DE19645424A1 - Flußsteuerventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Fluß- oder Regelventil zum Steuern bzw. Regeln der Flußrate eines Fluids in Reaktion auf ein elektrisches Signal.

Beispielsweise bei einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung ist ein Hilfsluftkanal in der Nähe eines Drosselventils eines Einlaßrohrs vorgesehen, und ist ein Flußsteuerventil zum Steuern der Flußrate der Luft in Reaktion auf einen dem Ventil zugeführten Strom in dem Hilfsluftkanal angeordnet. Wenn das Flußsteuerventil den Hilfsluftkanal öffnet und schließt, wird die Menge der zugeführten Luft in Abhängigkeit von der Belastung der Brennkraftmaschine gesteuert, um so die Leerlaufdrehzahl zu steuern.

Fig. 5 zeigt in einer Längsschnittansicht ein Flußsteuerventil nach dem Stand der Technik, wie es beispielsweise in dem offengelegten japanischen Patent Nr. 4-39475 beschrieben ist.

In Fig. 5 weist das Flußsteuerventil eine Magnetventilvorrichtung 10 und einen Ventilkörper 30 auf.

Zuerst wird der Aufbau der Magnetventilvorrichtung 10 beschrieben.

Eine Erregerspuleneinheit 12 ist innerhalb einer Abdeckung 11 angeordnet. Die Erregerspuleneinheit 12 wird dadurch hergestellt, daß eine auf einen zylindrischen Spulenkörper 13 gewickelte Spule 14 in ein zylindrisches Gehäuse 15 eingesetzt wird, und ein Kunstharzfüllmaterial 16 in das Gehäuse 15 eingegossen wird. Eine Leitung 17 ist von der Spule 14 nach oben (in Fig. 5) geführt, durch eine Isolierbuchse 18, und durchdringt eine Befestigungsplatte 20 und eine Abdeckung 17, die später beschrieben werden. Damit ist die Beschreibung des Aufbaus der Erregerspuleneinheit 12 fertig.

Eine zylindrische Muffe 19, die aus einem unmagnetischen Material besteht, ist auf einen Innenumfang der Erregerspuleneinheit 12 aufgepaßt, und ein ortsfester Kern 21, der fest durch die Befestigungsplatte 20 gehalten wird, ist in der Muffe 19 angeordnet. Die Muffe 19 ist an ihrem unteren Ende (in Fig. 5) durch die Abdeckung 11 über ein Führungsteil 22 gehaltert. Weiterhin ist eine kreisringförmige Rippe 23 auf der Unterseite des Führungsteils 22 vorgesehen.

Ein beweglicher Kern 24 ist axial beweglich in der Muffe 19 so angeordnet, daß er dem ortsfesten Kern 21 gegenüberliegt, wobei in Axialrichtung ein Luftspalt zwischen den beiden Kernen vorgesehen ist.

Der bewegliche Kern 24 weist einen Abschnitt 25 mit kleinem Durchmesser auf, der einstückig an seinem Ende vorgesehen ist, und es ist ein Verbindungsabschnitt 26 dazu vorgesehen, den beweglichen Kern 24 zu durchragen. Eine Rückführfeder 28 wird durch eine stiftförmige Federhalterung 27 gehaltert, die in einem zentralen Abschnitt des ortsfesten Kerns 21 vorgesehen ist, und wird im zusammengedrückten Zustand zwischen den ortsfesten Kern 21 und dem beweglichen Kern 24 eingesetzt. Der bewegliche Kern 24 wird daher ständig durch die Vorspannkraft der Rückführfeder 28 in einer Richtung (in Fig. 5: nach unten) vorgespannt, welche entgegengesetzt zur elektromagnetischen Anziehungskraft ist, welche von der Erregerspuleneinheit 12 oder der Spule 14 hervorgerufen wird.

Die Magnetventilvorrichtung 10 weist daher die voranstehend geschilderten Bauteile von der Abdeckung 11 bis zur Rückführfeder 28 auf.

Nachstehend wird der Aufbau des Ventilkörpers 30 geschildert.

Ein Gehäuse 31 weist einen Lufteinlaß 32 und einen Luftauslaß 33 auf. Ein Ventilsitz 34 ist in das Gehäuse 31 in der Nähe von dessen oberem Ende luftdicht in Bezug auf die Innenwand des Gehäuses 31 eingepaßt. Eine Luftdurchlaßöffnung 35 ist im Zentrum des Ventilsitzes 34 so angeordnet, daß sie den Lufteinlaß 32 und den Luftauslaß 33 miteinander verbindet. Die Luftdurchlaßöffnung 35 weist eine Umfangskante auf, welche abgeschrägt ausgebildet ist, und mit welcher ein Tellerventilkörper 36 in Druckberührung gelangt. Das Ende des Tellerventilkörpers 36, welches in Druckberührung mit der Umfangskante der Luftdurchlaßöffnung 36 gelangt, ist kugelförmig ausgebildet. Der Tellerventilkörper 36 ist über den Abschnitt 25 mit kleinerem Durchmesser des beweglichen Kerns 24 aufgepaßt und wird durch diesen so gehalten, daß er in Axialrichtung gleitbeweglich ist (in der Vertikalrichtung in Fig. 5).

Der Tellerventilkörper 36 wird dadurch am Abgleiten von dem Abschnitt 25 mit kleinerem Durchmesser durch einen Anschlag 37 gehindert, der an dem entfernten Ende des Abschnitts 25 mit kleinerem Durchmesser befestigt ist. Obwohl nicht dargestellt ist ein Tetrafluorethylenharz auf den Außenumfang des Abschnitts 25 mit kleinerem Durchmesser aufgeschichtet, so daß der Tellerventilkörper 36 glatt auf dem Abschnitt 25 mit kleinerem Durchmesser gleiten kann. Eine Feder 38 ist im zusammengedrückten Zustand zwischen den Tellerventilkörper 36 und dem beweglichen Kern 24 eingefügt. Der Tellerventilkörper 36 wird daher durch die Rückführfeder 28 über die Feder 38 in Druckberührung mit dem Ventilsitz 34 gedrückt, wodurch die Luftdurchlaßöffnung 35 luftdicht verschlossen wird. Die Druckkraft der Feder 38, welche diese ausübt, wenn sie an ihrem Platz angebracht ist, ist so gewählt, daß sie größer ist als jene der Rückführfeder 28. Die Druckberührungslast zwischen dem Tellerventilkörper 36 und dem Anschlag 37, die von der Feder 38 ausgeübt wird, ist daher größer als jene zwischen dem Tellerventilkörper 36 und dem Ventilsitz 34, die von der Rückkehrfeder 28 hervorgerufen wird. In vollständig geschlossenem Zustand des Ventils ist daher kein Spalt zwischen dem Tellerventilkörper 36 und dem Anschlag 38 vorhanden.

Weiterhin ist eine Einstellschraube 39 durch eine Bodenwand des Gehäuses 31 hindurch eingeschraubt, wie in der Figur dargestellt. Eine Feder 41 ist zwischen dem Anschlag 37 und einer Federhalterung 40 angeordnet, die an dem entfernten Ende der Einstellschraube 39 gehaltert ist. Die Federkonstante der Feder 41 ist so gewählt, daß sie kleiner ist als jene der Rückführfeder 38, und ihre Vorspannkraft wird durch Drehen der Einstellschraube 39 zur Einstellung der Position der Federhalterung 40 eingestellt. Die Vorspannkraft der Rückführfeder 28 wird durch Einstellung der Vorspannkraft der Feder 41 so zumindest teilweise ausgeglichen, daß auf diese Weise die minimale elektromagnetische Anziehungskraft eingestellt wird, welche dazu erforderlich ist, den beweglichen Kern 24 an den ortsfesten Kern 21 anzuziehen.

Nunmehr wird der Betriebsablauf des Flußsteuerventils beschrieben.

Wenn über die Leitung 17 ein bestimmter Strom der Spule 14 zugeführt wird, erzeugt die Spule 14 eine elektromagnetische Anziehungskraft. Diese elektromagnetische Anziehungskraft veranlaßt den beweglichen Kern 24 dazu, zu dem ortsfesten Kern 21 hin zu gleiten, gegen die Federkraft der Rückführfeder 28, und geführt durch die Muffe 19. Dann wird der bewegliche Kern 24 an einem Ort angehalten, an welchem die zu diesem Zeitpunkt erzeugte elektromagnetisch Anziehungskraft durch die Federkraft der Rückführfeder 28 ausgeglichen wird. Mit anderen Worten ist der Hub des beweglichen Kerns 24 proportional zur elektromagnetischen Anziehungskraft.

Die erzeugte elektromagnetische Anziehungskraft ändert sich entsprechend der Steuerung oder Regelung des der Spule 14 zugeführten Stroms. Bei der dargestellten Vorrichtung nach dem Stand der Technik wird die elektromagnetische Anziehungskraft dadurch geändert, daß das Tastverhältnis eines gepulsten Stroms gesteuert bzw. geregelt wird.

Nunmehr wird der Betriebsablauf unter Bezugnahme auf das Eigenschaftsdiagramm von Fig. 6 erläutert.

Wenn der Spule 14 kein Strom zugeführt wird, ist die Vorspannkraft der Rückführfeder 28 größer als die Vorspannkraft der Feder 41, wodurch der Tellerventilkörper 36 gegen den Ventilsitz 34 angedrückt wird. Daher gelangt der Tellerventilkörper 36 in Druckberührung mit dem Ventilsitz 34, wodurch die Luftdurchlaßöffnung 35 verschlossen wird, so daß der Lufteinlaß 32 und der Luftauslaß 33 voneinander getrennt sind.

Wird von nun aus das Tastverhältnis DF des der Spule 14 zugeführten impulsförmigen Stroms erhöht, überwindet die elektromagnetische Anziehungskraft, die auf den beweglichen Kern 24 einwirkt, die Vorspannkraft der Rückführfeder 28 (genauer gesagt, die Differenz der Federkraft zwischen der Rückführfeder 28 und der Feder 41) an einem bestimmten Punkt, worauf der bewegliche Kern 24 sich nach oben zu bewegen beginnt, wie in Fig. 5 gezeigt, und sich der Tellerventilkörper 36 von dem Ventilsitz 34 abzuheben beginnt. Dieser Punkt ist durch einen Punkt A (Tastverhältnis DF1) auf einer in Fig. 6 gezeigten geraden Linie U gegeben. Anders ausgedrückt stehen der Lufteinlaß 32 und der Luftauslaß 33 miteinander in Verbindung, so daß Luft von dem Pfeil IN (EIN) zu dem Pfeil OUT (AUS) fließen kann.

Wird das Tastverhältnis weiter erhöht, so steigt entsprechend die auf den beweglichen Kern 24 einwirkende elektromagnetische Anziehungskraft an, und daher wird der bewegliche Kern 24 in Fig. 5 weiter nach oben bewegt. Dann wird der bewegliche Kern 24 an einem Ort angehalten, an welchem die zu diesem Zeitpunkt erzeugte elektromagnetische Anziehungskraft durch die reagierende Vorspannkraft der Rückführfeder 28 ausgeglichen wird (genauer gesagt durch die Differenz der Federkraft zwischen der Rückführfeder 28 und der Feder 41). Auf diese Weise wird die Spaltgröße zwischen dem Ventilsitz 34 und dem Tellerventilkörper 36 in Abhängigkeit von dem Tastverhältnis des gepulsten Stroms bestimmt, welcher der Spule 14 zugeführt wird. Die Flußrate der durch das Ventil hindurchgehenden Luft wird durch den Öffnungsgrad des Tellerventilkörpers 36 festgelegt.

Das voranstehend geschilderte Flußsteuerventil wird folgendermaßen gesteuert oder geregelt. Eine Steuerung (nicht dargestellt) stellt die Leerlaufdrehzahl des Motors (der Brennkraftmaschine) fest und steuert das Tastverhältnis des der Spule 14 zugeführten, impulsförmigen Stroms auf solche Weise, daß die Leerlaufdrehzahl auf einem vorbestimmten Wert gehalten wird. Wenn zusätzlich elektrische Belastungen auftreten, die Belastung durch die Klimaanlage usw., so steuert oder regelt die Steuerung das Tastverhältnis DF darüber hinaus so, daß eine Verringerung der Drehzahl verhindert wird, und eine Sollwertdrehzahl erreicht wird.

Wenn allerdings bei dem in Fig. 5 dargestellten Flußsteuerventil nach dem Stand der Technik für eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung ein zu hoher Strom der Spule 14 zugeführt wird, kann sich der bewegliche Kern 24 auf den ortsfesten Kern 21 über ein vorbestimmtes Ausmaß hin bewegen (also über jenen Hub hinaus, der sich ergibt, wenn ein Nennstrom zugeführt wird), und zwar in solchem Ausmaß, daß der bewegliche Kern 24 nahe an den ortsfesten Kern 21 gelangt oder gegen diesen anstößt. Dieser Zustand bringt das Risiko einer Beeinträchtigung der Lebensdauer mit sich. Wenn der bewegliche Kern 24 nahe an den ortsfesten Kern 21 gelangt, bleibt darüber hinaus der bewegliche Kern 24 auf der Seite des ortsfesten Kerns 21 infolge der Einwirkung des Restmagnetismus festgehalten, was in der Hinsicht zu Schwierigkeiten führt, daß das Reaktionsvermögen des beweglichen Kerns 24 in Reaktion auf den Steuerstrom verzögert wird.

Die vorliegende Erfindung wurde zur Lösung der voranstehend geschilderten Schwierigkeiten entwickelt, und ihr Ziel besteht in der Bereitstellung eines Flußsteuerventils, bei welchem ein beweglicher Kern weniger stark angezogen wird, so daß er nahe an einen ortsfesten Kern gelangt oder an diesen anstößt, und welches stabile Steuereigenschaften und einen verläßlichen Betrieb aufweist.

Um das voranstehend geschilderte Ziel zu erreichen wird gemäß einer Zielrichtung der vorliegenden Erfindung ein Flußsteuerventil zur Verfügung gestellt, welches eine Elektromagnetspule zur Erzeugung eines Magnetfeldes bei Versorgung mit einem Strom aufweist, einen in der Elektromagnetspule angeordneten, ortsfesten Kern, ein außerhalb der Elektromagnetspule angebrachtes Joch, welches die Elektromagnetspule abdeckt und zusammen mit dem ortsfesten Kern eine magnetische Schaltung ausbildet, einen beweglichen Kern, der auf solche Weise gleitbeweglich in einem zylindrischen Teil angeordnet ist, daß er sich in Richtung auf den ortsfesten Kern infolge der elektromagnetischen Anziehungskraft bewegen kann, die von der Elektromagnetspule erzeugt wird, eine Rückführfeder, die zwischen dem ortsfesten Kern und dem beweglichen Kern angeordnet ist, um den beweglichen Kern in der Richtung entgegengesetzt zur elektromagnetischen Anziehungskraft vorzuspannen, einen Flußsteuerventilkörper, in welchem ein Lufteinlaßkanal und ein Luftauslaßkanal vorgesehen sind, wobei ein Ventilsitz in dem Flußsteuerventilkörper so angeordnet ist, daß er den Lufteinlaßkanal und den Luftauslaßkanal festlegt, und in welchem eine Luftdurchlaßöffnung vorgesehen ist, um den Lufteinlaßkanal und den Luftauslaßkanal miteinander zu verbinden, ein Ventil, welches gleitbeweglich so über den beweglichen Kern aufgepaßt ist, daß es in Berührung mit der Luftdurchlaßöffnung gelangt bzw. sich von dieser trennt, um den Luftfluß zwischen dem Lufteinlaßkanal und dem Luftauslaßkanal zu öffnen bzw. zu schließen, eine Feder zum Vorspannen des Ventils in Richtung auf den Ventilsitz in Bezug auf den beweglichen Kern, und einen Anschlag zur Begrenzung des Ausmaßes der Bewegung des Ventils in Richtung auf den Ventilsitz, wobei die magnetische Schaltung so ausgebildet ist, daß die elektromagnetische Anziehungskraft in jenem Bereich verringert ist, in welchem die Anhalteposition des beweglichen Kerns, welche durch den Ausgleich zwischen der elektromagnetischen Anziehungskraft und der Zwangskraft der Rückführfeder festgelegt wird, eine bestimmte Position überschreitet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen sich weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben. Es zeigt:

Fig. 1 eine Längsschnittansicht eines Axialquerschnitts eines Flußsteuerventils gemäß einer Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine Seitenansicht des Flußsteuerventils gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3(A) und 3(B) Schnittansichten zur Erläuterung des Betriebsablaufs bei dem Flußsteuerventil gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung, wobei Fig. 3(A) einen Zustand zeigt, in welchem ein Nennstrom angelegt wird, und Fig. 3(B) einen Zustand zeigt, in welchem ein zu hoher Strom angelegt wird;

Fig. 4 ein Diagramm der elektromagnetischen Anziehungskräfte, die bei dem Stand der Technik bzw. bei der Ausführungsform 1 erzeugt werden;

Fig. 5 eine Längsschnittansicht eines Flußsteuerventils nach dem Stand der Technik; und

Fig. 6 ein Diagramm zur Erläuterung des Betriebsablaufs bei dem Flußsteuerventil nach dem Stand der Technik.

Ausführungsform 1

Fig. 1 ist eine Längsschnittansicht, welche einen Axialquerschnitt eines Flußsteuerventils gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt, Fig. 2 ist eine Seitenansicht des Flußsteuerventils gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung, Fig. 3(A) und 3(B) sind Schnittansichten zur Erläuterung des Betriebsablaufs des Flußsteuerventils gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung, wobei Fig. 3(A) einen Zustand zeigt, in welchem ein Nennstrom angelegt wird, und Fig. 3(B) einen Zustand zeigt, in welchem ein zu hoher Strom angelegt wird, und Fig. 4 ist ein Eigenschaftsdiagramm der elektromagnetischen Anziehungskräfte, die beim Stand der Technik bzw. bei der Ausführungsform 1 erzeugt werden.

Gemäß Fig. 1 und 2 ist eine Elektromagnetvorrichtung 50 folgendermaßen aufgebaut. Ein Joch 51 wird durch Biegen einer dicken Stahlplatte mit insgesamt kanalförmiger Form hergestellt, mit Vorsprüngen 52 und Fingern 53. Ein ortsfester Kern 54 weist einen hohlen Abschnitt 55 und einen Gewindeabschnitt 56 auf, der im Inneren entlang der Achse des Kerns verläuft. Ein Ende des ortsfesten Kerns 54 näher an einem beweglichen Kern 71 ist so ausgebildet, daß sein Außenumfang verjüngt ausgebildet ist, und das andere Ende dieses Kerns ist an einer Befestigungsplatte 57 befestigt und wird an diesem Ort durch eine Bördelung festgehalten. Weiterhin sind rechteckige Löcher 58 in der Befestigungsplatte 57 vorgesehen. Die Befestigungsplatte 57 und das Joch 51 werden dadurch aneinander befestigt, daß die Finger 53 des Jochs 51 in die jeweiligen Löcher 58 eingeführt und dann die Finger 53 abgebogen werden. Eine magnetische Schaltung der Elektromagnetvorrichtung 50 wird daher durch die Befestigungsplatte 57 und den ortsfesten Kern 64 ausgebildet.

Eine Erregerspuleneinheit 59 ist folgendermaßen aufgebaut. Durch einen Spulenkörper 60 geht in Axialrichtung ein Durchgangsloch 61 hindurch. Das Durchgangsloch 61 ist auf den Außenumfang des ortsfesten Kerns 54 aufgepaßt und dient als Führung für einen nachstehend genauer erläuterten, beweglichen Kern 71. Eine Spule 62 ist auf den Außenumfang des Spulenkörpers 60 aufgewickelt. Ein Verbindungsleiter 63 ist aus der Spule 62 herausgeführt. Die Spule 62 und der Verbindungsleiter 63 werden durch ein Kunstharzmaterial 64 einstückig ausgeformt, wobei ein Anschlußklemmenabschnitt 65 an einem Ende vorgesehen ist. Darüber hinaus bildet der Spulenkörper 60 ein zylindrisches Teil, in welchem der bewegliche Kern 71 gleitbeweglich aufgenommen ist.

Die Erregerspuleneinheit 59 ist fest zwischen dem Joch 51 und der Befestigungsplatte 57 in einer Sandwichanordnung in Axialrichtung gehaltert. Kreisförmige Gummi-Dichtmanschetten 66, 67 sind jeweils an der Grenze zwischen dem Spulenkörper 60 und dem Kunstharzmaterial 64 in der Erregerspuleneinheit 59 bzw. zwischen dem Joch 51 und der Befestigungsplatte 57 angeordnet, um zu verhindern, daß Wasser und dergleichen in den Abschnitt der Spule 62 hineingelangt, und um den Raum der Einheit 59 gegen einen Einlaßseitenraum 80 (der nachstehend noch genauer erläutert wird) und nach außen hin abzudichten.

Eine Einstellschraube 68 ist in den Gewindeabschnitt 56 des ortsfesten Kerns 54 eingeschraubt. Sechseckige Ausnehmungen sind an beiden Enden der Einstellschraube 68 vorgesehen, und die Gewindegänge des Außenumfangs der Einstellschraube 68 sind mechanisch so bearbeitet, daß die Luftdichtigkeit zwischen dem Raum des Durchgangslochs 61 und der Umgebungsluft sichergestellt ist. Eine Federhalterung 69 ist axial beweglich in den Hohlraum 55 des ortsfesten Kerns 54 eingefügt. Die Federhalterung 69 ist an einem Ende mit einem sechseckigen Vorsprung versehen, welcher in die sechseckige Ausnehmung der Einstellschraube 68 eingepaßt ist, so daß eine freie Drehung der Federhalterung 69 in Bezug auf die Einstellschraube 68 verhindert wird. Ein Ende einer spulenförmigen Rückführfeder 70 ist im Drucksitz in das andere Ende der Federhalterung 69 eingepaßt.

Ein hohlzylindrischer, beweglicher Kern 71 ist in das Durchgangslochs 61 des Spulenkörpers 60 axial beweglich so eingepaßt, daß er dem ortsfesten Kern 54 gegenüberliegt, und wird in Fig. 1 ständig durch die Rückführfeder 70 nach links gedrückt. Ein Rohr 72, durch welches sich ein Verbindungsloch 75 erstreckt, ist im Preßsitz in einen hohlen Abschnitt des beweglichen Kerns 71 eingepaßt. Das andere Ende der Rückführfeder 70 ist im Preßsitz über einen vorspringenden Abschnitt 73 des Rohrs 72 aufgepaßt und an diesem festgehalten, welcher von dem hohlen Abschnitt des beweglichen Kerns 71 aus vorspringt. Das entfernte Ende des Rohrs 72 ist nach außen in Radialrichtung abgebogen, um einen Flansch 74 auszubilden, der als Anschlag dient.

Nachstehend wird der Aufbau eines Ventilkörpers 76 beschrieben.

Ein Gehäuse 77 wird mittels Druckguß aus Aluminium hergestellt. Ein Ventilsitz 78, der eine verjüngte (konische) Luftdurchlaßöffnung 79 in seinem Zentrumsabschnitt aufweist, ist luftdicht in enger Passung in das Gehäuse 77 eingepaßt. Ein Innenraum des Gehäuses 77 wird durch den Ventilsitz 78, der als Steuerventilsitz dient, in einen Einlaßseitenraum 80 und einen Auslaßseitenraum 81 unterteilt. Ein Lufteinlaß 82 kann mit dem Einlaßseitenraum 80 in Verbindung gebracht werden, und ein Luftauslaß 83 kann mit dem Auslaßseitenraum 81 in Verbindung gebracht werden. Der Einlaßseitenraum 80 und der Lufteinlaß 82 bilden zusammen einen Lufteinlaßkanal, während der Auslaßseitenraum 81 und der Luftauslaß 83 zusammen einen Luftauslaßkanal bilden.

Ein Tellerventilkörper 84, der als Ventil dient, weist einen Anschlagsabschnitt 85 auf, bei welchem ein Teil, welches in Druckberührung mit einer Umfangskante der Luftdurchlaßöffnung 79 gelangt, kugelförmig ausgebildet ist. Der Tellerventilkörper 84 ist über das Rohr 72 axial gleitbeweglich aufgepaßt, welches fest an dem beweglichen Kern 71 befestigt ist. Eine spulenförmige Feder 86 ist zwischen den Tellerventilkörper 84 und dem beweglichen Kern 71 in zusammengedrücktem Zustand so eingefügt, daß sie in Fig. 1 den Tellerventilkörper 84 nach links drückt. Der Tellerventilkörper 84 wird daher durch die Rückführfeder 70 über die Feder 86 in Druckberührung mit dem Ventilsitz 78 gedrückt, wodurch die Luftdurchlaßöffnung 79 luftdicht verschlossen wird. Der durch die Vorspannkraft der Feder 86 druckbeaufschlagte Tellerventilkörper 84 stößt darüber hinaus gegen den Flansch 74 an, so daß eine weitere Bewegung des Tellerventilkörpers 84 verhindert wird.

Weiterhin ist der Durchmesser des Kreises, entlang welchem der Anschlagabschnitt 85 in Druckberührung mit der Umfangskante der Luftdurchlaßöffnung 79 gelangt, im wesentlichen gleich dem Außendurchmesser des beweglichen Kerns 71 gewählt.

Durch Drehung der Einstellfeder 68 wird vorher die Entfernung eingestellt, um welche die Rückführfeder 70 im Normalzustand zusammengedrückt wird, so daß die Andruckkraft des Tellerventilkörpers 84 gegen den Ventilsitz 78 einen vorbestimmten Wert annimmt. Die Federkraft der Feder 86, welche diese ausübt, wenn sie an ihrem Ort angebracht ist, ist so gewählt, daß sie größer ist als jene der Rückführfeder 28. Die Druckberührungslast, die zwischen dem Tellerventilkörper 84 und dem Flansch 74 des Rohrs 72 infolge der Feder 86 vorhanden ist, ist daher größer als jene zwischen dem Tellerventilkörper 84 und dem Ventilsitz 78 infolge der Rückführfeder 70. Dies führt dazu, daß in dem vollständig geschlossenen Zustand des Ventils kein Spalt zwischen dem Tellerventilkörper 84 und dem Flansch 74 vorhanden ist.

Der Ventilkörper 76 mit dem voranstehend geschilderten Aufbau ist fest an dem Joch 51 mittels Schrauben 88 befestigt, wodurch ein Flußsteuerventil oder Flußregelventil zur Verfügung gestellt wird, welches aus dem Ventilkörper 76 und der Elektromagnetvorrichtung 50 besteht, die miteinander verbunden sind.

Hierbei können der Ventilsitz 78 und der Tellerventilkörper 84 beispielsweise aus Polybutylenterephtalat bestehen.

Nunmehr wird der Betrieb des Flußsteuerventils beschrieben.

Wenn der Spule 62 kein Strom zugeführt wird, wird in Fig. 1 der bewegliche Kern 71 durch die Rückführfeder 70 nach links gedrückt. Der Tellerventilkörper 84 wird ebenfalls nach links gedrückt, infolge der Feder 86, wodurch der Anstoßabschnitt 85 in Druckberührung mit der Umfangskante der Luftdurchlaßöffnung 79 gelangt, so daß kein Durchgang von Luft durch die Luftdurchlaßöffnung 79 erfolgt. Daher tritt kein Fluß von Luft zwischen dem Lufteinlaß 82 und dem Luftauslaß 83 auf.

Wenn ein bestimmter Strom, nämlich ein gepulster Strom mit einem vorbestimmten Tastverhältnis, der Spule 62 zugeführt wird, wird eine elektromagnetische Anziehungskraft zwischen dem ortsfesten Kern 54 und dem beweglichen Kern 71 erzeugt, so daß der bewegliche Kern 71 in Fig. 1 nach rechts angezogen wird. Die Größe der Anziehungskraft ist proportional zum Tastverhältnis des der Spule 62 zugeführten Stroms, und der bewegliche Kern 71 wird an einem Ort angehalten, an welchem die elektromagnetische Anziehungskraft durch die reagierende Druckkraft der Rückführfeder 70 ausgeglichen wird.

Abhängig von dem Ausmaß der Bewegung des beweglichen Kerns 71 bewegt sich der Tellerventilkörper 84 von dem Ventilsitz 78 weg, so daß eine Verbindung zwischen dem Lufteinlaß 82 und dem Luftauslaß 83 entsteht. Genauer gesagt beginnt sich, unter Bezugnahme auf Fig. 6, der Tellerventilkörper 84 von dem Ventilsitz 78 abzuheben, wenn das Tastverhältnis des der Spule 62 zugeführten, gepulsten Stroms den Wert DF1 überschreitet. Daraufhin steigt die Flußrate der Luft entsprechend der Erhöhung des Tastverhältnisses DF an, wie durch die gerade Linie U in Fig. 6 angedeutet ist. Wenn der bewegliche Kern 71 weiter in solchem Ausmaß bewegt wird, daß die Kanalfläche, die zwischen dem Anstoßabschnitt 85 und der Umfangskante der Luftdurchlaßöffnung 79 ausgebildet wird, größer ist als die Fläche eines Abschnitts 87 mit minimalem Durchmesser der Luftdurchlaßöffnung 79, wird die Flußrate der durch das Ventil hindurchgehenden Luft durch den Abschnitt 87 mit minimalem Durchmesser der Luftdurchlaßöffnung 79 begrenzt, und wird wie durch V in Fig. 6 angedeutet, konstant. Bei dem Tastverhältnis von 100% wird dann eine konstante Flußrate V aufrechterhalten, und wird der bewegliche Kern 71 in einer bestimmten Position angehalten, in welcher die elektromagnetische Anziehungskraft durch die reagierende Vorspannkraft der Rückführfeder 70 ausgeglichen wird, wie voranstehend bereits erwähnt wurde.

Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die Fig. 3(A), 3(B) sowie 4 der Fall erläutert, in welchem ein Strom oberhalb des Nennwertes angelegt wird.

Fig. 3(A) zeigt eine Position, in welcher der bewegliche Kern 71 angehalten wird, wenn ein Nennstrom mit dem Tastverhältnis von 100% angelegt wird, und Fig. 3(B) zeigt einen Zustand, in welchem sich der bewegliche Kern 71 näher an den ortsfesten Kern 54 bewegt hat, über die in Fig. 3(A) gezeigte Anhalteposition hinaus.

Wenn sich der bewegliche Kern 71 in der in Fig. 3(A) gezeigten Anhalteposition befindet, liegt der Außenumfang eines Abschnitts mit größerem Durchmesser des beweglichen Kerns 71 dem Joch 51 gegenüber, und der magnetische Fluß geht durch den magnetischen Kanal hindurch, wie in der Figur durch Pfeile angedeutet ist.

Andererseits liegen in der in Fig. 3(B) gezeigten Anhaltepositionen sowohl der Abschnitt mit großem als auch der Abschnitt mit kleinem Durchmesser des beweglichen Kerns 71 dem Joch 51 gegenüber. Daher ist die Außenumfangsfläche des Abschnitts mit größerem Durchmesser des beweglichen Kerns 71, welcher dem Joch 51 gegenüberliegt, verkleinert, und wird der Durchgang des magnetischen Flusses durch den magnetischen Kanal erschwert. Hierbei wird der Luftspalt zwischen dem beweglichen Kern 71 und dem ortsfesten Kern 54 verkleinert, und der magnetische Kanal an der Oberfläche des Jochs 51 gegenüberliegend dem beweglichen Kern 71 eingeschränkt. Daher wird die elektromagnetische Anziehungskraft infolge der Verringerung der Fläche des beweglichen Kerns 71 gegenüberliegend dem Joch 51 verkleinert.

Wie aus Fig. 4 hervorgeht, stellt im Vergleich zu den Eigenschaften der Anziehungskraft (gestrichelte Linien) bei dem Flußsteuerventil nach dem Stand der Technik das Flußsteuerventil gemäß Ausführungsform 1 Anziehungskrafteigenschaften (durchgezogene Linien) zur Verfügung, die wie nachstehend geschildert ausgebildet sind.

Die Anziehungskraft, die erzeugt wird, wenn ein bestimmter Strom mit einem Tastverhältnis von 100% angelegt wird, wird in jenem Bereich allmählich verringert, der einen bestimmten Ort überschreitet. Darüber hinaus wird die Anziehungskraft bei ansteigendem Stromwert in stärkerem Ausmaß verringert. Dies bedeutet, daß der bewegliche Kern erheblich weniger so angezogen wird, daß er sich in diesem Bereich bewegt, selbst wenn der angelegte Strom über den Nennwert ansteigt.

Anders ausgedrückt ist gemäß der Ausführungsform 1 die magnetische Schaltung so ausgebildet, daß die elektromagnetische Anziehungskraft, die zwischen dem ortsfesten Kern 54 und dem beweglichen Kern 71 erzeugt wird, in jenem Bereich verringert wird, in welchem die Anhalteposition des beweglichen Kerns 71, welche durch den Ausgleich zwischen der elektromagnetischen Anziehungskraft und der Rückführfeder 70 bestimmt wird, eine bestimmte Position überschreitet, also wenn ein zu hoher Strom oberhalb des Nennstroms der Spule 62 zugeführt wird. Selbst bei einem zu hohen Strom oberhalb des Nennstroms, welcher der Spule 62 zugeführt wird, wird daher die auf den beweglichen Kern 71 einwirkende elektromagnetische Anziehungskraft verringert, und kann sich der bewegliche Kern 71 nicht mehr so einfach in Richtung auf den ortsfesten Kern 54 bewegen.

Daher bewegt sich der bewegliche Kern 71 nicht in Richtung auf den ortsfesten Kern 54 über ein vorbestimmtes Ausmaß hinaus (also über den Hub hinaus, der bei Zufuhr eines Nennstroms auftritt), in solchem Ausmaß, daß der bewegliche Kern 71 nahe an den ortsfesten Kern 54 gelangt oder sogar an diesen anstößt. Hierdurch wird die Betriebssicherheit verbessert.

Da der bewegliche Kern 71 nicht nahe an den ortsfesten Kern 54 gelangt, wird darüber hinaus das Auftreten eines Restmagnetismus zwischen dem beweglichen Kern 71 und dem ortsfesten Kern 54 unterdrückt. Daher wird der bewegliche Kern 71 nicht auf der Seite des ortsfesten Kerns 54 festgehalten, sondern kann sich in Reaktion auf den Steuerstrom sofort bewegen. Dies verbessert die Stabilität des Steuer- oder Regelvorgangs des Flußsteuerventils.

Darüber hinaus ist die Luftdurchlaßöffnung 79 des Ventilsitzes 78 so ausgebildet, daß sie eine verjüngte (konische) Umfangskante aufweist, und ist der Anstoßabschnitt 85 des Tellerventilkörpers 84 so ausgebildet, daß seine Oberfläche kugelförmig ist. Selbst wenn der bewegliche Kern 54, der eine Gleitbewegung durchführt, während er durch die Umfangswand des Durchgangslochs 61 des Spulenkörpers 60 geführt wird, in Axialrichtung geringfügig verkippt ist, gelangt daher der Anstoßabschnitt 85 in Druckberührung mit der Umfangskante der Luftdurchlaßöffnung 79 auf einem Kreis mit einem vorbestimmten Durchmesser. Daher kann eine Verkippung des beweglichen Kerns 54 aufgefangen werden, und die Dichtwirkung sichergestellt werden.

Weiterhin ist die Feder 86 zwischen dem Tellerventilkörper 84 und dem beweglichen Kern 71 im zusammengedrückten Zustand angeordnet. Rückstoßkräfte, welche durch Stöße beim Aufsitzen oder Abheben des Tellerventilkörpers 84 infolge kleiner Vibrationen erzeugt werden, die bei der Tastverhältnissteuerung auftreten, werden daher durch die Feder 86 abgefangen, welche den Tellerventilkörper 84 druckbeaufschlagt. Daher wird auch bei einem Tastverhältnis von Null eine wirksame Dichtung sichergestellt.

Weiterhin ist der Durchmesser des Kreises, entlang welchem der Anstoßabschnitt 85 in Druckberührung mit der Umfangskante der Luftdurchlaßöffnung 79 gelangt, so gewählt, daß er im wesentlichen gleich dem Außendurchmesser des beweglichen Kerns 71 ist, und steht der Luftspalt zwischen dem ortsfesten Kern 54 und dem beweglichen Kern 71 in Verbindung mit dem Auslaßseitenraum 81 über das Verbindungsloch 75 des Rohrs 72. Die Kräfte, die von beiden Seiten des beweglichen Kerns 71 von links und rechts einwirken, werden daher durch das Verbindungsloch 75 ausgeglichen, und daher kann der bewegliche Kern 71 in einem stabilen Zustand gehalten werden, und für den Öffnungs- und Schließvorgang glatt bewegt werden.

Da die Einstellschraube 68 dem ortsfesten Kern 54 so zugeordnet ist, daß die Drucklast der Rückführfeder 70 in ihrem Anfangszustand durch die Schraube 68 einstellbar ist, kann die bei dem Ventil nach dem Stand der Technik verwendete Feder 40 wegfallen, und wird der Aufbau des Ventils entsprechend vereinfacht.

Es wird darauf hingewiesen, daß auch bei der Ausführungsform 1 ein Film mit einem kleinen Reibungskoeffizienten, beispielsweise aus Tetrafluorethylenharz, auf Gleitabschnitten des Tellerventilkörpers 84 und des Rohrs 72 vorgesehen werden kann. Dies hat den Vorteil der Verringerung der Reibungskräfte, die zwischen den Gleitabschnitten auftreten, und der Unterdrückung des Auftretens von Verschleißteilchen. Da eine Verringerung der Reibungskräfte dazu führt, daß die für das Gleiten erforderlichen Toleranzen enger gewählt werden können, ist es darüber hinaus möglich, den Eintritt kleiner Fremdkörper in die Gleitabschnitte zu sperren, und einen Betriebsausfall zu verhindern, der sonst möglicherweise durch das Eintreten von Fremdkörpern hervorgerufen werden könnte. Ähnliche Vorteile wie in dem voranstehend geschilderten Fall lassen sich auch dann erzielen, wenn Gleitabschnitte des beweglichen Kerns 71 und des Spulenkörpers 60 mit einem Film mit kleinem Reibungskoeffizienten beschichtet sind.

Bei der Ausführungsform 1 ist das Rohr 72 an dem beweglichen Kern 71 befestigt, und ist der Tellerventilkörper 84 gleitbeweglich über das Rohr 72 aufgepaßt. Statt das Rohr 72 vorzusehen, kann jedoch auch der bewegliche Kern 71 so ausgebildet sein, daß er einen Abschnitt mit kleinerem Durchmesser aufweist, und kann der Tellerventilkörper 84 gleitbeweglich über den Abschnitt mit kleinerem Durchmesser aufgepaßt sein, wie in Fig. 5 gezeigt ist. In diesem Fall kann das Rohr 72 wegfallen, und wird der Ventilaufbau entsprechend vereinfacht.

Während bei der Ausführungsform 1 der bewegliche Kern 71 gleitbeweglich in dem Durchgangsloch 61 des Spulenkörpers 60 angeordnet ist, kann eine zylindrische Buchse, die aus unmagnetischem Material besteht, in das Durchgangsloch 61 des Spulenkörpers 60 eingepaßt werden, und der bewegliche Kern 71 gleitbeweglich in der Buchse angeordnet sein.

Gemäß einer Zielrichtung der vorliegenden Erfindung ist die magnetische Schaltung so ausgebildet, daß die elektromagnetische Anziehungskraft in dem Bereich verringert ist, in welchem die Anhalteposition des beweglichen Kerns, welche durch den Ausgleich zwischen der elektromagnetischen Anziehungskraft und der Vorspannkraft der Rückführfeder festgelegt wird, eine bestimmte Position überschreitet. Daher wird ein Flußsteuerventil erhalten, bei welchem der bewegliche Kern praktisch nicht nahe an den ortsfesten Kern gelangt oder sogar an diesen anstößt, wenn ein zu hoher Strom an die Spule angelegt wird, welches eine Beeinträchtigung der Steuerleistung unterdrücken kann, die möglicherweise durch Festmagnetismus hervorgerufen wird, wenn der bewegliche Kern nahe an den ortsfesten Kern gelangt, und welches dauernd eine hoher Verläßlichkeit sicherstellen kann.

Gemäß einer weiteren Zielrichtung der vorliegenden Erfindung ist der bewegliche Kern so ausgebildet, daß er eine derartige Außenform aufweist, daß die Oberfläche des beweglichen Kerns gegenüberliegend dem Joch in dem Bereich verkleinert ist, in welchem die Anhalteposition des beweglichen Kerns den vorgeschriebenen Ort überschreitet. Daher läßt sich die magnetische Schaltung einfach ausbilden, welche die elektromagnetische Anziehungskraft verringern kann, wenn die Anhalteposition des beweglichen Kerns die betreffende Position überschreitet.

Gemäß einer weiteren Zielrichtung der vorliegenden Erfindung weist der bewegliche Kern die Form eines Hohlzylinders auf, ist ein hohles Rohr an einen hohlen Abschnitt des beweglichen Kerns auf solche Weise angepaßt, daß es sich in Richtung auf die Seite eines Flußsteuerventilkörpers erstreckt, ist ein Ventil gleitbeweglich auf das Rohr aufgepaßt, und ist ein Anschlag an dem entfernten Ende des Rohrs vorgesehen. Daher können die Drucke ausgeglichen werden, die auf beide Enden des beweglichen Kerns einwirken, wird die Stabilität des Betriebs verbessert, und der Ventilaufbau vereinfacht.

Gemäß einer weiteren Zielrichtung der vorliegenden Erfindung weist der bewegliche Kern einen Abschnitt mit kleinerem Durchmesser auf, der einstückig mit seinem Ende auf der Seite des Flußsteuerventilkörpers ausgebildet ist, ist ein Durchgangsloch so ausgebildet, daß es den beweglichen Kern in Axialrichtung durchdringt, ist ein Ventil gleitbeweglich über den Abschnitt mit kleinerem Durchmesser aufgepaßt, und ist ein Anschlag an dem entfernten Ende des Abschnitts mit kleinerem Durchmesser vorgesehen. Zusätzlich zu ähnlichen Vorteilen wie bei der vorherigen Zielrichtung kann daher das Rohr weggelassen werden, und wird der Ventilaufbau noch weiter vereinfacht.

Claims (4)

1. Flußsteuerventil, welches aufweist:
eine Elektromagnetspule (59) zur Erzeugung eines Magnetfeldes, wenn ein Strom zugeführt wird;
einen ortsfesten Kern (54), der in der Elektromagnetspule angeordnet ist;
ein Joch (51), welches außerhalb der Elektromagnetspule so angeordnet ist, daß es die Elektromagnetspule abdeckt und zusammen mit dem ortsfesten Kern eine magnetische Schaltung ausbildet;
einen beweglichen Kern (71), der in einem zylindrischen Teil (60) gleitbeweglich so angeordnet ist, daß er sich infolge der von der Elektromagnetspule erzeugten elektromagnetischen Anziehungskraft in Richtung auf den ortsfesten Kern bewegen kann;
eine Rückführfeder (70), die zwischen dem ortsfesten Kern und dem beweglichen Kern angeordnet ist, um den beweglichen Kern in einer Richtung entgegengesetzt der elektromagnetischen Anziehungskraft vorzuspannen;
einen Flußsteuerventilkörper (77), in welchem ein Lufteinlaßkanal (80, 82) und ein Luftauslaßkanal (81, 83) vorgesehen sind;
einen Ventilsitz (78), der so in dem Flußsteuerventilkörper vorgesehen ist, daß er den Lufteinlaßkanal und den Luftauslaßkanal festlegt, und mit einer Luftdurchlaßöffnung (78) versehen ist, um den Lufteinlaßkanal und den Luftauslaßkanal miteinander zu verbinden;
ein Ventil (84), welches gleitbeweglich so auf den beweglichen Kern aufgepaßt ist, daß es in Berührung mit der Luftdurchlaßöffnung gelangt bzw. sich von dieser trennt, um den Fluß der Luft zwischen dem Lufteinlaßkanal und dem Luftauslaßkanal zu öffnen bzw. zu schließen;
eine Feder (86) zum Vorspannendes Ventils in der Richtung zum Ventilsitz hin in Bezug auf den beweglichen Kern; und
einen Anschlag (74) zur Begrenzung des Ausmaßes der Bewegung des Ventils in Richtung auf den Ventilsitz hin, wobei die magnetische Schaltung so ausgebildet ist, daß die elektromagnetische Anziehungskraft in jenem Bereich verringert wird, in welchem die Anhalteposition des beweglichen Kerns, welche durch den Ausgleich zwischen der elektromagnetischen Anziehungskraft und der Vorspannkraft der Rückführfeder festgelegt wird, eine bestimmte Position überschreitet.

2. Flußsteuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Form des beweglichen Kerns (71) so ausgebildet ist, daß die Oberfläche des beweglichen Kerns gegenüberliegend dem Joch (51) in dem Bereich verkleinert ist, in welchem die Anhalteposition des beweglichen Kerns die bestimmte Position überschreitet.

3. Flußsteuerventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Kern (71) die Form eines Hohlzylinders aufweist, ein hohles Rohr (72) an einem hohlen Abschnitt des beweglichen Kerns auf solche Weise befestigt ist, daß es sich zur Seite des Flußsteuerventilkörpers (77) hin erstreckt, das Ventil (84) gleitbeweglich über das Rohr aufgepaßt ist, und ein Anschlag (74) an dem entfernten Ende des Rohrs vorgesehen ist.

4. Flußsteuerventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem beweglichen Kern ein Abschnitt mit kleinerem Durchmesser einstückig mit seinem Ende auf der Seite des Flußsteuerventilkörpers vorgesehen ist, ein Durchgangsloch so ausgebildet ist, daß es den beweglichen Kern in Axialrichtung durchdringt, das Ventil gleitbeweglich auf den Abschnitt mit kleinerem Durchmesser aufgepaßt ist, und ein Anschlag an dem entfernten Ende des Abschnitts mit kleinerem Durchmesser vorgesehen ist.