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Die
Erfindung betrifft eine Ventilvorrichtung gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches
1 näher
definierten Art.
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Ein
elektromagnetisch betätigbares
Ventil bzw. eine Ventilvorrichtung ist aus der
DE 100 36 576 A1 bekannt,
welches zur Steuerung und Regelung in hydraulischen Bremsanlagen
von Kraftfahrzeugen einsetzbar ist. Die Ventilvorrichtung weist
einen Ventileinsatz auf, der mit einer Längsbohrung ausgeführt ist.
Des Weiteren ist der Ventileinsatz mit einem Ventildom verbunden,
in dem ein Anker längsbeweglich angeordnet
ist. Der Anker steht mit einem Ventilstößel bzw. einem Ventilelement
in Wirkverbindung, das in dem Ventileinsatz längsbeweglich geführt ist.
Die Wirkverbindung zwischen dem Ven tilelement und dem Anker ist
derart ausgeführt,
dass eine Ankerbewegung in Schließrichtung eines Ventilsitzes
auf den mit einem Schließglied
ausgeführten
Ventilstößel eines
Sitzventils übertragen
wird.
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Der
Ventilstößel ist über die
gesamte Länge der
Längsbohrung
des Ventileinsatzes mit geringem radialen Spiel geführt und
mantelseitig mit wenigstens zwei, voneinander getrennten Kanälen ausgebildet.
Eine das Sitzventil enthaltende Ventilkammer bzw. ein von dem Ventileinsatz
begrenzter Ventilraum der Ventilvorrichtung im Bereich eines Ventilsitzes
ist durch die Kanäle
flüssigkeitsleitend
mit Hohlräumen
des Ventildomes verbunden, so dass in dem Ventildom befindliche
Restluft durch die Kanäle
verdrängbar
ist.
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Die
Ventilvorrichtung wird im stromlosen Zustand durch eine Federeinrichtung
bzw. eine Rückstellfeder
in geöffnetem
Zustand gehalten, wobei die als Rückstell-Druckfeder ausgeführte Federeinrichtung
im Ventilraum eingebaut ist. Die Anordnung der Druckfeder im Ventilraum
gewährleistet
eine einfache Montage der Ventilvorrichtung. Mit der Rückstellfeder
soll vor allem während
einer Evakuierphase und einer sich daran anschließenden Befüllphase
eines Bremssystems der Ventilsitz der Ventilvorrichtung in geöffnetem
Zustand gehalten werden.
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Durch
ihre Anordnung im Ventilraum der Ventilvorrichtung ist die Federeinrichtung
nachteilhafterweise jedoch statischen und dynamischen Einflüssen ausgesetzt,
die bei geöffnetem
Ventilsitz durch das durch den Ventilraum strömende Betriebs medium verursacht
werden und die Funktionsweise der Ventilvorrichtung in besonders
ungünstigen
Betriebszuständen
erheblich beeinträchtigen.
Diese Einflüsse sind
u. a. durch die Strömung
im Ventilraum verursachte und an den Federwindungen der Druckfeder angreifende
Strömungs-
und Umlenkkräfte,
die über den
gesamten Betriebsbereich der Ventilvorrichtung erheblich variieren
und nur schwer abbildbar bzw. nicht vorhersehbar sind.
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Vorteile der
Erfindung
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Die
erfindungsgemäß ausgebildete
Ventilvorrichtung, die ein längsbeweglich
in einem Ventileinsatz angeordnetes und mit einem in einem Ventilkörper ausgebildeten
Ventilsitz zusammenwirkendes Ventilelement aufweist, das in Einbaulage über einen elektromagnetischen
Aktuator in Schließrichtung
des Ventilsitzes betätigbar
ist, wobei wenigstens ein Teil des Ventilelementes in einem von
dem Ventileinsatz im Bereich des Ventilsitzes begrenzten Ventilraum angeordnet
ist, ist vorteilhafterweise ohne die aus dem Stand der Technik bekannte
Federeinrichtung ausgebildet, so dass die aus dem Stand der Technik bekannten
und die Funktionsweise der Ventileinrichtung negativ beeinflussenden
und aus der Durchströmung
des Ventilraumes resultierenden Einflüsse auf einfach Art und Weise
vermieden sind.
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Dies
wird dadurch erreicht, dass ein Zuströmbereich des Ventilraumes und
ein Abströmbereich
des Ventilraumes derart zu einander positioniert sind, dass bei einer
Fluiddurchströmung
des Ventilraumes in mit dem Ventilraum in Verbindung stehenden Hohlräumen ein
zum Evakuieren von in den Hohlräumen
befindlichem Gas erforderlicher Unterdruck vorliegt.
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Dazu
ist es beispielsweise vorgesehen, dass die Abströmung aus dem Ventilraum derart
gerichtet erfolgt, dass die Strömung
im Ventilraum stark umgelenkt wird. Der dadurch im Bereich des größten Strömungsradius
der Strömungsumlenkung
entstehende Unterdruck unterstützt
das Evakuieren der Hohlräume
der Ventilvorrichtung.
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Weitere
Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen des Gegenstandes nach
der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung, der Zeichnung und den
Patentansprüchen.
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Zeichnung
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In
der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele
des Gegenstandes nach der Erfindung schematisch vereinfacht dargestellt,
welche in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert werden, wobei in der
Beschreibung der verschiedenen Ausführungsbeispiele der Übersichtlichkeit
halber für
bau- und funktionsgleiche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet
werden. Es zeigen:
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1 einen
schematisierten Längsschnitt durch
eine erfindungsgemäß ausgeführte Ventilvorrichtung,
die mit einem durchbohrten Ventilelement ausgebildet ist,
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2 ein
erfindungsgemäß ausgestaltetes Ventilelement
einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform
einer Ventilvorrichtung, und
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3 das
in 2 dargestellte Ventilelement in einer weiteren
dreidimensionalen Seitenansicht in Alleinstellung.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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Ein
Teil einer elektromagnetisch betätigbaren
Ventilvorrichtung 1 ist in 1 in einem
schematisierten Längsschnitt
dargestellt. Die Ventilvorrichtung 1 ist mit einem längsbeweglich
in einem Ventileinsatz 2 angeordneten und mit einem in
einem Ventilkörper 3 ausgebildeten
Ventilsitz 4 zusammenwirkenden Ventilelement 5 ausgebildet.
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Ein
dem Ventilsitz 4 zugewandter Bereich des Ventilelementes 5 ist
in einem von dem Ventileinsatz 2 im Bereich des Ventilsitzes 4 begrenzten
Ventilraum 7, dessen Abmessungen durch das strichpunktiert
ausgeführte
Rechteck in 1 näher gezeigt sind, angeordnet,
wobei der in dem Ventilraum 7 angeordnete Bereich des Ventilelementes 5 einen ersten
zylindrischen Bereich 5A, einen sich an den zylindrischen
Bereich 5A und mit einem reduzierten Durchmesserbereich
ausgeführten
zweiten zylindrischen Bereich 5B, einen sich an den zweiten
zylindrischen Bereich 5B anschließenden kegelstumpfartigen Bereich 5C,
einen sich wiederum an den kegelstumpfartigen Bereich 5C anschließenden dritten
zylindrischen Bereich 5D und einen sich an den dritten zylindrischen
Bereich 5D anschließenden
kugelkappenförmigen
Bereich 5E aufweist. Der kugelkappenförmige Bereich 5E des
Ventilelementes 5 wirkt mit dem kegelförmig ausgeführten Ventilsitz 4 derart
zusammen, dass bei Anlage des Ventilelementes 5 an dem
Ventilsitz 4 eine derartige Dichtwirkung vorliegt, dass
ein Zuströmbereich 8 des
Ventilraumes 7 und ein Abströmbereich 9 des Ventilraumes 7 bei
geschlossenem Ventilsitz 4 voneinander getrennt sind.
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Die
Ventilvorrichtung 1 besteht im Wesentlichen aus dem in 1 dargestellten
Hydraulikmodul 1A und einem auf das hydraulische Modul 1A aufgesteckten
und nicht näher
dargestellten elektrischen Modul, welches in an sich bekannter Art
und Weise mit einer Spule, einer elektrischen Wicklung und einer
Jochringscheibe ausgeführt
ist, um einen Anker 10 des hydraulischen Moduls 1A als
ein so genannter elektromagnetischer Aktuator entgegen einem in dem
Zuströmbereich 8 und
dem Ventilraum 7 vorherrschenden Druck in Schließrichtung
des Ventilsitzes 4 zu betätigen.
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Der
Anker 10 ist vorliegend in einem mit dem Ventileinsatz 2 fest
verbundenen Ventildom 11 längsbeweglich geführt und
mit einer Längsbohrung 12 ausgeführt, die
mit einer Längsbohrung 13 des
Ventilelementes 5 in Deckung ist, so dass zwischen einem
Ventiltotraum 14 und dem Ventilraum 7 eine Verbindung
ausgebildet ist.
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Die
Längsbohrung 13 des
Ventilelementes 5 ist vorliegend als eine Stufenbohrung
ausgeführt,
die in ihrem dem Anker 10 zugewandten Bereich 13A mit einem
größeren Durchmesser
als in ihrem dem Ventilraum 7 zugewandten Bereich 13B ausgeführt ist. Der
dem Ventilraum 7 zugewandte Bereich 13B der Längsbohrung 13 des
Ventilelementes 5 mündet
in einen Querbohrungsbereich 16 des Ventilelementes 5,
der wiederum die Verbindung zwischen der Längsbohrung 13 und
dem Ventilraum 7 darstellt.
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In
unbestromtem Zustand der Ventilvorrichtung 1 wird das Ventilelement 5 bei
Vorliegen entsprechender Druckwerte in dem Zuströmbereich 8 und in
dem Ventilraum 7, die an den hydraulischen Wirkflächen des
Ventilelementes 5 und des Ankers 10 anliegen,
von dem Ventilsitz 4 weg in Richtung des Ventiltotraumes 14 geschoben,
so dass der Anker 10 von dem Ventileinsatz 2 wegbewegt
wird, im Bereich des Ventiltotraumes 14 gegen den Ventildom 11 gedrückt ist
und an diesem anliegt.
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In
dieser Stellung des Ventilelementes 5 und auch des Ankers 10 ist
der Ventilsitz 4 von dem Ventilelement 5 bzw.
von dem kugelkappenförmigen
Bereich 5E des Ventilelementes 5 freigegeben und
der Zuströmbereich 8 ist
mit dem Abströmbereich 9 verbunden.
In diesem Zustand der Ventilvorrichtung 1 kann das Betriebsmedium über die
Ventilvorrichtung 1, d. h. ausgehend von dem Zuströmbereich 8 des Ventilraumes 7 über den
Ventilsitz 4 in den Abströmbereich der Ventilvorrichtung 1 und
einem mit dem Abströmbereich 9 verbundenen
Bereich eines ABS-(Antiblockiersystem),
eines TCS-(Traktions-Control-System), oder eines ESP-Systems (elektronisches
Stabilitätsprogramm)
geführt
werden.
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Zum
Schließen
des Ventilsitzes 4 wird das in bekannter Art und Weise
auf den Ventildom 11 aufgesteckte elektrische Modul der
Ventilvorrichtung 1 derart bestromt, dass das elektrische
Modul eine elektromagnetische Kraft erzeugt, die den Anker 10 von
seiner in 1 dargestellten Position in
Richtung des Ventilsitzes 4 verschiebt und den kugelkappenförmigen Bereich 5E des
Ventilelementes 5 dichtend gegen den Ventilsitz 4 des
Ventilkörpers 3 drückt, dass die
Ventilvorrichtung 1 geschlossen ist und kein Betriebsmedium
mehr durch den Ventilraum 7 führbar ist. In diesem Zustand
der Ventilvorrichtung 1 ist der Zuströmbereich 8 von dem
Abströmbereich 9 getrennt
und es kann kein Betriebsmedium über
die Ventilvorrichtung 1 geführt werden, falls zwischen dem
Zuströmbereich 8 und
dem Abströmbereich 9 ein
positives Druckgefälle
vorliegt. Vorliegend ist im Inneren der Ventilvorrichtung 1 dann
ein positives Druckgefälle
vorhanden, wenn der Druck im Zuströmbereich 8 größer als
der Druck im Abströmbereich 9 der
Ventilvorrichtung 1 ist.
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Dies
resultiert aus der Tatsache, dass der Zuströmbereich 8 bei positivem
Druckgefälle
gegenüber
dem Abströmbereich 9 durch
ein Rückschlagventil 15 von
dem Abströmbereich 9 getrennt
ist, wobei das Rückschlagventil 15 bei
negativem Druckgefälle,
das bedeutet bei Vorliegen eines Drucks in dem Abströmbereich 9,
der größer ist
als der Druck des Zuströmbereichs 8,
geöffnet
ist.
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Bei
der in 1 dargestellten Ventilvorrichtung 1 wird
der Ventilraum 7 bei geöffnetem
Ventilsitz 4 ausgehend von dem Zuströmbereich 8 von Fluid bzw.
Betriebsmedium – beim
Einsatz der Ventilvorrichtung 1 in einem ABS-System eines
Kraftfahrzeuges von Bremsflüssigkeit – in Richtung
des Abströmbereiches 9 durchströmt.
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Der
Zuströmbereich 8 der
Ventilvorrichtung 1 verläuft im Wesentlichen in axialer
Erstreckung der Ventilvorrichtung 1, so dass das im Zuströmbereich 8 geführte Betriebsmedium
im Wesentlichen in axialer Richtung des Ventileinsatzes 2 strömt und bei
geöffnetem
Ventilsitz 4 erst im Bereich des Ventilsitzes 4 zwischen
dem kugelkappenförmigen
Bereich 5E des Ventilelementes 5 und dem Ventilkörper 3 dem
Neigungswinkel des kegelförmigen
Ventilsitzes 4 entsprechend an dem Ventilelement 5 vorbei
in den Ventilraum 7 einströmt.
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Im
Ventilraum 7 strömt
das Betriebsmedium nach einer gewissen Umlenkstrecke im Wesentlichen in
axialer Richtung der Ventilvorrichtung 1 zunächst in
Richtung des ersten zylindrischen Bereichs 5A des Ventilelementes 5 bevor
es im Mündungsbereich
des Abströmbereiches 9 aus
dem Ventilraum 7 in den Abströmbereich 9 geführt wird.
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Beim
Austritt aus dem Ventilraum 7 in den Abströmbereich 9 wird
das im Wesentlichen in axialer Richtung der Ventilvorrichtung 1 ausgehend
von dem Ventilsitz 4 in Richtung des ersten zylindrischen
Bereiches 5A des Ventilelementes 5 im Ventilraum 7 strömende Betriebsmedium
erheblich umgelenkt.
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Aufgrund
der erheblichen Umlenkung der Strömung des Betriebsmediums, die
vorliegend größer als
90° ist,
liegt am größten Radius
bzw. am Außenradius
der Strömung
des Betriebsmediums, der im Mündungsbereich
des Querbohrungsbereichs 16 des Ventilelementes 5 angeordnet
ist, ein derartiger Unterdruck vor, dass in dem Ventiltotraum 14,
der Längsbohrung 12 des
Ankers 10 und der Längsbohrung 13 des
Ventilelementes 5 sowie dem Querbohrungsbereich 16 des
Ventilelementes befindliche Luft auf einfache Art und Weise durch
die Strömung
des Betriebsmediums im Ventilraum 7 evakuiert wird und die
vorgenannten Hohlräume
der Ventilvorrichtung 1 mit Betriebsmedium befüllt werden.
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Sowohl
die Längsbohrung 12 des
Ankers 10 als auch die Längsbohrung 13 und
der Querbohrungsbereich 16 des Ventilelementes 5 sind
mit derart großen
Bohrungsdurchmessern ausgeführt,
dass die im Ventiltotraum 7, der Längsbohrung 12, der Längsbohrung 13 und
dem Querbohrungsbereich 16 vorhandenen Luftvolumina im
Wesentlichen widerstandsfrei aus dem Inneren der Ventilvorrichtung 1 abgesaugt
werden können
und das in die Ventilvorrichtung 1 einströmende Betriebsmedium
zügig in alle
evakuierten Hohlräume
der Ventilvorrichtung 1 einströmen kann.
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In 2 und 3 ist
ein zweites Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäß ausgeführten Ventilelementes 5 gezeigt, welche
eine alternative Ausführungsform
zu der in 1 dargestellten Ausgestaltung
des Ventilelementes 5 ist.
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Das
in 2 und 3 in einer dreidimensionalen
Einzelansicht gezeigte Ventilelement ist ohne die in 1 dargestellte
Längsbohrung 13 und
ohne den Querbohrungsbereich 16 ausgeführt, sondern weist vorliegend
am äußeren Umfang
des ersten zylindrischen Bereichs 5A vier konkave Aussparungen 51 bis 54 auf,
die jeweils von zwei Führungsabschnitten 511, 522, 533, 544 begrenzt
sind. Das Ventilelement 5 ist über die Führungsbereiche 511 bis 544 im Ventileinsatz 2 geführt, wobei
die Aussparungen 51 bis 54 des Ventilelementes 5 zwischen
den Führungsbereichen 511 bis 544 mit
der Innenseite des Ventileinsatzes 2 jeweils in axialer
Richtung der Ventilvorrichtung 1 verlaufende Kanäle ausbilden,
die im Bereich des zweiten zylindrischen Bereichs 5B des Ventilelementes 5 in
den Ventilraum 7 münden.
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Im
Bereich seines dem Anker 10 zugewandten Endes ist das Ventilelement 5 mit
einer stirnseitigen Ansenkung 6 ausgeführt, so dass in Einbaulage des
Ventilelementes 5 zwischen der dem Ventilelement 5 zugewandten
Stirnseite des Ankers 10 und dem Ventilelement 5 im
Inneren der Ventilvorrichtung 1 ein Hohlraum ausgebildet
ist. Der Hohlraum bzw. die Ansenkung 6 verbindet die Längsbohrung 12 des Ankers 10 mit
den zwischen dem Ventilelement 5 und dem Ventileinsatz 2 im
Bereich der Aussparungen 51 bis 54 ausgeführten Kanäle, damit
ein Stoffaustausch zwischen der Längsbohrung 12 des
Ankers 10 bzw. dem Ventiltotraum 14 und dem Ventilraum 7 durchführbar ist.
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Da
das in 1 dargestellte Ventilelement 5 am äußeren Umfang
des ersten zylindrischen Bereichs 5A ebenfalls in der in 2 und 3 dargestellten
Art und Weise mit den Führungsbereichen 511 bis 544 und
den konvexen Aussparungen 51 bis 54 ausgeführt ist,
ist die in 2 und 3 dargestellte
Ausführung
des Ventilelementes 5, die ja ohne die Längsbohrung 13 und
den Querbohrungsbereich 16 ausgeführt ist, wesentlich einfacher
und kostengünstiger
herzustellen.