DE102019218742A1

DE102019218742A1 - Solenoid valve for a fluid delivery device and method for operating a solenoid valve

Info

Publication number: DE102019218742A1
Application number: DE102019218742.0A
Authority: DE
Inventors: Peter Boehland; Andreas Kellner; Ralf Gragen; Romain Chassage
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-12-03
Filing date: 2019-12-03
Publication date: 2021-06-10
Also published as: WO2021110307A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Magnetventil (1) für eine Fluidfördereinrichtung (2), umfassend einen hubbeweglichen Anker (3), eine Feder (4) zum Vorspannen des Ankers (3) und eine ringförmige Magnetspule (5) zum Erzeugen einer Magnetkraft, die der Federkraft der Feder (4) entgegenwirkt, wobei in die ringförmige Magnetspule (5) ein Jochkern (6) eingesetzt ist, der gemeinsam mit dem Anker (3) einen Arbeitsluftspalt (7) begrenzt. Erfindungsgemäß weisen der Anker (3) und der Jochkern (6) gegengleich gestufte Konturen (8, 9) auf, die bei einem Hub des Ankers (3) ineinandergreifen und zur Ausbildung mindestens eines Radialspalts (10) zwischen dem Anker (3) und dem Jochkern (6) führen.
Die Erfindung betrifft ferner eine Fluidfördereinrichtung (2) mit einem solchen Magnetventil (1) sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Magnetventils (1).

The invention relates to a solenoid valve (1) for a fluid delivery device (2), comprising a liftable armature (3), a spring (4) for pretensioning the armature (3) and an annular magnet coil (5) for generating a magnetic force that corresponds to the spring force counteracts the spring (4), a yoke core (6) being inserted into the annular magnet coil (5) which, together with the armature (3), delimits a working air gap (7). According to the invention, the armature (3) and the yoke core (6) have oppositely stepped contours (8, 9) which mesh with each other during a stroke of the armature (3) and to form at least one radial gap (10) between the armature (3) and the Guide the yoke core (6).
The invention also relates to a fluid delivery device (2) with such a solenoid valve (1) and a method for operating such a solenoid valve (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Magnetventil für eine Fluidfördereinrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Fluidfördereinrichtung mit einem erfindungsgemäßen Magnetventil, wobei die Fluidfördereinrichtung insbesondere zum Fördern eines Betriebs- oder Hilfsstoffs, beispielsweise einer wässrigen Harnstofflösung zur Nachbehandlung von Abgasen einer Brennkraftmaschine, einsetzbar ist. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Magnetventils.The invention relates to a solenoid valve for a fluid delivery device with the features of the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a fluid delivery device with a solenoid valve according to the invention, the fluid delivery device in particular for delivering an operating or auxiliary material, for example an aqueous urea solution for the aftertreatment of exhaust gases from an internal combustion engine , can be used. The invention also relates to a method for operating a solenoid valve according to the invention.

Stand der TechnikState of the art

Aus dem Stand der Technik sind Magnetventile bekannt, die eine Magnetspule und einen hubbeweglichen Anker zum Betätigen des Ventils aufweisen. Durch Bestromen der Magnetspule kann ein Magnetfeld aufgebaut werden, dessen Magnetkraft in der Weise auf den Anker einwirkt, dass sich dieser - in der Regel entgegen der Federkraft einer den Anker vorspannenden Feder - zur Magnetspule hin oder von der Magnetspule weg bewegt. Ist der Anker mit einem Ventilelement gekoppelt oder bildet selbst das Ventilelement aus, kann auf diese Weise das Magnetventil geöffnet oder geschlossen werden, je nachdem, ob das Magnetventil als stromlos geschlossenes oder stromlos offenes Ventil ausgelegt ist.Solenoid valves are known from the prior art which have a solenoid coil and a liftable armature for actuating the valve. By energizing the magnetic coil, a magnetic field can be built up, the magnetic force of which acts on the armature in such a way that the armature moves towards or away from the magnetic coil - usually against the spring force of a spring pretensioning the armature. If the armature is coupled to a valve element or forms the valve element itself, the solenoid valve can be opened or closed in this way, depending on whether the solenoid valve is designed as a normally closed or normally open valve.

Der Hub des Ankers wird in der Regel durch einen Hubanschlag begrenzt. Beispielsweise kann in die Magnetspule ein Jochkern eingesetzt sein, der Teil des Magnetkreises ist und dem Anker an einem Arbeitsluftspalt gegenüberliegt. Der Arbeitsluftspalt definiert somit den maximalen Hub des Ankers. Beim Anschlagen am Hubanschlag entstehen Geräusche, die je nach Umgebungsbedingungen ein störendes oder nicht mehr akzeptables Niveau erreichen können.The stroke of the armature is usually limited by a stroke stop. For example, a yoke core, which is part of the magnetic circuit and lies opposite the armature at a working air gap, can be inserted into the magnetic coil. The working air gap thus defines the maximum stroke of the armature. When hitting the stroke stop, noises are generated which, depending on the ambient conditions, can reach a disruptive or no longer acceptable level.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Magnetventil der vorstehend genannten Art anzugeben, das besonders geräuscharm betrieben werden kann.The present invention is therefore based on the object of specifying a solenoid valve of the type mentioned above which can be operated with particularly little noise.

Zur Lösung der Aufgabe wird das Magnetventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Ferner werden eine Fluidfördereinrichtung mit einem derartigen Magnetventil sowie ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Magnetventils angegeben.To solve the problem, the solenoid valve with the features of claim 1 is proposed. Advantageous further developments of the invention can be found in the subclaims. Furthermore, a fluid delivery device with such a solenoid valve and a method for operating such a solenoid valve are specified.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Das vorgeschlagene Magnetventil umfasst einen hubbeweglichen Anker, eine Feder zum Vorspannen des Ankers und eine ringförmige Magnetspule zum Erzeugen einer Magnetkraft, die der Federkraft der Feder entgegenwirkt. In die ringförmige Magnetspule ist dabei ein Jochkern eingesetzt, der gemeinsam mit dem Anker einen Arbeitsluftspalt begrenzt. Erfindungsgemäß weisen der Anker und der Jochkern gegengleich gestufte Konturen auf, die bei einem Hub des Ankers ineinandergreifen und zur Ausbildung mindestens eines Radialspalts zwischen dem Anker und dem Jochkern führen.The proposed solenoid valve comprises a liftable armature, a spring for preloading the armature and an annular magnetic coil for generating a magnetic force which counteracts the spring force of the spring. A yoke core is inserted into the ring-shaped magnet coil, which, together with the armature, delimits a working air gap. According to the invention, the armature and the yoke core have oppositely stepped contours which interlock when the armature is lifted and lead to the formation of at least one radial gap between the armature and the yoke core.

Der Anker und der Jochkern weisen demnach jeweils eine gestufte Kontur auf, wobei gegengleiche Konturen ausgebildet werden. Das heißt, dass sich die Konturen im Wesentlichen einander ergänzen. Eine erste Kontur schafft beispielsweise eine Positivform, die im Wesentlichen einer Negativform der jeweils anderen Kontur entspricht. Somit können die Konturen ineinandergreifen, wenn sich der Anker dem Jochkern nähert.The armature and the yoke core accordingly each have a stepped contour, with contours of the same opposite being formed. This means that the contours essentially complement one another. A first contour creates a positive shape, for example, which essentially corresponds to a negative shape of the respective other contour. Thus, the contours can interlock when the armature approaches the yoke core.

Das Ineinandergreifen der Konturen bei einem Hub des Ankers hat zur Folge, dass es zur Ausbildung mindestens eines Radialspalts zwischen dem Anker und dem Jochkern kommt. Dieser bildet einen Nebenluftspalt aus, der gegenüber dem Arbeitsluftspalt deutlich kleiner ist und somit zu einem gezielten Verlust an magnetischer Kraft im Arbeitsluftspalt führt. Das heißt, dass die den Hub des Ankers bewirkende Magnetkraft mit Annäherung des Ankers an den Hubanschlag nicht - wie sonst üblich - zunimmt, sondern abnimmt. Zugleich kann die Federkraft der Feder so gewählt werden, dass sich in einer bestimmten Position des Ankers ein Kräftegleichgewicht zwischen der Magnetkraft und der Federkraft einstellt und die Bewegung des Ankers zum Erliegen kommt bevor dieser den Hubanschlag erreicht. Die Bewegung des Ankers endet somit völlig geräuschlos. Das Kräftegleichgewicht hält den Anker in einem Schwebezustand solange die Magnetspule bestromt wird.The interlocking of the contours during a stroke of the armature results in the formation of at least one radial gap between the armature and the yoke core. This forms a secondary air gap which is significantly smaller than the working air gap and thus leads to a targeted loss of magnetic force in the working air gap. This means that the magnetic force causing the armature stroke does not increase as the armature approaches the stroke stop - as is usual - but decreases. At the same time, the spring force of the spring can be selected so that a force equilibrium is established between the magnetic force and the spring force in a certain position of the armature and the armature stops moving before it reaches the stroke stop. The movement of the armature thus ends completely silently. The balance of forces keeps the armature in a state of suspension as long as the magnet coil is energized.

Alternativ kann die Federkraft der Feder so gewählt werden, dass sich kein Kräftegleichgewicht einstellt und der Anker am Hubanschlag anschlägt, jedoch mit deutlich verminderter Geschwindigkeit bzw. mit einer deutlich verminderten Kraft. Auf diese Weise endet die Bewegung des Ankers zwar nicht geräuschlos, aber zumindest deutlich geräuschärmer.Alternatively, the spring force of the spring can be selected so that there is no equilibrium of forces and the armature strikes the stroke stop, but at a significantly reduced speed or with a significantly reduced force. In this way, the movement of the armature does not end noiselessly, but at least it ends with significantly less noise.

Bevorzugter Anwendungsbereich des erfindungsgemäßen Magnetventils ist eine Fluidfördereinrichtung. In dieser Anwendung kann das vorgeschlagene Magnetventil als Einlass- und/oder Auslassventil eingesetzt werden.A preferred area of application of the solenoid valve according to the invention is a fluid delivery device. In this application, the proposed solenoid valve can be used as an inlet and / or outlet valve.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die gegengleich gestuften Konturen des Ankers und des Jochkerns mindestens einfach gestuft. Das heißt, dass mindestens ein Radialspalt bzw. Nebenluftspalt gebildet wird, wenn sich der Anker dem Jochkern nähert. Auf diese Weise kann der vorstehend beschriebene Effekt noch verstärkt werden. Denkbar ist auch eine Mehrfach-Stufung, die jeweils zwei oder mehr Stufen umfasst.According to a preferred embodiment of the invention, the contours of the armature and the yoke core, which are stepped in opposite directions, are stepped at least once. This means that at least one radial gap or secondary air gap is formed when the anchor approaches the yoke core. In this way, the above-described effect can be further enhanced. Multiple grading, each comprising two or more stages, is also conceivable.

Die gegengleich gestuften Konturen des Ankers und des Jochkerns führen jeweils zu ringförmigen Absätzen, die vorzugsweise konzentrisch zueinander sowie koaxial in Bezug auf eine gemeinsame Längsachse des Ankers und des Jochkerns angeordnet sind. Die genaue Winkellage des Ankers gegenüber dem Jochkern ist somit unerheblich. Vorzugsweise weist der Anker eine gestufte Kontur auf, die außenumfangseitig ausgebildet ist. Der Jochkern weist in diesem Fall eine gestufte Kontur auf, die innenumfangseitig ausgebildet ist bzw. sich nach innen erstreckt. Bei einer Bestromung der Magnetspule taucht somit der Anker in den Jochkern ein. Grundsätzlich kann es sich aber auch umkehrt verhalten.The oppositely stepped contours of the armature and the yoke core each lead to annular shoulders, which are preferably arranged concentrically to one another and coaxially with respect to a common longitudinal axis of the armature and the yoke core. The exact angular position of the armature with respect to the yoke core is therefore irrelevant. The armature preferably has a stepped contour which is formed on the outer circumference. In this case, the yoke core has a stepped contour which is formed on the inner circumference or extends inward. When the magnet coil is energized, the armature dips into the yoke core. In principle, however, it can also be the other way round.

Vorteilhafterweise ist im Arbeitsluftspalt eine Restluftspaltscheibe angeordnet. Die Restluftspaltscheibe ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Anker nicht in einem Schwebezustand verharrt, sondern seinen Hub an einem Anschlag beendet. Der Anschlag wird dann durch die Restluftspaltscheibe beendet. Die Restluftspaltscheibe wirkt einem magnetischen und/oder hydraulischen Kleben des Ankers am Anschlag entgegen. Sofern eine Restluftspaltscheibe im Arbeitsluftspalt vorgesehen ist, kann diese zumindest bereichsweise aus einem Elastomermaterial gefertigt sein. Da dieses nachgiebig ist, kann mit Hilfe der Restluftspaltscheibe ein „weicher“ Anschlag geschaffen werden, der zusätzlich geräuschreduzierend wirkt. Alternativ oder ergänzend kann die Restluftspaltscheibe zumindest bereichsweise aus einem Metall gefertigt sein.A residual air gap disk is advantageously arranged in the working air gap. The residual air gap disc is particularly advantageous when the armature does not remain in a floating state, but rather ends its stroke at a stop. The stop is then ended by the residual air gap disc. The residual air gap disc counteracts magnetic and / or hydraulic sticking of the armature to the stop. If a residual air gap disc is provided in the working air gap, this can be made of an elastomer material at least in some areas. Since this is flexible, a “soft” stop can be created with the help of the residual air gap disc, which also has a noise-reducing effect. As an alternative or in addition, the remaining air gap disc can be manufactured from a metal, at least in some areas.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der Anker eine durch die gestufte Kontur begrenzte stirnseitige Ringfläche als Anschlagfläche aufweist. Die am Anker ausgebildete Anschlagfläche vermag eine Restluftspaltscheibe zu ersetzen.It is also proposed that the armature have an end-face annular surface, which is delimited by the stepped contour, as a stop surface. The stop surface formed on the armature can replace a residual air gap disc.

Wird die Bestromung der Magnetspule beendet, stellt die Federkraft der Feder den Anker in seine Ausgangsposition zurückgestellt. Diese kann durch einen weiteren Anschlag bzw. durch einen Dichtsitz definiert sein, mit dem der Anker oder ein mit dem Anker gekoppeltes Ventilelement zusammenwirkt. Beim Rückstellen des Ankers können somit ebenfalls als störend empfundene Geräusche entstehen.If the energization of the solenoid is terminated, the spring force of the spring returns the armature to its starting position. This can be defined by a further stop or by a sealing seat with which the armature or a valve element coupled to the armature interacts. When the armature is reset, noises which are perceived as annoying can thus also arise.

Um diese Geräusche zu unterbinden, wird vorgeschlagen, dass der Anker ein mit einem Dichtsitz zusammenwirkendes Dichtelement aufweist, das aus einem Elastomermaterial gefertigt ist. Durch seine Stoffeigenschaften sorgt das Dichtelement für ein „weiches“ Zurückfallen des Ankers in den Dichtsitz. Das entstehende Geräusch ist im Vergleich zu zwei aufeinanderschlagenden metallischen Körpern deutlich geringer.In order to suppress these noises, it is proposed that the armature have a sealing element which interacts with a sealing seat and which is made of an elastomer material. Due to its material properties, the sealing element ensures that the anchor falls “softly” back into the sealing seat. The resulting noise is significantly lower compared to two metal bodies hitting one another.

Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass der Dichtsitz ein Dichtelement ist, das aus einem Elastomermaterial gefertigt ist. Durch diese Maßnahme kann ein „weicher“ Anschlag für den Anker ausgebildet werden, wenn er in seine Ausgangsposition zurückgestellt wird.As an alternative or in addition, it is proposed that the sealing seat be a sealing element made from an elastomer material. With this measure, a “soft” stop can be formed for the armature when it is returned to its starting position.

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Anker über eine Hülse geführt ist. Die Hülse kann aus einem magnetisch leitenden Material oder aus einem magnetisch nichtleitenden Material gefertigt sein.In a further development of the invention, it is proposed that the armature be guided over a sleeve. The sleeve can be made from a magnetically conductive material or from a magnetically non-conductive material.

Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass der Anker über eine nichtmagnetische Folie geführt ist, die zwischen ihm und einer Führung, beispielsweise der zuvor erwähnten Hülse, angeordnet ist. Die nicht-magnetische Folie verringert die auf den Anker wirkenden Querkräfte und damit die Reibung im Bereich der Führung, so dass sich auch diese Maßnahme geräuschreduzierend auswirkt. Die nichtmagnetische Folie kann beispielsweise aus Polytetrafluorethylen gefertigt sein.As an alternative or in addition, it is proposed that the armature be guided over a non-magnetic film which is arranged between it and a guide, for example the aforementioned sleeve. The non-magnetic film reduces the transverse forces acting on the armature and thus the friction in the area of the guide, so that this measure also has a noise-reducing effect. The non-magnetic film can be made of polytetrafluoroethylene, for example.

Ergänzend kann das radiale Spiel im Bereich der Führung des Ankers minimiert werden, so dass eine hydraulische Dämpfung der Ankerbewegung erzielt wird. Da das Magnetventil bevorzugt in einer Fluidfördereinrichtung zum Einsatz gelangt, kann da zu fördernde Medium zugleich zur Dämpfung der Ankerbewegung genutzt werden.In addition, the radial play in the area of the guide of the armature can be minimized, so that hydraulic damping of the armature movement is achieved. Since the solenoid valve is preferably used in a fluid delivery device, the medium to be delivered can also be used to dampen the armature movement.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist im Anker ein Strömungskanal ausgebildet, der beidseits des Ankers liegende Druckräume verbindet. Der Strömungskanal dient dem Druckausgleich bei einer Bewegung des Ankers. Vorzugsweise bildet der Strömungskanal in zumindest einem Abschnitt eine Drossel aus. Auch durch diese Maßnahme kann eine hydraulische Dämpfung der Ankerbewegung erzielt werden, so dass sich dieser beim Öffnen und Schließen langsamer bewegt.According to a further preferred embodiment of the invention, a flow channel is formed in the armature, which connects pressure spaces on both sides of the armature. The flow channel serves to equalize pressure when the armature moves. The flow channel preferably forms a throttle in at least one section. Hydraulic damping of the armature movement can also be achieved by this measure, so that it moves more slowly when opening and closing.

Die ferner zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe vorgeschlagene Fluidfördereinrichtung weist ein Einlassventil und ein Auslassventil auf, wobei das Einlassventil und/oder das Auslassventil ein erfindungsgemäßes Magnetventil ist. Auf diese Weise kann eine Ventilschaltung generiert werden, die für die überwiegende Förderrichtung der Fluidfördereinrichtung günstig ist, zum Beispiel einlassseitig in die Fluidfördereinrichtung öffnet und auslassseitig aus der Fluidfördereinrichtung heraus öffnet.The fluid delivery device also proposed to achieve the object mentioned at the beginning has an inlet valve and an outlet valve, the inlet valve and / or the outlet valve being a solenoid valve according to the invention. In this way, a valve circuit can be generated which is favorable for the predominant conveying direction of the fluid conveying device, for example opens into the fluid conveying device on the inlet side and opens out of the fluid conveying device on the outlet side.

Darüber hinaus wird ein Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Magnetventils vorgeschlagen. Bei dem Verfahren wird zum Einwirken auf einen hubbeweglichen Anker, der mittels der Federkraft einer Feder vorgespannt ist, eine Magnetspule bestromt und beim Stromlosschalten der Magnetspule wird auf Anlegen einer Löschspannung verzichtet. Durch den Verzicht auf das Anlegen einer Löschspannung, wird die Magnetkraft weniger zügig abgebaut, so dass die Geschwindigkeit des Ankers bei seiner Rückstellung geringer ist. Die verringerte Geschwindigkeit wiederum reduziert die Geräuschentwicklung beim Anschlagen des Ankers, so dass das Geräuschniveau weiter gesenkt wird.In addition, a method for operating a solenoid valve according to the invention is proposed. In the process, there is an effect on a lifting armature which is pre-tensioned by means of the spring force of a spring, energizes a magnet coil and when the magnet coil is de-energized there is no need to apply an extinguishing voltage. By not applying an extinguishing voltage, the magnetic force is reduced less quickly, so that the speed of the armature when it is reset is lower. The reduced speed, in turn, reduces the noise generated when the anchor hits, so that the noise level is further reduced.

Gelangt das Magnetventil in einer Fluidfördereinrichtung zum Einsatz, bietet sich das Verfahren insbesondere bei kleinen Drehzahlen der Fördereinrichtung an. Denn in diesem Fall kommt es in der Regel nicht auf ein schnelles Schalten des Magnetventils an. Bei höheren Drehzahlen wiederum kann eine Löschspannung angelegt werden, um eine schnelle Rückstellung des Ankers zu gewährleisten. Dies geht zwar mit lauten Schaltgeräuschen einher, da jedoch bei hohen Drehzahlen die Umgebungsgeräusche in der Regel ebenfalls sehr viel lauter sind, gehen die Schaltgeräusche darin unter.If the solenoid valve is used in a fluid delivery device, the method is particularly suitable at low speeds of the delivery device. Because in this case it is usually not a question of fast switching of the solenoid valve. At higher speeds, in turn, a quenching voltage can be applied to ensure rapid resetting of the armature. This is accompanied by loud switching noises, but since the ambient noise is usually also much louder at high speeds, the switching noises are drowned out.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Diese zeigen:

1 einen schematischen Längsschnitt durch ein erstes erfindungsgemäßes Magnetventil,
2 ein Diagramm zur Darstellung der Magnet- und Federkennlinien des Magnetventils der 1,
3 einen schematischen Längsschnitt durch einen Jochkern und einen Anker für ein erfindungsgemäßes Magnetventil mit Darstellung der Luftspalte,
4 das Diagramm der 2 mit Erläuterungen,
5 a) und b) jeweils einen schematischen Längsschnitt durch ein zweites erfindungsgemäßes Magnetventil in unterschiedlichen Schaltstellungen,
6 a) und b) jeweils einen schematischen Längsschnitt durch ein drittes erfindungsgemäßes Magnetventil in unterschiedlichen Schaltstellungen,
7 einen schematischen Längsschnitt durch ein viertes erfindungsgemäßes Magnetventil,
8 einen schematischen Längsschnitt durch ein fünftes erfindungsgemäßes Magnetventil,
9 einen schematischen Längsschnitt durch ein sechstes erfindungsgemäßes Magnetventil,
10 einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Fluidfördereinrichtung,
11 einen schematischen Längsschnitt durch ein bekanntes Magnetventil und
12 ein Diagramm zur Darstellung der Magnet- und Federkennlinien des Magnetventils der 11.

Preferred embodiments of the invention are described in more detail below with reference to the drawings. These show:

1 a schematic longitudinal section through a first solenoid valve according to the invention,
2 a diagram to show the solenoid and spring characteristics of the solenoid valve of 1 ,
3rd a schematic longitudinal section through a yoke core and an armature for a solenoid valve according to the invention showing the air gaps,
4th the diagram of the 2 with explanations,
5 a) and b) each a schematic longitudinal section through a second solenoid valve according to the invention in different switching positions,
6 a) and b) each a schematic longitudinal section through a third solenoid valve according to the invention in different switching positions,
7th a schematic longitudinal section through a fourth solenoid valve according to the invention,
8th a schematic longitudinal section through a fifth solenoid valve according to the invention,
9 a schematic longitudinal section through a sixth inventive solenoid valve,
10 a schematic longitudinal section through a fluid delivery device according to the invention,
11 a schematic longitudinal section through a known solenoid valve and
12th a diagram to show the solenoid and spring characteristics of the solenoid valve of 11 .

Ausführliche Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings

Der 1 ist ein erstes erfindungsgemäßes Magnetventil 1 für eine Fluidfördereinrichtung 2 zu entnehmen. Das dargestellte Magnetventil 1 umfasst einen hubbeweglichen Anker 3 und einen Jochkern 6, die sich an einem Arbeitsluftspalt 7 gegenüberliegen. Der Anker 3 und der Jochkern 6 sind von einer ringförmigen Magnetspule 5 umgeben. Zwischen dem Anker 3 und dem Jochkern 6 ist eine Feder 4 angeordnet. Wird die Magnetspule 5 bestromt, baut sich ein Magnetfeld auf, dessen Magnetkraft den Anker 3 entgegen der Federkraft der Feder 4 in Richtung des Jochkerns 6 bewegt. Dabei taucht der Anker 3 abschnittsweise in den Jochkern 6 ein, da der Anker 3 und der Jochkern 6 gegengleich gestufte Konturen 8, 9 zur Begrenzung des Arbeitsluftspalts 7 aufweisen.The 1 is a first solenoid valve according to the invention 1 for a fluid delivery device 2 refer to. The illustrated solenoid valve 1 includes a lifting armature 3rd and a yoke core 6th located at a working air gap 7th opposite. The anchor 3rd and the yoke core 6th are from an annular solenoid 5 surround. Between the anchor 3rd and the yoke core 6th is a feather 4th arranged. Will the solenoid 5 When energized, a magnetic field builds up, the magnetic force of which affects the armature 3rd against the spring force of the spring 4th in the direction of the yoke core 6th emotional. The anchor dives 3rd in sections into the yoke core 6th one as the anchor 3rd and the yoke core 6th Contours stepped opposite to one another 8th , 9 to limit the working air gap 7th exhibit.

Wie beispielhaft in der 3 dargestellt, bildet sich beim Eintauchen zwischen dem Anker 3 und dem Jochkern 6 mindestens ein Radialspalt 10 aus, der kleiner als der Arbeitsluftspalt 7 ist und somit zu einer Verringerung der Magnetkraft im Arbeitsluftspalt 7 führt. In der 3 sind die Konturen 8, 9 zweifach gestuft, so dass es zur Ausbildung von zwei Radialspalten 10 kommt. In der 1 sind die Konturen 8, 9 sogar dreifach gestuft, so dass es hier zur Ausbildung von drei Radialspalten 10 kommt, wenn der Anker 3 in den Jochkern 6 eintaucht (nicht dargestellt).As exemplified in the 3rd shown, forms when immersed between the anchor 3rd and the yoke core 6th at least one radial gap 10 from which is smaller than the working air gap 7th and thus to a reduction in the magnetic force in the working air gap 7th leads. In the 3rd are the contours 8th , 9 two-fold, so that two radial gaps are formed 10 comes. In the 1 are the contours 8th , 9 even three-fold, so that there are three radial gaps here 10 comes when the anchor 3rd in the yoke core 6th immersed (not shown).

Die Wirkung der Radialspalte 10 ist aus der 2 ersichtlich, wobei die Kennlinie M die Magnetkennlinie und die Kennlinie F die Federkennlinie darstellen. Die Federkraft nimmt mit größer werdendem Arbeitsluftspalt 7 kontinuierlich ab, während die Magnetkraft zeitweise ebenfalls abnimmt und zeitweise zunimmt. Dies führt zu einer kurvenförmig verlaufenden Magnetkennlinie M, welche die Federkennlinie schneidet.The effect of the radial gap 10 is from the 2 can be seen, with the characteristic curve M representing the magnetic characteristic curve and the characteristic curve F representing the spring characteristic curve. The spring force increases as the working air gap increases 7th continuously decreases, while the magnetic force also decreases at times and increases at times. This leads to a curve-shaped magnetic characteristic curve M, which intersects the spring characteristic.

Im Vergleich dazu sind in der 12 die Magnetkennlinie M' und die Federkennlinie F' eines herkömmlichen Magnetventils 1' dargestellt (siehe 11). Bei dem herkömmlichen Magnetventil 1' weisen der Anker 3' und der Jochkern 6' keine gegengleich gestuften Konturen auf, so dass es nicht zur Ausbildung eines Radialspalts zwischen dem Anker 3' und dem Jochkern 6' kommt, wenn der Anker 3' sich dem Jochkern 6' nähert. Die Magnetkraft der Magnetspule 5' nimmt demnach mit abnehmendem Arbeitsluftspalt 7' zu und nicht ab (siehe Kennlinie M' in der 12).In comparison, the 12th the magnetic characteristic M 'and the spring characteristic F' of a conventional solenoid valve 1' shown (see 11 ). With the conventional solenoid valve 1' point the anchor 3 ' and the yoke core 6 ' no oppositely stepped contours, so that there is no radial gap between the armature 3 ' and the yoke core 6 ' comes when the anchor 3 ' the yoke core 6 ' approaching. The magnetic force of the solenoid 5 ' therefore increases with a decreasing working air gap 7 ' up and not down (see characteristic M 'in the 12th ).

Wie beispielhaft anhand der 4 dargestellt, welche wiederum den Kennlinienverlauf eines erfindungsgemäßen Magnetventils 1 zeigt, befinden sich die Magnetkraft und die Federkraft in einem Kräftegleichgewicht, wenn die Magnetkennlinie M die Federkennlinie F schneidet. Das Kräftegleichgewicht hat zur Folge, dass der Anker 3 nach einem Hub h in seiner Position verharrt und den Hubanschlag am Jochkern 6 nicht erreicht. Das heißt, dass ein Restluftspalt (a-h) zwischen dem Anker 3 und dem Jochkern 6 verbleibt, der dem ursprünglichen Luftspalt a abzüglich des Hubs h entspricht. Es kommt nicht zum Anschlagen des Ankers 3 am Jochkern 6, so dass der Anker 3 seinen Arbeitshub völlig geräuschlos beendet.As exemplified by the 4th shown, which in turn shows the characteristic curve of a solenoid valve according to the invention 1 shows, the magnetic force and the spring force are in an equilibrium of forces when the magnetic characteristic M intersects the spring characteristic F. The balance of forces has the consequence that the anchor 3rd after a stroke h remains in its position and the stroke stop on the yoke core 6th not reached. That is, there is a residual air gap (ah) between the armature 3rd and the yoke core 6th remains, which corresponds to the original air gap a minus the stroke h. The anchor does not strike 3rd at the yoke core 6th so that the anchor 3rd ends its working stroke completely silently.

Um die Rückstellung des Ankers 3 in seine Ausgangsposition ebenfalls möglichst geräuscharm zu realisieren, kann im Bereich eines Dichtsitzes 13 ein Dichtelement 14 (15) aus einem Elastomermaterial angeordnet sein, das ein „weiches“ Zurückfallen in den Dichtsitz 13 ermöglicht.To reset the anchor 3rd Realizing it in its starting position also with as little noise as possible can be done in the area of a sealing seat 13th a sealing element 14th (15) made of an elastomeric material that allows a “soft” fall back into the sealing seat 13th enables.

Wie beispielhaft in der 5 dargestellt, kann der Anker 3 mit einem Ventilelement 25 verbunden sein bzw. ein Ventilelement 25 ausbilden und in einem mit einem Dichtsitz 13 zusammenwirkenden Abschnitt des Ventilelements 25 ein ringförmiges Dichtelement 14 aufweisen. Alternativ kann das ringförmige Dichtelement 15 (siehe Bezugszeichen in Klammern) auch den Dichtsitz 13 ausbilden, wenn es am Jochkern 6 befestigt ist. Vorliegend ist jedoch das Dichtelement 14 am Ventilelement 25 befestigt, so dass es bei einem Hub des Ankers 3 vom Dichtsitz 13 abhebt. Der Hub des Ankers 3 wird durch die gegengleich gestuften Konturen 8, 9 des Ankers 3 und des Jochkerns 6 abgebremst, so dass zwischen dem Anker 3 und dem Jochkern 6 ein Restluftspalt verbleibt, ohne dass der Anker 3 einen Hubanschlag erreicht. 5a) zeigt den Anker 3 in seiner Ausgangslage und 5b) zeigt den Anker 3 in einer geöffneten Position.As exemplified in the 5 shown, the anchor 3rd with a valve element 25th be connected or a valve element 25th train and in one with a sealing seat 13th cooperating portion of the valve element 25th an annular sealing element 14th exhibit. Alternatively, the annular sealing element 15th (see reference numbers in brackets) also the sealing seat 13th train if it is on the yoke core 6th is attached. However, the present is the sealing element 14th on the valve element 25th attached so that there is one stroke of the anchor 3rd from the sealing seat 13th takes off. The stroke of the anchor 3rd is due to the contours stepped opposite 8th , 9 of the anchor 3rd and the yoke core 6th braked so that between the anchor 3rd and the yoke core 6th a residual air gap remains without the anchor 3rd reached a stroke stop. 5a) shows the anchor 3rd in his starting position and 5b) shows the anchor 3rd in an open position.

Der 6 ist eine alternative Ausführungsform mit einem Dichtelement 14 im Bereich eines Dichtsitzes 13 zu entnehmen. Das Dichtelement 14 ist hier unmittelbar am Anker 3 befestigt und hebt beim Öffnen mit dem Anker 3 vom Dichtsitz 13 ab. 6a) zeigt den Anker 3 in seiner Ausgangsposition. 6b) zeigt den Anker 3 beim Öffnen.The 6th is an alternative embodiment with a sealing element 14th in the area of a sealing seat 13th refer to. The sealing element 14th is right here at the anchor 3rd fastens and lifts with the anchor when opened 3rd from the sealing seat 13th from. 6a) shows the anchor 3rd in its starting position. 6b) shows the anchor 3rd When opening.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Magnetventils 1 ist in der 7 dargestellt. Die Führung des Ankers 3 wird hier durch eine Hülse 16 bewirkt, die den Anker 3 umgibt. Die Hülse 16 ist vorzugsweise aus einem magnetisch leitenden Material hergestellt, kann jedoch auch aus einem magnetisch nichtleitenden Material bestehen.Another preferred embodiment of a solenoid valve according to the invention 1 is in the 7th shown. The leadership of the anchor 3rd is here by a sleeve 16 that causes the anchor 3rd surrounds. The sleeve 16 is preferably made of a magnetically conductive material, but can also consist of a magnetically non-conductive material.

8 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Magnetventils 1. Hier wird die Führung des Ankers 3 durch eine Folie 17 bewirkt, die den Anker 3 umgibt. Die Folie 17 ist aus einem die Reibung zwischen der Führung und dem Anker 3 mindernden Material hergestellt, beispielsweise aus Polytetrafluorethylen. 8th shows a further preferred embodiment of a solenoid valve according to the invention 1 . Here is the lead of the anchor 3rd through a slide 17th that causes the anchor 3rd surrounds. The foil 17th is one of the friction between the guide and the anchor 3rd Diminishing material made, for example from polytetrafluoroethylene.

Die über die Folie 17 bewirkte verminderte Reibung führt zu einer Verringerung der auf Reibung basierenden Geräusche.The one over the slide 17th reduced friction caused leads to a reduction in friction-based noise.

Bei der Ausführungsform der 8 ist darüber hinaus im Arbeitsluftspalt 7 eine Restluftspaltscheibe 11 angeordnet, welche aus einem Material, beispielsweise einem Elastomermaterial gefertigt ist, dass ein hartes Aufschlagen des Ankers 3 am Jochkern 6 verhindern soll. Ferner ist das radiale Spiel im Bereich der Führung 18 so eng ausgelegt, dass eine Art Drossel 22 ausgebildet wird, welche eine hydraulische Dämpfung der Bewegung des Ankers 3 bewirkt, so dass dieser sich langsamer bewegt und mit verringerter Geschwindigkeit an der Restluftspaltscheibe 11 anschlägt. Eine weitere Drossel 12 ist vorliegend im Bereich eines Strömungskanals 19 ausgebildet, der einen oberen Druckraum 20 mit einem unteren Druckraum 21 verbindet. Der Strömungskanal 19 ermöglicht somit einen Druckausgleich, wenn sich der Anker nach oben oder nach unten bewegt. Über die im Strömungskanal 19 ausgebildete Drossel 22 kann ebenfalls eine hydraulische Dämpfung der Ankerbewegung erzielt werden.In the embodiment of 8th is also in the working air gap 7th a residual air gap disc 11 arranged, which is made of a material, for example an elastomer material, that a hard impact of the anchor 3rd at the yoke core 6th should prevent. Furthermore, the radial play is in the area of the guide 18th laid out so closely that a kind of throttle 22nd is formed, which a hydraulic damping of the movement of the armature 3rd causes it to move more slowly and with reduced speed at the residual air gap disc 11 strikes. Another choke 12th is present in the area of a flow channel 19th formed, which has an upper pressure chamber 20th with a lower pressure chamber 21 connects. The flow channel 19th thus enables pressure equalization when the armature moves up or down. About that in the flow channel 19th trained throttle 22nd hydraulic damping of the armature movement can also be achieved.

In der 9 ist eine Abwandlung der Ausführungsform der 8 dargestellt. Anstelle der Restluftspaltscheibe 11 weist der Anker 3 eine gegenüber dem Durchmesser des Ankers 3 deutlich reduzierte Ringfläche 12 als Anschlagfläche auf.In the 9 is a modification of the embodiment of FIG 8th shown. Instead of the residual air gap disc 11 the anchor points 3rd one opposite the diameter of the anchor 3rd significantly reduced ring area 12th as a stop surface.

10 zeigt eine erfindungsgemäße Fluidfördereinrichtung 2 mit zwei erfindungsgemäßen Magnetventilen 1, die unterschiedlich aufgebaut sind und ein Einlassventil 23 sowie ein Auslassventil 24 ausbilden. Das Einlassventil 23 dient der Befüllung eines Kompressionsraums 28 mit einem Fluid, das mit Hilfe einer den Kompressionsraum 28 begrenzenden Membran 27 verdichtet und nach dem Verdichten über das Auslassventil 24 aus dem Kompressionsraum 28 abgeführt wird. 10 shows a fluid delivery device according to the invention 2 with two solenoid valves according to the invention 1 , which are constructed differently and an inlet valve 23 as well as an exhaust valve 24 form. The inlet valve 23 is used to fill a compression room 28 with a fluid that with the help of a compression chamber 28 limiting membrane 27 compressed and after compression via the outlet valve 24 from the compression room 28 is discharged.

Das Einlassventil 23 ist analog dem Magnetventil 1 der 7 ausgebildet und weist zudem ein Dichtelement 14 gemäß der 5 auf. Zwecks Vermeidung von Wiederholungen wird daher auf die Beschreibung der 5 und 7 verwiesen.The inlet valve 23 is analogous to the solenoid valve 1 the 7th formed and also has a sealing element 14th according to the 5 on. In order to avoid repetition, reference is therefore made to the description of 5 and 7th referenced.

Das Auslassventil 24 ist analog dem Magnetventil 1 der 1 ausgeführt und weist zusätzlich ein Dichtelement 14 gemäß der 6 auf, so dass auf die Beschreibung der 1 und 6 verwiesen wird.The exhaust valve 24 is analogous to the solenoid valve 1 the 1 executed and additionally has a sealing element 14th according to the 6th on so that on the description of the 1 and 6th is referred.

Die vorstehend in Verbindung mit den einzelnen Figuren beschriebenen Maßnahmen zur Geräuschminderung und/oder -vermeidung können jeweils einzeln oder in unterschiedlichen Kombinationen ein- bzw. umgesetzt werden. Die Erfindung ist demnach nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Weitere Ausführungsformen sind möglich.The measures for reducing and / or avoiding noise described above in connection with the individual figures can each be implemented or implemented individually or in different combinations. The invention is therefore not limited to the exemplary embodiments shown in the figures. Other embodiments are possible.

Claims

Magnetventil (1) für eine Fluidfördereinrichtung (2), umfassend einen hubbeweglichen Anker (3), eine Feder (4) zum Vorspannen des Ankers (3) und eine ringförmige Magnetspule (5) zum Erzeugen einer Magnetkraft, die der Federkraft der Feder (4) entgegenwirkt, wobei in die ringförmige Magnetspule (5) ein Jochkern (6) eingesetzt ist, der gemeinsam mit dem Anker (3) einen Arbeitsluftspalt (7) begrenzt, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (3) und der Jochkern (6) gegengleich gestufte Konturen (8, 9) aufweisen, die bei einem Hub des Ankers (3) ineinandergreifen und zur Ausbildung mindestens eines Radialspalts (10) zwischen dem Anker (3) und dem Jochkern (6) führen.Solenoid valve (1) for a fluid delivery device (2), comprising a stroke-movable armature (3), a spring (4) for pretensioning the armature (3) and an annular magnetic coil (5) for generating a magnetic force that is equal to the spring force of the spring (4 ) counteracts, wherein a yoke core (6) is inserted into the ring-shaped magnet coil (5), which together with the armature (3) delimits a working air gap (7), characterized in that the armature (3) and the yoke core (6) are opposite to each other have stepped contours (8, 9) which interlock when the armature (3) is lifted and lead to the formation of at least one radial gap (10) between the armature (3) and the yoke core (6).

Magnetventil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gegengleich gestuften Konturen (8, 9) mindestens einfach gestuft sind.Solenoid valve (1) Claim 1 , characterized in that the contours (8, 9), which are stepped in opposite directions, are stepped at least once.

Magnetventil (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Arbeitsluftspalt (7) eine Restluftspaltscheibe (11) angeordnet ist, wobei vorzugsweise die Restluftspaltscheibe (11) zumindest bereichsweise aus einem Elastomermaterial und/oder aus einem Metall gefertigt ist.Solenoid valve (1) Claim 1 or 2 , characterized in that a residual air gap disk (11) is arranged in the working air gap (7), the residual air gap disk (11) preferably being made at least in some areas from an elastomer material and / or from a metal.

Magnetventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (3) eine durch die gestufte Kontur (8) begrenzte stirnseitige Ringfläche (12) als Anschlagfläche aufweist.Solenoid valve (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the armature (3) has an end-face annular surface (12) delimited by the stepped contour (8) as a stop surface.

Magnetventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (3) ein mit einem Dichtsitz (13) zusammenwirkendes Dichtelement (14) aufweist, das aus einem Elastomermaterial gefertigt ist, und/oder der Dichtsitz (13) ein Dichtelement (15) ist, das aus einem Elastomermaterial gefertigt ist.Solenoid valve (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the armature (3) has a sealing element (14) which interacts with a sealing seat (13) and is made of an elastomer material, and / or the sealing seat (13) has a sealing element (15) made of an elastomeric material.

Magnetventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (3) über eine Hülse (16) geführt ist.Solenoid valve (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the armature (3) is guided over a sleeve (16).

Magnetventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (3) über eine nicht-magnetische Folie (17) geführt ist, die zwischen ihm und einer Führung (18), beispielsweise der Hülse (16), angeordnet ist.Solenoid valve (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the armature (3) is guided over a non-magnetic film (17) which is arranged between it and a guide (18), for example the sleeve (16) .

Magnetventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Anker (3) ein Strömungskanal (19) ausgebildet ist, der beidseits des Ankers (3) liegende Druckräume (20, 21) verbindet, wobei vorzugsweise der Strömungskanal (19) in zumindest einem Abschnitt eine Drossel (22) ausbildet.Solenoid valve (1) according to one of the preceding claims, characterized in that a flow channel (19) is formed in the armature (3) which connects pressure spaces (20, 21) lying on both sides of the armature (3), wherein preferably the flow channel (19) forms a throttle (22) in at least one section.

Fluidfördereinrichtung (2) mit einem Einlassventil (23) und einem Auslassventil (24), wobei das Einlassventil (23) und/oder das Auslassventil (24) ein Magnetventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ist.Fluid delivery device (2) with an inlet valve (23) and an outlet valve (24), wherein the inlet valve (23) and / or the outlet valve (24) is a solenoid valve (1) according to one of the preceding claims.

Verfahren zum Betreiben eines Magnetventils (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem zum Einwirken auf einen hubbeweglichen Anker (3), der mittels der Federkraft einer Feder (4) vorgespannt ist, eine Magnetspule (5) bestromt wird und beim Stromlosschalten der Magnetspule (5) eine Löschspannung angelegt wird oder auf Anlegen einer Löschspannung verzichtet wird.Method for operating a solenoid valve (1) according to one of the Claims 1 to 8th , in which a solenoid (5) is energized to act on a lifting armature (3) which is pretensioned by means of the spring force of a spring (4) and, when the solenoid (5) is de-energized, an extinguishing voltage is applied or no extinguishing voltage is applied becomes.