DE4037621A1 - Betriebsverfahren fuer ein einen fluidstrom quantitativ steuerndes ventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren für ein einen Fluidstrom quantitativ steuerndes Ventil, dessen Ventilkörper den Durchflußquerschnitt im Zusammenwirken mit einem Ventilsitz sowohl im Taktbetrieb durch alter­ nierende Auf-Zu-Position als auch im Analogbetrieb durch Einnahme beliebig ansteuerbarer Zwischenpositionen be­ stimmen kann. Die nicht vorveröffentlichte Patentanmel­ dung P 39 20 893 zeigt beispielsweise ein derartiges Ven­ til, das sowohl taktend als auch analog betrieben werden kann.

In Fluidstromkreisläufen kann das Vorhandensein geringer Gasmengen nicht ausgeschlossen werden, die mit dem Fluid­ strom mitgefördert werden. Kleine Durchlaßöffnungen, die bei Analogventilen zur Einstellung kleiner Medienströme erforderlich sind, können dabei durch sich am Ventilkör­ per anlagernde Gasblasen verschlossen werden, wodurch der Fluidstrom unterbrochen wird. Dieser Nachteil der sog. Analogventile tritt bei den bekannten Taktventilen nicht auf, da diese Ventile beim Öffnen den gesamten Öffnungs­ querschnitt freigeben. Andererseits jedoch haben Taktven­ tile den Nachteil, daß durch das alternierende Öffnen und Schließen des Ventilkörpers im Fluidkreislauf Druckpulsa­ tionen entstehen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, für ein Ventil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ein Betriebsverfahren aufzuzeigen, mit Hilfe dessen die Nachteile des reinen Anlogbetriebes und die Nachteile des reinen Taktbetriebes vermieden werden.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß das Ventil abhän­ gig vom gewünschten Durchflußquerschnitt entweder im Taktbetrieb oder im Analogbetrieb betrieben wird, wobei insbesondere das Ventil bei geringen Durchflußquerschnit­ ten im Taktbetrieb und bei hohen Durchflußquerschnitten im Analogbetrieb betrieben wird. Hierdurch werden die Vorteile der beiden bekannten Verfahren kombiniert, ohne daß deren Nachteile überhaupt oder in störender Weise in Kauf genommen werden müssen.

Anhand eines, in einem Prinzipschnitt dargestellten Ven­ tiles wird die Erfindung im folgenden näher erläutert:

Das Gehäuse 1 des als Heizungsregelventil einer Fahrzeug­ heizung eingesetzten Magnetventiles wird gemäß Pfeilrich­ tung 2 vom Wärmeträger, insbesondere dem erwärmten Kühl­ mittel einer das Fahrzeug antreibenden Brennkraftma­ schine, durchströmt. Innerhalb des Gehäuses 1 ist ein in bzw. gegen Pfeilrichtung 18 verschiebbarer Ventilkörper 3 angeordnet, der mit einem Ventilsitz 4 zusammenwirkt und somit den mit der Ziffer 5 bezeichneten Durchflußquer­ schnitt bestimmt. Der Ventilkörper 3 ist mit zwei Füh­ rungszapfen 13a, 13b versehen, die in Bohrungen 6 einer Aufnahme 7 bzw. einer Lagernabe 8 geführt sind. Desweite­ ren ist im Gehäuse 1 ein Anker 9 ebenfalls in bzw. gegen Pfeilrichtung 18 verschiebbar gelagert. Auch dieser Anker 9 ist mit Führungszapfen 19a, 19b versehen, die wiederum in den Bohrungen 6 der Lagernabe 8 bzw. einer weiteren Aufnahme 7′ gelagert sind.

Die Lagernabe 8 ist über mehrere Stege 10 mit einem kreiszylindrischen Außenring 11 verbunden, der seiner­ seits im Gehäuse 1 eingebunden ist. Ähnlich aufgebaut ist der Anker 9, bei dem die Führungszapfen 19a, 19b eben­ falls über Stege mit der kreiszylindrischen Außenstruktur verbunden sind. In gleicher Weise sind die Aufnahmen 7 bzw. 7′ über Stege 10 am Gehäuse 1 bzw. an einem an das Gehäuse 1 angeflanschten Anschlußstutzen 12 angebunden.

In Umfangsrichtung zwischen den Stegen ist somit ein in seiner Gesamtheit mit 14 bezeichneter Strömungskanal ge­ bildet. Im Bereich des Ankers 9 ist das Gehäuse 1 von zu­ mindest einer Magnetspule 15 umgeben.

In der Bohrung 6 der Aufnahme 7 befindet sich ein am Füh­ rungszapfen 13b abstützendes Kraftspeicherelement 16 in Form einer Druckfeder. Der dem Führungszapfen 13b gegen­ überliegende Führungszapfen 13a des Ventilkörpers 3 stützt sich dabei am Führungszapfen 19a des Ankers 9 ab.

Mit Erregung der Magnetspule 15 wird der Anker 9 gemäß Pfeilrichtung 18 verschoben. Diese Verschiebebewegung wird über den Führungszapfen 19a sowie den Führungszapfen 13a auf den Ventilkörper 3 übertragen, so daß der Durch­ flußquerschnitt 5 hiermit verringert wird. Bei Entregung der Magnetspule 15 bewegt das Kraftspeicherelement 16 den Ventilkörper 3 sowie den Anker 9 wieder in die gezeigte Position.

Liegt die Impulsfrequenz, mit der die Magnetspule 15 an­ gesteuert wird, unterhalb der maximal möglichen Schalt­ frequenz des Magnetventiles bzw. des Ventilkörpers 3, so arbeitet das Magnetventil als bekanntes Taktventil. Durch Veränderung des Verhältnisses zwischen Schließ- und Öff­ nungsdauer läßt sich somit jeder gewünschte mittlere Durchfluß einstellen.

Dieses Magnetventil kann jedoch auch im Analogbetrieb ar­ beiten. Hierbei liegt die Impulsfrequenz, mit der die Magnetspule 15 angesteuert wird, deutlich über der maxi­ mal möglichen Schaltfrequenz des Magnetventiles bzw. des Ventilkörpers 3. Beispielsweise durch Veränderung des Verhältnisses zwischen der Impulslänge und der Pausen­ länge läßt sich hiermit der Ventilkörper 3 bezüglich sei­ nes Ventilsitzes 4 in jeder gewünschten Offenstellung halten. In diesem sog. Analogbetrieb werden störende Schläge vermieden und es stellt sich insbesondere ein deutlich verbesserter, da kontinuierlicher Fluidstrom ein.

Erfindungsgemäß arbeitet nunmehr das Magnetventil zur Er­ zielung eines geringen Durchflußquerschnittes 5 im Takt­ betrieb. Hierbei wird somit der Ventilkörper 3, ausgelöst durch die Bewegungen des Ankers 9 alternierend stets in seiner Offen-Position bzw. seiner Zu-Position gehalten, wobei die Haltedauer für die jeweilige Position va­ riierbar ist. Durch diese Variation der Haltedauer wird in zeitlich integraler Betrachtung der effektive Durch­ flußquerschnitt 5 bestimmt. Aufgrund dieses Taktbetriebes ist es eventuell im Fluidstrom befindlichen Gasblasen un­ möglich, sich am Ventilkörper 3 bzw. am Ventilsitz 4 an­ zusetzen und somit den Durchflußquerschnitt 5 zu versper­ ren.

Soll jedoch ein relativ hoher Durchflußquerschnitt 5 er­ zielt werden, wie er zeichnerisch dargestellt ist, so ar­ beitet das Ventil im Analogbetrieb. Hierbei wird durch geeignete Ansteuerung bzw. Maßnahmen der Ventilkörper 3 in der den gewünschten Durchflußquerschnitt 5 freigeben­ den Position kontinuierlich gehalten. Im Falle des ge­ zeigten Magnetventiles liegt hierzu die Impulsfrequenz für die Beaufschlagung der Magnetspule mit Stromimpulsen deutlich über der maximal möglichen Schaltfrequenz des Magnetventiles bzw. des Ventilkörpers 3 oder des Ankers 9.

Neben der beispielhaft gezeigten Ausführungsform für ein Magnetventil gibt es selbstverständlich auch noch andere Möglichkeiten, einen Ventilkörper in einer definierten Position zu halten und somit das Ventil im Analogbetrieb betreiben zu können. So können beispielsweise auch Ven­ tile, deren Schließkörper beispielsweise von Elektro- Schrittmotoren definiert positioniert werden können, neben einem analogen Betriebsverfahren auch in einem tak­ tenden Verfahren betrieben werden. Auch hier werden die beschriebenen Vorteile erzielt, wenn zur Erzielung rela­ tiver geringer Durchflußquerschnitte (beispielsweise im Bereich von 0-30%) auf Taktbetrieb, und im Bereich darüber auf Analogbetrieb geschaltet wird. Wesentlich für die Erfindung ist somit die Tatsache, daß ein Ventil in Abhängigkeit vom gewünschten Durchflußquerschnitt entwe­ der im Analogbetrieb oder im Taktbetrieb betrieben wird.

Claims (2)

1. Betriebsverfahren für ein einen Fluidstrom quantita­ tiv steuerndes Ventil, dessen Ventilkörper (3) den Durchflußquerschnitt (5) im Zusammenwirken mit einem Ventilsitz (4) sowohl im Taktbetrieb durch alternie­ rende Auf-Zu-Position als auch im Analogbetrieb durch Einnahme beliebig ansteuerbarer Zwischenposi­ tionen bestimmen kann, dadurch gekennzeichnet, daß abhängig vom gewünschten Durchflußquerschnitt (5) das Ventil entweder im Taktbetrieb oder im Analogbetrieb betrieben wird.

2. Betriebsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil bei geringen Durchflußquerschnitten im Taktbetrieb und bei hohen Durchflußquerschnitten im Analogbetrieb betrieben wird.