DE19809047A1 - Magnetventil für eine flüssigkeitsgeregelte Heiz- und/oder Kühlanlage - Google Patents
Magnetventil für eine flüssigkeitsgeregelte Heiz- und/oder KühlanlageInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einem Magnetventil für eine flüs
sigkeitsgeregelte Heiz- und/oder Kühlanlage mit den Merkmalen
des Oberbegriffs von Anspruch 1.
Derartige Magnetventile werden insbesondere bei flüssigkeits
geregelten Wärmetauschern für Heiz- und/oder Klimaanlagen in
Kraftfahrzeugen verwendet. Sie können in Abhängigkeit von
Temperaturen in der Heiz- und/oder Klimaanlage oder einem
Fahrgastraum getaktet angesteuert werden, wobei durch den
mittleren Zeitquerschnitt im wesentlichen der Durchfluß be
stimmt wird. Durch den Flüssigkeitsdruck und/oder eine Ven
tilfeder wird das Ventilglied des Magnetventils geöffnet und
durch eine erregte Magnetspule des Magnetventils geschlossen,
indem sie auf einen mit dem Ventilschaft verbundenen Anker
wirkt. Der Raum, in dem der Anker angeordnet ist, ist nicht
hermetisch abgedichtet, sondern mit Flüssigkeit gefüllt. Da
durch soll die Bewegung des Ankers hydraulisch gedämpft wer
den, um ein abruptes Schließen und damit verbundene Druckstö
ße im Flüssigkeitssystem zu vermeiden. Ferner werden Geräu
sche sowie Verschleiß verhindert, die entstehen, wenn das
Ventilglied ungedämpft auf den Ventilsitz aufschlägt. Die
Dämpfungswirkung ist jedoch durch Gasblasen, insbesondere
Luftblasen, stark beeinträchtigt, die sich in dem Ankerraum
ansammeln, z. B. beim Befüllen des Systems. Ferner können die
Magnetventile als Umschaltventile eingesetzt werden, die den
Kühlmittelstrom von einer Brennkraftmaschine in der einen
Schaltstellung kurzschließen und in einer zweiten Schaltstel
lung über einen Wärmetauscher leiten.
Es ist aus der DE 195 37 067 C1 bekannt, bei einem Magnetven
til, das in einer Vorlaufleitung eines Heizungswärmetauschers
angeordnet ist, unter Ausnutzung des Druckgefälles zwischen
der Vorlaufleitung und der Rücklaufleitung den Ankerraum des
Magnetventils zu durchströmen, um die Luftblasen aus dem An
kerraum zu entfernen und die damit verbundenen Nachteile zu
vermeiden. Hierzu ist eine Entlüftungsleitung zwischen dem
Ankerraum und der Rücklaufleitung vorgesehen, während über
einen Ringspalt zwischen dem Anker und der Spule des Magnet
ventils Flüssigkeit von einer Vorlaufleitung in die Entlüf
tungsleitung strömt und verhindert, daß sich im Ankerraum
Luftblasen ansammeln.
Es ist ferner aus der DE-PS 34 16 465 bei einem Magnetventil
bekannt, einen Ankerraum über einen axialen Kanal in einem
Ankerschaft mit einem Leitungsabschnitt zu verbinden, der auf
der dem Ankerraum zugewandten Seite des Ventilglieds liegt.
Durch die Pumpwirkung des Ankers während der Ventilbetätigung
soll Luft aus dem Ankerraum verdrängt und Flüssigkeit ange
saugt werden. Wegen der Kompressibilität der Luft findet al
lerdings nicht immer ein ausreichender Flüssigkeitsaustausch
zwischen dem Ankerraum und dem Leitungsabschnitt statt und
die Luft kann unter Umständen im oberen, ringförmigen Teil
des Ankerraums eingeschlossen bleiben.
Nach der Erfindung steht der Ankerraum des Magnetventils mit
Leitungsabschnitten unterschiedlichen Druckniveaus in Verbin
dung, so daß der Ankerraum durchflutet und Luft- oder Gasbla
sen entfernt werden. Da sich die Luftblasen im oberen Bereich
des Ankerraums sammeln, ist es zweckmäßig, daß dieser Bereich
gut durchflutet wird und der Abfluß in diesem Bereich ange
ordnet ist. Dabei wird eine Verbindung wie allgemein üblich
über Bewegungsspalte zwischen den bewegten Ventilteilen ge
bildet, während die andere Verbindung über einen axialen Ka
nal im Ventilschaft hergestellt wird. Bevorzugt wird das
Druckgefälle am Ventilglied selbst ausgenutzt, wobei je nach
Ventilgestaltung der Zufluß über die axiale Bohrung und der
Abfluß über die Spalte erfolgen kann oder umgekehrt. Ferner
ermöglicht die erfindungsgemäße Gestaltung kurze Verbindungen
ohne zusätzliche Leitungen außerhalb des Ventils und ist so
wohl für Ventilanordnungen in der Vorlaufleitung als auch in
der Rücklaufleitung des Wärmetauschers anwendbar.
Bei Magnetventilen, bei denen mittels eines zweiten Ventil
glieds ein Bypasskanal zwischen dem Zulaufkanal und dem Rück
laufkanal gesteuert wird, ist es zweckmäßig, das Druckgefälle
zwischen dem Ablaufkanal und dem Bypasskanal oder dem Rück
laufkanal zu nutzen. Hierzu führt der axiale Kanal im Ventil
schaft bis zum Rücklaufkanal oder weist zwischen den zwei
Ventilgliedern eine Querbohrung auf, um entweder eine Verbin
dung zwischen dem Ankerraum und dem Rücklaufkanal oder zwi
schen dem Ankerraum und dem Zulaufkanal bzw. Bypasskanal her
zustellen.
Damit das Magnetventil nicht durch Schmutzpartikel und Abla
gerungen im Ankerraum zu stark belastet wird, ist es sinn
voll, die Durchströmung des Ankerraums zu begrenzen, indem
der axiale Kanal oder die Querbohrung eine Drosselstelle auf
weist oder selbst als Drosselstelle ausgebildet ist. Ferner
kann eine Membran vorgesehen werden, die mit einer Dichtlippe
an dem Ventilschaft anliegt und so dimensioniert ist, daß sie
den Durchfluß durch den Ankerraum bestimmt und im Stillstand
verhindert, daß der Ankerraum leerläuft.
Da die Durchflußmenge infolge Leckage durch den Wärmetauscher
bei geschlossenem Magnetventil unter einem vorgegebenen
Grenzwert gehalten werden muß, ergeben sich unter Umständen
so kleine Drosselspalte und Drosselbohrungen, daß diese durch
Schmutzpartikel zugesetzt werden können. In diesem Fall ist
die Funktion nicht mehr gewährleistet. Nach einer Ausgestal
tung der Erfindung wird daher der Durchfluß durch den Anker
raum in Schließstellung des Magnetventils unterbrochen, d. h.
soweit eingeschränkt, daß der zulässige Leckagedurchfluß
nicht überschritten wird. Hierzu weist das ankerraumseitige
Ende des Ventilschafts einen Bund auf, der in Schließstellung
des Magnetventils eine Öffnung verschließt, indem er in die
ser Position an einem nach innen gerichteten Rand eines An
schlags anliegt, der die Öffnung bildet.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dar
gestellt. In der Beschreibung und in den Ansprüchen sind
zahlreiche Merkmale im Zusammenhang dargestellt und beschrie
ben. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch
einzeln betrachten und zu sinnvollen Kombinationen zusammen
fassen.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes
Magnetventil,
Fig. 2 ein vergrößertes Detail entsprechend der Linie
II in Fig. 1,
Fig. 3 eine Variante mit einem Bypasskanal zwischen
einem Zulaufkanal und einem Rücklaufkanal und
Fig. 4 einen Querschnitt durch ein Magnetventil, das
als Umschaltventil eingesetzt ist.
Das Magnetventil 10 nach Fig. 1 und Fig. 3 ist in der Regel
zwischen einer Brennkraftmaschine und einem Heizungswärmetau
scher in einer Vorlaufleitung angeordnet. Es besitzt einen
Zulaufkanal 12, der mit der Brennkraftmaschine verbunden ist
und einen Ablaufkanal 14, der mit dem Heizungswärmetauscher
66 verbunden ist. Zwischen den Kanälen 12, 14 ist ein Ventil
glied 18 vorgesehen, das über einen Ventilkegel 20 mit einem
Ventilsitz 22 in einen Ventilgehäuse 16 zusammenwirkt und in
einer ersten Schaltstellung die Verbindung zwischen dem Zu
laufkanal 12 und dem Ablaufkanal 14 herstellt und in einer
zweiten Schaltstellung, der Schließstellung, sperrt.
Das Ventilglied 18 sitzt auf einem Ventilschaft 26, auf dem
ein Anker 32 befestigt ist, der mit einer Magnetspule 28 zu
sammenwirkt und in einem Ankerraum 54 durch eine Führungs
büchse 40 axial verschiebbar geführt ist. Ein Anschlag 36, an
dem der Ventilschaft 26 in geöffneter Stellung des Magnetven
tils 10 anliegt (Fig. 1), verschließt die Führungsbüchse 40
und damit den Ankerraum 54 stirnseitig. Ein Querkanal 56 am
ankerraumseitigen Ende des Ventilschafts 26 stellt die Ver
bindung auch dann sicher, wenn der Ventilschaft 26 in geöff
neter Stellung an dem Anschlag 36 anliegt. Der Anschlag 36
wird zweckmäßigerweise aus einem dämpfenden Kunststoffmateri
al hergestellt. Bei der Ausführung nach Fig. 3 stützt sich
das Ventilglied 18 in geöffneter Stellung über ein Distanz
stück 58 mit Vorsprüngen 74 an einer Membrandichtung 50 ab,
die an einer Stützwand 72 anliegt. Durch die Membrandichtung
50 wird der Aufprall gedämpft.
Eine Ventilfeder 24 hält zusammen mit dem Flüssigkeitsdruck
im Zulaufkanal 12 das Ventilglied 18 in geöffneter Stellung,
solange die Magnetspule 28 nicht erregt ist. Wenn die Magnet
spule 28 erregt wird, zieht ein Magnetkern 30, der mit der
Platte 72, dem Topf 34 und der Büchse 40 den Magnetkreis bil
det, den Anker 32 entgegen der Kraft der Ventilfeder 24 und
dem Flüssigkeitsdruck im Zulaufkanal 12 an und das Ventil
glied 18 verschließt die Verbindung zwischen dem Zulaufkanal
12 und dem Ablaufkanal 14. Zwischen dem Anker 32 und der Füh
rungsbüchse 40 sowie dem Ventilschaft 26 und dem Magnetkern
30 sind für die freie Bewegung des Ankers 32 und des Ventil
schafts 26 Bewegungsspalte 80 vorgesehen, die zumindest zeit
weise eine Verbindung zwischen dem Ankerraum 54 und dem Ab
laufkanal 14 bilden. Der Ankerraum 54 ist ferner über einen
axialen Kanal 48 mit dem Zulaufkanal 12 verbunden (Fig. 1 und 3).
Aufgrund des Druckgefälles zwischen dem Zulaufkanal 12 und
dem Ablaufkanal 14, insbesondere in der Schließstellung des
Magnetventils 10, strömt Flüssigkeit über den axialen Kanal
48 und die Bewegungsspalte 80 durch den Ankerraum 54 und ent
fernt dadurch Luft- bzw. Gasansammlungen im Ankerraum 54, so
daß stets die gewünschte hydraulische Dämpfung des Magnetven
tils 10 gewährleistet ist. Der Anker 32 ist axial durch einen
Rand 78 verlängert, durch den die Bewegungsspalte 80 bis in
den oberen Bereich des Ankerraums 54 reichen.
Der Durchsatz an Flüssigkeit durch den Ankerraum 54 kann
durch eine definierte Drosselstelle im axialen Kanal 48 oder
in einer Querbohrung 60 (Fig. 3) bestimmt werden, um Ablage
rungen von Schmutz zu vermeiden oder die Leckagemenge bei ge
schlossenem Magnetventil 10 zu begrenzen. Allerdings kann
auch der axial Kanal 48 oder die Querbohrung 60 selbst zur
Begrenzung des Durchflusses so dimensioniert werden, daß sie
als Drosselstellen wirken. Wird der Ankerraum 54 von den Be
wegungsspalten 80 zum axialen Kanal 48 durchströmt, können
Schmutzteilchen auch durch eine Membrandichtung 50 abgehalten
werden, die mit einer Dichtlippe 52 am Ventilschaft 26 an
liegt. Die Dichtlippe 52, die bei einer vorgegebenen Druck
differenz den Durchfluß gestattet, liegt im Stillstand dich
tend an und verhindert, daß sich der Ankerraum 54 über die
Bewegungsspalte 80 entleert.
Um die Durchflußwege für die Durchströmung des Ankerraums 54
ausreichend weit dimensionieren zu können, damit sich keine
Schmutzpartikel festsetzen und die Durchflußwege verstopfen,
und damit trotzdem die Leckagemenge im geschlossenen Zustand
des Magnetventils 10 einen zulässigen Wert nicht überschrei
tet, wird der Durchfluß durch den Ankerraum 54 (Fig. 1) bei
geschlossenem Magnetventil 10 unterbrochen. Hierzu weist der
Ventilschaft 26 an seinem ankerraumseitigen Ende einen Bund
84 auf. Dieser hat bei geöffneten Magnetventil 10 einen axia
len Abstand zu einem nach innen gerichteten Kragen 86 des An
schlags 36, der eine Öffnung 88 bildet, durch die der Ventil
schaft 26 reicht. Der axiale Kanal 48 ist somit bei geöffne
tem Magnetventil 10 über den Querkanal 56, die Öffnung 88 und
den Ankerraum 54 mit den Bewegungsspalten 80 verbunden. Wird
das Magnetventil 10 geschlossen, kommt der Bund 84 an dem
Rand 86 zur Anlage und verschließt die Öffnung 88, so daß bei
geschlossenem Magnetventil 10 der Durchfluß durch den Anker
raum 54 unterbrochen bzw. soweit beschränkt ist, daß der zu
lässige Leckagewert nicht überschritten wird. Bei den Ausfüh
rungen nach Fig. 3 und Fig. 4 ist ein Anschlag 38 und das
entsprechende Ende des Ventilschafts 26 einfacher gestaltet,
jedoch ist es auch bei diesen Ausführungen mögliche diese
Bauteile entsprechend der Fig. 1 und Fig. 2 auszugestalten.
Die Magnetspule 28 befindet sich in einem Magnettopf 34, der
auf einem Ventilgehäuse 16 dichtend befestigt ist. Zur Ab
dichtung kann die Membrandichtung 50 verwendet werden. Zu
sätzlich sind Dichtungsringe 82 vorgesehen.
Bei der Ausführung des Magnetventils 10 nach Fig. 3 ist zwi
schen dem Zulaufkanal 12 und einem Rücklaufkanal 42, der den
Rücklauf des Wärmetauschers 66 mit der Brennkraftmaschine
verbindet, ein Bypasskanal 44 vorgesehen, der von einem
Bypassventilglied 46 gesteuert wird. Dieses sitzt auf dem
verlängerten Ventilschaft 26 und öffnet, wenn der Druck im
Zulaufkanal 12 auf das Bypassventilglied 46 die Kraft der
Ventilfeder 24 übersteigt oder die Magnetspule 28 das Ventil
glied 18 schließt. Der axiale Kanal 48 kann durch den ganzen
Ventilschaft 26 geführt sein und in den Rücklaufkanal 42 mün
den. In diesem Fall besteht ein Druckgefälle zwischen dem Ab
laufkanal 14 und dem Rücklaufkanal 42, so daß der Ankerraum
54 über die Bewegungsspalte 80 und dann über den axialen Ka
nal 48 zum Rücklaufkanal 42 durchströmt wird.
Es besteht aber auch eine alternative Möglichkeit darin, daß
der axiale Kanal 48 nur bis in den Bereich des Bypasskanals
44 oder des Zulaufkanals 12 reicht und über eine Querbohrung
60 mit dem Bypasskanal 44 oder dem Zulaufkanal 12 verbunden
ist. Aufgrund des Druckgefälles zwischen der Querbohrung 60
und dem Ablaufkanal 14 wird der Ankerraum 54 in Richtung Ab
laufkanal 14 durchströmt.
Das in Fig 4 dargestellte Magnetventil 10 ist ein Umschalt
ventil, das in einer Rücklaufleitung 76 von einem Wärmetau
scher 66 zu einer Pumpe 62 angeordnet ist, die von einer
Brennkraftmaschine 64 angetrieben ist. Bei ihm hält die Ven
tilfeder 24 ein Druckventilglied 70 in Schließstellung, so
daß die Pumpe 62 Kühlflüssigkeit über den Wärmetauscher 66 zu
einem Zulaufkanal 12 des Magnetventils 10 fördert. Die Ver
bindung zwischen dem Zulaufkanal 12 und dem Ablaufkanal 14
wird von dem Ventilglied 18 gesteuert, das in dem Ventil
schaft 26 begrenzt axial beweglich geführt ist. Ist die Ma
gnetspule 28 stromlos, öffnet der Druck im Zulaufkanal 12 das
Ventilglied 18 und das Kühlmittel strömt vom Wärmetauscher 66
zur Pumpe 62 zurück. Wird die Magnetspule 28 erregt, öffnet
das Druckventilglied 70 und das Ventilglied 18 wird durch den
Ventilschaft 26 geschlossen. Dadurch fördert die Pumpe 62 im
Kurzschluß über das Magnetventil 10, ohne daß Kühlmittel
durch den Wärmetauscher 66 fließt.
Der Ankerraum 54 wird über die Bewegungsspalte 80 und den
axialen Kanal 48 durchströmt, der entweder über die Spalte an
der Führung des Ventilglieds 18 oder über die Querbohrung 60
mit dem Ablaufkanal 14 verbunden ist.
Die Erfindung ist somit für eine Vielzahl von Ventilvarianten
und Ventilanordnungen anwendbar, ohne daß aufwendige Änderun
gen erforderlich sind.
10
Magnetventil
12
Zulaufkanal
14
Ablaufkanal
16
Ventilgehäuse
18
Ventilglied
20
Ventilkegel
22
Ventilsitz
24
Ventilfeder
26
Ventilschaft
28
Magnetspule
30
Magnetkern
32
Anker
34
Magnettopf
36
Anschlag
38
Anschlag
40
Führungsbüchse
42
Rücklaufkanal
44
Bypasskanal
46
Bypassventilglied
48
axialer Kanal
50
Membrandichtung
52
Dichtlippe
54
Ankerraum
56
Querkanal
58
Distanzstück
60
Querbohrung
62
Pumpe
64
Brennkraftmaschine
66
Wärmetauscher
68
Anschlußkanal
70
Druckventilglied
72
Stützwand
74
Vorsprung
76
Rücklaufleitung
78
Rand
80
Bewegungsspalt
82
Dichtungsring
84
Bund
86
Rand
88
Öffnung
Claims (11)
1. Magnetventil (10) für eine flüssigkeitsgeregelte
Heiz- und/oder Kühlanlage mit einem mindestens einen Zulaufka
nal (12) und mindestens einen Ablaufkanal (14) aufweisen
den Ventilgehäuse (16) und einem elektromagnetisch ge
schalteten Ventilglied (18), das zusammen mit einem Anker
(32) auf einem Ventilschaft (26) befestigt ist und die
Verbindung zwischen dem Zulaufkanal (12) und dem Ablauf
kanal (14) in einer Schaltstellung herstellt und in einer
anderen Schaltstellung sperrt, wobei der Ventilschaft
(26) mit dem Anker (32) in einen Ankerraum (54) taucht,
der über Bewegungsspalte (80) mindestens zeitweise von
Flüssigkeit durchströmt ist, indem er mit Leitungsab
schnitten der Heiz- und/oder Kühlanlage verbunden ist,
die ein unterschiedliches Druckniveau aufweisen, dadurch
gekennzeichnet, daß der Ankerraum (54) über die Bewe
gungsspalte (80) mit einem Leitungsabschnitt auf der ihm
zugewandten Seite und über einen axialen Kanal (48) im
Ventilschaft (26) mit einem Leitungsabschnitt auf der von
ihm abgewandten Seite des Ventilglieds (18) verbunden
ist.
2. Magnetventil (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß der Leitungsabschnitt auf der von dem Ankerraum
(54) abgewandten Seite des Ventilglieds (18) der Zulauf
kanal (12) ist und die Bewegungsspalte (80) bis in den
oberen Bereich des Ankerraums (54) reichen.
3. Magnetventil (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß der Leitungsabschnitt auf der von dem Ankerraum
(54) abgewandten Seite des Ventilglieds (18) der Ablauf
kanal (14) ist und der axiale Kanal (48) bis in den obe
ren Bereich des Ankerraums (54) reicht.
4. Magnetventil (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich
net, daß der Ventilschaft (26) auf der vom Ankerraum (54)
abgewandten Seite des Ventilglieds (18) verlängert ist
und ein Bypassventilglied (46) trägt, das einen Bypasska
nal (44) zwischen dem Zulaufkanal (12) und einem Rück
laufkanal (42) öffnet bzw. sperrt, und daß der axiale Ka
nal (48) den Ankerraum (54) mit dem Rücklaufkanal (42)
verbindet.
5. Magnetventil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Kanal (48)
eine Querbohrung (60) aufweist, die die Verbindung zu ei
nem Leitungsabschnitt herstellt.
6. Magnetventil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Kanal (48)
oder die Querbohrung (60) eine Drosselstelle aufweist
oder als Drosselstelle ausgebildet ist.
7. Magnetventil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß eine Membrandichtung
(50) mit einer Dichtlippe (52) an dem Ventilschaft (26)
auf der dem Ankerraum (54) zugewandten Seite des Ventil
glieds (18) anliegt, die den Durchfluß durch den Anker
raum (54) begrenzt und ein Leerlaufen des Ankerraums (54)
im Stillstand verhindert.
8. Magnetventil (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich
net, daß das Ventilglied (18) ein Distanzstück (58) auf
weist, das in geöffneter Stellung des Ventilglieds (18)
die Membrandichtung (50) außerhalb der Dichtlippe (52)
gegen eine Stützwand (72) drückt.
9. Magnetventil (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich
net, daß das Distanzstück (58) am Ventilglied (18) ange
formt ist und sich axial erstreckende Vorsprünge (74)
aufweist.
10. Magnetventil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchfluß durch den
Ankerraum (54) in der Schließstellung des Ventilgliedes
(18) unterbrochen ist.
11. Magnetventil (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich
net, daß der Ventilschaft (26) an seinem ankerraumseiti
gen Ende einen Bund (84) hat, der von einem nach innen
gerichteten Rand (86) eines Anschlags (36) umgriffen wird
und eine vom Rand (86) gebildete Öffnung (88) schließt,
wenn sich das Ventilglied (18) in Schließstellung befin
det.
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