DE69218598T2

DE69218598T2 - VALVE

Info

Publication number: DE69218598T2
Application number: DE69218598T
Authority: DE
Inventors: Robert Keith Cross; Lukhbir Singh Feltham Middlesex Tw14 0A Panesar; Ronald Phillips
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: Delphi Technologies Operations Luxembourg SARL
Priority date: 1991-06-21
Filing date: 1992-06-10
Publication date: 1997-08-07
Anticipated expiration: 2012-06-11
Also published as: EP0589929B1; WO1993000540A1; AU1907492A; EP0589929A1; ES2103372T3; CA2111986C; GB9113486D0; DE69218598D1; CA2111986A1

Description

Diese Erfindung betrifft ein elektromagnetisch betätigbares Fluid-Steuerventil vom Ein-Aus-Typ, umfassend ein zwischen einer offenen und einer geschlossenen Stellung in bezug zu einer Sitzfläche bewegbares Ventilelement, eine elektromagnetische Vorrichtung mit einer Statoreinrichtung, die eine Wicklung und einen Anker trägt, der in Richtung der Statoreinrichtung bewegt wird, wenn die Wicklung erregt wird, eine Rückstellfeder, die während der Bewegung des Ankers in Richtung der Statoreinrichtung belastet wird, ein Mittel, das den Anker mit dem Ventilelement koppelt, wobei dieses Mittel ein mit der besagten Rückstellfeder funktionsmäßig verbundenes Betätigungselement umfaßt, und eine Ventilelenent- Unterwegfeder, die zwischen dem besagten Betätigungselement und dem Ventilelement angeordnet ist, wobei die besagte Unterwegfeder nachgibt, um eine fortgesetzte Bewegung des Betätigungselementes zu gestatten, wenn das Ventilelement an der Sitzfläche angreift.This invention relates to an electromagnetically actuated fluid control valve of the on-off type comprising a valve element movable between an open and a closed position relative to a seating surface, an electromagnetic device having a stator means carrying a winding and an armature which is moved towards the stator means when the winding is energized, a return spring which is loaded during movement of the armature towards the stator means, means coupling the armature to the valve element, which means comprises an actuating element operatively connected to said return spring, and a valve element under-travel spring disposed between said actuating element and the valve element, said under-travel spring yielding to permit continued movement of the actuating element when the valve element engages the seating surface.

Die DE-A-1194668 zeigt eine Form eines solchen Ventils, in welchem die Bewegung des Ventilelenents in Richtung der Sitzfläche durch eine Feder übertragen wird, welche nachgibt, um eine fortgesetzte Bewegung des Ankers unter der Wirkung einer Rückstellfeder zu gestatten, wenn die mit dem Anker verbundene Wicklung entregt wird. Wenn die Wicklung erregt wird, wird das Ausmaß der wegführenden Bewegung des Ventilelements gegenüber seiner Sitzfläche durch die Kopplung des Ankers an einem Polstück festgelegt.DE-A-1194668 shows a form of such a valve in which the movement of the valve element towards the seating surface is transmitted by a spring which yields to allow continued movement of the armature under the action of a return spring when the winding connected to the armature is de-energized. When the winding is energized, the extent of the away movement of the valve element relative to its seating surface is determined by the coupling of the armature to a pole piece.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Steuerventil der genannten Art in einer verbesserten Form bereitzustellen.The aim of the present invention is to provide a control valve of the type mentioned in an improved form.

Gemäß der Erfindung umfaßt ein Steuerventil der genannten Art eine Anker-Überwegfeder, die zwischen dem Anker und dem besagten Betätigungselement angeordnet ist, und ein Anschlaumittel, das betätigbar ist, um die von der Sitzfläche weggerichtete Bewegung des Ventilelements zu begrenzen, wenn die besagte Wicklung erregt wird, wobei die Anker-Überwegfeder nachgibt, um eine fortgesetzte Bewegung des Ankers zu gestatten nachdem besagtes Anschlagmittel die Bewegung des Ventilelements gestoppt hat.According to the invention, a control valve of the type mentioned comprises an armature overtravel spring arranged between the armature and the said actuating element, and a locking means operable to limit the movement of the valve element away from the seat surface when said winding is energized, whereby the armature overtravel spring yields to permit continued movement of the armature after said stop means has stopped movement of the valve element.

Ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Steuerventils wird nun mit Bezug auf die beiliegende Zeichnung beschrieben, die eine Teilschnitt-Seitenansicht des Ventils ist.An example of a control valve according to the invention will now be described with reference to the accompanying drawing which is a partially sectioned side view of the valve.

Bezugnehmend auf die Zeichnung umfaßt das Ventil einen Ventilabschnitt 10 und ein Stellglied 11. Der Ventilabschnitt 10 umfaßt einen Körper 12, der mit einem Umfangsflansch 13 versehen ist, der gegen die Basiswand einer Vertiefung 14 anliegt, die in einem Gehäuse 15 ausgebildet ist. Der Flansch 13 des Körpers 12 wird durch ein ringförmiges Rückhalteelement 15A, welches in die Vertiefung 14 eingeschraubt ist, gegen die Basiswand des Gehäuses gehalten.Referring to the drawing, the valve comprises a valve section 10 and an actuator 11. The valve section 10 comprises a body 12 provided with a peripheral flange 13 which bears against the base wall of a recess 14 formed in a housing 15. The flange 13 of the body 12 is held against the base wall of the housing by an annular retaining element 15A which is screwed into the recess 14.

Der Ventilkörper 12 begrenzt eine stirnseitig offene Blindbohrung 16, die angrenzend ihrem Blindende eine Sitzfläche 17 begrenzt, welche einen Auslaß 18 umgibt. Außerdem ist angrenzend der Sitzfläche ein ringförmiger Gang 19 abgegrenzt, der mittels in dem Körper ausgebildeten Durchgängen 20 und Schlitzen 21 mit einem in dem Gehäuse 15 ausgebildeten Einlaßdurchgang 22 in Verbindung steht.The valve body 12 defines a blind bore 16 which is open at the front and which defines a seat surface 17 adjacent to its blind end, which surrounds an outlet 18. In addition, an annular passage 19 is defined adjacent to the seat surface, which is connected to an inlet passage 22 formed in the housing 15 by means of passages 20 and slots 21 formed in the body.

In der Bohrung 16 ist ein becherförmiges Ventilelement 24 verschiebbar, dessen geschlossenes Ende für eine Anlage an der Sitzfläche 17 ausgestaltet ist.A cup-shaped valve element 24 is displaceable in the bore 16, the closed end of which is designed to rest on the seat surface 17.

Das Ventilelement ist, wie erläutert werden wird, in Anlage mit der Sitzfläche durch eine Schraubendruckfeder 25 vorgespannt, welche an einem Ende die Basiswand des Ventilelements angreift und an ihren anderen Ende innerhalb einer Vertiefung angeordnet ist, die in dem Endabschnitt einer ventilbetätigenden Stange 26 ausgebildet ist. Die Betätigungsstange besitzt eine abgestufte Form und ist an ihrem vom Ventilelement entfernten Ende mit einem Schraubengewinde versehen, wobei ihr Endabschnitt, der innerhalb des Ventilkörpers liegt, als Gleitsitz an der Innenfläche des Ventilelements konstruiert ist. Die das Ventil betätigende Stange 26 trägt einen sich quer erstreckenden Bolzen 27, dessen Endabschnitte jeweils in Längsschlitze 28 vorstehen, die in der Wand des Ventilelements 24 ausgebildet sind.The valve element is, as will be explained, biased into engagement with the seat surface by a helical compression spring 25 which at one end engages the base wall of the valve element and at its other end is arranged within a recess formed in the end portion of a valve actuating rod 26. The The actuating rod has a stepped shape and is provided with a screw thread at its end remote from the valve element, with its end portion lying within the valve body being designed as a sliding fit on the inner surface of the valve element. The valve actuating rod 26 carries a transversely extending bolt 27, the end portions of which each project into longitudinal slots 28 formed in the wall of the valve element 24.

Das Rückhalteelement 15A ist mit einer Innenstufe versehen, zwischen der und dem Ventilkörper eine Anschlagplatte 31 angeordnet ist, die auch dazu dient, die Klemmkraft zu übertragen, die erzeugt wird, wenn das Rückhalteelement 15A innerhalb der Vertiefung 14 angezogen wird.The retaining element 15A is provided with an inner step between which and the valve body a stop plate 31 is arranged, which also serves to transmit the clamping force which is generated when the retaining element 15A is tightened within the recess 14.

Die das Ventil betätigende Stange 26 weist eine Anzahl daran montierter Bestandteile auf, von denen der erste eine kleine Unterlegscheibe 32 ist, die an dem vergrößerten, innerhalb des Ventilelements liegenden Endabschnitt der Stange angrenzt und sich mit Spiel durch eine mittige Öffnung in der Anschlagplatte erstreckt. Angrenzend der Unterlegscheibe befindet sich eine Gegendruckplatte 33, wobei die Gegendruckplatte mit dem Ende einer rohrförmigen Verlängerung eines Federwiderlagers 34 gekoppelt ist, das mit dem Gewindeabschnitt der Betätigungsstange in Eingriff steht.The valve actuating rod 26 has a number of components mounted thereon, the first of which is a small washer 32 which abuts the enlarged end portion of the rod located inside the valve element and extends with clearance through a central opening in the stop plate. Adjacent to the washer is a reaction plate 33, the reaction plate being coupled to the end of a tubular extension of a spring abutment 34 which engages the threaded portion of the actuating rod.

An den Außenumfangsabschnitt der Gegendruckplatte greift ein nach innen gerichteter Flansch 35 an, der am Ende eines rohrförmigen Elements 36 ausgebildet ist, das mit einem Anker gekoppelt ist, der einen Teil des Steligliedes 11 bildet. Das Stellglied umfaßt einen Stator, der Wicklungen trägt, die erregt werden, wenn, wie erläutert werden wird, es erforderlich ist, das Ventilelement von der Sitzfläche abzuheben.The outer peripheral portion of the counter-pressure plate is engaged by an inwardly directed flange 35 formed at the end of a tubular member 36 which is coupled to an armature forming part of the actuator 11. The actuator comprises a stator carrying windings which are energized when, as will be explained, it is necessary to lift the valve element from the seating surface.

Eine Schraubendruckfeder 43 weist eine Ende auf, das an einem rohrförmigen Abschnitt des Federwiderlagers 34 angreift, während sein anderes Ende eine feststehende Widerlagerfläche angreift. Außerdem ist zwischen dem Federwiderlager 34 und einer Druckplatte 44, die mit dem sich nach innen ersteckenden Flansch 35 in Eingriff steht, eine weitere Schraubendruckfeder 45 angeordnet, die den Flansch koppelnd an die Gegendruckplatte 33 drückt.A helical compression spring 43 has one end which engages a tubular portion of the spring abutment 34, while its other end engages a fixed abutment surface. In addition, a further helical compression spring 45 is arranged between the spring abutment 34 and a pressure plate 44 which engages with the inwardly extending flange 35, which presses the flange to the counterpressure plate 33 in a coupling manner.

Wenn die Wicklungen des Stellgliedes erregt werden, wird das Ausmaß der Bewegung des rohrförmigen Elements 36 und des Ankers durch ein ringförmiges Anschlagelement 47 begrenzt, das durch einen sich nach außen erstreckenden Flansch 46 auf dem rohrförmigen Element 36 angegriffen wird. Das Anschlagelement wird zum Beispiel mittels eines (nicht gezeigten) Körpers des Stellgliedes 11 gegen das Rückhalteelement 15A in Position gehalten.When the windings of the actuator are energized, the extent of movement of the tubular member 36 and the armature is limited by an annular stop member 47 which is engaged by an outwardly extending flange 46 on the tubular member 36. The stop member is held in position against the retaining member 15A, for example by means of a body (not shown) of the actuator 11.

Die verschiedenen Bestandteile des Ventils sind in den Stellungen gezeigt, die sie einnehmen, wenn die Wicklungen entregt sind. Es ist zu erkennen, daß die Gegendruckplatte 33 mit der Anschlagplatte 31 gekoppelt ist und daß das Ventilelement mit der Sitzfläche in Eingriff steht. Zwischen dem Bolzen 27 und den Stirnwänden der Schlitze 28 ist ein geringer Zwischenraum vorhanden, so daß das Ventilelement aufgrund der durch die Feder 25 ausgeübten Kraft und auch durch den Fluiddruck, der zumindest auf das ringförmige Ende des Randes des Ventilelements einwirkt, mit der Sitzfläche in Eingriff gehalten wird.The various components of the valve are shown in the positions they assume when the windings are de-energized. It will be seen that the counter pressure plate 33 is coupled to the stop plate 31 and that the valve element is engaged with the seating surface. There is a slight clearance between the bolt 27 and the end walls of the slots 28 so that the valve element is held in engagement with the seating surface by the force exerted by the spring 25 and also by the fluid pressure acting on at least the annular end of the rim of the valve element.

Wenn die Wicklung erregt wird, wird die erzeugte Kraft durch die Feder 45 auf die das Ventil betätigende Stange 26 übertragen, wobei die Betätigungsstange zusammen mit allen daran befestigten Komponenten gegen die Wirkung der Feder 43 angehoben wird. Die aufwärts gerichtete Bewegung wird schließlich den kleinen Zwischenraum in Anspruch nehmen, der zwischen dem Bolzen 27 und den Stirnwänden der Schlitze 28 vorhanden ist, und wenn dieser Zwischenraum in Anspruch genommen ist, wird das Ventilelement nach oben von der Sitzfläche wegbewegt, wodurch das Strömen des Fluids durch den Ventilauslaß 18 ermöglicht wird. Die Bewegung des Ventilelements wird durch seine Kopplung mit der Anschlagplatte 31 gestoppt. Diese Kopplung wird die Bewegung der Betätigungsstange zusammen mit allen daran angeschlossenen Bestandteilen stoppen. Jedoch kann eine fortgesetzte Bewegung des ringförmigen Elements 36 und des Ankers gegen die Wirkung der Feder 45 erfolgen, wobei die eventuelle Bewegung durch den Angriff des Flansches 46 an dem Anschlagelement 47 gestoppt wird. Der Angriff des Flansches an dem Anschlagelement 47 hinterläßt einen kleinen Luftspalt zwischen den Außenseiten des Ankers und des Stators des Stellgliedes. Außerdem wird zwischen dem Flansch 35 und der Reaktionsplatte 33 ein Spalt gebildet.When the winding is energized, the force generated is transmitted through the spring 45 to the valve actuating rod 26, which actuating rod together with all the components attached to it is raised against the action of the spring 43. The upward movement will eventually occupy the small space existing between the bolt 27 and the end walls of the slots 28, and when this space is occupied is taken, the valve element is moved upwards away from the seating surface, thereby permitting the flow of fluid through the valve outlet 18. The movement of the valve element is stopped by its coupling with the stop plate 31. This coupling will stop the movement of the actuating rod together with all components connected thereto. However, continued movement of the annular element 36 and the armature can take place against the action of the spring 45, any movement being stopped by the engagement of the flange 46 with the stop element 47. The engagement of the flange with the stop element 47 leaves a small air gap between the outer sides of the armature and the stator of the actuator. In addition, a gap is formed between the flange 35 and the reaction plate 33.

Wenn die Wicklungen entregt werden, strebt die Feder 45 danach, das ringförmige Element und den Anker in Richtung der Sitzfläche zu bewegen, wobei diese Bewegung die Bewegung der Betätigungsstange unter der Wirkung der Feder 43 in Richtung der Sitzfläche unterstützt. Während der Bewegung der Betätigungsstange 26 wird das Ventilelement 24 mit der Sitzfläche in Eingriff gelangen, wobei eine fortgesetzte Bewegung der Betätigungsstange unter der Wirkung der Feder 43 bei gleichzeitigem Zusammendrücken der Feder 25 erfolgen wird, bis die Gegendruckplatte 33 an der Anschlagplatte 31 angreift. Die Trägheit der Betätigungsstange 26 zusammen mit den mit ihr verbundenen Bestandteilen und auch des ringförmigen Elements und des Ankers wird durch die Kopplung der Gegendruckplatte 33 mit der Anschlagplatte 31 aufgenommen, und nicht durch den Angriff des Ventilelements an der Sitzfläche. Die Lebensdauer des Ventilelements und der Sitzfläche ist deshalb im Vergleich zu Konstruktionen verlängert, in welchen der Angriff des Ventilelements an der Sitzfläche die Bewegung der verschiedenen Komponenten des Ventils stoppt. Außerdem eliminiert die geringe Masse des Ventilkörpers im wesentlichen ein Ventuprellen, das andernfalls ohne geeignete Dämpfung auftreten könnte.When the windings are de-energized, the spring 45 tends to move the annular element and the armature towards the seat surface, which movement assists the movement of the operating rod under the action of the spring 43 towards the seat surface. During the movement of the operating rod 26, the valve element 24 will engage the seat surface, there being continued movement of the operating rod under the action of the spring 43 while compressing the spring 25, until the reaction plate 33 engages the stop plate 31. The inertia of the operating rod 26 together with the components connected to it and also the annular element and the armature is taken up by the coupling of the reaction plate 33 with the stop plate 31, and not by the engagement of the valve element with the seat surface. The life of the valve element and seat is therefore extended compared to designs in which the engagement of the valve element with the seat stops the movement of the various components of the valve. In addition, the low mass of the valve body essentially eliminates valve bounce that might otherwise occur without suitable damping.

Claims

1. Elektromagnetisch betätigbares Fluid-Steuerventil vom Ein-Aus-Typ, umfassend eine Sitzfläche (17), ein zwischen einer offenen und einer geschlossenen Stellung in bezug zur Sitzfläche bewegbares Ventilelement (24), eine elektromagnetische Vorrichtung (11) mit einer Statoreinrichtung, die eine Wicklung und einen Anker trägt, der in Richtung der Statoreinrichtung bewegt wird, wenn die Wicklung erregt wird, eine Rückstellfeder (43), die während der Bewegung des Ankers in Richtung der Statoreinrichtung belastet wird, ein Mittel, das den Anker mit dem Ventilelement koppelt, wobei dieses Mittel ein mit der besagten Rückstellfeder funktionsmäßig verbundenes Betätigungselement (26) umfaßt, und eine Ventilelement-Unterwegfeder (25), die zwischen dem besagten Betätigungselement (26) und dem Ventilelement (24) angeordnet ist, wobei die besagte Unterwegfeder nachgibt, um eine fortgesetzte Bewegung des Betätigungselementes zu gestatten, wenn das Ventilelement an der Sitzfläche angreift, gekennzeichnet durch eine Anker-Überwegfeder (45), die zwischen dem Anker und dem besagten Betätigungselement (26) angeordnet ist, und ein Anschlagmittel (31), das betätigbar ist, um die von der Sitzfläche (17) weggerichtete Bewegung des Ventilelements zu begrenzen, wenn die besagte Wicklung erregt wird, wobei die Anker-Überwegfeder (45) nachgibt, um eine fortgesetzte- Bewegung des Ankers zu gestatten nachdem besagtes Anschlagmittel (31) die Bewegung des Ventilelements gestoppt hat.1. An electromagnetically actuated fluid control valve of the on-off type comprising a seating surface (17), a valve element (24) movable between an open and a closed position relative to the seating surface, an electromagnetic device (11) having a stator means carrying a winding and an armature which is moved towards the stator means when the winding is energized, a return spring (43) which is loaded during movement of the armature towards the stator means, means coupling the armature to the valve element, which means comprises an actuating element (26) operatively connected to said return spring, and a valve element under-travel spring (25) arranged between said actuating element (26) and the valve element (24), said under-travel spring yielding to permit continued movement of the actuating element when the Valve element engages the seating surface, characterized by an armature overtravel spring (45) arranged between the armature and said actuating element (26), and a stop means (31) operable to limit the movement of the valve element away from the seating surface (17) when said winding is energized, the armature overtravel spring (45) yielding to permit continued movement of the armature after said stop means (31) has stopped movement of the valve element.

2. Fluid-Steuerve.ntil nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein weiteres Anschlagmittel (33, 31), das wirksam ist, um die Bewegung des Betätigungselements (26) unter der Wirkung der Rückstellfeder (45) zu beschränken, wenn die Wicklung entregt wird, wobei das besagte Anschlagmittel so angeordnet ist, daß das Ventilelement (24) an der Sitzfläche (17) angreift bevor die Bewegung des Betätigungselements durch das besagte weitere Anschlagmittel gestoppt wird.2. Fluid control valve according to claim 1, characterized by a further stop means (33, 31) which is effective to limit the movement of the actuating element (26) under the action of the return spring (45) when the winding is de-energized, said stop means being arranged so that the valve element (24) engages the seat surface (17) before the movement of the actuating element is stopped by the said additional lifting device.

3. Fluid-Steuerventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das besagte Anschlagmittel und das besagte weitere Anschlaumittel durch eine Anschlagplatte (31) definiert sind, dessen eine Seite von dem Ventilelement (24) angegriffen wird und dessen andere Seite durch eine Gegendruckplatte (33) angegriffen wird, die an dem Betätigungselement befestigt ist.3. Fluid control valve according to claim 2, characterized in that said stop means and said further coupling means are defined by a stop plate (31) one side of which is engaged by the valve element (24) and the other side of which is engaged by a counter-pressure plate (33) which is attached to the actuating element.

4. Fluid-Steuerventil nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch ein Element (36), das mit dem Anker gekoppelt ist und einen nach innen gerichteten Flansch (35) definiert, der zwischen der besagten Gegendruckplatte (33) und einem Ende der Anker- Überhubfeder (45) angeordnet ist, wobei das andere Ende der Anker-Überwegfeder an einem Federwiderlager (34) angreift, das an dem Betätigungselement befestigt ist.4. Fluid control valve according to claim 3, characterized by an element (36) coupled to the armature and defining an inwardly directed flange (35) arranged between the said counterpressure plate (33) and one end of the armature overtravel spring (45), the other end of the armature overtravel spring engaging a spring abutment (34) which is attached to the actuating element.

5. Fluid-Steuerventil nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Bolzen-Schlitzverbindung (27, 28) zwischen dem besagten Betätigungselement und dem besagten Ventilelement.5. Fluid control valve according to claim 4, characterized by a bolt-slot connection (27, 28) between said actuating element and said valve element.