen Stirnseite gegen den Ventilsitz 21 drückt und
dadurch das unter Druck stehende Fluid daran hindert, durch die
Steueröffnungen 22 zu
strömen.
(2)
-
Der
Steuerteil 3 weist einen Elektromagneten 13 auf,
welcher bei Bestromung mittels des durch den elektrischen Strom
von ihm erzeugten, insbesondere in seinem Inneren bestehenden Magnetfeldes den
Steuerkolben 15 als Anker gegen die Vorspannung der Druckfeder 25 in
eine Offenstellung aufsteuert.
-
Der
Steuerkolben 15 ist hier als buchsenförmiger Langkolben ausgebildet.
Er ist an seinen beiden Stirnseiten offen ausgebildet. Dadurch kann
das unter Druck stehende Fluid durch das röhrenförmige hohle Innere des Kolbens 15 in
den hinteren Teil des Gehäuses 16 gelangen.
Es kommt im geöffneten
Zustand des Elektromagnetventils 1 zu einer zumindest teilweisen
Druck- bzw. Kräftekompensation
an den beiden Stirnseiten des Steuerkolbens 15, welche
es gestattet, die Druckfeder 25 kurz und leicht auszubilden.
Im geschlossenen Zustand des Elektromagnetventils 1, d.
h. wenn der Steuerkolben 15 auf dem Ventilsitz 21 aufsitzt,
ist die effektive, dem Druck ausgesetzte vordere Stirnfläche des
Kolbens 15 verkleinert, sodass im geschlossenen Zustand
die Zuhaltevorspannung der Druckfeder 25 durch eine im
Vergleich zum geöffneten
Zustand größere, auf
die hintere Stirnseite des Steuerkolbens 15 längsaxial
nach vorne gerichtete Kraft überlagert
ist. Das unter Druck stehende Fluid verstärkt somit die Zuhaltespannung der
Druckfeder 25, sobald der Steuerkolben 15 auf dem
Ventilsitz 21 aufsitzt.
-
Das
Elektromagnetventil 1 dient insbesondere zur Volumenstromsteuerung.
Es ist insbesondere für
Drücke
um die 40 bar ausgelegt. Die Betriebsdrücke können beispielsweise im Bereich
von 35 bis 45 bar liegen. Es ist jedoch auch denkbar und möglich, das
Elektromagnetventil 1 als Drucksteuerventil auszubilden.
Als Drucksteuerventil kann es für
Drücke bis
um die 2000 bar ausgelegt sein. Beispielsweise kann es für Betriebsdrücke im Bereich
von 1500 bis 2200 bar ausgelegt sein.
-
Das
Elektromagnetventil 1 ist für ein Kraftstoffeinspritzsystem
wie ein Common-Rail-System, geeignet. Das Gehäuse 16 ist hier Cartridge-artig ausgebildet.
-
Erfindungsgemäß ist der
Hydraulikteil 2, insbesondere der Steuerkolben 15,
hydraulisch autark gegen den Steuerteil 3, insbesondere
gegen den Elektromagneten 13, ausgebildet. Die hydraulische Autarkie
wird hier durch das Gehäuse 16 mit
dem Verschlussteil 26 sowie O-Ringen 18, 19 und
einer Crimpkante 27 im vorderen flanschartig ausgebildeten
Teil des Gehäuses 16 erreicht,
welches mit seinem vorderen Flanschteil hydraulisch dicht an ein Pumpengehäuse bzw.
an eine Pumpenverrohrung (beide nicht dargestellt) angeschlossen
zu denken ist.
-
Im
angeflanschten Zustand an eine Pumpe wird das unter Druck stehende
Fluid des Elektromagnetventils 1, insbesondere durch die
O-Ringe 18, 19 und die hier kreisrund ausgebildete,
umfänglich
dicht am Pumpengehäuse
aufsitzende Crimpkante 27, daran gehindert, im Anschlussbereich
des Flanschteils an die Pumpe unerwünscht aus dem Pumpen-/Ventilsystem
auszuströmen.
-
Der
Steuerteil 3, mit Ausnahme des Elektromagneten 13,
ist als flüssigkeitsoffener
Raum 14 zur Umgebung gestaltet. Der flüssigkeitsoffene Raum 14 wird
hier teilweise durch ein Steuerteilgehäuse 20 begrenzt, welches
an seiner vorderen Stirnseite von einer Polscheibe 28 und
an seiner hinteren Stirnseite von einer Polplatte 29 gebildet
ist. Die flüssigkeitsoffene
Gestaltung wird durch Durchtrittsöffnungen ermöglicht.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel
sind die Durchtrittsöffnungen 4 und 5 umfänglich am
Mantel des Steuerteilgehäuses 20 verteilt
und axial bezogen auf seine Längserstreckung
etwa in der Mitte in das Steuerteilgehäuse 20 eingearbeitet.
Es könnte
auch nur eine einzige Durchtrittsöffnung oder auch mehr als nur
zwei Durchtrittsöffnungen
in den Mantel eingearbeitet sein.
-
Weitere
Durchtrittsöffnungen 6, 6a sind
in der Nähe
der vorderen und hinteren Stirnseite des Steuerteilgehäuses 20 in
die umfängliche
Mantelwand desselben eingearbeitet. Durchtrittsöffnungen könnten jedoch auch in die beiden
Stirnflächen
des Steuerteilgehäuses 20,
d. h. hier in die Polscheibe 28 bzw. in die Polplatte 29,
eingearbeitet werden.
-
Durch
die Durchtrittsöffnungen 4, 5, 6, 6a kann
eingedrungenes Spritzwasser, aber auch Kondenswasser, das sich aufgrund
von atmosphärischen Druck-
bzw. Temperaturschwankungen im flüssigkeitsoffen gestalteten
Raum 14 bilden kann, ungehindert abfließen bzw. aus dem zur Umgebung
flüssigkeitsoffenen
Raum 14 wieder verdunsten.
-
Das
Steuerteilgehäuse 20 ist
hier im Wesentlichen als konzentrischer Zylinder zum Gehäuse 16 gestaltet.
Es ist jedoch auch denkbar und möglich, insbesondere
die umfängliche
Mantelwand des hier zylinderförmigen
Steuerteilgehäuses 20 gewölbt, beispielsweise
in der Art eines Fasses, auszubilden. Es könnte auch ein, insbesondere
entlang seiner Längserstreckung,
wellenförmiger
Mantel des Steuerteilgehäuses 20 realisiert
werden. Dies hätte
den Vorteil, dass insbesondere bei einer von der Horizontalen nicht
zu weit in Richtung der Vertikalen abweichenden Einbaulage des Elektromagnetventils 1,
die Durchtrittsöffnungen 4, 5 in
einem Bereich des Mantels positioniert werden können, wo in den flüssigkeitsoffenen
Raum eingetretenes Spritzwasser sich sammeln und wieder abfließen kann.
Bei im Wesentlichen vertikaler Einbaulage sind in die Stirnflächen des
Steuerteilgehäuses 20,
d. h. in die Polscheibe 28 bzw. in die Polplatte 29,
eingearbeitete Durchtrittsöffnungen
vorteilhaft. Durchtrittsöffnungen
in Polscheiben bzw. -platten erhöhen
die Luftspaltbreite und damit den magnetischen Widerstand im magnetischen Kreis
und sollten daher in ihrem Volumen auf die Dimensionierung des magnetischen
Kreises des Elektromagneten 13 abgestimmt sein.
-
Die
Durchtrittsöffnungen 4, 5, 6, 6a weisen hier
jeweils einen kreisrunden Querschnitt auf. Sie erstrecken sich in
der Art von kreiszylindrischen Kanälen quer durch die Wand des
Steuerteilgehäuses 20. Es
ist jedoch auch denkbar und möglich
den Querschnitt der Durchtrittskanäle 4, 5, 6, 6a anders
bzw. variabel, beispielsweise oval, zu gestalten. Die Durchtrittsöffnungen
können
auch voneinander unterschiedliche Querschnittsformen aufweisen.
-
Weiterhin
kann der Verlauf des Querschnitts eines Durchtrittskanals durch
die Wand des Steuerteilgehäuses 20 sich ändernd gestaltet
werden. Beispielsweise ist eine Gestaltung in der Form eines nach
außen
zur Umgebung sich öffnenden
Trichters vorteilhaft. Durch eine solche Gestaltung wird bei tiefen
Temperaturen in einem Durchtrittskanal 4, 5, 6, 6a gefrierende
Flüssigkeit
wie beispielsweise Spritzwasser infolge der Volumenzunahme des sich
bildenden Eises aus dem trichterförmigen Kanal nach außen gedrückt, ohne
dass die Expansionskräfte
des Eises die strukturelle Integrität des Steuerteilgehäuses 20 beeinträchtigen
können.
-
Das
Elektromagnetventil 1 weist eine hydraulische Trennschicht 12 auf.
Sie verhindert, dass Spritzwasser oder andere in den flüssigkeitsoffenen Raum 14 eingedrungene
Flüssigkeiten
elektrisch leitende Teile wie beispielsweise die Spule des Steuerteils 3 erreichen
und das Elektromagnetventil 1 in seiner Funktion stören. In 1 ist
ein Teil der Trennschicht 12 durch ein strich-punktiertes
Rechteck um die linke Hälfte
der Spule 7 schematisch angedeutet. Realiter ist die Trennschicht 12 im
Ausführungsbeispiel
teilweise aus einer Vergussmasse 10, welche den radial
außenliegenden
Mantelteil der Spule abdeckt, und teilweise aus einem Spulenträger 8 gebildet,
der den radial innenliegenden Mantelteil der Spule, sowie deren
Stirnflächen
abdeckt. Im Unterschied zum Stand der Technik ist die Trennschicht 12 erfindungsgemäß nach innen
in Richtung zur Spule 7 des Elektromagneten 13 hin
verlagert angeordnet. Die Trennschicht 12 kann dabei jeweils
in einer oder mehreren sich in ihrem radialen Abstand von der zentralen
Längsachse
A des Gehäuses 16 unterscheidenden
Trennebenen bzw. Trennflächen
angeordnet sein. Der äußere Flüssigkeitsraum 14 reicht
in das Elektromagnetventil 1, insbesondere in den Steuerteil 3 bzw.
den elektromagnetischen Bereich des Elektromagneten 13,
hinein. Der flüssigkeitsoffene Raum 14 wird
im Ventilinneren durch die Trennschicht 12 zumindest teilweise
begrenzt. Die Trennschicht 12 ist im Ausführungsbeispiel
durch eine Vergussmasse 10 realisiert.
-
Es
ist jedoch auch denkbar und möglich,
eine die hydraulische Trennschicht 12 zumindest teilweise realisierende
Büchse
zu gestalten, die den flüssigkeitsoffenen
Raum 14 nach innen hin von den zu schützenden Steuerteilkomponenten
hydraulisch trennt. Vorzugsweise läge eine solche Büchse innerhalb
des flüssigkeitsoffenen
Steuerteilgehäuses 20.
-
Durch
die Trennschicht 12 ist in einem den Steuerteil 3 aufweisenden
elektromagnetischen Bereich eine hydraulische Barriere geschaffen.
Der elektromagnetische Bereich ist von seinem Volumen her größer als
der Steuerteil 3.
-
Es
ist denkbar und möglich
die hydraulische Barriere zumindest teilweise durch eine Blechtrennwand,
beispielsweise durch eine Trennhülse,
zu realisieren.
-
Die
hydraulische Trennschicht 12 ist im Ausführungsbeispiel
durch ein flüssigkeitsdichtes
Vergießen
des Elektromagneten 13 mit einer Vergussmasse 10 hergestellt.
Der Elektromagnet 13 besteht aus einer mehrlagig gewickelten
Spule 7 mit einer Spulenwicklung 9, die auf einem
U-förmig
gestalteten, insbesondere garnspulenartig geformten, Spulenträger 8 sitzt.
-
Der
vordere bzw. der hintere ringflanschförmige Stirnteil des Spulenträgers 8 bildet
hier eine zusätzliche
hintere Teilpolscheibe 8a bzw. vordere Teilpolscheibe 8b,
welche die magnet-unterstützende Wirkung
der Polscheibe 28 bzw. der Polplatte 29 verstärken. Auch
der zentrale Schaft des Spulenträgers 8 könnte aus
einem magnetisierbaren Material gebildet sein.
-
Durch
die hydraulische Trennschicht 12 ist ein zum flüssigkeitsoffenen
Raum 14 hin, hier auch zum Hydraulikteil 2 hin,
abgedichteter Trockenbereich geschaffen, welcher relativ zum flüssigkeitsoffenen
Raum 14 innenliegend ausgebildet ist. Innenliegend bedeutet
hier, dass der Trockenbereich von innen her an den flüssigkeitsoffenen
Raum 14 angrenzt.
-
Der
Steuerkolben 15 ist zum ihn umfänglich und axial verschiebbar
aufnehmenden Teil des Gehäuses 16 spielreduziert
ausgebildet. Durch das Gehäuse 16 ist
ein abgeschlossener, hydraulisch vollkommen autar ker und leckagefreier,
hydraulischer Bereich für
das Fluid im Inneren des Elektromagnetventils 1 realisiert.
-
Der
Durchmesser des Steuerkolbens 15 ist gleich dem Durchmesser
des Ventilsitzes 21.
-
Der
Elektromagnet 13 ist vollständig außerhalb des hydraulisch autarken,
abgeschlossenen Hydraulikteils 2 angeordnet. Eine in den
flüssigkeitsoffenen
Raum 14 eingedrungene Flüssigkeit, insbesondere Spritzwasser,
kann aufgrund der, hier durch die Durchtrittsöffnungen realisierten, fluidischen
Verbindung zwischen dem flüssigkeitsoffenen
Raum 14 und der Umgebung aus dem flüssigkeitsoffenen Raum 14 ungehindert
wieder abfließen.
-
Der
Elektromagnet 13 umfasst die Spule 7, den Spulenträger 8 sowie
Kontaktfahnen. Letztere sind in der Zeichnung nicht dargestellt.
Die Komponenten des Elektromagneten 13 sind zu einem monolithischen
Block vergossen.
-
Der
Hydraulikteil 2 und der Steuerteil 3, insbesondere
der Elektromagnet 13 sind über ein Sicherungselement 17 verliersicher
miteinander verbunden. Im Ausführungsbeispiel
ist das Sicherungselement 17 als Einschubhülse ausgebildet,
welche in ihrem vorderen Teil vorne konisch ausgebildet ist und in
ihrem hinteren Teil in einer Stufe sich radial nach außen hin
erstreckenden Ringflansch aufweist. Der vordere und der hintere
Teil der Einschubhülse 17 sind
durch einen zylinderförmigen
Mantelabschnitt miteinander verbunden. Das Sicherungselement 17 könnte vorzugsweise
auch einfach über
einen Runddrahtsprengring realisiert sein.
-
Im
Ausführungsbeispiel
sind das Gehäuse 16 und
der Ventilsitz 21 als zwei separate ineinander gebaute
Komponenten gefertigt. Es ist auch denkbar und möglich das Gehäuse 16 und
den Ventilsitz 21 einstückig
auszubilden, beispielsweise um die mechanische Stabilität zu erhöhen bzw.
die Dichtheit des Hydraulikteils 2 im geschlossenen Zustand
des Elektromagnetventils leicht gewährleisten zu können.
-
Der
Steuerkolben 15 gibt, hier nach einem kurzen Tothub, in
einer Offenstellung des Elektromagnetventils 1 die beiden
Steuerfenster 22 im Gehäuse 16 zumindest
teilweise frei. Der Tothub kann durch Änderung des axialen Abstandes
der Steuerfenster 22 vom Ventilsitz 21 variiert
werden.
-
Der
Hydraulikteil 2 ist wie oben beschrieben in Cartridgebauweise
ausgeführt.
Der Steuerteil 3 ist für
den Außenanbau
vorgesehen. Er ist dem Hydraulikteil 2 vorgelagert mit
diesem kombinierbar. Der Steuerteil 3 lagert sich an dem
aufnehmenden Bauteil des Cartridgeventils an.
-
Ein
O-Ring 23 ist zwischen dem hinteren Stirnteil des Spulenträgers 8 und
der Polplatte 29 angeordnet. Er dient zum Ausgleich von
Wärmeausdehnungen
des Spulenträgers 8 bzw.
des Steuerteilgehäuses 20.
In der Serienausführung
des Elektromagnetventils 1 kann der O-Ring 23 durch
ein anderes Bauteil bzw. durch eine andere Geometrie der Spule 7 ersetzt
werden.
-
Kontaktfahnen
der Spule 7 sind im Elektromagnetventil 1 nicht
vorhanden bzw. nicht dargestellt. Der elektrische Anschluss des
Elektromagnetventils 1 erfolgt über (ebenfalls nicht dargestellte)
Kabel, die mittels eines Kabelsteckers durch die Anschlussöffnung 11 vorne
in das Gehäuse 20 eingeführt sind.
-
In
einer alternativen Ausgestaltung wäre es denkbar und möglich, das
Steuerteilgehäuse 20 zumindest
teilweise, insbesondere in seinem Mantelbereich, als eine in beide
Richtungen für
Flüssigkeiten bzw.
Gase durchlässige
Membrane auszubilden. Die Durchtrittsöffnungen könnten in diesem Falle auch mikroskopisch
klein ausgebildet sein und in sehr großer Anzahl über die Fläche des Steuerteilgehäuses 20 verteilt
sein. Es könnte
auch ein entsprechend geformter Metallkäfig wie Stahlkäfig oder
ein Sieb bzw. gesiebtes Blech wie, insbesondere lasergebohrtes, Stahlblech
als Steuerteilgehäuse 20 dienen.
-
Nach
einer weiteren Betrachtungsweise können die Bereiche des Ventils
dreiteilig aufgeteilt werden. In einem ersten Bereich I ist der
erste hydraulische Bereich angesiedelt. Man könnte diesen Bereich auch Hydraulikbereich
I nennen. Den ersten hydraulischen Bereich I umgrenzend schließt sich
ein zweiter Bereich III an, der als Trockenbereich III ausgebildet
ist. Im Trockenbereich III befinden sich alle jene Komponenten des
Steuerteils 3 bzw. des Elektromagneten 13, welche
empfindlich bzw. störanfällig gegen
Feuchte bzw. Flüssigkeitseintritt
sind, insbesondere die Spule 7 bzw. die Kontaktfahnen.
Die Spule 7 ist aufgrund ihrer Lage im Trockenbereich III des
Ventils sowohl aus dem ersten Bereich I, dem ersten hydraulischen
Bereich I, als auch aus dem zweiten hydraulischen Bereich II, dem äußeren Hydraulikbereich
II flüssigkeitsmäßig nicht
zu erreichen. Alle drei Bereiche I, II, III, der erste hydraulische
Bereich I, der zweite hydraulische Bereich II und der Trockenbereich
III liegen im Inneren des Ventils. Die Bereiche I, II, III werden
durch das äußerste Gehäuse, das
Steuerteilgehäuse 20,
umschlossen. Die Bereiche I, II, III lassen sich in dem Elektromagnetventil 1 finden.
-
So
ist der erste hydraulische Bereich I im Ausführungsbeispiel der von dem
unter Druck stehenden Fluid erfüllte
Bereich des Ventils 1 (2). Der
zweite hydraulische Bereich II entspricht im Wesentlichen dem flüssigkeitsoffenen
Raum 14, allerdings zählen
dazu auch die Hohlräume,
welche durch die Durchgangsöffnungen 6 bzw. 6a,
fluidisch mit der Umgebung in Verbindung stehen (1).
Der Trockenbereich III wird im Ausführungsbeispiel vom Elektromagneten 13 ausgefüllt. Insbesondere
befindet sich die Spule 7 gänzlich im Trockenbereich III. Der
Trockenbereich III ist durch die Trennschicht 12, insbesondere
durch die Vergussmasse 10, gegen den zweiten hydraulischen
Bereich II hydraulisch autark abgeschlossen. Der erste hydraulische
Bereich 1 ist durch das Gehäuse 16 gegen die beiden
anderen Bereiche II und III abgeschlossen.
-
- 1
- Elektromagnetventil
- 2
- Hydraulikteil
- 3
- Steuerteil
- 4
- Durchtrittsöffnung
- 5
- Durchtrittsöffnung
- 6
- Durchtrittsöffnung
- 6a
- Durchtrittsöffnung
- 7
- Spule
- 8
- Spulenträger
- 8a
- hintere
Teilpolscheibe
- 8b
- vordere
Teilpolscheibe
- 9
- Spulenwicklung
- 10
- Vergussmasse
- 11
- Anschlussöffnung
- 12
- hydraulische
Trennschicht
- 13
- Elektromagnet
- 14
- flüssigkeitsoffener
Raum
- 15
- Steuerkolben
- 16
- Gehäuse
- 17
- Sicherungselement
- 18
- O-Ring
- 19
- O-Ring
- 20
- Steuerteilgehäuse
- 21
- Ventilsitz
- 22
- Steuerfenster
- 23
- O-Ring
- 25
- Druckfeder
- 26
- Verschlussteil
- 27
- Crimpkante
- 28
- Polscheibe
- 29
- Polplatte
- I
- erster
hydraulischer Bereich
- II
- zweiter
hydraulischer Bereich
- III
- Trockenbereich
- A
- Längsachse