DE2403770C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer elektromagnetischen 3-Wege-Ventilan­ ordnung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Ältere Ventilanordnungen mit je einem Doppelsitzventil gemäß den Pa­ tentanmeldungen P 22 57 213.0 (DE-AS 22 57 213) und P 23 42 296.0 (DE-OS 23 42 296) haben einen mit unterschiedlichen Leistungen erreg­ baren Magnet für zwei Endstellungen und eine Zwischenstellung der Ven­ tilanordnungen, je einen Anker und ein Gegenstück und dazwischen einen veränderlichen Arbeitsluftspalt und eine Hauptfeder, die im stromlosen Zustand des Magneten den Anker in eine Endstellung drückt. Der Anker und das Gegenstück sind angrenzend an den Arbeitsluftspalt zylindrisch und stirnseitig jeweils in einer quer zur Längsachse liegenden Ebene begrenzt. Zwei Verschlußstücke einer jeden Ventilanordnung sind mit Flanschen versehen, die im Anker in dessen Längsrichtung beweglich ge­ lagert sind. Im Anker sind wenigstens zwei weitere Federn angeordnet, die die Flansche voneinander wegdrücken in Richtung von innerhalb dem Anker angeordneten Axialanschlägen. Bei einem Ausführungsbeispiel ist eine der Federn als eine gleichzeitig auf beide Flansche wirkende Spreizfeder ausgebildet, und eine andere Feder spannt einen axial be­ weglichen Anschlag gegen eine Fläche des Ankers und bildet einen ela­ stischen Anschlag, der während einer ersten Erregungsstufe des Magne­ ten die Mittelstellung des Ankers bestimmt. In dieser Stellung sind beide Verschlußelemente abdichtend gegen ihre Ventilsitze gedrückt. In einer zweiten Erregungsstufe des Magneten überwindet der Anker die Kräfte der im Anker angeordneten Federn und auch die der Hauptfeder. Die Kraft des Ankers bei einem vorgewählten und konstant gehaltenen Erregungszustand des Magneten nimmt überproportional umso stärker zu, je mehr sich der Anker dem Gegenstück nähert, also der Arbeitsluft­ spalt verkürzt wird. Der Anker besitzt also, wenn man seine Kraft als Graph über dem kleiner werdenden Arbeitsluftspalt aufträgt, eine stark gekrümmte Kennlinie. Infolge dieser stark gekrümmten Kennlinie und der Anordnung von wenigstens drei Federn, die in einer vorbestimmten Rei­ henfolge zur Wirkung kommen, ist es sehr schwierig und zeitraubend, die einzelnen Federkonstanten und die einzelnen Vorspannwerte der Fe­ dern so zu bestimmen, daß trotz unvermeidlicher Toleranzen insbeson­ dere bei der Herstellung der Federn die 3-Wege-Ventilanordnung zuver­ lässig mittels vorbestimmter Erregungsstufen des Magnets, die in der Praxis ebenfalls nur mit Abweichungen erreichbar sind, den Anker in zwei Endstellungen und exakt in eine Mittelstellung zu steuern. Die Abstimmung wird noch schwieriger, wenn dabei der Versuch gemacht wird, den Anker und den Magnet möglichst leicht auszubilden.

Es stellte sich deshalb die Aufgabe, eine 3-Wege-Ventilanordnung so zu verbessern, daß der Aufwand an Anpaßar­ beit für die Federn und deren Herstellung und Einbau wesentlich ver­ ringert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mittels der kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.

Diese kennzeichnenden Merkmale geben Mittel an, die den Vorteil bewirken, daß bei gleich gehaltener Erregung des Magnets und bei kleiner werdendem Arbeitsluftspalt Überdeckungen ent­ stehen, die die Kraft des Ankers wesentlich gleichmäßiger ansteigen lassen. Die in dieser Art erzielte Ankerkraftkennlinie verläuft we­ sentlich flacher und erleichtert sehr wesentlich die Anpassung der Federkennlinien und Federvorspannungen für ein sicheres Schalten des Ankers sowohl in seine Endstellungen als auch seine Mittelstellung. Dadurch ist es auch möglich, eine 3-Wege-Ventilanordnung beispielswei­ se mit nur zwei Federn auszurüsten, von denen eine die Hauptfeder und die andere eine Spreizfeder zwischen den Flanschen der Verschlußele­ mente bildet.

Die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 2 und 3 geben Ausführungs­ beispiele an zur Erzeugung der Überdeckung.

Die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 4 bewirken, daß zwischen dem Anker und dem Gegenstück ein gewollter Mindestarbeitsluftspalt verbleibt mit dem Vorteil, daß der Anker seine Arbeitshübe lediglich im weniger gekrümmten Bereich der Kraftkennlinie ausführt. Dies er­ leichtert ebenfalls die Anpaßarbeit für die Federn.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und zwar zeigt

Fig. 1 die Ventilanordnung im Schnitt,

Fig. 2 das Doppelsitzventil mit dem Anker in strom­ loser Ausgangsstellung,

Fig. 3 das Doppelsitzventil mit dem Anker in stabiler Mittelstellung,

Fig. 4 das Doppelsitzventil mit dem Anker in erregter Endstellung,

Fig. 5 ein Diagramm über die Einzel-Federkräfte und

Fig. 6 ein Diagramm über die Gesamtfederkraft.

Eine elektromagnetische 3-Wege-Ventilanordnung 1 ist zwischen einem Druckempfänger 2 sowie einer Druckquelle 3 und einer Entlastungsstelle 4 angeordnet. Eine Spule 5 sitzt auf einem Spulenträger 6, und dieser wiederum ist auf ein Führungsrohr 7 aufgesetzt, das einen Nicht­ eisenteil 8 aufweist.

Im Führungsrohr 7 sind zwei Stücke 9 und 10 be­ festigt, von denen das der Druckquelle 3 zugekehrte Gegen­ stück 9 einen Einlaßventilsitz 11 und das der Entlastungs­ stelle zugekehrte Stück 10 einen Auslaßventilsitz 12 trägt. Der Einlaßventilsitz 11 ragt über einen verhältnismäßig großen Bereich in einen im Führungsrohr 7 beweglichen Anker 13 hinein, der mit einer schraubenförmig gewickelten Hauptfeder 14 gegen das Gegenstück 9 abgestützt ist. Auf einer Schulter 15 des Gegenstücks 9 liegt ein Distanzring 16 von etwa 0,3 mm Stärke, mit dem der Ankerhub im Endhubbereich verkleinert ist, wie später noch erläutert wird, und der ein Kleben des Ankers verhindert. Die Schulter 15 liegt so weit zurück, daß der Anker mit einem Ringansatz 13′ das Gegen­ stück 9 übergreifen kann. Dadurch wird eine besonders flache Kraftkennlinie des Magneten erreicht. Jedoch sind zum Erreichen dieses Ziels auch andere Wege denkbar.

Im Anker 13 ist eine Ausnehmung 17 vorgesehen, die durch zwei Endscheiben 18 und 19 begrenzt wird. Die Endscheiben 18 und 19 sind in ihrem Abstand durch eine Hülse 20 und zwei Ringe 21 und 22 festgelegt. In je einem Spalt 23 und 24 zwischen den Endscheiben 18 und 19 und den Stirnseiten der Hülse 20 liegen mit Axialspiel zwei Halter 25 und 26, die je ein Verschlußstück 27 bzw. 28 tragen. Über eine Spreizfeder 29 werden die Halter 25 und 26 und damit die Verschlußstücke 27 und 28 nach außen gedrückt. Das Ver­ schlußstück 28 bildet mit dem Ventilsitz 11 ein Einlaß­ ventil 11/28, und das Verschlußstück 27 stellt mit dem Ventilsitz 12 ein Auslaßventil 12/27 dar.

In den Fig. 2 bis 4 sind verschiedene Stellungen der Ver­ schlußstücke 27 und 28 dargestellt, die sie unter Ein­ wirkung der Magnetkraft auf den Anker 13 und unter der Einwirkung der Federkräfte der Federn 14 und 29 ein­ nehmen. Hier ist noch eine dritte Feder 37 eingezeichnet, die als Tellerfeder ausgebildet ist. Diese Feder 37 dient lediglich zur Anpassung der Gesamtfederkraft an die Magnet­ kraft.

Die Fig. 2 zeigt die stromlose Ausgangsstellung der Ventil­ anordnung 1. Das Auslaßventil 12/27 ist geschlossen. Das Einlaßventil 11/28 ist dadurch verhältnismäßig weit ge­ öffnet, daß die Hauptfeder 14 den Anker 13 ganz nach oben gedrückt hat, so daß der das Verschlußstück 28 tragende Halter 26 von der Endscheibe 19 so abgefangen wird, daß das Verschlußstück 28 seinen Sitz 11 nicht berührt. Der Druckempfänger 2 ist an die Druckquelle 3 angeschlossen.

Zum Erreichen der in der Fig. 3 dargestellten Erregungs­ stufe 1 wird die Spule 5 mit einem Teilstrom beschickt, wodurch der Anker 13 einen kleinen Weg macht. Dabei wirkt die Spreizfeder 29 in der gleichen Richtung wie die Magnet­ kraft. Diese Gegebenheit ist in der Fig. 5 dargestellt, wo die von rechts nach links verlaufende, in der Druckkurve 31 dargestellte Federkraft der Feder 29 in der ersten Bewegungsphase im negativen Bereich der Kraft liegt.

In der Mittelstellung ist die Federkraft der Feder 29 über einen gewissen Weg ausgeschaltet, d. h. es entsteht ein Kraftsprung 32, der zu überwinden ist, um von der Mittelstellung in die erregte Endstellung (Fig. 4) zu kommen. Durch diesen Kraftsprung 32 ist erreicht, daß die Mittelstellung absolut stabil ist.

Soll nun die Ventilanordnung 1 völlig umschalten, so wird der Strom für die Spule 5 erhöht, und der Anker 13 geht ganz nach unten (Fig. 4). Nun ist die Feder 14 stark zusammengedrückt, und die Feder 29 wurde wieder gespannt, wobei sie wie die Hauptfeder 14 der Magnetkraft entgegen­ wirkt. In dieser Stellung wird der das Verschlußstück 27 tragende Halter 25 von der Endscheibe 18 so abgefangen, daß das Verschlußstück 27 seinen Sitz 12 nicht mehr ab­ decken kann. Das Auslaßventil 12/27 ist verhältnismäßig weit geöffnet, und Druckmittel vom Druckempfänger 2 kann zur Entlastungsstelle 4 abströmen.

Den letzten Teil seines Hubs kann der Anker 13 nicht mehr machen, weil er durch den Distanzring 16 daran gehindert wird. Dadurch wird der steile Bereich der Magnetkräfte abgeschnitten, so daß auch durch diese Maßnahme für die Arbeit des Ankers 13 nur ein flacher Bereich der Kraftkennlinien des Magneten zur Verfügung steht.

Die Fig. 5 zeigt eine Druckkurve 30 für die Hauptfeder 14, die entsprechend der drei, durch senkrechte Trenn­ striche angegebener Ankerstellungen (der mittlere Doppel­ strich bezeichnet den Mittelstellungsbereich) von rechts nach links gleichmäßig ansteigt, die Druckkurve 31 für die Spreizfeder 29 mit dem Kraftsprung 32 und die Druckkurve 33 für die Feder 37, die nur von der Mittelstellung der Ventilanordnung 1 bis zur erregten Endstellung wirksam ist.

In der Fig. 6 ist ein Diagramm dargestellt, in das eine aus den Druckkurven 30, 31 und 33 addierte Gesamtfeder­ kraft als Druckkurve 34 eingetragen ist. Diese Druck­ kurve 34 hat natürlich auch einen auf die Feder 29 zurückgehenden Kraftsprung 32′. Außerdem sind die beiden Magnetkräfte als Kurven 35 und 36 eingezeichnet, die in der Erregungsstufe 1 (Fig. 3) und in der Erregungsstufe 2 (Fig. 4) erreicht werden.

Es ist zu erkennen, daß die Magnetkraft der zweiten Erregungsstufe (Fig. 4) in beiden Bewegungsbereichen größer ist als die Federkraft. Bei halber Magnetisierung liegt die Magnetkraft unter der Federkraft für den zweiten und über der Federkraft für den ersten Bewegungsbereich. Das hat den Vorteil, daß beim Einhalten dieser Bedingungen die Funktion der Ventilanordnung 1 vollkommen gesichert ist. Dabei ist es wichtig, daß die Kennlinien der Magnet­ kräfte möglichst flach sind, was beispielsweise durch die Schulter 15 und den Ansatz 13′ des Ankers 13 und durch Nichtausnutzung des Ankerhubes von 0-0,3 mm durch Zwischen­ lage des Distanzringes 16 erreicht wird.

In dem flachen Bereich der Kennlinien ist der Abstand der Magnetkräfte verhältnismäßig groß, wobei fast keine Abhängigkeit der Kraft vom Hub festzustellen ist. Auf diese Weise können die Federkraft-Kennlinien sehr leicht den Magnetkraft-Kennlinien angepaßt werden.

Claims (4)

1. Elektromagnetische 3-Wege-Ventilanordnung, die zwischen einen Druckempfänger einerseits sowie eine Druckquelle und eine Entlastungsstelle andererseits angeordnet ist und ei­ nen mit unterschiedlichen elektrischen Leistungen erregba­ ren Magneten für zwei Endstellungen und eine Zwischenstellung der Ventilanordnung besitzt, der als Verschlußorgan für ein Doppelsitzventil einen gegen ein ma­ gnetisch leitfähiges Gegenstück verschiebbaren Anker hat, zwischen welchem und dem Gegenstück in Bewegungsrichtung ein Arbeitsluftspalt gebildet und der durch eine Hauptfeder in eine stromlose Ausgangsstellung gedrückt und unter Ein­ wirkung der stufenweise wählbare Magnetkraft in Richtung auf das Gegenstück gezogen wird und der zwei gegeneinander und gegenüber dem Anker bewegliche Verschlußstücke aufnimmt, die von einer im Anker angeordneten Spreizfeder auseinander­ gedrückt werden und von denen jedes mit einem Flansch verse­ hen ist, der in einer Innennut des Ankers axial beweglich ist, dadurch gekennzeichnet, daß die einander zugewandten Stirnflächen von Anker (13) und Gegenstück (9) Abschnitte (13′, 15) haben, die bei der Bewegung des Ankers (13) in Richtung zum Gegenstück (9) derart in Überdeckung gelangen, daß sie zwischen sich einen radialen Ringluftspalt und damit einen magnetischen Nebenschluß unter Abschwächung der über den Arbeitsluftspalt wirkenden Magnetkraft bil­ den.

2. Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte (13′, 15) von Anker (13) und Gegenstück (9) als Ringansatz (13′) und Ringschulter (15) gestaltet sind.

3. Ventilanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringansatz (13′) am Anker (13) und die Ringschulter (15) am Gegenstück (9) angeordnet sind.

4. Ventilanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Ringschulter (15) ein Distanzring (16) angeord­ net ist.