DE102010020834B4

DE102010020834B4 - Elektromagnetisches Regelventil

Info

Publication number: DE102010020834B4
Application number: DE201010020834
Authority: DE
Inventors: Florian Schulz; Gerd Strobel
Original assignee: Kendrion Binder Magnete GmbH
Current assignee: Kendrion Villingen GmbH
Priority date: 2010-05-18
Filing date: 2010-05-18
Publication date: 2012-03-29
Anticipated expiration: 2030-05-19
Also published as: DE102010020834A1

Abstract

Elektromagnetisches Regelventil (1) umfassend, – einen Ventilkörper mit einem einen Zulaufanschluss (P) bildenden axialen Zuführungskanal (11) und wenigsten einem Verbraucheranschluss (A) bildenden radialen Ablaufkanal (1) zum Durchleiten eines Fluides, – einen durch ein in Fluidrichtung druckbeaufschlagtes Schließelement (13) verschließbaren Ventilsitz (14) im Zuführungskanal (11), – eine Magnetspule (21) mit einem zentrisch gelagerten, verschiebbaren Anker (22), wobei ein von dem Anker (22) betätigbarer Ventilstößel (16) in Wirkverbindung mit dem Schließelement (13) zur Regelung der Durchflussmenge zwischen dem Zulaufanschluss (11) und dem Verbraucheranschluss (12) bringbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass – eine Verbindungsöffnung (17) als Bypass den Zuführungskanal (11) mit dem Ablaufkanal (12) verbindet und ein von dem Anker (22) betätigbarer Bypass-Stößel (18) in Wirkverbindung mit einem Bypass-Schließkörper (18a) zum Verschließen der Verbindungsöffnung (17) vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Regelventil gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein solches gattungsbildendes Regelventil ist bspw. aus der DE 10 2004 057 873 A1 bekannt. Bei einem solchen auch als Sitzventil bezeichneten Volumenstrom-Regelventil handelt es sich um eine Ausführung, welche stromlos geschlossen ist und das proportional einen Volumenstrom oder Druck steuern kann. Dieses bekannte Sitzventil zeichnet sich dadurch aus, dass das Ventil druckunabhängig stromlos geschlossen ist. Dies wird konstruktiv dadurch erreicht, dass das kugelförmige Schließelement durch den Druck eines Federelementes gegen den Ventil sitz gedrückt und dadurch im stromlosen Zustand geschlossen gehalten wird.
Ähnliche Regelventile sind in DE 102 55 524 A1 und DE 22 43 385 A offenbart.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektromagnetisches Regelventil der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass die Steuerung der Durchflussmenge in Abhängigkeit der Bestromung der Magnetspule gegenüber dem Stand der Technik variabler gestaltet werden kann.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein elektromagnetisches Regelventil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Ein solches elektromagnetisches Regelventil zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass eine Verbindungsöffnung als Bypass den Zuführungskanal mit dem Ablaufkanal verbindet und ein von dem Anker betätigbarer Bypass-Stößel in Wirkverbindung mit einem Bypass-Schließkörper zum Verschließen der Verbindungsöffnung vorgesehen ist.
In vorteilhafter Weise bestimmt die Längenrelation zwischen der Stößellänge des Ventilstößels und der Stößellänge des Bypass-Stößels gemäß einer Weiterbildung der Erfindung die Reihenfolge der Aufsteuerung des Zuführungskanals durch den Ventilstößel und die Zusteuerung der Verbindungsöffnung durch den Bypass-Schließkörper.
Damit lässt sich durch die in Relation zur Länge des Ventilstößels gewählte Länge des Bypass-Stößels der Zeitpunkt zum Zusteuern der Verbindungsöffnung relativ zum Öffnungszeitpunkt des Ventils bestimmen, so dass unterschiedlichste Kombinationen von Bypass-Strömung und der das Ventil durchströmenden Fluidmenge eingestellt werden können.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung lässt sich zur einfachen konstruktiven Realisierung die Verbindungsöffnung als Bypass-Kanal in dem Ventilkörper ausbilden, wodurch sich vorzugsweise zur Bildung des Bypass-Schließkörpers der Bypass-Stößel bypassseitig mit einem Querschnitt zum Einführen des bypassseitigen Endes des Bypass-Stößels in den Bypass-Kanal ausbilden lässt. Eine besonders einfache konstruktive Lösung ergibt sich bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung dadurch, dass der Bypass-Stößel den zum Einführen in den Bypass-Kanal erforderlichen Querschnitt aufweist.
Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Länge des Bypass-Stößels so gewählt, dass durch den Fluiddruck die Verbindungsöffnung im unbestromten Zustand der Magnetspule geöffnet ist. Somit kann im unbestromten Zustand, bei dem der Ventilsitz geschlossen ist, nur ein von dem Querschnitt des Bypass-Kanals abhängiger Fluidstrom in den Ablaufkanal fließen.
Weiterhin ist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung die Lange des Bypass-Stößels derart ausgebildet, dass bei einem ersten Bestromungswert der Magnetspule die Verbindungsöffnung als auch der Ventilsitz geschlossen ist und erst vorzugsweise bei einem zweiten Bestromungswert der Magnetspule der Ventilsitz aufgesteuert wird.
Vorzugsweise ist bei einer Weiterbildung der Erfindung das Schließelement kugelförmig ausgebildet.
Gemäß einer letzten vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Schließelement durch das Fluid und/oder durch ein in Fluidrichtung wirkendes elastisches Element druckbeaufschlagt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren ausführlich beschrieben. Es zeigen:
1 eine axiale Schnittdarstellung eines elektromagnetischen Regelventils gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
2 eine schematische Schnittdarstellung im Bereich des Ventilkörpers des elektromagnetischen Regelventils gemäß 1 zur Erläuterung eines ersten Funktionszustandes I,
3 eine schematische Schnittdarstellung im Bereich des Ventilkörpers des elektromagnetischen Regelventils gemäß 1 zur Erläuterung eines zweiten Funktionszustandes II,
4 eine schematische Schnittdarstellung im Bereich des Ventilkörpers des elektromagnetischen Regelventils gemäß 1 zur Erläuterung eines dritten Funktionszustandes III, und
5 ein I-Q-Diagramm zur Erläuterung der Funktionszustände I bis III gemäß den 3 bis 4.
Das elektromagnetische Regelventil 1 gemäß 1 ist als Volumenstromregelventil mit einer Ventileinheit 10 und einer Stelleinheit 20 ausgebildet. Die Ventileinheit 10 umfasst einen Ventilkörper 16, einen Zuführungskanal 11 als axialen Zulaufanschluss (P-Anschluss) und einen Ablaufkanal 12 als Ablaufanschluss (A-Anschluss).
Im Bereich des zylinderförmigen Zulaufanschlusses 11 ist ein gegenüber dem Ventilkörper 15 verschiebbarer Federsteller 30 mit einem kugelförmigen Schließelement 13 und einer Schraubenfeder 19 angeordnet, die das Schließelement 13 gegen einen Ventilsitz 14 drückt. Der Kolbenschieber 30 wird in dem Ventilkörper 15 mittels einer in den Ventilkörper 15 eingeprägten Hülse 31 gehalten, gegen die die Schraubenfeder 19 sich abstützt. Die Stirnseite dieser Hülse 31 weist mehrere Öffnungen 32 auf, durch die ein Fluid in den Zuführungskanal 11 eintreten kann. Somit wird das kugelförmige Schließelement 13 im Betrieb sowohl von dem Fluid als auch von der Schraubenfeder 19 gegen den Ventilsitz 14 gedrückt.
Der von dem Schließelement 13 verschlossene Ventilsitz 14 verschließt den Zugang zu dem Ablaufkanal 12, der aus mehreren (z. Bsp. vier) radial nach außen verlaufenden Kanälen ausgebildet wird.
Ein verschiebbarer Ventilstößel 16 ist axial in dem Ventilkörper 15 angeordnet, wobei achsenparallel zu diesem Ventilstößel 16 ein Bypass-Stößel 18 ebenfalls verschiebbar in dem Ventilkörper 15 gelagert ist, der zum Verschließen eines den Zuführungskanal 11 und den Ablaufkanal 12 verbindenden Bypass-Kanals 17 dient und im entsprechenden Bereich des Ventilkörpers 15 eingebracht ist. Dieser Bypass-Kanal 17 fluchtet mit dem Bypass-Stößel 18 und liegt parallel zu dem axialen Kanal, der auf den Ventilsitz 14 führt.
Der Bypass-Kanal 17 ist mit einem kreisförmigen Querschnitt ausgebildet, so dass der Bypass-Stößel 18 mit einem daran angepassten Querschnitt mittels einer endseitigen Spitze 18a, die gleichzeitig einen Schließkörper darstellt, in den Bypass-Kanal 17 eingeführt werden kann, wodurch dieser für den Durchfluss des Fluides gesperrt wird.
Die Stelleinheit 20 umfasst eine Magnetspule 21 mit einem Spulenkörper 23, einen verschiebbaren Anker 22 sowie ein diese Teile aufnehmendes weichmagnetisches Gehäuse 24, das im stirnseitigen Bereich des Ankers 22 als Joch 25 ausgebildet ist. Zwecks besserer Verschiebbarkeit des Ankers 22 wird dieser von einer becherförmigen Hülse 26 aufgenommen.
Der Spulenkörper 23 setzt sich radialseitig in eine Anschlussvorrichtung 40 fort, mit der Anschlussleitungen der Spule 21 in eine Steckerbuchse 41 geführt werden.
Im unbestromten Zustand der Spule 21 wird der Ventilsitz 14 aufgrund des Druckes der Schraubenfeder 19 und des Fluiddruckes auf das Schließelement 13 geschlossen gehalten. Dagegen wird aufgrund des in dem Bypass-Kanal 17 axial in Richtung des Ablaufkanals 12 wirkenden Fluiddruckes der Bypass-Stößel 18 in Richtung des Ankers 22 gedrückt, wodurch das Fluid Q in den Ablaufkanal 12 fließen kann. Diesen Zustand I zeigt in einer schematischen Teilansicht 2. Mit den Pfeilen F wird die Fließrichtung des Fluides Q aus dem Zuführungskanal 11 durch den Bypass-Kanal 17 in den Ablaufkanal 12 dargestellt.
Gemäß dem I-Q-Diagramm nach 5 bleibt dieser Zustand I erhalten, bis die Bestromung der Spule 21 einen ersten Wert I₁ erreicht, bei dem die Magnetkraft auf den Anker 22 größer ist als die axial wirkende Fluidkraft, jedoch noch zu gering ist, um den Ventilstößel 16 gegen die Summe aus Federkraft der Schraubenfeder 19 und Fluidkraft das Schließelement 13 vom Ventilsitz 14 abheben zu können. Diesen Zustand II zeigt 3, bei dem der Bypass-Kanal 17 aufgrund des von dem Anker 22 eingeschobenen Bypass-Stößels 18 verschlossen ist. In diesem Zustand II fließt kein Fluid Q in den Ablaufkanal 12, wie auch die Kennlinie im Bereich II des I-Q-Diagramms gemäß 5 zeigt.
Dieser Zustand II bleibt bestehen, bis sich der Bestromungswert auf einen zweiten Wert I₂ erhöht, wodurch die Magnetkraft größer wird als der axial wirkende Fluiddruck und die Federkraft der Schraubenfeder 19 auf das Schließelement 13. Der Bypass-Kanal 17 bleibt in diesem neuen Zustand III nach wie vor geschlossen, jedoch gibt das Schließelement 13 mit sich änderndem Hub einen variierenden Strömungsquerschnitt frei. Gemäß 5 wird mit zunehmenden Bestromungswert aufgrund der damit verbundenen zunehmenden Magnetkraft auch der Hub des Schließelements 13 vergrößert, so dass sich die in dem I-Q-Diagramm dargestellte Kennlinie für diesen Zustand III ergibt.
Die schematischen Detaildarstellungen gemäß den 2 bis 4 zeigen einen Ventilkörper 15, bei dem das Schließelement 13 lediglich durch den Fluiddruck gegen den Ventilsitz 14 gedrückt wird. Die Erfindung ist daher auch für ein Regelventil geeignet, das jedoch entgegen demjenigen nach 1 keine Schraubenfeder 19 aufweist. In diesem Fall wird ein kugelförmiges Schließelement 13 bspw. durch einen Kugelkäfig gehalten und von dem Fluiddruck gegen den Ventilsitz gedrückt.
Bezugszeichenliste

1: Regelventil
10: Ventileinheit
11: Zuführungskanal
12: Ablaufkanal
13: Schließelement
14: Ventilsitz
15: Ventilkörper
16: Ventilstößel
17: Verbindungsöffnung
18: Bypass-Stößel
18a: Bypass-Schließkörper
19: Schraubenfeder
20: Stelleinheit
21: Magnetspule
22: Anker
23: Spulenkörper
24: Gehäuse
25: Joch
26: Becher
30: Kolbenschieber
31: Hülse
32: Öffnungen
40: Anschlussvorrichtung
41: Steckerbuchse

Claims

Elektromagnetisches Regelventil (1) umfassend, – einen Ventilkörper mit einem einen Zulaufanschluss (P) bildenden axialen Zuführungskanal (11) und wenigsten einem Verbraucheranschluss (A) bildenden radialen Ablaufkanal (1) zum Durchleiten eines Fluides, – einen durch ein in Fluidrichtung druckbeaufschlagtes Schließelement (13) verschließbaren Ventilsitz (14) im Zuführungskanal (11), – eine Magnetspule (21) mit einem zentrisch gelagerten, verschiebbaren Anker (22), wobei ein von dem Anker (22) betätigbarer Ventilstößel (16) in Wirkverbindung mit dem Schließelement (13) zur Regelung der Durchflussmenge zwischen dem Zulaufanschluss (11) und dem Verbraucheranschluss (12) bringbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass – eine Verbindungsöffnung (17) als Bypass den Zuführungskanal (11) mit dem Ablaufkanal (12) verbindet und ein von dem Anker (22) betätigbarer Bypass-Stößel (18) in Wirkverbindung mit einem Bypass-Schließkörper (18a) zum Verschließen der Verbindungsöffnung (17) vorgesehen ist.
Elektromagnetisches Regelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reihenfolge der Aufsteuerung des Zuführungskanals (11) durch den Ventilstößel (16) und die Zusteuerung der Verbindungsöffnung (17) durch den Bypass-Schließkörper (18a) durch eine Längenrelation zwischen der Stößellänge des Ventilstößels (16) und der Stößellänge des Bypass-Stößels (18) bestimmt wird.
Elektromagnetisches Regelventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsöffnung (17) als Bypass-Kanal in dem Ventilkörper (15) ausgebildet ist.
Elektromagnetisches Regelventil nach Anspruche 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung des Bypass-Schließkörpers (18a) der Bypass-Stößel (18) bypassseitig mit einem Querschnitt zum Einführen des bypassseitigen Endes des Bypass-Stößels (18) in den Bypass-Kanal (17) ausgebildet ist.
Elektromagnetisches Regelventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bypass-Stößel (18) den zum Einführen in die Verbindungsöffnung (17) bzw. den Bypass-Kanal (17) erforderlichen Querschnitt aufweist.
Elektromagnetisches Regelventil nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Bypass-Stößels (18) so gewählt ist, dass durch den Fluiddruck die Verbindungsöffnung (17) im unbestromten Zustand der Magnetspule (21) geöffnet ist.
Elektromagnetisches Regelventil nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Bypass-Stößels (18) bei einem ersten Bestromungswert (I₁) der Magnetspule (21) zum Verschließen der Verbindungöffnung (17) ausgebildet ist, bei dem der Ventilsitz (14) geschlossen ist.
Elektromagnetisches Regelventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem zweiten Bestromungswert (I₂) der Magnetspule (21) der Ventilsitz (14) aufgesteuert wird.
Elektromagnetisches Regelventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließelement (13) kugelförmig ausgebildet ist.
Elektromagnetisches Regelventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließelement (13) durch das Fluid und/oder durch ein in Fluidrichtung wirkendes elastisches Element (19) druckbeaufschlagt wird.