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Die Erfindung betrifft eine Ventileinrichtung mit einem Ventilgehäuse, das einen Ventilraum bestimmt und an dem ein Einlassanschluss und ein Auslassanschluss für einen Zufluss und einen Abfluss eines Fluids durch den Ventilraum angeordnet sind, sowie mit einem Anker, der längs einer Bewegungsachse schiebebeweglich zwischen zwei Funktionsstellungen im Ventilraum aufgenommen ist und der für eine Beeinflussung eines freien Strömungsquerschnitts für das Fluid zwischen dem Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss ausgebildet ist, sowie mit einer dem Ventilgehäuse zugeordneten Antriebseinrichtung für den Anker, die eine Permanentmagnetanordnung, mehrere Flussleitstücke und eine elektrisch betreibbare Spulenanordnung als magnetisch wirksame Komponenten umfasst und die zur Einleitung einer längs der Bewegungsachse wirkenden Stellkraft auf den Anker ausgebildet ist, wobei der Anker als Kombination der Permanentmagnetanordnung mit wenigstens einem Flussleitstück ausgebildet ist und wobei die Spulenanordnung zwei koaxial längs der Bewegungsachse angeordnete Ringspulen aufweist, die den Anker umfassen.
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Die
DE 40 12 832 A1 offenbart ein Magnetventil mit wenigstens einer Magnetspule, in der ein mit einem Ventilelement versehener Magnetanker axial verschiebbar geführt ist. Die wenigstens eine Magnetspule und der Magnetanker arbeiten als magnetkernloses Tauchanker-Magnetsystem, wobei der Magnetanker wenigstens teilweise als Permanentmagnet ausgebildet ist. Hierdurch können bei einfachem Aufbau große Stellkräfte und große Stellhübe erzielt werden, wobei die im Wesentlichen stromproportionale Kraft nahezu über dem Hubbereich konstant bleibt.
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Aus der
DE 199 00 788 A1 ist eine Antriebsvorrichtung mit einem in einem Aufnahmeraum in Hubrichtung hin- und herbewegbar gelagerten Antriebsteil bekannt. Das Antriebsteil verfügt über eine magnetisierbare Partie. Desweiteren sind eine erste Permanentmagnetanordnung und eine zweite Permanentmagnetanordnung vorgesehen, die den Aufnahmeraum einschließen. Außerdem verfügt die Antriebseinrichtung über eine zum Hervorrufen des Hubes des Antriebsteils dienende, bestrombare Spulenanordnung. Die Magnetisierungsrichtung der Permanentmagnetanordnungen verläuft quer zur Hubrichtung und die von ihnen ausgehenden Permanentmagnetfelder wirken unmittelbar auf die magnetisierbare Partie des Antriebsteils ein.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Ventileinrichtung mit kompakter Bauweise und weitem Einsatzbereich bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird für eine Ventileinrichtung der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hierbei ist vorgesehen, dass jeder Ringspule beidseitig längs der Bewegungsachse angeordnete Flussleitstücke zugeordnet sind. Hierdurch werden längs der Bewegungsachse zwei magnetische Kreise ausgebildet, die jeweils von einer Kombination aus Ringspule, beidseitig der Ringspule angeordneten Flussleitstücken und dem ebenfalls als Flussleitstück dienenden Anker bestimmt werden. Bei geeigneter Beaufschlagung der beiden Ringspulen mit elektrischer Spannung wird somit eine Einwirkung von beiden magnetischen Kreisen auf die am Anker angebrachte Permanentmagnetanordnung hervorgerufen, wodurch der Anker mit einer hohen Stellkraft längs der Bewegungsachse zwischen den beiden Funktionsstellungen verschoben werden kann.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Zweckmäßig ist es, wenn ein zwischen den Ringspulen angeordnetes Flussleitstück beiden Ringspulen zugeordnet ist. Hierdurch wird dieses Flussleitstück von beiden magnetischen Kreisen der beiden Ringspulen gemeinsam benutzt, wodurch eine kompakte Bauweise für die Ventileinrichtung erzielt werden kann. Ferner kann bei geeigneter Auswahl der magnetischen Flußrichtungen der beiden magnetischen Kreise eine Addition der magnetischen Flußdichten im Bereich dieses Flussleitstücks erreicht werden, wodurch eine vorteilhafte Krafteinleitung auf den Anker erzielt werden kann.
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Vorzugsweise umgibt das zwischen den Ringspulen angeordnete Flussleitstück in axialer Richtung betrachtet die Permanentmagnetanordnung des Ankers zumindest in einer Bewegungsposition längs der Bewegungsachse. Hierdurch wird eine vorteilhafte Einkopplung des magnetischen Flusses in die Permanentmagnetanordnung erreicht, wodurch eine wirkungsvolle Kraftübertragung von den Ringspulen auf die Permanentmagnetanordnung sichergestellt wird.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Bewegungshub für den Anker zwischen zwei voneinander beabstandeten Bewegungsendlagen derart gewählt ist, das das zwischen den Ringspulen angeordnete Flussleitstück in axialer Richtung betrachtet die Permanentmagnetanordnung des Ankers in wenigstens einer, vorzugsweise in beiden, Bewegungsendlagen umgibt. Dadurch ist zumindest über einen gewissen Bereich des Bewegungshubs, insbesondere über den vollständigen Bewegungshub, sichergestellt, dass eine vorteilhafte magnetische Kopplung zwischen dem zwischen den Ringspulen angeordneten Flussleitstück und der am Anker vorgesehenen Permanentmagnetanordnung vorliegt, so dass hierdurch die gewünschte hohe Stellkraft bei kompakter mechanischer Gestaltung der Ventileinrichtung gewährleistet werden kann.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die den Ringspulen zugeordneten Flussleitstücke an einem gemeinsamen, insbesondere einstückig ausgebildeten, Trägerelement aufgenommen sind. Hierdurch wird eine zuverlässige und exakte Positionierung der Flussleitstücke zueinander sichergestellt.
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Vorzugsweise ist das Trägerelement als Kunststoffspritzgussteil und/oder als Wickelkern für die Ringspulen ausgebildet. Bei einer Gestaltung des Trägerelements als Kunststoffspritzgussteil kann vorgesehen werden, dass die Flussleitstücke, bei denen es sich insbesondere um ringförmige Elemente aus ferromagnetischem Material handelt, in einer Spritzgussform mit Kunststoff umspritzt werden. Hierdurch wird eine präzise mechanische Ausrichtung der Flussleitstücke zueinander erreicht. Sofern das Trägerelement zusätzlich auch als Wickelkern für die Ringspulen genutzt wird, ist zudem gewährleistet, dass die Ringspulen exakt gegenüber den Flussleitstücken angeordnet sind, wodurch eine vorteilhafte Funktionsweise der Ventileinrichtung begünstigt wird.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Trägerelement mit den daran aufgenommenen Flussleitstücken und Ringspulen in einer magnetisch leitfähigen, vorzugsweise metallischen, Hülse aufgenommen sind. Hierdurch wird eine vorteilhafte Konzentration der von den beiden magnetischen Kreisen bereitstellbaren Magnetfelder auf den Anker begünstigt.
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Bevorzugt sind die Ringspulen elektrisch in Serie geschaltet und sind bezogen auf die Bewegungsachse gegenläufig gewickelt. Hiermit wird in einfacher Weise die Bereitstellung von zwei magnetischen Kreisen, die jeweils gegensinnige Flußrichtung aufweisen, ermöglicht. Dabei wird erreicht, dass die Flußrichtungen der beiden magnetischen Kreise im Bereich des mittleren, zwischen den beiden Ringspulen angeordneten Flussleitstücks in die gleiche Richtung quer zur Bewegungsachse weisen und somit die vorzugsweise in diesem Bereich angeordnete Permanentmagnetanordnung mit einem hohen Wirkungsgrad durchfluten.
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Zweckmäßig ist es, wenn die Permanentmagnetanordnung genau den einen dem Anker zugehörigen Permanentmagneten aufweist. Hierdurch wird eine einfache Aufbauweise des Ankers ermöglicht.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist eine Magnetisierung der dem Anker zugehörigen Permanentmagnetanordnung in axialer Richtung längs der Bewegungsachse ausgerichtet. Durch die Verwendung eines axial magnetisierten Permanentmagneten lassen sich im Vergleich zu einem radial magnetisierten Permanentmagneten bei niedrigeren Kosten höhere magnetische Feldstärken erzielen, so dass hierdurch sowohl im Hinblick auf die Herstellungskosten für die Ventileinrichtung als auch im Hinblick auf eine kompakte Gestaltung der Ventileinrichtung Vorteile erzielt werden können.
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Vorteilhaft ist es, wenn die Permanentmagnetanordnung am Anker und/oder die Flussleitstücke am Trägerelement ringförmig ausgebildet sind. Hierdurch kann die Permanentmagnetanordnung vom zugeordneten Flussleitstück umgriffen werden und dadurch besonders effektiv von den Magnetfeldern durchsetzt werden, die von den magnetisch wirksamen Komponenten der Antriebseinrichtung bereitgestellt werden.
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Bevorzugt ist der Anker als Kombination eines, insbesondere zylindrisch ausgebildeten, Ventilkörpers aus einem magnetisierbaren Werkstoff mit der Permanentmagnetanordnung ausgebildet. Somit dient der Anker in einer Doppelfunktion sowohl zur Beeinflussung eines freien Strömungsquerschnitts durch den Ventilraum und damit zur Steuerung des Fluidstroms zwischen Eingangsanschluss und Ausgangsanschluss als auch als Läufer für die Antriebseinrichtung.
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Vorteilhaft ist es, wenn dem Anker eine Federeinrichtung zugeordnet ist, die zur Einleitung einer längs der Bewegungsachse ausgerichteten Federkraftkomponente auf den Ventilkörper ausgebildet ist, um eine Vorzugsstellung für den Ventilkörper zu bestimmen. Die Federeinrichtung dient dazu, für den als Ventilkörper dienenden Anker, der aufgrund seiner geometrischen Ausbildung und in Wechselwirkung mit den auftretenden Magnetfeldern die Tendenz hat, wahlfrei eine von zwei Vorzugsstellungen einzunehmen, die bevorzugte der beiden Vorzugsstellungen vorzugeben. Dabei kann exemplarisch vorgesehen sein, dass der Ventilkörper in der von der Federeinrichtung vorgegebenen Vorzugsstellung den freien Strömungsquerschnitt für das Fluid zwischen dem Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss entweder blockiert (normal geschlossene Ventileinrichtung) oder freigibt (normal offene Ventileinrichtung). Vorzugsweise ist die Federeinrichtung als Wendelfeder ausgebildet und/oder zur Anlage an einem quer zur Bewegungsachse ausgerichteten Stirnflächenbereich des Ventilkörpers vorgesehen.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist eine, insbesondere einen Ventilsitz bildende, Mündungsöffnung eines mit dem Einlassanschluss oder dem Auslassanschluss fluidisch kommunizierend verbundenen Fluidkanals im Ventilraum gegenüberliegend zu einer quer zur Bewegungsachse ausgerichteten Stirnfläche des Ventilkörpers angeordnet. Hierdurch kann eine besonders kompakte mechanische Gestaltung der Ventileinheit erreicht werden.
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Zweckmäßig ist es, wenn an der Stirnfläche des Ankers ein gummielastisch ausgebildetes Dichtelement angeordnet ist und/oder wenn der Anker endseitig ausgehend von der Stirnfläche mit einem umlaufenden Rücksprung versehen ist. Das Dichtelement gewährleistet auch bei geometrischen Unzulänglichkeiten des Ventilgehäuses eine vorteilhafte Abdichtung für einen am Ventilgehäuse, insbesondere als Mündungsöffnung ausgebildeten, Ventilsitz. Der Rücksprung am Anker dient zur Vermeidung von magnetischen Kurzschlüssen in radialer Richtung zwischen dem Anker und den am Ventilgehäuse angeordneten Flussleitstücken. Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist auch in einem zentralen Bereich zwischen den beiden Stirnseiten des Ankers, insbesondere im Bereich der Permanentmagnetanordnung, ein umlaufender Rücksprung vorgesehen, der für die Vermeidung eines reibungsbehafteten Kontaktes zum gegenüberliegend angeordneten Flussleitstück dient.
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Vorzugsweise sind ein Querschnitt des Ventilraums und ein Querschnitt des Ankers derart aufeinander angepasst, dass ein Fluidstrom längs des Ankers ermöglicht wird. Hierdurch wird ein Druckausgleich zwischen den beiden im Ventilraum durch den Anker voneinander getrennten Bewegungsräumen erreicht, so dass der Anker widerstandsarm längs der Bewegungsachse verschoben werden kann und die eingenommene Stellung mit geringer Haltekraft beibehält.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind dem Anker Sensormittel zugeordnet, die eine Ermittlung einer Position des Ankers längs der Bewegungsachse ermöglichen. Bei diesen Sensormitteln handelt es sich vorzugsweise um kontaktlos arbeitende Sensoren wie einen Hall-Sensor oder eine Tauchspulenanordnung oder um einen induktiven Sensor.
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Zweckmäßig ist es, wenn eine Federkennlinie der Federeinrichtung auf eine von den Ringspulen und der Permanentmagnetanordnung bereitstellbaren Magnetkraft abgestimmt ist, dass der Anker an frei wählbare Zwischenstellungen zwischen den beiden Funktionsstellungen positionierbar ist. Somit kann die Ventileinrichtung als Proportionalventil eingesetzt werden, bei dem in Abhängigkeit von einer Druckdifferenz zwischen dem Einlassanschluss und dem Auslassanschluss und der wirksamen Ventilfläche sowie der Magneteigenschaften der Ringspulen, der Flussleitstücke, des Scheibenmagnets und der Federeinrichtung ein Kräftegleichgewicht in einer vorgebbaren Zwischenstellung des Ankers durch geeignete Energiezufuhr an die Ringspulen erreicht werden kann.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass am Ventilgehäuse ein austauschbar ausgebildeter Anschlussstutzen formschlüssig aufgerastet ist, der für eine Anpassung der Ventileinrichtung an unterschiedliche Einsatzbedingungen ausgebildet ist.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist am Trägerelement wenigstens eine Gleitfläche für eine linearbewegliche Gleitführung des Ankers ausgebildet. Vorzugsweise weist das Trägerelement zwei jeweils im Bereich der Ringspulen angeordnete, insbesondere kreiszylindrisch ausgebildete, Gleitflächen auf. Hierdurch kann eine vorteilhafte Abstützung von Kippmomenten und radialen Kräften, die durch die magnetische Wechselwirkung des Scheibenmagneten mit den Ringspulen auftreten kann, erzielt werden.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Hierbei zeigt:
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1 eine perspektivische Darstellung einer Ventileinrichtung mit einem stirnseitig angeordneten Anschlussstutzen für eine Fluidleitung und
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2 eine Ventileinrichtung mit einem Ventilgehäuse, dem zwei Ringspulen sowie drei Flussleitstücke zugeordnet sind, sowie mit einem Anker, der eine Permanentmagnetanordnung umfasst und längs einer Bewegungsachse im Ventilgehäuse verschiebbar aufgenommen ist.
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Eine in der 1 dargestellte Ventileinrichtung 1 ist exemplarisch als Vorsteuerventil für ein nicht dargestelltes, fluidisch ansteuerbares Ventil ausgebildet. Die Ventileinrichtung 1 kann wahlweise als Schaltventil mit den genau zwei Schaltzuständen „Ein” zur Freigabe eines freien Strömungsquerschnitts für das Fluid und „Aus” zur Blockierung des freien Strömungsquerschnitts für das Fluid oder alternativ als Proportionalventil mit einem proportional zu einem vorgebbaren Steuersignal beeinflussbaren freien Strömungsquerschnitt für das Fluid eingesetzt werden.
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Die Ventileinrichtung 1 umfasst ein exemplarisch im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildetes Ventilgehäuse 2, das im Wesentlichen als kreiszylindrische Hülse aus einem ferromagnetischen Material ausgebildet ist. An einem ersten Stirnbereich des Ventilgehäuses 2 sind zwei elektrische Anschlusspfosten 3, 4 angeordnet, die für eine elektrische Ankopplung an eine nicht dargestellte elektrische Spannungsquelle ausgebildet sind. An einem entgegengesetzt angeordneten Stirnbereich des Ventilgehäuses 2 ist ein Anschlussstutzen 5 ausgebildet, der einen umlaufenden Wulst 6 zur fluidischen Kopplung mit einer nicht näher dargestellten Fluidleitung aufweist. Ferner sind am Anschlussstutzen 5 mehrere bei dieser Ausführungsform als Auslassanschlüsse dienende Austrittöffnungen 7 ausgebildet, die ein Abströmen von Fluid aus der Ventileinrichtung 1 ermöglichen, wie in Zusammenhang mit der 2 noch näher erläutert wird. Bei einer nicht dargestellten Ausführungsform ist lediglich eine Austrittsöffnung vorgesehen, die in einem rohrförmigen Auslassanschluss mündet.
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Wie aus der Schnittdarstellung der 2 entnommen werden kann, sind im Ventilgehäuse 2 mehrere Baugruppen angeordnet.
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Die erste Baugruppe umfasst ein, beispielhaft als Kunststoffspritzgussteil ausgebildetes, Trägerelement 8, das exemplarisch eine kreiszylindrische Außengeometrie aufweist, die auf einen Innendurchmesser des Ventilgehäuses 2 angepasst ist. Das Trägerelement 8 dient als Wickelkörper für zwei Ringspulen 9, 10, die beispielsweise als Wicklungen eines Kupferlackdrahtes ausgebildet sein können. Vorzugsweise sind die Ringspulen 9, 10 elektrisch in Reihe geschaltet und sind gegensinnig auf das Trägerelement 8 gewickelt. Bei einer Beaufschlagung der beiden Ringspulen 9, 10 mit elektrischer Spannung erzeugen die beiden Ringspulen 9, 10 aufgrund der gegensinnigen Wicklung zwei Magnetfelder, deren Feldlinien 11, 12 in der Darstellungsebene der 2 gegensinnig zu einander verlaufen, wie dies in der 2 rein schematisch und exemplarisch dargestellt ist. Ferner ist auch rein schematisch der vom Scheibenmagnet 23 bewirkte magnetische Fluss durch das Flussleitstück 16 eingezeichnet.
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Um eine vorteilhafte lokale Bündelung der Feldlinien 11, 12 zu ermöglichen, sind am Trägerelement 8 beispielhaft insgesamt drei Flussleitstücke 15, 16 und 17 angeordnet. Die Flussleitstücke 15, 16 und 17 sind ringförmig ausgebildet und können aus einem ferromagnetischen Werkstoff, insbesondere aus Weicheisenmaterial, hergestellt sein. Bei der dargestellten Ausführungsform der Ventileinrichtung 1 ist vorgesehen, dass die Flussleitstücke 15, 16 und 17 zumindest formschlüssig, gegebenenfalls auch stoffschlüssig, am Trägerelement 8 aufgenommen sind. Dies wird vorzugsweise dadurch bewirkt, dass die Flussleitstücke 15, 16 und 17 zunächst in eine Kunststoffspritzgussform eingelegt werden und dann in einem nachfolgenden Schritt mit Kunststoff umspritzt werden, der das Trägerelement 8 bildet. Vorteilhaft ist hierbei, dass die Lage der Flussleitstücke 15, 16 und 17 durch das Einlegen in die Kunststoffspritzgussform bestimmt wird und später durch das Trägerelement 8 aufrechterhalten wird. Hierdurch können hohe Anforderungen an die Beabstandung der Flussleitstücke 15, 16 und 17 sowie an die Koaxialität der Flussleitstücke 15, 16 und 17 erfüllt werden.
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Die Flussleitstücke 15, 16 und 17 können alternativ aus einem Verbundmaterial mit ferromagnetischen Anteilen, vorzugsweise einem metallisch gefüllten Kunststoffmaterial, hergestellt sein. Hierdurch können die Flussleitstücke 15, 16 und 17 und das Trägerelement 8 exemplarisch in einem Zweikomponenten-Kunststoffspritzgussverfahren in einer gemeinsamen Kunststoffspritzgussform hergestellt werden. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass in einem ersten Fertigungsschritt die Flussleitstücke 15, 16 und 17 hergestellt werden und in einem nachfolgenden Fertigungsschritt das Trägerelement 8 hergestellt wird.
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Das zentral zwischen den beiden Ringspulen 9, 10 angeordnete Flussleitstück 16 weist exemplarisch die doppelte Breite wie die beiden Flussleitstücke 15 und 17 auf und wird, wie nachstehend noch näher beschrieben wird, von den Feldlinien beider Magnetkreise durchflossen.
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Das Trägerelement 8 und die daran aufgenommenen Flussleitstücke 15, 16 und 17 begrenzen eine Ausnehmung 18, in der ein Anker 19 längs einer Bewegungsachse 20 schiebebeweglich aufgenommen ist. Die Ausnehmung weist in einer Querschnittsebene quer zur Bewegungsachse 20 sowie quer zur Darstellungsebene der 2 einen exemplarisch kreiszylindrisch ausgebildeten Querschnitt auf. Der Anker 19 umfasst zwei im Wesentlichen gleichartig ausgebildete Flussleitstücke 21, 22 mit zumindest im Wesentlichen kreiszylindrischem Querschnitt, die koaxial zueinander ausgerichtet sind und die eine beispielhaft als Scheibenmagnet 23 in der Art einer ringförmigen Scheibe ausgebildete Permanentmagnetanordnung seitlich einfassen. Vorzugsweise sind die beiden Flussleitstücke 21, 22 derart miteinander verbunden, dass sie den Scheibenmagnet 23 kraftfrei zwischen sich aufnehmen. Hierzu kann eine formschlüssige und/oder stoffschlüssige und/oder kraftschlüssige Kopplung der beiden Flussleitstücke 21, 22 vorgesehen sein.
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Die Flussleitstücke 21, 22 sind vorzugsweise aus einem Weicheisenmaterial hergestellt und insbesondere massiv, also ohne Hohlräume, verwirklicht. Alternativ können die Flussleitstücke 21, 22 aus einem Verbundmaterial mit ferromagnetischen Anteilen, vorzugsweise einem metallisch gefüllten Kunststoffmaterial, hergestellt sein.
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Am Flussleitstück 22 ist stirnseitig ein Dichtelement 24 angebracht, das vorzugsweise aus einem gummielastischen Kunststoffmaterial hergestellt ist. Das Dichtelement ist zur abdichtenden Anlage an einem Ventilsitz 25 vorgesehen, der als Mündungsöffnung eines Fluidkanals 28 ausgebildet ist. Der Fluidkanal 28 erstreckt sich längs der Bewegungsachse 20 in einem Einsatzteil 29, das exemplarisch einstückig mit dem Trägerelement 8 ausgebildet ist und vom Anschlussstutzen 5 umgeben ist. Der Fluidkanal 28 ermöglicht eine kommunizierende fluidische Verbindung zwischen einem von außen auf den Anschlussstutzen 5 aufsteckbaren Fluidanschluss, der beispielsweise als Stufenbohrung in einem Fluidverteilergehäuse ausgebildet sein kann, und einem im Trägerelement 8 ausgebildeten Ventilraum 30. Der Ventilraum 30 ist seinerseits vom Trägerelement 8 und dem Einsatzteil 29 sowie dem Anker 19 begrenzt, wobei ein Abströmen von Fluid aus dem Ventilraum 30 in die Umgebung durch die Austrittsöffnungen 7 ermöglicht wird.
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An einem dem Anschlussstutzen 5 abgewandten Endbereich des Ventilgehäuses 2 ist ein Verschlussteil 31 mit dem Ventilgehäuse 2 und dem Trägerelement 8 derart gekoppelt, dass es die Ausnehmung 18 im Trägerelement 8 fluidisch abdichtet und als Abstützung für die beiden Anschlusspfosten 3 und 4 dient. An dem exemplarisch im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildeten Verschlussteil 31 ist angrenzend an einen kraft- und/oder stoffschlüssig in der Ausnehmung 18 aufgenommenen Halteabschnitt 32 ein Führungszapfen 33 ausgebildet, der zur Führung eines exemplarisch als Wendelfeder ausgebildeten Federelements 34 dient. Dieses Federelement 34 stützt sich auf einem ringförmigen Absatz zwischen dem Halteabschnitt 32 und dem Führungszapfen 33 längs der Bewegungsachse 20 ab und liegt mit einem zweiten Endbereich an einer im Wesentlichen kreisförmigen Stirnfläche des Flussleitstücks 21 an. Dabei ist das Federelement 34 vorzugsweise derart ausgebildet, dass es den Anker 19 in die Vorzugsstellung gemäß der 2 vorspannt. Exemplarisch ist die Ventileinrichtung somit als „normal geschlossen” oder „normal closed” (NC) ausgebildet. Bei einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform könnte das Federelement auch am Anschlussstutzen 5 abgestützt sein und den Anker 19 in eine Öffnungsstellung vorspannen. Hiermit wäre dann die Ventileinrichtung als „normal offen” oder „normal open” (NO) ausgebildet.
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Für eine Bereitstellung einer längs der Bewegungsachse 20 wirkenden Kraft auf den Anker 19, der aufgrund der Federkraft des vorgespannt eingebauten Federelements 34 mit dem Dichtelement 24 abdichtend an den Ventilsitz 25 angepresst wird, findet eine Beaufschlagung der Ringspulen 9, 10 mit einer elektrischen Spannung statt. Die an den Anschlusspfosten 3, 4 angelegte elektrische Spannung führt zu einem Stromfluss durch die Ringspulen 9, 10 und bewirkt somit den Aufbau magnetischer Felder. Aufgrund des gegensinnigen Wicklungssinns der beiden Ringspulen 9, 10 stellen sich die beiden Magnetfelder der jeweiligen Ringspulen 9, 10 ebenfalls gegensinnig ein, wie dies in der 2 durch die beiden Richtungspfeile, die lediglich die Feldrichtung der jeweiligen Magnetfelder symbolisieren sollen, erkennbar ist. Die jeweiligen Magnetfelder werden in dem Ventilgehäuse 2 und in den Flussleitstücken 15, 16, 17 sowie 21 und 22 gebündelt und treten somit mit dem Scheibenmagnet 23 des Ankers 19 in Wechselwirkung. Aufgrund der Magnetisierung des in axialer Richtung magnetisierten Scheibenmagnets 23, dessen Feldlinien quer zu den jeweils den Flussleitstücken 21, 22 gegenüberliegenden Stirnseiten und somit parallel zur Bewegungsachse 20 ausgerichtet sind, treten Reluktanzkräfte oder Maxwellsche Kräfte auf, die im Wesentlichen parallel zur Bewegungsachse 20 ausgerichtet sind und die eine Verschiebung des Ankers 19 gegen die Kraft des Federelements 34 bewirken können. Durch die Verschiebung des Ankers 19 wird das Dichtelement 24 vom Ventilsitz 25 abgehoben und eine fluidisch kommunizierende Verbindung zwischen dem Anschlussstutzen 5, dem Ventilraum 30 und den Austrittsöffnungen 7 hergestellt, so dass ein Fluidstrom durch den Fluidkanal 28 zu den Austrittsöffnungen 7 erfolgen kann.
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Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Erstreckung des Scheibenmagneten 23 längs der Bewegungsachse 20 kleiner als die Erstreckung des Flussleitstücks 16 in dieser Richtung. Vorzugsweise sind die Erstreckungen von Flussleitstück 16 und Scheibenmagnet 23 längs der Bewegungsachse 20 derart gewählt, dass der Scheibenmagnet 23 sowohl in der dargestellten ersten Funktionsposition bei abgedichtetem Ventilsitz 25 als auch in einer gemäß der Darstellung der 2 nach links verlagerten zweiten Funktionsposition, in der der Ventilsitz 25 freigegeben ist, stets vollständig vom Flussleitstück 16 umgeben ist. Hierdurch wird eine vorteilhafte magnetische Kopplung zwischen den beiden magnetischen Kreisen der Ringspulen 9 und 10 und dem Scheibenmagnet 23 sichergestellt.
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Exemplarisch weist der Anker 19 längs der Bewegungsachse 20 eine Erstreckung auf, die einem Abstand der beiden außenliegenden Flussleitstücke 15 und 17 entspricht. Ferner ist der Anker 19 in der ersten Funktionsposition derart angeordnet, dass er zwischen den beiden Flussleitstücken 15 und 17 liegt. Hierdurch wird bereits bei einer geringen Verschiebung des Ankers 19 längs der Bewegungsachse 20 aus der ersten Funktionsposition in die zweite Funktionsposition eine Überdeckung zwischen den beiden Flussleitstücken 15 und 21 hervorgerufen, wodurch dieser magnetische Kreis eine hohe Krafteinwirkung auf den Anker 19 bewirken kann. Ferner wird dadurch bereits bei einer geringen Verschiebung des Ankers 19 längs der Bewegungsachse 20 aus der ersten Funktionsposition in die zweite Funktionsposition eine Begrenzung des magnetischen Kreises der Ringspule 10 hervorgerufen, was ebenfalls eine vorteilhafte Krafteinwirkung auf den Anker 19 hervorruft.
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Vorzugsweise ist an einem radial außenliegenden Bereich des Ankers 19 und/oder an einem radial innenliegenden Bereich der Ausnehmung 18 im Trägerelement 8 eine Abflachung oder ein nicht näher dargestellter Schlitz ausgebildet, der sich längs der Bewegungsachse 20 erstreckt und der damit einen raschen Druckausgleich zwischen dem Ventilraum 30 und einem Arbeitsraum 35, in dem das Federelement 34 aufgenommen ist, erleichtert.
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Exemplarisch sind an einander entgegengesetzten Endbereichen der Flussleitstücke 21, 22 umlaufende Eindrehungen 36, 37 vorgesehen, die dazu dienen, einen radialen Abstand zwischen dem Anker 19 und den Flussleitstücken 15, 17 zu gewährleisten, um einen magnetischen Kurzschluss zu verhindern. In einem zentralen Abschnitt des Ankers 19 ist eine weitere Eindrehung 39 vorgesehen, die einen mechanischen Kontakt zwischen dem Scheibenmagnet 23 und dem Flussleitstück 16 verhindern soll.
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Exemplarisch ist der Anschlussstutzen 5, der vorzugsweise im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet ist, mit einem umlaufenden, radial nach innen erstreckten Bund 41 und einem längs der Bewegungsachse erstreckten, zirkular ausgebildeten Hinterschnitt 42 versehen. Damit kann der Anschlussstutzen 5 auf einen ringförmig umlaufenden Bund 43 des Trägerelements 8 formschlüssig aufgeschnappt werden, um somit am Trägerelement 8 festgelegt zu werden.
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An einander entgegengesetzten Stirnseiten der Flussleitstücke 21 und 22 sind exemplarisch kegelförmig ausgebildete Ausnehmungen 44, 45 ausgebildet, die für eine Anpassung der Masse des aus den Flussleitstücken 21, 22 und dem Scheibenmagnet 23 gebildeten Anker 19 vorgesehen sind. Diese Anpassung der Masse des Ankers 19 kann in Abhängigkeit von einer Federcharakteristik des Federelements 34 vorgenommen werden, um ein vorgebbares Bewegungsverhalten des Ankers 19 bei entsprechender elektrischer Beaufschlagung der Ringspulen 9, 10 zu bewirken. Dies ist insbesondere dann von Interesse, wenn die Ventileinrichtung 1 als Proportionalventil eingesetzt werden soll.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4012832 A1 [0002]
- DE 19900788 A1 [0003]