DE10196925T5

DE10196925T5 - Magnetspulenventil

Info

Publication number: DE10196925T5
Application number: DE10196925T
Authority: DE
Inventors: Jeffrey V. Anastas
Original assignee: MKS Instruments Inc
Current assignee: MKS Instruments Inc
Priority date: 2000-11-17
Filing date: 2001-09-07
Publication date: 2004-04-15
Anticipated expiration: 2021-09-08
Also published as: KR20030066667A; JP4851056B2; DE10196925B4; GB0310834D0; US6505812B1; GB2384289B; GB2384289A; WO2002040907A1; JP2004522904A

Abstract

Ventilbaugruppe mit:
a) einem Ventilkörper, der
einen Einlassanschluss,
einen Auslassanschluss
einen Ventilsitz einschließt, der einen Kanal aufweist, der die Einlass- und Auslassanschlüsse miteinander verbindet;
b) einem Ventilelement, das entlang einer Achse beweglich ist, die sich durch den Kanal des Ventilsitzes erstreckt, um den Kanal zu schließen und zu öffnen;
c) einem Anker aus magnetischem Material, der an dem Ventilelement befestigt ist;
d) einer elektrischen Magnetspulenwicklung, die koaxial den Anker umgibt und sich entlang der Achse erstreckt, wobei eine Ansteuerung der Wicklung die Strömungsmittelströmung zwischen den Einlass- und Auslassanschlüssen steuert;
e) einem strömungsmitteldichten Faltenbalg, der so angeordnet ist, dass er eine Kraft auf das Ventilelement entgegengesetzt zu einer Kraft ausübt, die auf das Ventilelement von der Strömungsmittelströmung zwischen dem Einlass- und Auslassanschlüssen ausgeübt wird;
f) einem Druckausgleichskanal, der den Einlassanschluss mit dem Faltenbalg verbindet;
g) einem Gehäuse, das über der Magnetspulenwicklung...

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Strömungsmittel-Strömungssteuerung und insbesondere auf ein Magnetspulenventil. Speziell bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Verbesserungen von Magnetspulen-betätigten, eine Proportionalsteuerung aufweisenden Ventilen und in einem speziellen Gesichtspunkt auf ein neuartiges und vorteilhaftes elektrisch betätigtes Strömungsmittelventil mit einer geringe Kosten aufweisenden unkomplizierten Konstruktion, das sehr genau ein hohes Volumen aufweisende Strömungen mit Hilfe einer reibungslosen Halterung und einem Druckausgleichs-Faltenbalg genau steuert, der mit seinem beweglichen Ventilelement zusammenwirkt.
Hintergrund der Erfindung
Strömungsmittelventile gibt es in einer großen Vielzahl von Formen und Größen, die eine Vielzahl von Zwecken erfüllen und fließfähige Materialien handhaben, deren Eigenschaften von leichten gasförmigen Eigenschaften bis zu schweren Schlämmen oder nahezu Feststoffen reichen, und die mit verschiedenen Geschwindigkeiten unter Steuerungen betreibbar sind, die von einer einfachen binären (Ein-Aus-) Steuerung über eine proportionale, eine direkte manuelle und eine elektrisch ferngesteuerte Steuerung reichen. Die Strömungsmittelventile, die in der Lage sind, sehr schnell anzusprechen, um selbst relativ große Strömungen mit Präzision zu regeln, und die nur geringen elektrischen Leistungsaufwand erfordern, sind von speziellem Interesse bei bestimmten industriellen Prozessen, wie z. B. bei der automatischen Regelung von Gasen bei der Herstellung von Halbleitern und integrierten Schaltungen. Massenströmungs-Steuergeräte werden beispielsweise in weitem Umfang bei der Herstellung verwendet, um die Zuführung von Prozeßgasen zu steuern, und Massenströmungs-Steuergeräte schließen derartige Ventile ein.
Ein Problem, das bisher bei derartigen Ventilen auftrat, war die nachteilige Wirkung des Leitungsdruckes auf Ventilelemente von Ventilen beim Schließen oder nahezu beim Schließen der Ventilelemente. Ein weiteres Problem bestand in den großen Steuerkräften, die erforderlich waren, um die Reibung zu überwinden, und großflächigen Ventilströmungskanälen zur Berücksichtigung hoher Strömungsraten und Strömungsvolumen.
Als Antwort auf diese Problem ergibt das US-Patent 4 796 854 (das '854-Patent) ein mit Proportionalsteuerung arbeitendes Magnetspulen-betätigtes Strömungsmittelventil, das relativ große Strömungsvolumen und Strömungsraten schnell und genau bei relativ geringem elektrischen Leistungsaufwand steuern kann. Das offenbarte Ventil schließt ein bewegliches Ventilelement ein, das durch einen Anker positioniert wird, der eine im wesentlichen reibungslose Federhalterung aufweist, wobei der Anker unter dem Einfluß einer speziellen Kraftausgleichseinrichtung in Form eines Faltenbalges steht, der so bemessen und angeordnet ist, dass er automatisch auf den Anker Neutralisierungskräfte ausübt, die im wesentlichen gleich und entgegengesetzt zu unvermeidbaren, durch den Druck hervorgerufenen Ungleichgewichten sind, die das Ventilelement belasten. Die gleichen Drücke, die zur Einwirkung einer unsymmetrischen Kraft auf das Ventilelement neigen, werden auf die gegenüberliegenden Seiten des Faltenbalges ausgeübt, einer durch einen Ausgleichs-Entlüftungsanschluss, und die resultierende Kräfte, die von dem Faltenbalg über eine definierte Fläche erzeugt werden, werden mechanisch auf den Anker in einer Gleichgewichtsrichtung ausgeübt.
Andere Beispiele von weiter verfeinerten Ventilbaugruppen finden sich in den Massenströmungs-Steuergeräten vom Typ 1479 und 1640, die von der Firma MKS Instruments, Inc., Andover, MA (http://www.mksinst.com) erhältlich sind.
Die bisher vorliegenden Konstruktionen ergeben entsprechend ausgezeichnete mit Proportionalsteuerung arbeitende Magnetspulenventile, die sehr schnell und genau selbst große Strömungsvolumen und große Strömungsraten steuern können, wobei relativ niedrige elektrische Leistungen verwendet werden, weil die Ventile durch einen Kraftausgleich unterstützt werden, der durch die Verwendung der Kupplung vom Faltenbalgtyp erzielt wird. Die bisher vorhandenen Ventilbaugruppen ergeben weiterhin eine empfindliche und präzise Ventilsteuerung mit Hilfe der reibungslosen Halterung von eine große Fläche aufweisenden Ventilelementen und des Ausgleichs von unerwünschten durch den Druck erzeugten Kräften durch eine hierzu in Beziehung stehende druckabhängige Kupplung.
Was immer noch erwünscht ist, ist jedoch eine Ventilbaugruppe, die alle die Vorteile der bekannten Ventilbaugruppen ergibt und dennoch eine einfachere Konstruktion aufweist, die weniger Bauteile einschließt.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ergibt entsprechend eine Ventilbaugruppe, die einen Ventilkörper mit einem Einlassanschluss, einem Auslassanschluss und einem Ventilsitz einschließt, der einen Kanal aufweist, der die Einlass- und Auslassanschlüsse verbindet. Ein Ventilelement ist entlang einer Achse beweglich, die sich durch den Kanal des Ventilsitzes erstreckt, um den Kanal zu öffnen und zu schließen, und eine elektrische Magnetspulenbaugruppe bewegt das Ventilelement bei ihrer Speisung, um die Strömungsmittelströmung zwischen den Einlass- und Auslassanschlüssen zu steuern.
Die Ventilbaugruppe schließt weiterhin einen strömungsmitteldichten Faltenbalg ein, der im Inneren des Ventilkörpers angeordnet ist, um eine Kraft auf das Ventilelement entgegengesetzt zu einer Kraft auszuüben, die auf das Ventilelement durch die Strömungsmittelströmung zwischen den Einlass- und Auslassanschlüssen ausgeübt wird. Ein Druckausgleichskanal verbindet den Einlassanschluss mit dem Faltenbalg.
Die Ventilbaugruppe schließt weiterhin ein Gehäuse ein, das über der Magnetspulenbaugruppe aufgenommen wird und einen Flansch aufweist, der gegen den Ventilkörper aufgenommen wird. Eine Dichtung ist zwischen dem Flansch des Gehäuses und dem Ventilkörper angeordnet, und ein Bundring ist in fortlaufender Weise an den Ventilkörper über den Gehäuseflansch befestigt, wodurch das Gehäuse an dem Ventilkörper befestigt wird und eine Abdichtkraft zur Abdichtung in einer im wesentlichen gleichförmigen Weise ausgeübt wird.
Die Ventilbaugruppe gemäß der vorliegenden Erfindung ergibt alle Vorteile bisher bekannter Ventilbaugruppen, hat jedoch eine einfachere Konstruktion, die weniger Bauteile einschließt, die während der Herstellung einfacher zusammenzubauen sind.
Diese und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nunmehr beim Lesen der folgenden ausführlichen Beschreibung in Kombination mit den beigefügten Zeichnungen weiter ersichtlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorstehenden und andere Merkmale und Vorteile dieser Erfindung werden besser aus der ausführlichen Beschreibung und den Zeichnungen verständlich, in denen:
1 eine Querschnittsansicht einer Ventilbaugruppe ist, die gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert ist, ist;
2 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines Teils der Ventilbaugruppe nach 1 ist;
3 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht der Ventilbaugruppe nach 1 ist; und
4 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Massenströmungs-Steuergerätes ist, das eine Ventilbaugruppe beinhaltet, die gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert ist.
Gleiche Bezugsziffern bezeichnen identische oder entsprechende Bauteile und Einheiten in den verschiedenen Ansichten.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Gemäß 1 ergibt die vorliegende Erfindung eine Präzisions-Magnetspulenventil-Baugruppe 10 für eine hohe Strömungsrate, die in der Lage ist, eine Proportionalsteuerung von großem Strömungsmittelvolumen in Abhängigkeit von eine relativ niedrige Leistung aufweisenden elektrischen Steuersignalen auszuführen. Die Ventilbaugruppe 10 ergibt alle die Vorteile bekannter Ventilbaugruppen, weist jedoch eine einfachere Konstruktion auf, die weniger Bauteile einschließt, die während der Herstellung einfacher zusammenzubauen sind.
Die Ventilbaugruppe 10 schließt einen Ventilkörper 12 mit einem Strömungsmittel-Einlassanschluss 14, einem Strömungsmittel-Auslassanschluss 16, einer Bohrung 18, die mit einem der Einlass- und Auslassanschlüsse verbunden ist, und einem Ventilsitz ein, der einen Kanal 22 aufweist, der die Bohrung 18 mit den anderen der Einlass- und Auslassanschlüsse verbindet. Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Bohrung 18 mit dem Auslassanschluss 16 verbunden, und der Kanal 22 ist mit dem Einlassanschluss 14 verbunden. Ein Ventilelement 24 wird in der Bohrung 18 aufgenommen, und ein Anker 26 aus magnetischem Material ist an dem Ventilelement 24 befestigt. Eine elektrische Magnetspulenwicklung 28 ist koaxial über dem Anker 26 angeordnet, um den Anker und das Ventilelement 24 entlang einer Achse 30 zu bewegen, die sich durch den Kanal des Ventilsitzes 20 erstreckt, wenn ein elektrischer Strom der Wicklung 28 zugeführt wird, so dass das Ventilelement den Kanal 28 des Ventilsitzes 20 öffnet und schließt und die Strömungsmittelströmung zwischen den Einlass- und Auslassanschlüssen 14, 16 steuert. Der Sitz 20, das Ventilelement 24 und der Anker 26 sind vorzugsweise mit der Achse 30 ausgerichtet, entlang der die Ventilbewegungen erfolgen.
Ein Druckausgleichskanal 32 verbindet den Einlassanschluss 14 mit einem abgedichteten Faltenbalg 34, der in der Ventilbaugruppe 10 angeordnet ist, um den hohen Druck des Einlassanschlusses 14 auf das Ventilelement 24 derart einwirken zu lassen, dass ein Minimum an Kraft erforderlich ist, um das Ventilelement 24 entlang der Achse 30 zu bewegen. Die Ventilbaugruppe 10 schließt weiterhin eine Feder 36 ein, die zwischen dem Ventilelement 24 und dem Ventilkörper 12 angeschlossen ist, um das Ventilelement 24 auf eine vorgegebene Ausgangsstellung zurückzuführen, wenn die Magnetspulenwicklung 28 nicht mit Energie versorgt wird.
Die Ventilbaugruppe 10 schließt weiterhin ein Gehäuse 38 ein, das über der Magnetspulenwicklung 28 angeordnet ist und einen ringförmigen Flansch 40 zur Befestigung des Gehäuses 38 an den Ventilkörper 12 aufweist. Eine ringförmige Dichtung 44 ist zwischen dem Flansch 40 des Gehäuses 38 und dem Ventilkörper 12 angeordnet, und ein umlaufender Bundring 46 ist an dem Ventilkörper 12 über dem Gehäuseflansch befestigt, wodurch das Gehäuse 38 an dem Ventilkörper 12 befestigt wird. Der Bundring 46 ist an dem Ventilkörper 12 in umlaufender Weise befestigt, derart, dass Kräfte gleichförmig auf die Dichtung 44 ausgeübt werden, um eine vollständige strömungsdichte Abdichtung sicherzustellen.
In seiner grundlegenden Konstruktion hat die hier beschriebene Ventilbaugruppe 10 weniger Bauteile, die einfacher zusammengebaut werden können, verglichen mit bisher bekannten Ventilbaugruppen, wie z. B. der Ventilbaugruppe, die in dem US-Patent 4 796 854 beschrieben ist, oder die Ventilbaugruppen, die in den Massenströmungssteuergeräten vom Typ 1479 und 1640 vorgesehen sind, die von der Firma MKS Instruments, Inc., Andover, MA (http://www.mksinst.com) erhältlich sind. Vorzugsweise wird der Bundring 46 kontinuierlich an dem Ventilkörper 12 mit Hilfe von Schraubengewinden befestigt. Alternativ kann der Bundring 46 mit dem Ventilkörper 12 verschweißt werden.
Wie dies in 1 gezeigt ist, ist die Ventilbaugruppe 10 so konfiguriert, dass wenn elektrische Steuerströme an die Magnetspulenwicklung 28 von einer geeigneten Quelle aus angelegt werden, wie z. B. von einer Ausgangsverstärkerstufe eines Steuergerätes eines Strömungsmeßgerätes, das die Ist-Strömungsrate misst, die von dem Ventil zu regeln ist, der Anker 26 von dem Ventilsitz 20 fortbewegt wird, um den Kanal 22 des Ventilsitzes 20 zu öffnen und die Strömung zwischen dem Einlass- und Auslassanschlüssen 14, 16 zu erhöhen. Die Ventilbaugruppe 10 ist weiterhin so konfiguriert, dass wenn die Magnetspulenwicklung 28 nicht angesteuert wird, die Feder 36 das Ventilelement 24 in seine Ausgangsstellung bewegt, in der das Ventilelement 24 gegen den Ventilsitz 20 vorgespannt wird, um den Kanal 22 durch diesen hindurch zu verschließen.
Alternativ kann die Ventilbaugruppe 10 so konfiguriert werden, dass der Kanal 22 des Ventilsitzes geöffnet wird, wenn sich das Ventilelement 24 in seiner Ausgangsstellung befindet und die Magnetspulenwicklung 28 nicht angesteuert wird. Die Ventilbaugruppe 10 könnte weiterhin so konfiguriert sein, dass wenn elektrische Steuerströme an die Magnetspulenwicklung 28 angelegt werden, der Anker 26 in Richtung auf den Ventilsitz 20 bewegt wird, um den Kanal 22 des Ventilsitzes 20 zu schließen.
Vorzugsweise schließt der Ventilsitz 20 einen schmalen Kranz 28 ein, und eine ringförmige Elastomer-Stirnflächenplatte 50 ist an dem Ventilelement 24 angebracht, um mit dem Kranz zusammenzupassen, so dass das Ventilelement 24 in einer strömungsmitteldichten Abdichtbeziehung verschlossen werden kann, wenn die Magnetspulenwicklung 28 angesteuert wird.
Gemäß den 1 bis 3 schließt die Ventilbaugruppe 10 weiterhin vorzugsweise einen Magnetspulenkern 52 ein, der in der Magnetspulenwicklung 28 oberhalb des Ankers 26 angeordnet ist, wobei diese Teile aus geeignetem magnetischen Material bestehen. Eine erste nichtmagnetische Hülse 54 ist an dem unteren Ende des Magnetspulenkerns 52 befestigt und weist eine ausreichend große axiale Mittelöffnung auf, damit Bewegungen des Ankers 26 entlang der Achse 30 gerade frei ermöglicht werden. Ein ringförmiges nichtmagnetisches Abstandsstück 56 ist unter der Magnetspulenwicklung 28 angeordnet und erstreckt sich zwischen einem unteren Teil einer nach innen gerichteten Oberfläche des Gehäuses 38 und einer nach außen gerichteten Oberfläche der ersten Hülse 54. Eine zweite Hülse 58 ist in Axialrichtung mit der ersten Hülse 54 ausgerichtet und mit dieser über Schultern 60 verbunden. Die zweite Hülse 58 weist einen größeren Durchmesser und eine größere Wandstärke als die erste Hülse 54 auf, und die Schultern 60 nehmen zwischen den ersten und zweiten Hülsen im Durchmesser zu. Vorzugsweise sind die Hülsen 54, 58 und die Schultern 60 als einstückiges Teil vorgesehen.
Wie dies gezeigt ist, wird der Bundring 46 in einer ersten Stufe 62 der Bohrung 18 des Ventilkörpers 12 aufgenommen, während der Gehäuseflansch 40 in einer zweiten Stufe 64 aufgenommen wird. Die Dichtung 44 ist zwischen dem Gehäuseflansch 40 und der zweiten Stufe 64 angeordnet und erstreckt sich in Radialrichtung nach innen auf die Schultern 60. Die Dichtung schließt vorzugsweise eine Nickel-Dichtungscheibe 44, die um die zweite Hülse 58 herum paßt, und eine Messerkante 45 ein, die mit den Schultern 60 verschweißt ist. Wie der Name sagt, schließt die Messerkante 45 einen angeschärften Wulst ein, der mit der Nickeldichtung 44 in Eingriff kommt, während die zweite Stufe 64 des Ventilkörpers 12 ebenfalls einen angeschärften Wulst einschließt, der mit einer gegenüberliegenden Oberfläche der Nickeldichtung 44 in Eingriff kommt. Die Messerkante 45 ist aus einem geeigneten metallischen Material, wie z. B. Edelstahl, hergestellt, während die Dichtungsscheibe 44 vorzugsweise aus Nickel hergestellt ist, jedoch aus einem anderen Metall oder Kunststoff hergestellt sein kann.
Ein ringförmiges Befestigungselement 50 befestigt in einstellbarer Weise den Magnetspulenkern 52 durch eine Endwand 42 des Gehäuses 38 hindurch, wodurch ein Drehen des Befestigungsmittels 70 die Position des Kerns 52 entlang der Achse 30 derart einstellt, dass die Anfangsstellung des Ventilelementes 24 gegenüber dem Ventilsitz 20 auch durch Drehen des Befestigungsmittels 70 eingestellt werden kann. Ein kreisringförmiger Stopfen 72 ist an einer Innenoberfläche der Schultern 60 befestigt, um den Anker 26 in der ersten Hülse 54 festzuhalten, und ein Ventilschaft 74 verbindet das Ventilelement 24 mit dem Anker 26. Der Faltenbalg 34 erstreckt sich vorzugsweise zwischen dem ringförmigen Stopfen 32 und einem Flansch 76 des Ventilschaftes 74. Wie dies in 1 gezeigt ist, erstreckt sich der Druckausgleichskanal 32 durch das Ventilelement 24 und durch den Ventilschaft 74, um dem Inneren des Faltenbalges 34 in Verbindung zu stehen.
Die Feder 36 und der Faltenbalg 34 tragen dazu bei, die beweglichen Ventilelemente in einer im wesentlichen reibungslosen Weise zu zentrieren und zu haltern. Die Feder umfasst vorzugsweise eine flache Feder 36, deren Außenumfang an einem offenen Ende der zweiten Hülse 28 befestigt ist und deren Innenumfang an dem Ventilelement 24 befestigt ist. Die ebene Feder 36 weist Öffnungen auf, die es ermöglichen, dass das Äußere des Faltenbalges 34 den strömungsabwärts gelegenen Drücken des Auslassanschlusses 16 ausgesetzt wird, während der Druckausgleichskanal 32 das Innere des Faltenbalges 34 den strömungsaufwärts gelegenen Drücken des Einlassanschlusses 14 aussetzt.
Obwohl der höhere strömungsaufwärts gelegene Druck des Einlassanschlusses 14 eine ersten Kraft auf das Ventilelement 24 ausübt, üben der Druckausgleichskanal 32 und der Faltenbalg 34 eine entgegenwirkende zweite Kraft auf das Ventilelement 24 aus. Daher müssen im wesentlichen lediglich die kleinen Zentrierkräfte der ebenen Feder 36 und des Faltenbalges 34 überwunden werden, wenn die Magnetspulenwicklung 28 angesteuert wird. Obwohl der flexible Faltenbalg 34 einer Dehnung und Zusammendrückung in gewissem Ausmaß Widerstand entgegensetzt, sind die hierbei auftretenden Kräfte praktisch vernachlässigbar, insbesondere dann, wenn in der gezeigten Weise viele dünne und in Axialrichtung nachgiebige Falten oder Biegungen übereinander gestapelt sind. Weiterhin neigt der Faltenbalg 34 in vorteilhafter Weise auch dazu, in radialer Richtung äußerst starr zu sein und kann daher resultierenden Strömungsmitteldrücken widerstehen, die in diesen unerwünschten Richtungen wirken.
Es sei bemerkt, dass lediglich eine sehr kleine axiale Bewegung des Ventilelementes und des Spiels gegenüber dem Sitz 20 erforderlich ist, um eine vollständige Öffnung des Kanals 22 zu erzielen. Typischerweise muss lediglich eine maximale Strecke von lediglich ungefähr 15 Tausendstel Zoll (0,381 mm) auftreten, und diese kleine Größenordnung der Bewegungen stellt sicher, dass die ebene Feder 36 und der Faltenbalg 34 nur geringe Zwangskräfte ausüben und weder überbeansprucht werden noch irgendwelche merklichen unerwünschten Kräfte hinzufügen.
Als ein Beispiel einer Anwendung des vorstehend beschriebenen Ventils ist ein Massenströmungs-Steuergerät 80 (MFC), das die Ventilbaugruppe 10 nach den 1 bis 3 enthält, in 4 gezeigt. Wie dies bekannt ist, dient ein MFC 80 zur Steuerung der Strömungsrate eines Gases von einer Quelle und kann beispielsweise in der Halbleiter-Herstellungsindustrie verwendet werden, um präzise einen Prozessdampf an eine Prozesskammer zur Herstellung einer Halbleiterscheibe verwendet werden. Das dargestellte MFC 80 ist im vorliegenden Fall ein MFC 80 auf Temperaturbasis, doch kann die Ventilbaugruppe auch in ein MFC auf Druckbasis sowie in andere Arten von Strömungssteuergeräten eingebaut werden.
Das MFC 80 schließt einen Strömungspfad 82, der mit dem Einlassanschluss 14 der Ventilbaugruppe 10 verbunden ist, eine Strömungssensorbaugruppe 84 zur Messung der Ströme durch den Strömungspfad und eine Steuereinrichtung 86 ein, die zum Empfang einer vorgegebenen Soll-Strömungsrate von einem Benutzer, zum Empfang einer Anzeige der Strömung von der Strömungssensorbaugruppe und zur Bestimmung der Ist-Strömungsrate durch den Strömungspfad programmiert ist. Die Steuereinrichtung 86 ist weiterhin so programmiert, dass sie einen Befehl an die Ventilbaugruppe 10 zu einer Vergrößerung der Strömung liefert, wenn die Ist-Strömungsrate kleiner als die Soll-Strömungsrate ist, und zur Verringerung der Strömung liefert, wenn die Ist-Strömungsrate größer als die Soll-Strömungsrate ist.
Mit „Steuereinrichtung" ist hier eine Einrichtung oder ein Mechanismus gemeint, der zur Regelung oder Lenkung der Betriebsweise des MFC 80 verwendet wird. Die Steuereinrichtung 86 umfasst vorzugsweise eine Computerverarbeitungseinheit (CPU), die zumindest einen Prozessor, einen Speicher und einen Taktgeber einschließt, die auf einer Leiterplatte befestigt sind. Die Steuereinrichtung 86 arbeitet in einer Rückführungsschleife, um zu allen Zeiten die gewünschte Strömung aufrechtzuerhalten. Informationen über die Strömungsrate als Funktion des Steuerstromes der Magnetspulenventilbaugruppe 10 wird vorzugsweise in der Steuereinrichtung 86 gespeichert, um die Ansprechzeit des MFC 80 zu verkürzen.
Die in dieser Beschreibung beschriebene Ausführungsform und Vorgehensweise wurde lediglich zu Erläuterungszwecken und nicht als Beschränkung angegeben, und verschiedene Modifikationen, Kombinationen und Änderungen können von dem Fachmann ausgeführt werden, ohne von dem Grundgedanken oder Schutzumfang dieser Erfindung und seinen breiteren Gesichtspunkten abzuweichen, wie sie in den beigefügten Ansprüchen angegeben sind.
Zusammenfassung
Eine Ventilbaugruppe schließt einen Ventilkörper (12) mit einem Einlassanschluss (14), einem Auslassanschluss (16) und einem Ventilsitz (20) mit einem Kanal (22) ein, der die Einlass- und Auslassanschlüsse verbindet. Ein Ventilelement (24) ist entlang einer Achse (30) beweglich, die sich durch den Kanal des Ventilsitzes erstreckt, um den Kanal zu schließen und zu öffnen, und eine elektrische Magnetspulenbaugruppe (28) bewegt das Ventilelement bei Ansteuerung, um die Strömungsmittelströmung zwischen den Einlass- und Auslassanschlüssen zu steuern. Die Ventilbaugruppe schließt weiterhin einen strömungsmitteldichten Faltenbalg (34) ein, der so angeordnet ist, dass er eine Kraft auf das Ventilelement entgegengesetzt zu einer Kraft ausübt, die auf das Ventilelement durch die Strömungsmittelströmung zwischen den Einlass- und Auslassanschlüssen ausgeübt wird. Ein Druckausgleichskanal (32) verbindet den Einlassanschluss mit dem Faltenbalg. Die Ventilbaugruppe schließt weiterhin ein Gehäuse 38 ein, das über der Magnetspulenbaugruppe aufgenommen wird und einen Flansch (40) aufweist, der gegen den Ventilkörper aufgenommen wird. Eine Dichtung (44) ist zwischen dem Flansch des Gehäuses und dem Ventilkörper angeordnet, und ein Bundring (46) ist in fortlaufender Weise an dem Ventilkörper über dem Gehäuseflansch befestigt, wodurch das Gehäuse an dem Ventilkörper befestigt wird und eine Dichtkraft auf die Dichtung in einer im wesentlichen gleichförmigen Weise ausgeübt wird.

Claims

Ventilbaugruppe mit: a) einem Ventilkörper, der einen Einlassanschluss, einen Auslassanschluss einen Ventilsitz einschließt, der einen Kanal aufweist, der die Einlass- und Auslassanschlüsse miteinander verbindet; b) einem Ventilelement, das entlang einer Achse beweglich ist, die sich durch den Kanal des Ventilsitzes erstreckt, um den Kanal zu schließen und zu öffnen; c) einem Anker aus magnetischem Material, der an dem Ventilelement befestigt ist; d) einer elektrischen Magnetspulenwicklung, die koaxial den Anker umgibt und sich entlang der Achse erstreckt, wobei eine Ansteuerung der Wicklung die Strömungsmittelströmung zwischen den Einlass- und Auslassanschlüssen steuert; e) einem strömungsmitteldichten Faltenbalg, der so angeordnet ist, dass er eine Kraft auf das Ventilelement entgegengesetzt zu einer Kraft ausübt, die auf das Ventilelement von der Strömungsmittelströmung zwischen dem Einlass- und Auslassanschlüssen ausgeübt wird; f) einem Druckausgleichskanal, der den Einlassanschluss mit dem Faltenbalg verbindet; g) einem Gehäuse, das über der Magnetspulenwicklung angeordnet ist und einen Flansch aufweist, der gegen den Ventilkörper aufgenommen wird; h) einer Dichtung, die zwischen dem Flansch des Gehäuses und dem Ventilkörper angeordnet ist; und i) einem Bundring, der in fortlaufender Weise an dem Ventilkörper über dem Gehäuseflansch befestigt ist, wodurch das Gehäuse an dem Ventilkörper befestigt wird und Abdichtkräfte auf die Dichtung in einer im wesentlichen gleichförmigen Weise ausgeübt werden.
Ventilbaugruppe nach Anspruch 1, bei der der Bundring durch Schrauben an dem Ventilkörper befestigt ist.
Ventilbaugruppe nach Anspruch 1, die weiterhin eine Feder umfasst, die zwischen dem Ventilelement und dem Ventilkörper angeschlossen ist, um das Ventilelement auf eine Ausgangsstellung zurückzuführen, wenn die Magnetspulenwicklung abgeschaltet ist.
Ventilbaugruppe nach Anspruch 3, die weiterhin eine Hülse umfasst, die mit dem Ventilkörper verbunden und koaxial über dem Ventilelement bezüglich der Achse angeordnet ist, wobei die Feder zwischen der Hülse und dem Ventilelement angeschlossen ist.
Ventilbaugruppe nach Anspruch 4, bei der die Feder durch eine ringförmige ebene Feder mit einem Außenumfang, der an der Hülse befestigt ist, und einem Innenumfang gebildet ist, der an dem Ventilelement befestigt ist.
Ventilbaugruppe nach Anspruch 3, bei der die Ausgangsstellung des Ventilelementes das Verschließen des Kanals des Ventilsitzes durch das Ventilelement zur Verhinderung einer Strömungsmittelströmung zwischen den Einlass- und Auslassanschlüssen umfasst.
Ventilbaugruppe nach Anspruch 1, bei der das Ventilelement von dem Ventilsitz fortbewegt wird, wenn die Magnetspulenwicklung angesteuert wird.
Ventilbaugruppe nach Anspruch 1, bei der der Druckausgleichskanal durch das Ventilelement hindurchläuft.
Ventilbaugruppe nach Anspruch 1, die weiterhin folgendes umfasst: eine Hülse, die mit dem Ventilkörper verbunden ist und koaxial über einem freiliegenden Ende des Ankers bezüglich der Achse angeordnet ist; und einen Ventilschaft, der das Ventilelement mit dem freiliegenden Ende des Ankers verbindet, wobei der Ventilschaft einen sich in Radialrichtung erstreckenden Flansch aufweist; wobei sich der Faltenbalg zwischen der Hülse und dem Flansch des Ventilschaftes erstreckt; und wobei der Druckausgleichskanal durch das Ventilelement und den Ventilschaft hindurch verläuft.
Ventilbaugruppe nach Anspruch 1, die weiterhin einen Magnetspulenkern umfasst, der in einstellbarer Weise entlang der Achse innerhalb der Wicklung zwischen einer Endwand des Gehäuses und dem Anker angeordnet ist.
Ventilbaugruppe nach Anspruch 10, die weiterhin eine Hülse umfasst, die koaxial bezüglich des Ankers zwischen dem Anker und der Magnetspulenwicklung angeordnet ist, wobei die Hülse an dem Magnetspulenkern befestigt und mit diesem beweglich ist.
Ventilbaugruppe nach Anspruch 11, bei der sich die Hülse bis in die Nähe des Ventilelementes erstreckt, wobei die Ventilbaugruppe weiterhin eine Feder umfaßt, die zwischen dem Ventilelement und der Hülse angeschlossen ist, um das Ventilelement auf eine Ausgangsstellung zurückzubewegen, wenn die Magnetspulenwicklung abgeschaltet ist, wodurch eine Einstellung der Position des Magnetspulenkerns die Ausgangsstellung des Ventilelementes einstellt.
Ventilbaugruppe nach Anspruch 1, bei der die Dichtung und der Flansch des Gehäuses auf einem Abschnitt des Ventilkörpers aufgenommen werden und die Dichtung eine Dichtungsscheibe und eine Messerkante umfasst, wobei die Messerkante einen angeschärften Wulst einschließt, der mit der Dichtungsscheibe in Eingriff kommt, während der Abschnitt des Ventilkörpers ebenfalls einen angeschärften Wulst einschließt, der mit einer gegenüberliegenden Oberfläche der Dichtungsscheibe in Eingriff kommt.
Ventilbaugruppe nach Anspruch 1, bei der die Dichtung aus Metall besteht.
Strömungssteuergerät unter Einschluss einer Ventilbaugruppe nach Anspruch 1, das weiterhin folgendes umfasst: einen Strömungspfad, der mit dem Einlassanschluss der Ventilbaugruppe verbunden ist; eine Strömungssensorbaugruppe zur Messung der Strömung durch den Strömungspfad; und eine Steuereinrichtung, die so programmiert ist, daß sie eine Soll-Strömungsrate von einer Benutzer-Eingabevorrichtung empfängt, eine Anzeige der Strömung von der Strömungssensorbaugruppe empfängt, eine Ist-Strömungsrate durch den Strömungspfad bestimmt und einen Befehl an die Ventilbaugruppe liefert, um die Strömung zu vergrößern, wenn die Ist-Strömungsrate kleiner als die Soll-Strömungsrate ist, und um die Strömung zu verringern, wenn die Ist-Strömungsrate größer als die Soll-Strömungsrate ist.
Ventilbaugruppe mit: einem Ventilkörper mit Strömungsmitteleinlass- und -auslassanschlüssen, einem Ventilsitz, der einen Kanal zum Verbinden der Anschlüsse aufweist, einem Ventilelement; im wesentlichen reibungslosen Einrichtungen, die das Ventilelement in dem Ventilkörper für Bewegungen des Ventilelementes entlang einer Achse in Richtung auf und von dem Sitz fort in nahegelegenen Positionen haltern, wobei Strömungsmitteldruckunterschiede längs des Ventilelementes auftreten und erste resultierende Kräfte erzeugen, die im Sinne einer Bewegung des Ventilelementes in einer Richtung entlang der Achse wirken; einer Magnetspulen-Steuerbaugruppe zum Bewegen und Einstellen der Position des Ventilelementes entlang der Achse, um die Strömungsmittelströmung zwischen den Anschlüssen durch den Sitz-Kanal zu regeln; einem Faltenbalg, der strömungsmitteldicht zwischen dem Ventilelement und dem Ventilkörper angeschlossen ist und eine im wesentlichen reibungslose relative Bewegung zwischen diesen Teilen entlang der Achse ermöglicht; einem Druckausgleichskanal, der den Faltenbalg Drücken an dem Einlassanschluss aussetzt, wodurch das Ventilelement zweiten resultierenden Kräften entlang der Achse ausgesetzt ist, die auf Unterschiede der Drücke an den Einlässen und den Auslässen bezogen sind und die im wesentlichen die gleiche Größe aufweisen, wie die ersten resultierenden Kräfte und die in einer Richtung entgegengesetzt hierzu verlaufen; einem Gehäuse, das über der Magnetspulen-Steuerbaugruppe angeordnet ist und einen Flansch einschließen, der gegen den Ventilkörper aufgenommen wird; und einem Bundring, der fortlaufend an dem Ventilkörper über dem Gehäuseflansch befestigt ist, wodurch das Gehäuse an dem Ventilkörper in einer im wesentlichen gleichförmigen Weise befestigt wird.
Ventilbaugruppe nach Anspruch 16, bei der der Bundring durch Verschrauben an dem Ventilkörper befestigt ist.
Ventilbaugruppe nach Anspruch 16, die weiterhin eine Dichtung umfasst, die zwischen dem Flansch des Gehäuses und dem Ventilkörper angeordnet ist.
Ventilbaugruppe nach Anspruch 18, bei der die Dichtung eine Messerkante und eine Dichtungsscheibe umfasst, wobei die Messerkante einen angeschärften Wulst einschließt, der mit der Dichtung in Eingriff kommt.
Strömungsmittel-Steuergerät, das eine Ventilbaugruppe nach Anspruch 16 einschließt und weiterhin folgendes umfasst: einen Strömungspfad, der mit dem Einlassanschluss der Ventilbaugruppe verbunden ist; eine Strömungssensorbaugruppe zur Messung der Strömung durch den Strömungspfad; und eine Steuereinrichtung, die so programmiert ist, dass sie eine Soll-Strömungsrate von einer Benutzer-Eingabevorrichtung empfängt, eine Anzeige der Strömung von der Strömungssensorbaugruppe empfängt, eine Ist-Strömungsrate durch den Strömungspfad bestimmt und einen Befehl an die Ventilbaugruppe liefert, um die Strömung zu vergrößern, wenn die Ist-Strömungsrate kleiner als die Soll-Strömungsrate ist, und um die Strömung zu verkleinern, wenn die Ist-Strömungsrate größer als die Soll-Strömungsrate ist.