DE2246574A1 - Membranmagnetventil - Google Patents
MembranmagnetventilInfo
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Description
R. * °«ί
15.8,1972 Su/Dr
Anlage zur
Patent- und
Gebrauchsmusterhilfsanmeldung
ROBERT BOSCH GMBH, 7 Stuttgart 1-
Membranmap;net ventil . . ' '
•Die Erfindung betrifft ein Membranmagnetventil für die
Steuerung und/oder Regelung von strömenden Medien mit einer
im Gehäuse festgespannten Membran und einem mit der Membran
kraftschlüssig verbundenen Anker.
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 Kraftstoffeinspritzanlage 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
r* v.r.
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Robert Bosch GmbH R.I 0 "* t Su/Dr
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zu vermindern. Hierbei hat aich gezeigt, wie bei vielen
anderen Regelanlagen, die ähnliche Forderungen stellen, daß Flüssigkeit aufgrund seiner Inkompressibilität bei Erhaltung
der fluidischen Eigenschaften ein äußerst günstiges Steuermittel ist.
Besonders bei der Verwendung von elektrischen Mittel0 zur
Messung der Luftmenge bzw. Zumessung der Kraftstoffmenge,
ist das Magnetventil ein meist wichtiger Bestandteil der Regelanlage, wobei das magnetisch gesteuerte Membranventil
mit seinem Flachsitz eine Vorzugsstellung aufweist. Abgesehen davon, daß ein solches Ventil nahezu hysteresefrei arbeitet,
ergibt der Flachsitz mit seinem Ringdurchgangsquerschnitt
bei geringen Hüben einen linearen Zusammenhang zwischen Membranhub und Durchflußquerschnitt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein eingangs
genanntes Ventil zu entwickeln, bei dem diese genannten
Forderungen besser als bisher erfüllt werden, insbesondere
bei geringstem Fertigungsaufwand.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der
Anker des Elektromagneten auf der Erregerspule und Magnet-Kern abgewandten Seite der Membran angeordnet ist, so daß der
Magnetfluß durch die Membran greift, insbesondere zur Steuerung von Flüssigkeiten, die Mittel der Regelung einer
Kraftstoffeinspritzanlage sind. Erfindungsgemäß wird der Anker an die Membran gepreßt, indem der Magnetfluß durch die
Membran hindurchgreift. Bei bekannten Ventilen, ist der Magnetanker an der Membran befestigt, so daß diese meist eine
Veränderung der Form erfährt, was sich dann nachteilig auf die Steuerung des Mediums auswirkt. Ein weiterer Vorteil
der Erfindung ist die kleine Bauweise und wenn erforderlich die einfache Trennung von die Erregerspule aufnehmendem Raum
,und St euer raum.
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Robert Bosch GmbH R. 1 0 4 I Su/Dr
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung dient
der Anker gleichzeitig als Federteller einer Regelfeder und ist vorzugsweise aus weichmagne ti schein Material und
topfförmig hergestellt,· einen den Ventilsitz tragenden Rohrstutzen
umgebend. Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Anker radial geführt an einer Führungsmembran
axial beweglich und reibungsfrei insbesondere eingebördelt
aufgehängt. Es wird dadurch erreicht, daß keine mechanische Reibung entsteht, die zwangsweise zu Hysterese
führen würde'. Hierbei ist die Führungsmembrän in bekannter Weise axial weich und radial steif ausgebildet. Die Führungsmembran kann durch einen in der Qehäusebohrung axial eingreifenden
Weicheisenring gleichen Durchmessers axial befestigbar sein. Zur Einspannung der Führungsmembran ist.also keine weitere
Teilungsebene des Gehäuses notwendig und die der Membran
zugewandte Stirnseite des Gehäuses kann mit dem Ventilsitz in einem Arbeitsgang bearbeitet (geläppt) werden. Zxd.schen
Weicheisenring und Anker-Federteller ist ein enges radiales Spiel vorgesehen, um möglichst geringe Verluste des Magnetflusses
zu h'aben. Der Weicheisenring kann auf der der Membran abgewandten Seite einen Innenflänsch aufweisen, und '·
der Anker-Federteller kann mit einem Außenflansch über die der Membran ab gewandten Seite des Innenflansches des Weicheisenringes
greifen,. Hierdurch wird verhindert, daß bei fertigungsbedingter Exzentrizität des Federtellers im Weicheisenring
einseitige Radialkräfte entstehen, die ein Kippen des Federtellers und schließlich sogar magnetisches Kleben
bei der Berührung Federteller Weicheisenring bewirken können und es besteht der Vorteil einer zusätzlichen axialen Kraftgewinnung.
Vorteilhaftervieise kann auch die Führungsmembran der Leitung des magnetischen Flusses dienen, wofür-sie vorzugsweise aus
weichmagnetischem Material hoher Sättigungsinduktion bestehen kann. Hierbei entstehen keinerlei zusätzliche und unkontrollierte
magnetische Radial- und/oder Axialkräfte auf den Federteller.
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Bei derartigen Ventilen ist es wichtig, daß sie radial klein
bauen, um sie in sonstige Regeleinheiten baulich integrieren
zu können. Außerdem soll der Einspanndurchmesser der Membran so klein wie möglich sein, um auch die Magnetkräfte gering
halten zu können, wenn beispielsweise auf beiden Seiten der Membran ein unterschiedlicher Druck herrscht. Die Kraft auf
die Membran steigt nämlich proportional dem Quadrat des Einspanndurchmessers
der Membran. Der Durchmesser der Führungsmembran wiederum ist weitgehend abhängig vom Durchmesser der Hauptmembran.
Erfindungsgemäß soll der Federtellerkopf einen möglichst
kleinen Durchmesser aufweisen und es kann sich dafür die Regelfeder am Federteller in einem Bereich abstützen, der
von der Membran aus axial hinter der Führungsmembran angeordnet
ist.
Nach einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Anker-Federteller axial beweglich, radial im Gehäuse
geführt. Hierbei ist es wichtig, daß wenig Spiel zwischen den beiden zueinander beweglichen Teilen besteht. Um magnetisches
Kleben zu vermeiden, können einander zugewandte Flächen von Teilen, die vom Magnetfluß durchströmt werden, mit einem nicht
magnetischen Material beschichtet werden. Um Kosten zu sparen, kann zwischen Anker-Federteller und Gehäuse ein
gehäusefester Ring aus weichmagnetischem Material angeordnet sein, über den eine örtlich große Magnetflußdichte möglich
ist. Das Gehäuse kann hingegen aus billigerem Material gefertigt werden, vieil dort die Magnetflußdichte geringer ist.
Um einen magnetischen Kurzschluß zu vermeiden, können erfindungsmäß
Regelfeder, Rohrstutzen oder Rohrstutzen aufnehmender Gehäuseteil aus nicht magnetischem Material bestehen. Es
können auch Unterlegscheiben aus nicht magnetischem Material verwendet werden, sofern deren magnetischer Widerstand
ausreichend ist. '
Für manche Steuerungszwecke ist es erforderlich, daß auf
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beiden Seiten der Membran ein unterschiedlicher Druck herrscht. Erfindungs gemäß können deshalb die Räume beiderseits der
Membran miteinander verbunden sein, insbesondere durch eine Drosselbohrung in der Membran. Bei gleichem Vordruck
in der einen Kammer bewirkt diese Drosselbohrung ein konstantes Druckgefälle zur anderen Kammer hin. Erfindungsgemäß kann
außerdem um eine Hafthysterese abzubauen, dem angelegten Grundregelstrom Schwingungen konstanter kleiner Amplitude
und konstanter Frequenz überlagert werden.
Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist vereinfacht in der Zeichnung dargestellt und wird im
folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 das Ventil im Längsschnitt, Fig. 2 bis 4 .verschiede Variationen des Ankersystems.
In einem mehrteiligen Gehäuse eines Membranmagnetventils ist
zwischen den Gehäuseteilen 1 und .2 eine Membran 3 eingespannt. Der Gehäuseteil -2 ist durch einen Deckel 4 verschlossen und
in seinem Innern ist ein Kern 5 mit Dorn 6 angeordnet, auf dem eine Erregerspule 7 befestigt ist. Der Dorn 6 bestimmt
den maximalen Hub der Membran 3. Im Gehäuseteil 1 ist ein
Einsatz 8 vorzugsweise aus magnetisch nicht leitendem Material
angeordnet, in dessen Zentralbohrung ein Rohrstutzen 9 eingepaßt ist, dessen der Membran 3 zugewandtes Ende den
Ventilsitz 10 trägt. Um den Rohrstutzen herum ist eine Regelfeder 11 angeordnet, die über einen Federteller 12
auf die Membran j xvirkt. Der Federteller dient als Magnetanker.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel ist der Anker 12 an einer Führungsmembran 13 aufgehängt, die zwischen zwei
Ringe I1I und 15 eingespannt ist, welche in das Gehäuseteil
1 eingepreßt sind. Der topfförrafg ausgebildete Anker
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12 hat einen flanschartigeη Abschnitt l6, der über einen
Abschnitt 17 des Ringes I1I greift, um so für den Magnet-
fluß in axialer Richtung besonders günstige Angriffsflächen
zu haben. Im Ring 14 sind außerdem Bohrungen 18 vorgesehen,
durch die der über den Sitz 10 strömende Kraftstoff den ganzen Gehäuseraum erfüllen kann. Bei dem dargestellten
Ausführungsbeispiel herrscht in dem Gehäuseteil 2 ein höherer Druck als im Gehäuseteil 1. Das konstante Druckgefälle
zwischen den beiden, durch die Membran getrennten Gehäuseräumen wird durch eine Drossel 19 bewirkt, über die kontinuierlich
Kraftstoff aus dem Gehäuseteil 2 in das Gehäuseteil 1 strömt. Der Gehäuseteil 2 wird in Pfeilrichtung außerdem von größerer
Menge Flüssigkeit durchströmt, um ein Kühlen der Erregerspule 7 zu bewirken. Aus dem Raum 1 strömt die Flüssigkeit dann
entweder über den Ventilsitz 10 zu einem weiteren Steuerdruckventil und als im Druck geregelt über eine Leitung 20 zu einem
Verbraucher. Je nach dem welche Stromstärke und oder Stromfrequenz
an die Erregerspule 7 angelegt wird, kann der Hub der Membran 3 der angelegten Stromstärke entsprechen (Proportionalverhalten)
oder die Membran kann getaktet betätigt werden, stets den ganzen Hub zurücklegend (Integralverhalten).
In jedem Fall wird hierdurch die Differenz der Drücke beiderseits der Membran geregelt.
Nach Fig. 2 geht der Magnetfluß nicht über einen extra
Ring, sondern über die Führungsmembran 13, die aus einem
entsprechenden weichmagnetischem Material hergestellt ist und einen entsprechenden Querschnitt aufweist.
Der Ring 21, mit dem die Führungsmembran 13 festcespannt ist,
ist vorzugsweise aus einem weichmagnetischen Material hergestellt, ,um den verdichteten übergang des Magnetflusses vom Gehäuseteil
1 auf die Membran 13 zu fördern. Im Unterschied zu dem Magnetsystem nach Fig. 1 ist bei dem in Fig. 3 beschriebenen
der Durchmesser des topfförmigen Magnetankers 22 sehr klein
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gehalten, um auch bei größeren 'Druckunterschieden beiderseits
der Membran keinen zu großen Elektromagneten zu brauchen,,
da die nötigen Stellkräfte im Quadrat des Membrandurchmessers
zunehmen. Die Regelfeder 11 stützt sich deshalb bei diesem
Ausführungsbeispiel nicht in dem topfförmigen Anker ab, sondern
an einem Bereich 23 des Ankers 22, der von der Membran 3 aus. axial hinter der Führungsmembran,2k angeordnet ist. Um noch '
eine ausreichend weiche Federkennlinie zu erhalten, kann die
Länge der Feder 11 nicht gekürzt, werden, so daß das Ventil nach Fig. 3 etwas länger baut als das in Fig. 1 und 2 dargestellte
Ventil, aber einen wesentlich kleineren Durchmesser aufweist. Für den Kraftstoff-Fluß sind in dem Anker radiale
Bohrungen 25 vorgesehen. __ ·
Bei dem Magnetsystem nach Fig. 4 wird der topfförmige Anker
26 in einen Vieicheisenring 27 geführt, der für den Kraftstofffluß
in seiner Bohrungsfläche Nuten 28 aufweist. Auf der dem Ring 27 zugewandten Mantelfläche des Ankers 26 ist eine
Schicht 29 aus nicht magnetisierbarem Material vorgesehen.
Hierdurch kann bei einseitiger Belastung der Feder und dadurch exzentrischer Anordnung des Ankers magnetisches Kleben vermieden
werden. . . " -
Erfindungsgemäß kann vorteilhafter .Weise um magnetisches
Kleben zu vermeiden an allen Stellen, die Relativbewegung η
zueinander aufweisen müssen, eine Schicht von nicht magnetischem Material vorgesehen sein. Alle anderen nicht
für den Magnetfluß wichtigen Teile können aus nicht magnetisierbarem
billigerem Material,hergestellt werden. .
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Claims (1)
- Robert Bosch GmbH R. 10*1 Su/DrStuttgart. ■ 2246574AnsprücheΛ i . ■ ' :/ 1./ Membranmagnetventil für die Steuerung und/oder. Regelung von strömenden.Medien mit einer im Gehäuse festgespannten Membran und einem mit der Membran kraftschlüssig verbundenen Anker, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker <12,22,26) des Elektromagneten (6,7) auf der Erregerspule (7) und Magnet-Kern (6) abgewandten Seite der Membran (3) angeordnet ist, so daß der Magnetfluß durch die Membran (3) greift, insbesondere ■ zur Steuerung von Flüssigkeiten, die Mittel der Regelung einer Kraftstoffeinspritzanlage sind.2. Membranmagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (3) bewegliches Ventilteil eines Flachsitzventils ist, dessen Ventilsitz (10) insbesondere auf der dem Anker zugewandten Seite der Membran (3) angeordnet ist.3. Membranmagnetventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (3) aus magnetisch leitendem Werkstoff ausgeführt ist und zusätzlich als Anker dient,k. Membranmacnetventil nach einem der vorherigen Ansprüche« dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (12,22,26) gleichzeitig als Federteller einer Regelfeder (11) dient und vorzugsweise aus weichmagnetischem Material und fcopfförmig hergestellt ist, einen den Ventilsitz (10) tragenden Rohrstutzen (9) uncebend. 409813/0206- 9 - , Robert Bosch GmbH ' R. 1 0 4 f Su/DrStuttgart ■ 22485745. Membranmagnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (12,22) radial geführt an einer P üh rungs membran (13,24)" axial beweglich und reibungsfrei insbesondere eingebördelt aufgehängt ist. - '6. Membranmagnetventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsmembran (13,24) durch einen in der Gehäusebohrung axial eingepreßten Weicheisenring (14,21) gleichen Durchmessers axial befestigbar ist.7. Membranmagnetventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Weicheisenring (14) und Anker-Federteller (12,22) ein enges radiales Spiel vorgesehen ist. ·8. Membranmagnetventil nach Anspruch 6 oder 7,'dadurch gekennzeichnet, daß der Weicheisenring (i8) auf der der Membran (3) abgewandten Seite einen Innenflansch (17) aufweist und der Änkerfederteller (12) mit einem Außenflansch (16) über die der Membran (3) abgewandten Seite des Innenflansches (17) des Weicheisenringes (14) greift (Fig. 1).9. Membranmagnetventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die einander zugewandten Flächen von Innenflanscn (17)409813/0206- 10 -- 10 Robert Bosch GmbH R.* ° * Su/Drund Außenflansch (16) einander entsprechend kegelig ausgebildet sind.10. Membranmagnetventil nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsmembran (13) der Leitung des magnetischen Flusses dient und vorzugsweise aus weichmagnetischem Material hoher Sättigungsinduktion beeteht (Fig.2).11. Membranmagnetventil nach Anspruch 5 , dadurch gekennzeichnet', daß der Federtellertopf einen möglichst kleinen Durchmesser aufweist und sich die Regelfeder (11) am Federteller (22) in einem Bereich (23) abstützt, der von der Membran (3) aus axial hinter der Führungsmembran (2Ί) angeordnet ist. (Fig. 3)12. Membranmagnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker-Federteller (29) axial beweglich, radial im Gehäuse (1,27) geführt ist (Fig. 4). ·13. Membranmagnetventil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Gehäuse (1) zugewandte Mantelfläche des Anker-Federtellera (26) mit nichtmagnetischem Material (29) beschichtet ist.Ik. Membranmagnetventil nach Anspruch 12 oder 13» dadurch409813/0206- 11 Robert Bosch GmbH R,' 0 * ' Su/Drgekennzeichnet, daß zwischen Anker-Federteller (26) und Gehäuse (1) ein gehäusefester Ring (27) aus weiehmagnetisehern Material angeordnet ist.15. Membranmagnetventil nach einem der Ansprüche 12 ,bis I1J, dadurch gekennzeichnet, daß in.der Innenringflache und /oder Mantelfläche des Federtellers (26) Nuten (28) für die Kraftstofführung angeordnet sind.16. Membranmagnetventil nach einem der vorhergehenden .Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die der Membran (3) zugewandte Seite des Magnetkerns (6) mit einem nichtmagnetischen Material beschichtet ist.17. Membranmagnetventil nach Anspruch 1J, dadurch gekennzeichnet,daß Regelfeder (11), Rohrstutzen (9) oder Rohrstutzen (9) · aufnehmender Einsatz (8) im Gehäuseteil (1) aus nichtmagnetischem Material besteht. . ■ -18. Membranmagnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Räume beiderseits der Membran miteinander verbunden sind, insbesondere durch eine Di*osselbohrung (19) in der Membran (3)j vorzugsweise in deren Randbereich.19. Membranmagnetventil nach, einem der vorhergehenden Ansprüche,4098 137 02 0 6- 12 -Robert Bosch GmbH R. 1 0 4 f Su/DrStuttgart 2246574dadurch gekennzeichnet, daß deren angelegtem Grundregelstrom Schwingungen konstanter kleiner Amplitude und konstanter Frequenz überlagert werden.20. Membranmagnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Ventilsitz (10) und Membraneinspannfläche in einer Ebene angeordnet sind.^,40981 3/0206Lee rs e. i te
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