DE19801363C2 - Mehrstufen-Ventil, insbesondere Magnetventil - Google Patents
Mehrstufen-Ventil, insbesondere MagnetventilInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Mehrstufen-Ventil,
insbesondere Magnetventil, mit einem Betätigungsele
ment, das mindestens drei definierte Stellungen hat,
und einem ihm folgenden Verschlußelement, das in der
ersten Stellung das Ventil schließt, in der zweiten
Stellung einen begrenzten Durchfluß erlaubt und in der
dritten Stellung das Ventil voll öffnet.
Ein solches Mehrstufen-Ventil ist aus DE 37 00 356 A1
bekannt. Es ist insbesondere für Kraftstoffeinspritzan
lagen bestimmt. Das Verschlußelement ist ein Schieber,
der einstückig mit einem Tauchanker ausgebildet ist. Es
sind zwei Magnetspulen vorgesehen, von denen beide, ei
ne oder keine mit Erregerstrom versorgt werden kann.
Dementsprechend nimmt der Schieber unter dem Einfluß
der Magnetkraft und entgegengerichteter Federkräfte ei
ne von drei Stellungen ein. Der Schieber weist eine
Ringnut auf, die mit einer Ringnut im Gehäuse zusammen
wirkt. Bei voller Überdeckung der Ringnuten ergibt sich
der maximale Durchfluß, bei fehlender Überdeckung ist
das Ventil gesperrt. Bei einer Teilüberdeckung ergibt
sich ein begrenzter Durchfluß. Letzterer ist allerdings
äußerst toleranzempfindlich. Schon Variationen der Po
sition des Schiebers um wenige Zehntel mm führen zu er
heblichen Durchflußmengenänderungen, typischerweise mit
einem Faktor von 2 bis 4. Dies gilt erst recht, wenn
ein sehr kleiner Flüssigkeitsdurchfluß eingestellt wer
den soll.
Bekannt sind auch Elektromagnetventile (DE 41 35 232 A1, DE
41 37 123 A1), insbesondere für schlupfgeregelte Kraftfahrzeug
bremsanlagen, bei denen der Stößelhub kontinuierlich veränder
bar ist. Hier wirken der Stößel und ihn umgebende Gehäuseteile
zusammen, um eine Blende zu bilden, die sich mit dem Hub än
dert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Mehrstu
fen-Ventil der eingangs beschriebenen Art anzugeben,
mit dem sich der begrenzte Durchfluß sehr genau ein
stellen läßt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
das Verschlußelement einen Ventilteller, der mit einem
gehäusefesten Ventilsitz zusammenwirkt, aufweist und
einen Blendenkörper, der eine den Durchfluß bestimmen
den Blende mit festen Abmessungen begrenzt, beim Über
gang von der zweiten zur dritten Stellung aus einer
wirksamen in eine unwirksame Position mitnimmt.
Bei dieser Konstruktion wird die begrenzte Durchfluß
menge durch eine Blende mit festen Abmessungen be
stimmt. Die Durchflußmenge ist daher mit hoher Genauig
keit festgelegt. Weil der Blendenkörper durch das Ver
schlußelement mitgenommen wird, kann man die Blende in
der dritten Stellung unwirksam machen.
Vorzugsweise ist dafür gesorgt, daß die Blende durch
den Ringspalt zwischen der Ventilsitzbohrung und einem
ringscheibenförmigen Blendenkörper gebildet ist, der
mit Abstand vom Ventilteller am Verschlußelement ange
bracht ist. Solange sich der Blendenkörper in dem Ven
tilsitz befindet, ist die Blende wirksam; sie wird un
wirksam, sobald der Blendenkörper aus der Ventilsitz
bohrung ausgetreten ist.
Eine ebenfalls bevorzugte Alternative besteht darin,
daß die Blende durch mindestens ein Loch in einem plat
tenförmigen Blendenkörper gebildet ist, der zwischen
Verschlußstück und Ventilsitz angeordnet ist und durch
einen Anschlag am Verschlußelement beim Übergang von
der zweiten zur dritten Stellung mitgenommen wird. Hier
sorgt der nach einem Tothub wirksame Anschlag dafür,
daß die Blende vom Ventilsitz abgehoben und dadurch un
wirksam gemacht wird.
Empfehlenswert ist es ferner, daß das Verschlußelement
mit einem Servoelement verbunden ist, der einen Servo
ventilsitz trägt, und daß das Betätigungselement das
Servoventilverschlußstück trägt, wobei beim Öffnen des
Servoventils eine Druckkammer auf der dem Ventilsitz
abgewandten Seite des Servoelements zur Niederdruck
seite hin druckentlastet wird. Durch die Verwendung des
Servoventils ist das Betätigungselement von allen Bela
stungen entkoppelt, die auf Ventilteller, Blendenkörper
u. dgl. wirken können. Man erhält daher mit geringen
Stellkräften eine sehr genaue Positionierung, der sich
das Verschlußelement unverzüglich anpaßt.
Günstig ist es auch, daß das Betätigungselement durch
einen Tauchanker eines eine Spule aufweisenden Elektro
magneten gebildet ist, daß ein Steuergerät vorgesehen
ist, das der Spule unterschiedliche, den drei Stellun
gen entsprechende Erregerströme zuführt, und daß der
Tauchanker durch eine schwächere Feder belastet ist,
die sich an einem Anschlag abstützt, der durch eine
stärkere Feder belastet ist, die wiederum an einem An
schlag abgestützt ist. Durch Einstellung der entspre
chenden Erregerströme ergeben sich automatisch die drei
Stellungen, die für die Steuerung des Ventils erforder
lich sind.
In diesem Zusammenhang ist es auch zu empfehlen, daß
die zusammenwirkenden Flächen des Tauchankers und eines
Kernstopfens Konusflächen sind. Hierdurch erreicht man
eine angenähert lineare Kraft-Weg-Charakteristik. Es
wird dadurch leichter, die erforderlichen Federkräfte
den Magnetkräften anzupassen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung
dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele näher
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt durch ein erstes Ausfüh
rungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Mehr
stufen-Ventils und
Fig. 2 eine abgewandelte Ausführungsform.
Ein Ventilgehäuse 1 weist einen Eintrittsstutzen 2 und
einen Austrittsstutzen 3 sowie einen Ventilsitz 4 auf.
Ein Servoelement 5 in der Form eines Servokolbens bil
det mit seiner Unterseite ein Verschlußstück 6 in der
Form eines Ventiltellers. Zwischen Verschlußstück 6
und Ventilsitz 4 befindet sich ein plattenförmiger
Blendenkörper 7, der mehrere Löcher aufweist, die ge
meinsam eine Blende 8 mit festen Abmessungen bilden.
Der plattenförmige Blendenkörper 7 kann aus mehreren
Schichten bestehen. Das Servoelement 5 trägt einen
Hohlstift 9, der am oberen Ende einen Servoventilsitz
10 aufweist und von einer das Servoelement 5 in
Schließrichtung belasteten Feder 11 umgeben ist. Mit
dem Servoventilsitz 10 arbeitet ein Servoventilver
schlußstück 12 zusammen, das von einem Betätigungsele
ment, hier dem Tauchanker 13 eines Magnetventils 14,
getragen wird.
Der Elektromagnet 14 weist eine Spule 15 und einen Kern
16 auf, zu dem auch ein Kernstopfen 17 gehört. Die zu
sammenwirkenden Flächen 18 und 19 des Tauchankers 13
und des Kernstopfens 17 sind Konusflächen. Das Ganze
ist in einen isolierenden Kunststoffmantel 20 einge
hüllt. Der Kern 16 ist an einen Erdleiter 21 ange
schlossen. Die Spule 15 ist über einen Anschluß 22 mit
einem Steuergerät 23 verbunden, das Erregerströme un
terschiedlicher Größe zu liefern vermag.
Der Tauchanker 13 ist durch eine schwächere Feder 24
belastet, der sich an der Stufe eines Stiftes 25 ab
stützt. Dieser Stift wird durch eine stärkere Feder 26
gegen einen Anschlag 27 im Kernstopfen 17 gedrückt und
stützt sich ihrerseits an einem gehäusefesten Anschlag
28 ab. In der Ruhestellung hat der Stift 25 einen klei
nen Abstand von einer Anschlagfläche 29 des Tauchankers
13.
Auf der dem Ventilsitz 4 abgewandten Seite des Servo
elements 5 befindet sich eine Druckkammer 30, die über
eine Drosselbohrung 31 mit dem eingangsseitigen Druck
versorgt wird, so daß das Verschlußstück 6 gegen den
plattenförmigen Blendenkörper 7 und dieser gegen den
Ventilsitz 4 gedrückt wird. Wenn das Servoventilver
schlußstück 12 vom Servoventilsitz 10 abgehoben wird,
wird der Druck in der Druckkammer 30 zur Niederdruck
seite 32 hin entlastet, wodurch sich das Servoelement 5
nach oben bewegt, bis das Servoventil wieder geschlos
sen hat. Das Servoelement 5 und damit das Verschluß
stück 6 folgen daher der Bewegung des Tauchankers 13.
Wird kein Erregerstrom zugeführt, nehmen die Teile die
in Fig. 1 veranschaulichte Lage ein. Der in der ersten
Stellung befindliche Tauchanker 13 verschließt mit sei
nem Servoventilverschlußstück 12 den Servoventilsitz
10. Die Feder 11 drückt das Verschlußstück 6 auf den
plattenförmigen Blendenkörper 7 und diesen auf den Ven
tilsitz 4. Das Ventil ist geschlossen.
Wird das Magnetventil 14 mit einem kleinen Erregerstrom
versorgt, wird der Tauchanker 13 nach oben bewegt, bis
er mit seiner Anschlagfläche 29 gegen den Stift 25 an
schlägt, so daß die stärkere Feder 26 wirksam wird und
eine weitere Bewegung des Tauchankers 13 verhindert.
Hierdurch wird die Blende 8 wirksam.
Wird ein größerer Erregerstrom zugeführt, wird die
Kraft der stärkeren Federn 26 überwunden und der
Tauchanker 13 bewegt sich zusammen mit dem Stift 25
nach oben, bis der Anschlag 28 erreicht ist. Das Servo
element mit dem Verschlußstück 6 folgt. Am Servoelement
5 ist ein Anschlag 33 angebracht, der den Blendenkörper
7 mitnimmt, sobald sich das Servoelement 5 aus der
zweiten in die dritte Stellung bewegt. Das Ventil nimmt
nunmehr eine große Öffnungsstellung ein.
Sobald der Erregerstrom unterbrochen ist, kehrt das
Servoelement 5 unter dem Einfluß der Feder 11 und dem
Druck in der Druckkammer 30 in die Schließstellung zu
rück.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 sind nur wenige Ab
wandlungen zu beachten. Das Servoelement 105 trägt ein
Verschlußstück 6 in der Form eines Ventiltellers, der
unmittelbar mit dem Ventilsitz 104 zusammenwirkt. In
die Bohrung 140 des Ventilsitzes 104 greift ein
ringscheibenförmiger Blendenkörper 107. Eine Blende mit
festen Abmessungen wird durch einen Ringspalt 141 zwi
schen dem Umfang des Blendenkörpers 107 und der Wand
der Bohrung 140 des Sitzes 104 gebildet. Der ringschei
benförmige Blendenkörper 107 hat einen geringen Abstand
von dem Verschlußstück 106. Er tritt aus der Bohrung
140 heraus, wenn sich der Servoelement 105 aus der
zweiten Stellung in die dritte Stellung bewegt.
Bei einem Ausführungsbeispiel galten die folgenden Da
ten:
Bei Stellung 1, also ohne Erregerstrom, war das Ventil
geschlossen. Der Luftspalt zwischen den Konusflächen 18
und 19 betrug 6 mm.
Bei Stellung 2, die mit einem Spulenstrom von 300 mA
erreicht wurde, betrug die Hubhöhe des Ventiltellers 6
0,5 bis 1 mm, so daß der Luftspalt zwischen den Konus
flächen 18 und 19 eine Größe von 5 bis 5,5 mm hatte.
Die über die Blende 8 abgegebene Fördermenge lag bei 2
bis 3 l/min bei einem Druck von 1 bar. Hier genügte
demnach ein im Vergleich zum Gesamthub sehr kleiner
Hub.
Bei Stellung 3, die mit einem Erregerstrom von 500 mA
erreicht wurde, lag die Hubhöhe des Verschlußstückes 6
bei 5,5 bis 6 mm, was einem Luftspalt zwischen den Ko
nusflächen 18 und 19 von 0,5 bis 1 mm entsprach. Es er
gab sich ein voller Durchfluß über den freien Ventil
sitz 4. Die Fördermenge betrug 40 l/min bei 0,3 bar.
Abwandlungen von den dargestellten Ausführungsbeispie
len sind in vielfacher Hinsicht möglich, ohne den
Grundgedanken der Erfindung zu verlassen. So kann die
Verstellung der Ventilteller in mehrere verschiedene
Positionen auch durch andere Betätigungselemente als
einen Tauchanker 13 vorgenommen werden. Das Servoele
ment kann auch eine Servomembran sein. Statt eines An
schlags für die Bestimmung der dritten Stellung kann
man auch die Gleichgewichtslage zwischen Magnetkraft
und Federkraft zur Positionierung wählen. Es ist daher
möglich, durch eine Verstellung des Erregerstroms oder
der Federkraft die maximale Öffnung des Ventils zu än
dern.
Claims (6)
1. Mehrstufen-Ventil, insbesondere Magnetventil, mit
einem Betätigungselement, das mindestens drei defi
nierte Stellungen hat, und einem ihm folgenden Ver
schlußelement, das in der ersten Stellung das Ven
til schließt, in der zweiten Stellung einen be
grenzten Durchfluß erlaubt und in der dritten Stel
lung das Ventil voll öffnet, dadurch gekennzeich
net, daß das Verschlußelement (6; 106) einen Ven
tilteller, der mit einem gehäusefesten Ventilsitz
(4; 104) zusammenwirkt, aufweist und einen Blenden
körper (7; 107), der eine den Durchfluß bestimmen
den Blende mit festen Abmessungen begrenzt, beim
Übergang von der zweiten zur dritten Stellung aus
einer wirksamen in eine unwirksame Position mit
nimmt.
2. Mehrstufen-Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Blende (108) durch den Ringspalt
zwischen der Ventilsitzbohrung (140) und einem
ringscheibenförmigen Blendenkörper (107) gebildet
ist, der mit Abstand vom Ventilteller am Verschlu
ßelement (106) angebracht ist.
3. Mehrstufen-Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Blende (8) durch mindestens ein
Loch in einem plattenförmigen Blendenkörper (7) ge
bildet ist, der zwischen Verschlußstück (6) und
Ventilsitz (4) angeordnet ist und durch einen An
schlag (33) am Verschlußelement (6) beim Übergang
von der zweiten zur dritten Stellung mitgenommen
wird.
4. Mehrstufen-Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußelement
(6; 106) mit einem Servoelement (5; 105) verbunden
ist, der einen Servoventilsitz (10) trägt, und daß
das Betätigungselement (Tauchanker 13) das Servo
ventilverschlußstück (12) trägt, wobei beim Öffnen
des Servoventils eine Druckkammer (30) auf der dem
Ventilsitz (4; 104) abgewandten Seite des Servoele
ments (5; 105) zur Niederdruckseite (31) hin
druckentlastet wird.
5. Mehrstufen-Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungselement
durch einen Tauchanker (13) eines eine Spule (15)
aufweisenden Elektromagneten (14) gebildet ist, daß
ein Steuergerät (23) vorgesehen ist, das der Spule
(15) unterschiedliche, den drei Stellungen entspre
chenden Erregerströme zuführt, und daß der Tauch
anker (13) durch eine schwächere Feder (24) bela
stet ist, die sich an einem Anschlag (27) abstützt,
der durch eine stärkere Feder (26) belastet ist,
die wiederum an einem Anschlag (28) abgestüzt ist.
6. Mehrstufen-Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß die zusammenwirkenden Flächen (18,
19) des Tauchankers (13) und eines Kernstopfens Ko
nusflächen sind.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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ID=7854737
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