DE2246624C2 - Membranventil für die Steuerung von strömenden Medien - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Membranventil für die Steuerung und/oder Regelung von strömenden Medien, insbesondere zur Steuerung von Flüssigkeiten in Kraftstoffzumeßanlagen, mit einer im Gehäuse fest eingespannten und mittels eines Elektromagneten betätigten Membran, die aus magnetisch leitendem Werkstoff ausgeführt als Anker des Elektromagneten wirkt und bei dem das bewegliche Verschlußteil mit mindestens einem feststehenden Ventilsitz zusammenwirkt.

Insbesondere bei Kraftstoffeinspritzanlagen besteht die Forderung, mit einfachen billig herstellbaren und doch sehr genau arbeitenden Mitteln in einen Regelkreis einzugreifen, um dort bestehende Proportionen zu ändern.

Bei einer Kraftstoffeinspritzanla-^s ist das die Proportionalität zwischen angesaugter Luftmenge und eingespritzter Kraftstoffmenge. Diese Proportionalität wird in Abhängigkeit von Motorkenngrößen wie Drehzahl, Last, Temperatur und Abgaszusammensetzung geändert, um den Kraftstoff möglichst vollständig zu verbrennen und dadurch bei höchstmöglicher Leistung der Brennkraftmaschine bzw. kleinstmöglichem Kraftstoffverbrauch die Entstehung von giftigen Abgasen zu vermeiden oder stark zu vermindern. Hierbei hat sich gezeigt, wie bei vielen anderen Regelanlagen, die ähnliche Forderungen stellen, daß Flüssigkeiten aufgrund seiner Inkompressibilität bei Erhaltung der fluidlschen Eigenschaften ein äußerst günstiges Steuermittel ist.

Besonders bei der Verwendung von elektrischen Mitteln zur Messung der Luftmenge bzw. Zumessung der Kraftstoffmenge ist das Magnetventil ein meist wichtiger Bestandteil der Regelanlage, wobei das magnetisch gesteuerte Membranventil eine Vorzugsstellung aufweist.

Bei bekannten Membranventil (DE-AS 10 29 640) Ist eine bewegliche Membran, als Anker des Elektromagneten dienend, aus magnetisch leitendem Werkstoff ausgebildet und, in einer nicht durch den Ventilsitz gehenden Ebene eingespannt, mit einem mit dem Ventilsitz zusammenwirkenden Verschlußteil versehen. Neben dem zusätzlichen Verschlußteil lsi hierbei nachteilig, daß Vorspannungen In der Membran und Druckunierschicde auf beiden Selten der Membran zu Änderungen In der Kennlinie des Membranventils führen.

Be! einem andere."; bekannten Membranventil (US-PS 32 69 689) sind nicht in eine? durch den Ventilsitz gehenden Ebene eingespannte, nicht magnetisch leitende Membranen mit Durchbrochen versehen und mit einem ffi Verschlußteil sowie einer als Anker dienenden Scheibe ρ gekoppelt,

|| Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Mem-

H branventil zu entwickeln, mit dem die genannten Fordell rungen besser als bisher erfüllt werden und bei dem insbesondere bei geringstem Fertigungsaufwand sichergestellt ist, daß auch bei kleinen geregelten Durchflußmengen das Membranventil mit hoher Genauigkeit arbeitet.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die als bewegliches Verschlußteil eines Flachsitzventils dienende Membran außerhalb des Ventilsitzes Durchbrüche aufweist und in einer Ebene mit dem Ventilsitz eingespannt ist. Hierdurch ergibt sich nicht nur durch eine Vereinfachung der Montage eine Verringerung von Stör- und Fehlermöglichkeiten, sondern auch eine Verbesserung der Regelgenauigkeit gerade bei kleinen geregelten Durchflußmengen.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Membran in Öffnungsrichtung durch eine über einen Federteller wirkende Feder belastet, wobei Ventilsitz und/oder Federteller und/oder Feder aus magnetisch nicht leitendem Werkstoff bestehen. Es kann aber auch statt dessen das Gehäuseteil aus magnetisch nicht leitendem Werkstoff bestehen, der den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie der Werkstoff des übrigen Gehäuses aufweist.

Nach einer zusätzlichen Ausgestaltung der Erfindung ist der Abstand zwischen Membran und Magnetkern ungleich und im Sitzbereich am größten.

Nach weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung steuert die Membran zwei Ventilsitze, die auf beiden Seiten der Membran angeordnet sind öderes sind zwei Magnete zu einem Block zusammengefaßt und betätigen je eine Membran.

In weiteren Unteransprüchen sind andere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.

Fünf Au.führungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. I bis 4 Ventile mit mindestens zwei Ventilsitzen und zwei Magneteinheiten und Fig. 5 und 6 ein Ventil mit nur einem Ventilsitz und einem Magnet.

In Fig. i ist eine Membran 1 zwischen zwei Teile eines mehrteiligen Gehäuses 2 eingespannt, welches jeweils auch den Elektromagneten mit Magnetkern 3 und Spule 4 aufnimmt. Im Gehäuse 2 sind in Bohrungen 5 Einsätze fi angeordnet, die einerseits als Träger der Magnetkerne 3 dienen und andererseits durch je eine Bohrung 7 den israftstoff leiten. Während der einen Seite der Bohrung 7 der Kraftstoff von außerhalb des Gehäuses zugeleitet wird, ist auf der anderen Seite des Einsatzes 6 am Ende der Bohrung 7 ein Ventilsitz 8 angeordnet, der mit der Membran 1, die als bewegliches Verschlußteil dient, zusammenwirkt. Je nachdem, wie stark die Magnetspulen 4 erregt werden, wird die Membran 1 in die eine oder die andere Richtung gezogen, den Durchströmungsquerschnitt an den Ventilsitzen 8 verändernd. Der durch die Membran aufgeteilte, die Magnete 3, 4 aufnehmende Raum 9 Im Gehäuse 2 Ist durch Durchbrüche 10 in der Membran miteinander verbunden. Die Stromzufuhr zum Magneten erfolgt über Anschlüsse 11.

Bei allen in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiclen kann die Membran bei Erregung der Magnete entweder getaktet werden, d. h. intermittierend auf einen Sitz gepreßt werden, wodurch der Regelung ein integrier Charakter aufgeprägt werden kann, oder die Membran kann je nach Starke der Erregung des Magneten einen mehr oder weniger großen DurchströmquerschnlU frelgeben, wodurch der Regelung u, U. ein proportionaler Charakter elnprSgbar ist. In jedem Fall besteht die Membran aus einem magneiisierbaren Material, das bei steigendem Erregerstrom fortschreitend magnetisch gesättigt wird. Bei den in Fl g, 2, J und 4 dargestellten Ausführungsbeispielen Ist in einem mittleren Gehäuseabschnitt 15 ein aus zwei Magnetspulen 16 bestehender Elektromagnet angeordnet, der mit einem beiden Spulen 16 gemeinsamen Kern 17 arbeitet. Dieser Elektromagnet steuert zwei Membranen 18, die jeweils stirnseitig zu diesem und dem Gehäuseabschnitt 15 angeordnet sind und durch Anschluß- und Kraftstofführungsteile 19, die mit dem Gehäuseabschnitt 15 verschraubt sind, eingespannt sind. Die Magnetspulen 16 können gemeinsam oder alternativ erregt werden. In Bohrungen 20 der Gehäuseteile 19 sind Einsätze 21 vorgesehen, die der Kraftstoffleitung durch eine Bohrung 22 dienen und an '"^nen Ventilsitze 23 angeordnet sind, die mit den Membranen 18 zusammenwirken. Die Membranen 18 haben wie im ersten Ausführungsbeispiel Durchbrüche 24 und sind derart eingebaut, daß sie im stromlosen Zustand auf dem Ventilsitz 23 aufliegen, den Durchgang sperrend, wobei im Raum 25 ein höherer Druck herrscht als in der Bohrung 22.

Die Räume 25, die auf der dem Magneten -bgewandten Seite der Membranen in den Gehäuseteilen 19 vorgesehen sind, sind bei dem in Fig. 2 dargestellten Beispiel durch eine Bohrung 26 im Gehäuseabschnitt 15 und den Membranen 18 miteinander verbunden. Im Unterschied hierzu sind bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel die der Flüssigkeitsleitung dienenden Gehäuse- teile 19' derart ausgebildet, daß über Bohrungen 27' die dem Sitz 23' abgewand'.en Enden der Bohrungen 22' durch die im Gehäuseabschnitt 15' verlaufende Bohrung 26' miteinander verbunden sind. Die Räume 25' hingegen haben je einen separaten Flüssigkeitsar.schlu;3 28'.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel entsprechen die Gehäuseteil 19" den Gehäuseteilen 19' au· Fig. 3. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Gehäuseabschnitt 15" anders ausgebildet. Der Kern 17" ist hier mit einer Bohrung 30" versehen, die einen separaten Anschluß 31" im Gehäuse hat. Diese Bohrung 30" mündet jeweils in einen Ventilsitz 32", der durch je eine Membran 18" gesteuert wird. Die Membran 18" ist also hier auch wieder wie im ersten Ausführungsbeispiel zwischen zwei Sitzen 32" und 23" angeordnet und steuert deren Durchgangsquerschnitt. Die Flüssigkeit höheren Drucks wird hier durch die Bohrung 31" zugeführt oder es liegt die Membran 18" In Ruhestellung auf dem Sitz 23" auf, um bei erregtem Magnet in Richtung des Sitzes 32" f.zogen zu werden.

Wie aus den Figuren ersichtlich, können die einzelnen Bauelemente 19, 19', 19" mit den Bauelement 15, 15', 15" in verschiedenster Weise kombiniert werden. Um eine zusätzliche Variationsmöglichkeit oder Verfeinerung der Steuerung zu erhalten, kann - wie bei dem In Fi g. 4 dargestellten Beispiel gezeigt - in der Membran 18" im Bereich der Ventilsitze 23", 32" eine Drosselbohrung 33" angeordnet Sein.

Bei dem in Fig. 5 und 6 dargestellten Ausführungsbeispiel Ist eine Membran 35 zwischen ein die Anschlüsse aufnehmendes Gehäuseteil 36 und ein den Magneten aufnehmendes Gehäuseteil 37 eingespannt. Die von der Membran getrennten Räume 38 sind, um einen Steuereffekt zu erreichen durch plnp rlrn«f»lnrl

wirkende Bohrung 39 in der Membran miteinander verbunden. Die Membran arbeitet mit einem Ventilsitz 40 zusammen, der an einer Hülse 41 angeordnet ist, die In die eine Anschlußbohrung 42 des Gehäuseteils 36 eingesetzt Ist. Die Membran ist durch eine Feder 43 In Öffnungsrichtung belastet, unter Zwischenschaltung eines Federtellers 44. Auf der dem Ventilsitz 40 gegenüberliegenden Seite der Membran 35 Ist der Magnet 45 angeordnet. Der Kern 46 des Magneten 45, auf dem die Erregerspule 47 angeordnet Ist, Ist fest In den Gehäuseteil 37 eingesetzt und hat zur Membran 35 bei deren Ruhestellung einer. Abstand, der dem Maximalhub der Membran entspricht. Die unter Druck zugeführte Flüssigkeit gelangt über eine Bohrung 48 Im Gehäuseteil 36 in den Raum 38 und zwar durch die Bohrungen 39 auf beide Selten der Membran. Die Feder 43 dient lediglich dazu, die in Schließeinrichtung auf die Membran wirkende Kraft auszugleichen, die aufgrund des Ventilsitzdurchmessers durch die Druckdifferenz der Flüssigkeit In der Bohrung 48 und 42 gebildet wird. Durch die Feder wird außerdem ein hydraulisches Kleben vermieden. Außerdem kann hierdurch ein Differenzdruck gesteuert werden, der dann durch Überlagerung der Magnetkraft In jeder gewünschten Welse änderbar Ist. Dieses gilt auch für alle anderen Ausführungsbeispiele.
EIeI dem In Flg. 6 dargestellten Ausschnitt aus dem In Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel 1st auf der dem Ventilsitz 40' gegenübergelegenen Seite der Kern 46' mit einem Konus 48' versehen, um eine günstigere elektromagnetische Anpassung zu erhallen. Außerdem ist der Kern aus Kostengründen zweiteilig ausgebildet, wobei der der Membran zugewandte Teil 49' aus einem /war teureren aber magnetisch besser zu sättigenden Material heräestellt lsi.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (16)

. Patentansprüche:

1. Membranventil for die Steuerung und/oder Regelung vcn strömenden Medien, Insbesondere zur Steuerung von Flüssigkeiten In KraftstofTzumeßanlagen, mit einer Im Gehäuse fest eingespannten und mittels eines Elektromagneten betätigten Membran, die aus magnetisch leitendem Werkstoff ausgeführt als Anker des Elektromagneten wirkt und bei dem das bewegliche Verschlußteil mit mindestens einem feststehenden Ventilsitz zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die als bewegliches Verschlußteil eines Flachsitzventiles dienende Membran (1, 18, 35) außerhalb des Ventilsitzes (8, 23, 40) Durchbrüche (10, 24, 39) aufweist und in einer Ebene mit dem Ventilsitz (8, 23, 40) eingespannt ist.

2. Membranventil nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das den Ventilsitz (8, 23, 40) tragende Teil (6, 21, 41) in an sich bekannter Welse zylindriscb ausgebildet ist und in eine Bohrung (5, 20) eines der Kraftstoffzu- und/oder -abfuhr dienenden Gehäuseteils (2, 19, 36) dicht eingepreßt ist.

3. Membranventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkern (17, 46) auf der dem Ventilsitz (23, 40) abgewandten Seite der Membran (18, 35) angeordnet ist.

4. Membranventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (35) in Öffnungsrichtung durch eine über einen Federteller (44) wirkende Feder (43) belastet ist und Ventilsitz (40) und/odrr Federteller (44) und/oder Feder (43) aus magnetisch nicht leitendem Werkstoff bestehen (Fig. 5).

5. Membranventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuseteil (36) zur Unterbrechung des magnetischen Flusses aus magnetisch nicht leitendem Werkstoff besteht, der den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie der Werkstoff des übrigen Gehäuses (37) aufweist (Fig. 5).

6. Membranventil nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen Membran (40') und Magnetkern (46') ungleit.h und im Sitzbereich am größten ist (Fig. 6).

7. Membranventil nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen Membran (35) und Magnetkern (46) größer ist als der maximale Membranhub.

8. Membranventil nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetsystem (45) ^M rotationssymmetrisch ausgebildet ist und der Abstand der Erregerspule (45) zur Membran (35) die Größenordnung des maximalen Membranhubes hat.

9. Membranventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die der Membran (35) zugewandte Seite des Magnetkerns (46) mit einem magnetisch schlecht leitenden bzw. unmagnetischen Material beschichtet ist, um magnetisches Kleben zu verhindern.

10. Membranventil nach Anspruch 6, dadurch *° gekennzeichnet, daß der Magnetkern (46') aus mehreren Teilen magnetischen Materials besteht und der der Membran (35') zugewandte Teil (49') aus weichmagnetisch hochwertigem Material besteht.

11. Membranventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (I. 18") zwei Ventilsitze (8, 23". 32") steuert, die auf beiden Selten der Membran angeordnet sind (FIg, 1,FIg, 4),

12. Membranventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß bei Vergrößern des Durchgangsquerschnitts am einen Ventil eine entsprechende Verkleinerung des Durchgangsquerschnittes am anderen Ventil erfolgt.

13. Membranventil nach Anspruch 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilsitze unterschiedlichen Durchmesser haben.

14. Membranventil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit höheren Drucks durch das Ventil kleineren Sitzdurchmessers gesteuert wird, wobei die Flüssigkeit kleineren Druckes eine In Schließrichtung wirkende Kraft ausübt.

15. Membranventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Magnetspulen zu einem Block zusammengefaßt sind und je eine Membran (18) betätigen (Fig. 2).

16. Membranventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (18") im Bereich des Ventilsitzes (23", 32") eine Drosselbohrung (33") hat (F i g. 4).