WO2018007166A1 - Axial durchströmbares fluidventil - Google Patents

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WO2018007166A1
WO2018007166A1 PCT/EP2017/065502 EP2017065502W WO2018007166A1 WO 2018007166 A1 WO2018007166 A1 WO 2018007166A1 EP 2017065502 W EP2017065502 W EP 2017065502W WO 2018007166 A1 WO2018007166 A1 WO 2018007166A1
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WO
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armature
valve
core
fluid
fluid valve
Prior art date
Application number
PCT/EP2017/065502
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English (en)
French (fr)
Inventor
Andre Kornfeld
Roman MORAWIETZ
Besart Sadiku
Original Assignee
Pierburg Gmbh
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K1/00—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces
    • F16K1/12—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces with streamlined valve member around which the fluid flows when the valve is opened
    • F16K1/123—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces with streamlined valve member around which the fluid flows when the valve is opened with stationary valve member and moving sleeve
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K27/00—Construction of housing; Use of materials therefor
    • F16K27/02—Construction of housing; Use of materials therefor of lift valves
    • F16K27/029—Electromagnetically actuated valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/02—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
    • F16K31/06—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a magnet, e.g. diaphragm valves, cutting off by means of a liquid
    • F16K31/0644—One-way valve
    • F16K31/0651—One-way valve the fluid passing through the solenoid coil

Definitions

  • the invention relates to an axial flow Bares fluid valve, in particulardeffenabsperrventil, with an electromagnet having a coil, a core and an armature and magnetic yokes, a housing in which the electromagnet is arranged, an inlet nozzle, which at a first axial end of the Housing is mounted and in which a Umströmungs phenomenon is arranged, which has a valve seat, an outlet nozzle which is fixed to an opposite axial end of the housing and a flow-through tube which is secured to the armature.
  • Such fluid valves are also referred to as coaxial valves, hydraulic valves ordeementabsperrventile. These fluid valves are used, for example, to shutdown or release a coolant path in a motor vehicle, on the one hand to ensure the fastest possible heating of the flow-through aggregates and on the other hand to prevent their overheating.
  • coaxial valves are used, which produce acceptable pressure losses with reduced weight and small installation space and at the same time provide a sufficient flow cross-section. Due to the small sizes and consequently small and light moving parts, the power consumption of these fluid valves is relatively low.
  • Such a coaxial valve is known for example from EP 1 255 066 A2.
  • This valve has a tube serving as a closing body, which is fixed radially inside an armature of the electromagnet and extends through the core to the opposite axial end of the electromagnet.
  • an outlet connection piece is fastened to the housing of the electromagnet, in which a flow-around body with valve seat is formed, onto which the pipe can be placed for closing the flow cross-section.
  • a lubricant Outside the tube between the anchor and the core.
  • a spring is additionally arranged, which loads the tube via the armature in its closed position, so that it is a normally closed valve.
  • a similar, but normally open coaxial valve is disclosed in DE 197 29 553 AI.
  • the space in which the armature is arranged to be movable is also sealed off here from the fluid to be delivered.
  • a closed valve is understood to mean a valve in which a fluid flow is interrupted by the bearing of a closure member on the valve seat. When the fluid valve is open, a complete pressure equalization over the moving parts is established.
  • the tube abuts axially against the armature and an annular end of the armature facing away from the tube and an annular end of the tube facing away from the armature have a same diameter, wherein the two annular axial ends are usable as bearing surfaces, which with a valve seat interact.
  • This allows a two-sided closure by the tube or by the anchor by forming an opposite valve seat.
  • the inlet connection and the outlet connection can be fastened on both sides of the housing, so that either the annular support surface of the anchor or the annular support surface of the tube cooperates with the valve seat of the flow body. In this way it is possible, with identical components used to design the fluid valve either as a normally open or normally closed fluid valve, which depending on the installation location or function the same components can be used and always the energetically favorable design can be used.
  • the core has a radially inner annular recess which is axially bounded by the contact surface of the compression spring on the core, whereby in this construction, the spring for opening or closing the fluid valve requires no additional space.
  • the compression spring is with its core to the opposite axial end against an annular projection of the armature, which at least partially immersed in the annular recess of the core when energizing the electromagnet.
  • the armature preferably has a radial groove in which a non-magnetizable stop ring is arranged, against which the core in the energized state of the electromagnet rests. Accordingly, ei n small distance between the core and the anchor is maintained even in the energized position, whereby egg n n adherence of the core is reliably prevented.
  • egg n support ring is clamped between the Umströmungsharm and the housing, the radially inner region is arranged axially opposite to the sealing ring.
  • This support ring serves to guide the fluid under pressure loss in the open state of the fluid valve.
  • ei ne easy assembly of the seals is achieved because ei ne good accessibility during assembly is ensured.
  • the sleeve has at its first axial end ei ne annular radially extending constriction, which is arranged opposite to the anchor and at the opposite axial end ei ne step-shaped extension, which engages around an annular projection of the outlet or the support ring of the inlet nozzle and at the Radially outside a seal is arranged, which bears radially against a projection of the housing i nnen.
  • This sleeve thus limits the fluid-filled space in the interior of the coil.
  • the movement of the armature is limited by the sleeve.
  • the fluid is prevented from entering the coil.
  • the sealing ring for sealing the interior of the sleeve relative to the inlet nozzle is designed as a lip seal, the lip ends facing axially to the support ring and the lip carrier rests against the constriction of the sleeve or against the core. Accordingly, the position of the sealing ring is fixed in the fluid valve and thus the space in the sleeve relative to the inlet side in the closed state of the fluid valve reliably sealed, because such arranged lip seals improve their pressure at elevated pressure Sealing effect by the contact pressure of the sealing lips is increased to the opposite housing by the pressure gradient.
  • a radially inner sealing lip of the lip sealing ring bears radially against the armature or the tube, and a radially outer sealing lip bears radially against the annular projection of the support ring.
  • the electromagnetic circuit can be made small, thereby reducing both power consumption and manufacturing costs.
  • a fluid valve consisting of identical components can be constructed both as a normally open and as a normally closed fluid valve, whereby the possible applications and installation locations are expanded. Two embodiments of inventive axially throughflow fluid valves are shown in the figures and will be described below with reference to their use as a cooling water shutoff valve.
  • Figure 1 shows a side view of a fluid valve according to the invention in normally open version in a sectional view.
  • FIG. 2 shows a side view of a fluid valve according to the invention in normally closed version in a sectional view.
  • the invention axially flow-through bare fluid valve has an electromagnet 10, which is arranged in a housing 12.
  • the electromagnet 10 consists of a coil 14 which is wound on a bobbin 16, and return elements 18, 20, 22, which by two arranged at the axial ends of the bobbin 16 return plates 18, 20 and a coil 14 surrounding the yoke 22 are formed.
  • a sleeve 24 is fixed, in the interior of which a core 26 of the 5 electromagnet 10 is fixed and in which an armature 28 of the electromagnet 10 is slidably mounted.
  • a plug 30 is formed on the housing 12, the electrical contact lugs 32 extend through the housing 12 to the coil 14.
  • the core 26 has a radially inner, open to the sleeve 24, circumferential recess 34 which viewed from the armature 28 extends to a contact surface 36 against which a compression spring 38 abuts, which under bias at its opposite end against a
  • annular projection 40 of the armature 28 rests and surrounds the sleeve 24 in this area.
  • the radially inner annular projection 40 at the axial end 41 of the armature 28 is formed corresponding to a conical projection 42 extending from the recess 34 of the core 26 in the radially outer region, whereby the armature
  • a circumferential radial groove 44 is formed at the end of the projection 40 of the armature 28, in which a non-magnetizable stop ring 46th
  • the tube 48 In the radially inner region of the annular projection 40 of the armature 28, this is connected to a tube 48 which extends through the core 26 and 30 is moved with the armature 28.
  • the armature 28 has a nozzle-like constriction 50 at its end facing the tube 48.
  • the tube 48 continues in the radially inner region of the compression spring 38 initially to an extension 52, behind which the tube 48 has the same diameter as a tube 48 facing away from the end 54 of the armature 28, which as well as an armature 28 facing away from the end 56 of the tube 48 has a thin annular surface which serves as a bearing surface for a corresponding valve seat 58 may serve, which is arranged in an inlet port 60.
  • the housing 12 of the fluid valve has at its axial ends axially extending annular projections 62, 64, which are each surrounded by a corresponding annular projection 66, 68 of the inlet nozzle 60 and an outlet nozzle 70 directly with the interposition of an O-ring 72.
  • the inlet nozzle 60 and the outlet nozzle 70 can be fastened by laser welding, for example.
  • the outlet port 70 also has in its radially inner region on an axially extending annular projection 74 which surrounds the projection 62 of the housing 12 from the inside and in the fluid valve shown in Figure 1 surrounds the axial end 54 of the armature 28 and radially within the Projection 64 is arranged as well as in the fluid valve shown in Figure 2, the axial end 56 of the tube 48 immediately surrounding and radially disposed within the projection 62.
  • the inlet port 60 has a shoulder 76 through which an outer peripheral ring 77 of a Umströmungsianus 78 and an outer periphery of a support ring 80 in the attachment of the inlet nozzle 60 against the annular projection 62 of the housing 12 in the embodiment of Figure 1 and the projection 64 of the housing 12 is clamped in the embodiment of Figure 2, so that the support ring 80 and the Umströmungsianu 78, which simultaneously forms the valve seat 58, are fixed in position.
  • the Umströmungsêt 78 is formed axially symmetrical and has a central convex inflow surface 82, to which further radially outwardly a concave inflow surface 84 connects.
  • the axially adjoining the Umströmungs 1969 78 support ring 80 which is clamped with its outer periphery between the peripheral ring 77 of the Umströmungs stressess 78 and the projection 62 of the housing 12, has a radially inner Strömungsleit Structure 90 which extends concavely radially inward and with a radial inner region 92, which extends radially and opposite to the end 54 of the armature 28 in the version according to Figure 2 and the end 56 of the tube 48 ends.
  • an annular projection 94th In the transition region between the concave part and the radially extending part of the flow guide 90 extends from the axially opposite side of the support ring 80, an annular projection 94th
  • this annular projection is radially surrounded by a step-shaped extension 96 at the end of the sleeve 24 and lies radially inwardly against one end of the core 26 and a sealing ring 98 resting axially against the core 26 and formed as a lip seal. at.
  • this step-shaped widening 96 of the sleeve 24 is surrounded by a seal 100 which rests in the radially outer region against the projection 62 of the housing 12.
  • the lip sealing ring 98 abuts against the axial end of the core 26 with its radially extending lip support 102.
  • two sealing lips 104, 106 extend from the radial ends, of which the radially inner sealing lip 104 rests against the tube 48 from radially outside and the radially outer sealing lip 106 rests against the projection 94 of the support ring 80.
  • the lip ends 108 are oriented opposite to the radially inner region 92 of the support ring 80.
  • the inlet port 60 are arranged with the Umströmungsêt 78 and the support ring 80 and the lip seal 98 at the other end of the housing 12. Accordingly, the lip seal 98 rests with its lip support against an annular, radially extending constriction 110 of the sleeve 24, which limits the displacement of the armature 28 to the inlet port 60.
  • the radially inner sealing lip 104 is correspondingly radially against the thin end 54 of the armature 28 at.
  • This structure means for both embodiments that a space 112 between the axial end 41 of the armature 28 and the core 26, in which the compression spring 38 is disposed, is always filled with a fluid which has a pressure equal to the pressure at the outlet port 70 corresponds, as the lip valve 98 prevents the inflow of the fluid from the inlet port 60 along the end 54 of the armature in the embodiment of Figure 2 or along the axial end 56 of the tube 48 in the embodiment of Figure 1 in this space 112 is because the sealing lips 104, 106 are pressed by the higher pressure on this side radially against the radially inner and outer components, against which they rest.
  • the fluid passes accordingly only from the outlet port 70 along the gap between the tube 48 and 2 and along the gap between the sleeve 24 and the armature 28 in the space 112, which is correspondingly filled with fluid, while through the seal 100 and a seal 114, which on the armature side between the sleeve 24 and the projection 64 of the housing 12, a fluid flow to the electromagnet 10 in the outer region of the sleeve 26 is reliably prevented. Since the movable elements armature 28 and pipe 48 are completely on the side at which the outlet pressure prevails, this fluid valve can be switched with low electromagnetic forces, since there is a pressure equalization on the moving parts, so that only the restoring force of the compression spring 38 is overcome must be to switch the fluid valve.
  • the size and the energy consumption of the fluid valve can be reduced.
  • the pressure across the gap will spread in the shortest possible time, whereby a pressure equalization of the moving parts of the fluid valve is created, so that only the existing friction and the spring force must be overcome for switching.
  • the inlet connection 60 including the bypass body 78 and the support ring 80 and the lip sealing ring 98 can be exchanged with the outlet connection 70, with the result that this fluid valve, without having to use other components, is designed to be both normally closed and normally open can be.
  • the electromagnet 10 must be energized to close the fluid valve so that the end 56 of the tube 48 rests on the valve seat 58 of the flow body 78, whereas in the exemplary embodiment according to FIG Lift end 54 of the armature 28 from the valve seat 58.

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Abstract

Axial durchströmbare Fluidventile, insbesondere Kühlmittelabsperrventile, mit einem Elektromagneten (10), der eine Spule (14), einen Kern (26) und einen Anker (28) sowie magnetische Rückschlusselemente (18, 20, 22) aufweist, einem Gehäuse (12), in dem der Elektromagnet (10) angeordnet ist, einem Einlassstutzen (60),der an einem ersten axialen Ende des Gehäuses (12) befestigt ist undin dem ein Umströmungskörper (78) angeordnet ist, der einen Ventilsitz (58) aufweist, einem Auslassstutzen (70), der an einem entgegengesetzten axialen Ende des Gehäuses (12) befestigt ist und einem durchströmbaren Rohr (48), welches am Anker (28) befestigt ist,sind bekannt. Um einerseits ein solches Ventil mit geringer elektromagentischer Kraft schalten zu können und andererseits als stromlos offenes oder geschlossenes Fluidventil bauen zu können, ohne Teile ändern zu müssen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass der Anker (28) in einer Hülse (24) geführt ist, deren Inneres gegenüber dem Einlassstutzen (60) mittels eines Dichtringes (98) abgedichtet ist und zum Auslassstutzen (70) eine fluidische Verbindung aufweist, so dass ein Raum (112) zwischen dem Anker (28) und dem Kern (26) mit Fluid gefüllt ist, dessen Druck dem Druck am Auslassstutzen (70) entspricht.

Description

B E S C H R E I B U N G
Axial durchströmbares Fluidventil
Die Erfindung betrifft ein axial durchström bares Fluidventil, insbesondere Kühlmittelabsperrventil, mit einem Elektromagneten, der eine Spule, einen Kern und einen Anker sowie magnetische Rückschlusselemente aufweist, einem Gehäuse, in dem der Elektromagnet angeordnet ist, einem Einlassstutzen, der an einem ersten axialen Ende des Gehäuses befestigt ist und in dem ein Umströmungskörper angeordnet ist, der einen Ventilsitz aufweist, einem Auslassstutzen, der an einem entgegengesetzten axialen Ende des Gehäuses befestigt ist und einem durchströmbaren Rohr, welches am Anker befestigt ist.
Derartige Fluidventile werden auch als Koaxialventile, Hydraulikventile oder Kühlwasserabsperrventile bezeichnet. Diese Fluidventile dienen beispielswiese zur Abschaltung oder Freigabe eines Kühlmittelweges in einem Kraftfahrzeug, um einerseits eine möglichst schnelle Aufheizung der durchströmbaren Aggregate sicherzustellen und andererseits deren Überhitzung zu verhindern. Um eine solche Applikation möglichst kostengünstig ausführen zu können, muss einerseits eine möglichst druckverlustarme Durchströmung des Fluidventils sichergestellt werden, um die aufzubringende Pumpleistung möglichst gering zu halten und andererseits der Stromverbrauch des Fluidventils, welches üblicherweise elektromagnetisch betätigt wird, möglichst gering gehalten werden, um keine zusätzliche Energie zu verbrauchen. Aus diesen Gründen werden Koaxialventile verwendet, welche bei reduziertem Gewicht und geringem Bauraum vertretbare Druckverluste erzeugen und gleichzeitig einen ausreichenden Durchströmungsquerschnitt zur Verfügung stellen. Durch die geringen Baugrößen und daraus folgend kleinen und leichten beweglichen Teilen, ist auch der Stromverbrauch dieser Fluidventile relativ gering.
Ein derartiges Koaxialventil ist beispielswiese aus der EP 1 255 066 A2 bekannt. Dieses Ventil weist ein als Schließkörper dienendes Rohr auf, welches radial innerhalb eines Ankers des Elektromagneten befestigt ist und sich durch den Kern zum entgegengesetzten axialen Ende des Elektromagneten erstreckt. Ankerseitig ist am Gehäuse des Elektromagneten ein Auslassanschlussstutzen befestigt, in dem ein Umströmungskörper mit Ventilsitz ausgebildet ist, auf den das Rohr zum Verschluss des Strömungsquerschnitts aufsetzbar ist. Außerhalb des Rohres zwischen dem Anker und dem Kern befindet sich ein Schmiermittel. In diesem ölgefüllten Raum ist zusätzlich eine Feder angeordnet, die das Rohr über den Anker in seine Schließstellung belastet, so dass es sich um ein stromlos geschlossenes Ventil handelt.
Ein ähnliches, jedoch stromlos offenes Koaxialventil wird in der DE 197 29 553 AI offenbart. Der Raum, in dem der Anker beweglich angeordnet ist, ist auch hier gegenüber dem zu fördernden Fluid abgedichtet.
Bei diesen bekannten Koaxialventilen bilden sich jeweils abgeschlossene Räume beidseits des Ankers, so dass dieser entsprechend des in diesen Räumen wirkenden Drucks belastet wird. Hierdurch kann je nach Bauform entweder eine Schließkraft des Fluidventils gesenkt oder verstärkt werden, so dass entweder ein ungewolltes Öffnen nicht zu verhindern ist oder größere Stellkräfte benötigt werden. Zusätzlich ist es je nachdem, ob das Fluidventil voraussichtlich häufiger in seiner geschlossenen oder seiner geöffneten Position verharrt entweder sinnvoller das Fluidventil als stromlos offenes Fluidventil oder als stromlos geschlossenes Fluidventil zu verbauen.
Es stellt sich daher die Aufgabe, ein axial durchström bares Fluidventil bereit zu stellen, welches möglichst druckausgeglichen geschaltet werden kann, um den Energieverbrauch zu senken und schnelle Schaltzeiten zu ermöglichen und möglichst geringen Bauraum benötigt. Zusätzlich soll es ermöglicht werden dieses Fluidventil sowohl als stromlos offenes als auch als stromlos geschlossenes Fluidventil zu verwenden, ohne andere Bauteile verbauen zu müssen.
Diese Aufgabe wird durch ein axial durchström bares Fluidventil mit den Merkmalen des Hauptanspruchs 1 gelöst.
Dadurch, dass der Anker in einer Hülse geführt ist, deren Inneres im geschlossenen Zustand des Fluidventils gegenüber dem Einlassstutzen mittels eines Dichtringes abgedichtet ist und zum Auslassstutzen eine fluidische Verbindung aufweist, so dass ein Raum zwischen dem Anker und dem Kern mit Fluid gefüllt ist, dessen Druck im geschlossenen Zustand dem Druck am Auslassstutzen entspricht, wird ein bezüglich der bewegten Teile druckausgeglichenes Fluidventil geschaffen, welches mit einer geringen elektromagnetischen Kraft geschaltet werden kann. Zusätzlich weist dieses Fluidventil bei kleinem Bauraum einen hohen Durchfluss auf. Unter geschlossenem Ventil wird im Sinne der Anmeldung ein Ventil verstanden, bei dem durch Auflage eines Verschlussgliedes auf dem Ventilsitz ein Fluidstrom unterbrochen ist. Bei geöffnetem Fluidventil stellt sich ein vollständiger Druckausgleich über die beweglichen Teile ein.
Vorzugsweise liegt das Rohr axial gegen den Anker an und ein vom Rohr weg weisendes ringförmiges Ende des Ankers und ein vom Anker weg weisendes ringförmiges Ende des Rohres weisen einen gleichen Durchmesser auf, wobei die beiden ringförmigen axialen Enden als Auflageflächen nutzbar sind, welche mit einem Ventilsitz zusammenwirken. Dies ermöglicht einen beidseitigen Verschluss durch das Rohr beziehungsweise durch den Anker durch Ausbildung eines gegenüberliegenden Ventilsitzes. In einer hierzu weiterführenden Ausbildung sind der Einlassstutzen und der Auslassstutzen jeweils beidseits des Gehäuses befestigbar, so dass entweder die ringförmige Auflagefläche des Ankers oder die ringförmige Auflagefläche des Rohres mit dem Ventilsitz des Umströmungskörpers zusammenwirkt. Auf diese Weise wird es möglich, bei identischen verwendeten Bauteilen das Fluidventil entweder als stromlos offenes oder als stromlos geschlossenes Fluidventil auszubilden, wodurch je nach Einbauort oder Funktion gleiche Bauteile verwendet werden können und immer die energetisch günstigere Bauweise genutzt werden kann.
Zusätzlich ist es vorteilhaft, wenn am Kern eine zum Anker weisende Anlagefläche ausgebildet ist, gegen die eine Druckfeder anliegt, deren entgegengesetztes Ende gegen ein axiales Ende des Ankers anliegt, da in diesem Fall eine der Endstellungen des Fluidventils ohne Energieverbrauch zuverlässig gehalten werden kann.
In einer hierzu weiterführenden vorteilhaften Ausführungsform weist der Kern eine radial innere ringförmige Ausnehmung auf, die durch die Anlagefläche der Druckfeder am Kern axial begrenzt ist, wodurch bei dieser Bauweise die Feder zum Öffnen oder Schließen des Fluidventils keinen zusätzlichen Bauraum benötigt.
In einer hierzu erneut weiterführenden Ausbildung der Erfindung liegt die Druckfeder mit ihrem zum Kern entgegengesetzten axialen Ende gegen einen ringförmigen Vorsprung des Ankers an, der bei Bestromung des Elektromagneten zumindest teilweise in die ringförmige Ausnehmung des Kerns eintaucht. Durch eine derartige Ausbildung wird die Anziehungskraft zwischen Anker und Kern bei gleichbleibender Bestromung erhöht, so dass eine kleinere Spule verwendet werden kann, um eine gleiche Betätigungskraft zu erzeugen.
Des Weiteren weist der Anker vorzugsweise eine Radialnut auf, in der ein nicht magnetisierbarer Anschlagring angeordnet ist, gegen den der Kern im bestromten Zustand des Elektromagneten anliegt. Entsprechend bleibt ei n geringer Abstand zwischen dem Kern und dem Anker auch i n der bestromten Stellung erhalten, wodurch ei n Haften des Ankers am Kern zuverlässig verhindert wird .
Zusätzlich ist es vorteilhaft, wenn zwischen dem Umströmungskörper und dem Gehäuse ei n Stützring eingeklemmt ist, dessen radial innerer Bereich axial gegenüberliegend zum Dichtring angeordnet ist. Dieser Stützring dient einer druckverlustarmen Führung des Fluids im geöffneten Zustand des Fl uidventils. Gleichzeitig wird ei ne leichte Montage der Dichtungen erzielt, da ei ne gute Erreichbarkeit bei der Montage sichergestellt wird .
Vorzugsweise weist die Hülse an ihrem ersten axialen Ende ei ne ringförmige sich radial erstreckende Einschnürung auf, die gegenüberliegend zum Anker angeordnet ist und am entgegengesetzten axialen Ende ei ne stufenförmige Erweiterung auf, die einen ringförmigen Vorsprung des Auslassstutzens oder des Stützringes des Einlassstutzens umgreift und an deren radialen Außenseite eine Dichtung angeordnet ist, die radial von i nnen gegen einen Vorsprung des Gehäuses anliegt. Diese Hülse begrenzt somit den flu idgefüllten Raum i m Inneren der Spule. Gleichzeitig wird die Bewegung des Ankers durch die Hülse begrenzt. M ittels der zwischengelegten Dichtung wird ei n Eindringen des Flu ids i n die Spule verhindert.
Besonders vorteilhaft ist der Dichtring zur Abdichtung des Inneren der Hülse gegenüber dem Einlassstutzen als Lippendichtring ausgeführt, dessen Lippenenden axial zum Stützring weisen und dessen Lippenträger gegen die Einschnürung der Hülse oder gegen den Kern anliegt. Entsprechend ist die Lage des Dichtrings i m Fl uidventil fixiert und somit der Raum i n der Hülse gegenüber der Einlassseite i m geschlossenen Zustand des Fl uidventi ls zuverlässig abgedichtet, denn derartig angeordnete Lippendichtringe verbessern bei erhöhtem Druck auch ihre Dichtwirkung, indem durch das Druckgefälle die Anpresskraft der Dichtlippen zum gegenüberliegenden Gehäuse erhöht wird.
Vorzugsweise liegt eine radial innere Dichtlippe des Lippendichtrings radial gegen den Anker oder das Rohr an, und eine radial äußere Dichtlippe radial gegen den ringförmigen Vorsprung des Stützrings an. Auf diese Weise wird eine hochwirksame Dichtung gegenüber dem Einlassstutzen erzeugt. Es wird somit ein axial durchström bares Fluidventil, insbesondere Kühlmittelabsperrventil, geschaffen, welches bei sehr guter Durchflusscharakteristik sehr wenig Bauraum benötigt. Auch kann der elektromagnetische Kreis klein ausgelegt werden, wodurch sowohl der Energieverbrauch als auch die Herstellkosten gesenkt werden. Nicht zuletzt kann ein aus gleichen Bauteilen bestehendes Fluidventil sowohl als stromlos offenes als auch als stromlos geschlossenes Fluidventil aufgebaut werden, wodurch die Einsatzmöglichkeiten und Einbauorte erweitert werden. Zwei Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer axial durchströmbarer Fluidventile, sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden anhand Ihrer Verwendung als Kühlwasserabsperrventil beschrieben.
Figur 1 zeigt eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Fluidventils in stromlos offener Version in geschnittener Darstellung.
Figur 2 zeigt eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Fluidventils in stromlos geschlossener Version in geschnittener Darstellung. Das erfindungsgemäße axial durchström bare Fluidventil weist einen Elektromagneten 10 auf, der in einem Gehäuse 12 angeordnet ist. Der Elektromagnet 10 besteht aus einer Spule 14, die auf einen Spulenträger 16 gewickelt ist, sowie Rückschlusselementen 18, 20, 22, welche durch zwei an den axialen Enden des Spulenträgers 16 angeordnete Rückschlussbleche 18, 20 sowie ein die Spule 14 umgebendes Joch 22 gebildet werden. Im Innern des Spulenträgers 16 beziehungsweise des Gehäuses 12 ist eine Hülse 24 befestigt, in deren Innern ein Kern 26 des 5 Elektromagneten 10 befestigt ist und in der ein Anker 28 des Elektromagneten 10 gleitbeweglich angeordnet ist. Zur Bestromung der Spule 14 ist am Gehäuse 12 ein Stecker 30 ausgebildet, dessen elektrische Kontaktfahnen 32 sich durch das Gehäuse 12 zur Spule 14 erstrecken.
10
Der Kern 26 weist eine radial innere, zur Hülse 24 offene, umfängliche Ausnehmung 34 auf, welche sich vom Anker 28 aus betrachtet bis an eine Anlagefläche 36 erstreckt, gegen die eine Druckfeder 38 anliegt, welche unter Vorspannung an ihrem entgegengesetzten Ende gegen einen
15 ringförmigen Vorsprung 40 des Ankers 28 anliegt und die Hülse 24 in diesem Bereich umgibt. Der radial innere ringförmige Vorsprung 40 am axialen Ende 41 des Ankers 28 ist korrespondierend zu einem sich von der Ausnehmung 34 des Kerns 26 im radial äußeren Bereich erstreckenden konischen Vorsprung 42 ausgebildet, wodurch der Anker
20 28 bei Bestromung der Spule 14 teilweise in den Kern 26 eintauchen kann. Um ein Anschlagen des Ankers 28 am Kern 26 und ein daraus folgendes Haften des Ankers 28 am Kern 26 zu verhindern, ist am Ende des Vorsprungs 40 des Ankers 28 eine umlaufende Radialnut 44 ausgebildet, in der ein nicht magnetisierbarer Anschlagring 46
25 angeordnet ist, gegen den der Kern 26 im bestromten Zustand anliegt.
Im radial inneren Bereich des ringförmigen Vorsprungs 40 des Ankers 28 ist dieser mit einem Rohr 48 verbunden, welches sich durch den Kern 26 30 erstreckt und mit dem Anker 28 bewegt wird. Der Anker 28 weist an seinem zum Rohr 48 weisenden Ende eine düsenartige Einschnürung 50 auf. Mit diesem Querschnitt setzt sich das Rohr 48 im radial inneren Bereich der Druckfeder 38 zunächst bis zu einer Erweiterung 52 fort, hinter der das Rohr 48 den gleichen Durchmesser aufweist, wie ein vom Rohr 48 weg weisendes Ende 54 des Ankers 28, welches ebenso wie ein vom Anker 28 weg weisendes Ende 56 des Rohres 48 eine dünne ringförmige Fläche aufweist, welche als Auflagefläche für einen korrespondierenden Ventilsitz 58 dienen kann, welcher in einem Einlassstutzen 60 angeordnet ist.
Das Gehäuse 12 des Fluidventils weist an seinen axialen Enden sich axial erstreckende ringförmige Vorsprünge 62, 64 auf, die jeweils von einem korrespondierenden ringförmigen Vorsprung 66, 68 des Einlassstutzens 60 sowie eines Auslassstutzens 70 unmittelbar unter Zwischenlage eines O-Rings 72 umgriffen werden. Auf diesen Vorsprüngen 62, 64 können entsprechend der Einlassstutzen 60 und der Auslassstutzen 70 beispielsweise durch Laserschweißen befestigt werden.
Der Auslassstutzen 70 weist auch in seinem radial weiter innenliegenden Bereich einen sich axial erstreckenden ringförmigen Vorsprung 74 auf, der den Vorsprung 62 des Gehäuses 12 von innen umgreift und bei dem in Figur 1 dargestellten Fluidventil das axiale Ende 54 des Ankers 28 umgibt und radial innerhalb des Vorsprungs 64 angeordnet ist sowie beim in Figur 2 dargestellten Fluidventil das axiale Ende 56 des Rohres 48 unmittelbar umgibt und radial innerhalb des Vorsprungs 62 angeordnet ist.
Der Einlassstutzen 60 weist einen Absatz 76 auf, über den ein äußerer Umfangsring 77 eines Umströmungskörpers 78 sowie ein äußerer Umfang eines Stützrings 80 bei der Befestigung des Einlassstutzens 60 gegen den ringförmigen Vorsprung 62 des Gehäuses 12 beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 und den Vorsprung 64 des Gehäuses 12 beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 geklemmt wird, so dass der Stützring 80 und der Umströmungskörper 78, der gleichzeitig den Ventilsitz 58 bildet, in ihrer Lage fixiert sind. Der Umströmungskörper 78 ist achssymmetrisch ausgebildet und weist eine mittlere konvexe Anströmfläche 82 auf, an die sich weiter radial außen liegend eine konkave Anströmfläche 84 anschließt. Diese geht über einen Radius in eine zunächst im radial äußeren Bereich konvexe Abströmfläche 86 über, von der aus sich nach radial außen vier Stege 89 erstrecken, über die der Umströmungsbereich des Umströmungskörpers am Umfangsring 77 befestigt ist und zwischen denen der Fluidstrom von der Anströmseite zur Abströmseite und damit in das Rohr 48 beziehungsweise den hohlen Anker 28 gelangen kann. An die konvexe Abströmfläche 86 schließt sich ein planer Bereich an, der den Ventilsitz 58 bildet und von dem aus sich eine konkave Abströmfläche 88 bis zur Mittelachse des Umströmungskörpers 78 erstreckt.
Der sich axial an den Umströmungskörper 78 anschließende Stützring 80, welcher mit seinem Außenumfang zwischen dem Umfangsring 77 des Umströmungskörpers 78 und dem Vorsprung 62 des Gehäuses 12 eingeklemmt ist, weist eine radial innere Strömungsleitfläche 90, welche sich konkav nach radial innen erstreckt und mit einem radial inneren Bereich 92, der sich radial erstreckt und gegenüberliegend zum Ende 54 des Ankers 28 bei der Version gemäß Figur 2 beziehungsweise zum Ende 56 des Rohres 48 endet. Im Übergangsbereich zwischen dem konkaven Teil und dem sich radial erstreckenden Teil der Strömungsleitfläche 90 erstreckt sich von der axial gegenüberliegenden Seite des Stützrings 80 ein ringförmiger Vorsprung 94.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der Figur 1 wird dieser ringförmige Vorsprung von einer stufenförmigen Erweiterung 96 am Ende der Hülse 24 radial umgeben und liegt radial innen gegen ein Ende des Kerns 26 und einen axial gegen den Kern 26 anliegenden Dichtring 98, der als Lippendichtring ausgebildet ist, an. Im radial äußeren Bereich wird diese stufenförmige Erweiterung 96 der Hülse 24 von einer Dichtung 100 umgeben, der im radial äußeren Bereich gegen den Vorsprung 62 des Gehäuses 12 anliegt. Der Lippendichtring 98 liegt mit seinem sich radial erstreckenden Lippenträger 102 gegen das axiale Ende des Kerns 26 an. Vom Lippenträger 102 aus erstrecken sich an den radialen Enden zwei Dichtlippen 104, 106, wovon die radial innere Dichtlippe 104 von radial außen gegen das Rohr 48 anliegt und die radial äußere Dichtlippe 106 gegen den Vorsprung 94 des Stützrings 80 anliegt. Die Lippenenden 108 sind gegenüberliegend zum radial inneren Bereich 92 des Stützrings 80 orientiert.
Bei der Ausführung gemäß Figur 2 werden die gleichen Bauteile verwendet, jedoch werden der Einlassstutzen 60 mit dem Umströmungskörper 78 und dem Stützring 80 sowie dem Lippendichtring 98 am anderen Ende des Gehäuses 12 angeordnet. Entsprechend liegt der Lippendichtring 98 mit seinem Lippenträger gegen eine ringförmige, sich radial erstreckende Einschnürung 110 der Hülse 24 an, welche den Verstellweg des Ankers 28 zum Einlassstutzen 60 begrenzt. Die radial innere Dichtlippe 104 liegt entsprechend radial gegen das dünne Ende 54 des Ankers 28 an.
Dieser Aufbau bedeutet für beide Ausführungsbeispiele, das ein Raum 112 zwischen dem axialen Ende 41 des Ankers 28 und dem Kern 26, in dem auch die Druckfeder 38 angeordnet ist, immer mit einem Fluid gefüllt ist, welches einen Druck aufweist, der dem Druck am Auslassstutzen 70 entspricht, da durch den Lippendichtring 98 bei geschlossenem Ventil ein Einströmen des Fluids vom Einlassstutzen 60 entlang des Endes 54 des Ankers bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 oder entlang des axialen Endes 56 des Rohres 48 beim Ausführungsbeispiel gemäß der Figur 1 in diesen Raum 112 verhindert wird, da die Dichtlippen 104, 106 durch den an dieser Seite höheren Druck radial gegen die radial inneren und äußeren Bauteile gedrückt werden, gegen die sie anliegen. Das Fluid gelangt entsprechend lediglich vom Auslassstutzen 70 entlang des Spaltes zwischen dem Rohr 48 und dem Kern 26 in Figur 2 beziehungsweise entlang des Spaltes zwischen der Hülse 24 und dem Anker 28 in den Raum 112, der entsprechend mit Fluid gefüllt ist, während durch die Dichtung 100 sowie eine Dichtung 114, welche sich ankerseitig zwischen der Hülse 24 und dem Vorsprung 64 des Gehäuses 12 befindet, ein Fluidstrom zum Elektromagneten 10 im Außenbereich der Hülse 26 zuverlässig verhindert wird. Da sich die beweglichen Elemente Anker 28 und Rohr 48 vollständig auf der Seite befinden, an der der Auslassdruck herrscht, kann dieses Fluidventil mit geringen elektromagnetischen Kräften geschaltet werden, da ein Druckausgleich an den beweglichen Teilen vorliegt, so dass lediglich die Rückstellkraft der Druckfeder 38 überwunden werden muss, um das Fluidventil zu schalten. So kann die Baugröße sowie der Energieverbrauch des Fluidventils reduziert werden. Sobald das Ventil geöffnet wird, wird sich der Druck über die Spalte in kürzester Zeit ausbreiten, wodurch ein Druckausgleich an den bewegten Teilen des Fluidventils entsteht, so dass zum Schalten lediglich die vorhandene Reibung sowie die Federkraft überwunden werden müssen.
Durch diesen besonderen Aufbau kann der Einlassstutzen 60 inklusive des Umströmungskörpers 78 und des Stützringes 80 sowie des Lippendichtringes 98 mit dem Auslassstutzen 70 getauscht werden, was zur Folge hat, dass dieses Fluidventil, ohne andere Bauteile verwenden zu müssen sowohl stromlos geschlossen als auch stromlos offen ausgeführt werden kann. Beim Ausführungsbeispiel gemäß der Figur 1 muss zum Verschluss des Fluidventils der Elektromagnet 10 bestromt werden, damit das Ende 56 des Rohres 48 auf dem Ventilsitz 58 des Umströmungskörpers 78 aufliegt, während bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der Figur 2 der Elektromagnet 10 betätigt werden muss, um das Ende 54 des Ankers 28 vom Ventilsitz 58 abzuheben.
Es sollte deutlich sein, dass der Schutzbereich des vorliegenden Hauptanspruchs nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt ist, sondern verschiedene Modifikationen möglich sind. Beispielsweise müssen die beiden Auflageflächen nicht unbedingt gleich sein, sondern können sich gegebenenfalls zur Einstellung der Druckverlustkurven voneinander unterscheiden. Auch kann bei dem in Figur 1 dargestellten, stromlos offenen Ventil gegebenenfalls auf den Anschlagring verzichtet werden, da der maximale Hub des Ankers zum Kern durch den Abstand zwischen dem Ventilsitz und dem Rohr eingestellt werden kann.

Claims

Pierburg GmbH, 41460 Neuss
P A T E N T A N S P R Ü C H E
Axial durchström bares Fluidventil, insbesondere
Kühlmittelabsperrventil mit
einem Elektromagneten (10), der eine Spule (14), einen Kern (26) und einen Anker (28) sowie magnetische Rückschlusselemente (18, 20, 22) aufweist,
einem Gehäuse (12), in dem der Elektromagnet (10) angeordnet ist, einem Einlassstutzen (60), der an einem ersten axialen Ende des Gehäuses (12) befestigt ist und in dem ein Umströmungskörper (78) angeordnet ist, der einen Ventilsitz (58) aufweist,
einem Auslassstutzen (70), der an einem entgegengesetzten axialen Ende des Gehäuses (12) befestigt ist und
einem durchströmbaren Rohr (48), welches am Anker (28) befestigt ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Anker (28) in einer Hülse (24) geführt ist, deren Inneres im geschlossenen Zustand des Fluidventils gegenüber dem Einlassstutzen (60) mittels eines Dichtringes (98) abgedichtet ist und zum Auslassstutzen (70) eine fluidische Verbindung aufweist, so dass ein Raum (112) zwischen dem Anker (28) und dem Kern (26) mit Fluid gefüllt ist, dessen Druck im geschlossenen Zustand dem Druck am Auslassstutzen (70) entspricht.
Axial durchström bares Fluidventil, insbesondere
Kühlmittelabsperrventil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Rohr (48) axial gegen den Anker (28) anliegt und ein vom Rohr (48) weg weisendes ringförmiges Ende (54) des Ankers (28) und ein vom Anker (28) weg weisendes ringförmiges Ende (56) des Rohres (48) einen gleichen Durchmesser aufweisen, wobei die beiden ringförmigen axialen Enden (54, 56) als Auflageflächen nutzbar sind, welche mit dem Ventilsitz (58) zusammenwirken.
Axial durchström bares Fluidventil, insbesondere
Kühlmittelabsperrventil nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Einlassstutzen (60) und der Auslassstutzen (70) jeweils beidseits des Gehäuses (12) befestigbar sind, so dass entweder die ringförmige Auflagefläche (54) des Ankers (28) oder die ringförmige Auflagefläche (56) des Rohres (28) mit dem Ventilsitz (58) des Umströmungskörpers (78) zusammenwirkt.
Axial durchström bares Fluidventil, insbesondere
Kühlmittelabsperrventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
am Kern (26) eine zum Anker (28) weisende Anlagefläche (36) ausgebildet ist, gegen die eine Druckfeder (38) anliegt, deren entgegengesetztes Ende gegen ein axiales Ende (41) des Ankers (28) anliegt.
Axial durchströmbares Fluidventil, insbesondere
Kühlmittelabsperrventil nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Kern (26) eine radial innere ringförmige Ausnehmung (34) aufweist, die durch die Anlagefläche (36) der Druckfeder (38) am Kern (26) axial begrenzt ist.
Axial durchström bares Fluidventil, insbesondere
Kühlmittelabsperrventil nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Druckfeder (38) mit ihrem zum Kern (26) entgegengesetzten axialen Ende gegen einen ringförmigen Vorsprung (40) am Ende (41) des Ankers (28) anliegt, der bei Bestromung des Elektromagneten (10) zumindest teilweise in die ringförmige Ausnehmung (34) des Kerns (26) eintaucht.
Axial durchström bares Fluidventil, insbesondere
Kühlmittelabsperrventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
der Anker (28) eine Radialnut (44) aufweist, in der ein nicht magnetisierbarer Anschlagring (46) angeordnet ist, gegen den der Kern (26) im bestromten Zustand des Elektromagneten (10) anliegt.
Axial durchström bares Fluidventil, insbesondere
Kühlmittelabsperrventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen dem Umströmungskörper (78) und dem Gehäuse (12) ein Stützring (80) eingeklemmt ist, dessen radial innerer Bereich (92) axial gegenüberliegend zum Dichtring (98) angeordnet ist.
Axial durchström bares Fluidventil, insbesondere
Kühlmittelabsperrventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Hülse (24) an ihrem ersten axialen Ende eine ringförmige, sich radial erstreckende Einschnürung (110) aufweist, die gegenüberliegend zum Anker (28) angeordnet ist und am entgegengesetzten axialen Ende eine stufenförmige Erweiterung (96) aufweist, die einen ringförmigen Vorsprung (74) des Auslassstutzens (70) oder einen ringförmigen Vorsprung (94) des Stützringes (80) des Einlassstutzens (60) umgreift und an deren radialen Außenseite eine Dichtung (100) angeordnet ist, die radial von innen gegen einen Vorsprung (62) des Gehäuses (12) anliegt.
Axial durchström bares Fluidventil, insbesondere
Kühlmittelabsperrventil nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass
der Dichtring (98) zur Abdichtung des Inneren der Hülse (24) gegenüber dem Einlassstutzen (60) als Lippendichtring ausgeführt ist, dessen Lippenenden (108) axial zum Stützring (80) weisen, und dessen Lippenträger (102) gegen die Einschnürung (110) der Hülse (26) oder gegen den Kern (26) anliegt.
11. Axial durchström bares Fluidventil, insbesondere
Kühlmittelabsperrventil nach einem der Ansprüche 8 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine radial innere Dichtlippe (104) des Lippendichtrings (98) radial gegen den Anker (28) oder das Rohr (48) anliegt, und eine radial äußere Dichtlippe (106) radial gegen den ringförmigen Vorsprung (94) des Stützrings (80) anliegt.
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