DE2423516A1

DE2423516A1 - Stellglied, insbesondere fuer regelungseinrichtungen

Info

Publication number: DE2423516A1
Application number: DE2423516A
Authority: DE
Inventors: Helmut Ing Grad Espenschied; Helmut Ing Grad Fleischer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1974-05-15
Filing date: 1974-05-15
Publication date: 1975-11-27

Description

Stellglied, insbesondere für Regelungseinrichtungen Die Erfindung betrifft ein Stellglied, insbesondere für Regelungseinrichtungen, mit einem Gehäuse und einem darin verschiebbaren Stößel, und mit einer Ventilanordnung, welche eine Verbindung zwischen dem Innern des Gehäuses und der Atmosphäre sowie einer Druckmittelquelle herstellt.
Derartige Stellglieder sind Teil eines Regelkreises, bei denen die Ventilanordnung von einem Steuergerät in vorbestimmten Zeitabständen Impulse erhält, die sich aus einem Soll-Ist-Wertvergleich ergeben. Der Stößel des Stellgliedes pendelt dabei um den Sollwert und beeinflußt einen Parameter des Regelkreises, beispielsweise das Gasgestänge bei Ottomotoren oder das Gestänge des Spritzverstellers bei Dieselmotoren.
Es ist bereits ein Stellglied für die Konstanthaltung der Geschwindigkeit von Fahrzeugen bekannt, dessen Ventilanordnung aus zwei unterschiedlich aufgebauten Kegelsitz-Ventilen besteht, wobei das eine Ventil das Gehäuse mit der Atmosphäre und das andere Ventil das Gehäuse mit einer Vakuumquelle verbindet. Erregt 5 chließt das mit der Atmosphäre verbundene Ventil sofort, während das mit der Vakuumquelle verbundene Ventil verzögert öffnet. Stromlos geworden, öffnet das erste Ventil verzögert, während das zweite Ventil sofort schließt. Die Dauer der Erzeugung wird durch die Länge des Impulses bestin«t.
Das bekannte Stellglied benötigt mithin Ventile mit mindestens zwei unterschiedlichen Gehäusen, Ventil;tadeln und Federn. Die Ausbildung des Kegelsitz-Ventils hat zwar den Vorteil eines einwandfreien Sitzes, jedoch muß die Ventilnadel lange Offnungswege zuracklegen, um einen vorbestimmten Strömungsquerschnitt freizugeben. Da die Ventilnadel auf der gesamten Länge zu führen ist, sind verhältnismäßig große Massen zu bewegen, wodurch das Stellglied - und folglich der durch diesen beeinflußte Regelkreis - eine gewisse Trägheit aufweisen.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, das Stellglied der eingangs genannten Gattung derart weiterzubilden, daß dessen Aufbau vereinfacht und die Funktionssicherheit erhöht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ventilanordnung ein elektromagnetisch betätigbares Ventil mit zwei Schaltstellungen und drei Anschlüssen besitzt, wobei der erste Anschluß in das Gehäuse, der zweite Anschluß zur Atmosphäre und der dritte Anschluß zur Druckmittelquelle führt. Die Impulsfrequenz wird in vorteilhafterweise dann gedämpft, wenn gemäß einer Weiterbildung der Erfindung der in das Gehäuse führende oder auch übrige Anschlüsse als Drosselstelle ausgebildet sind. Um bei einem Gangwechsel oder einer Bremsung den Stößel schnell in seine Ausgangsstellung zurückzuführen, so daß beispielsweise bei einem Verbrennungsmotor die Drehzahl rasch abfällt, wird in vorteilhafter Weise ein zweites elektromagnetisch betätigbares Ventil mit zwei Schaltstellungen und zwei Anschlüssen angeordnet, wobei der eine Anschluß zur Atmosphäre und der andere in das Gehäuse führt.
Um schlagartig tonen Druck im Gehäuseinneren aufzubauen, dürfen beim zweiten Ventil keine' Drosselstellen vorhanden sein, sondern es muß ein ungehindertes Einströmen der atmosphärischen Luft stattfinden. Dies wird erreicht durch einen verhältnismäßig großen Durchlaßquerschnitt des Anschlusses.
Hat das erste und zweite Ventil annähernd gleichen Aufbau und sind beide Ventile in Zwillingsanordnung mit getrennter elektrischer-Betãtigung geschaltet, so können die meisten Teile der Ventile gleichartig ausgeführt werden, beispielsweise die Magnetspulen, der Magnetkern, die Ventilplatte und der Ventilsitz. Um bei einem vorgegebenen Ventilhub einen großen Duchflußquerschnitt zu erreichen und außerdem möglichst kleine zu bewegende Massen zu erhalten, ist es gemäß einem anderen Vorschlag zweckmäßigjedes Ventil mit einem ebenen Ventilsitz auszuführen und die Wandstärke des Ventiltelers gering zu halten. Mit diesen Maßnahmen erhält man ein flinkes Schaltverhalten der Ventile, wodurch sich die Zeiten der schädlichen Zwischenstellungen auf ein Minimum reduzieren lassen.
Eine einwandfreie Dichtung des Ventils wird vors chlags gemäß dadurch erreicht, daß jeder Ventilsitz aus elastischem Material, vorzugsweise aus Weichgummi hergestellt ist. Sind im Ventilteller mindestens zwei öffnungen diametral gegenüberliegend ausgespart, deren kleinster Abstand gleich oder größer dem Außendurchmesser des Ventilsitzes ist, so kommt es zu einem strömungsgerechten und mithin widerstandsarmen Fließen des Mediums.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 das Stellglied in einem Horizontalschnitt und vergrößertem Maßstab, Fig. 1a einen vergrößerten Ausschnitt des Ventils 23 und Fig. 2 das Schaltbild einer Regelungsanlage für die Fahrgeschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs.
Das in Fig. 1 dargestellte Stellglied 10 hat als Gehäuse 11 einen Faltenbalg, dessen erster Wulst 12 in einem Tragrahmen 13 und dessen zweiter Wulst 14 in einem als Platte ausgebildeten Stößel 15 eingerastet ist. Mit dem Stößel 15 fest verbunden ist eine gelochte Lasche 16. Der topfartig ausgebildete Tragrahmen 13 ist über Schrauben 17 an einem Gestell 18 befestigt und eine sich am Tragrahmen 13 abstützende Schraubenfeder 19 drückt den Stößel 15 in die Ausgangslage des Stellglieds 10, in welcher das Gehäuseinnere 20 das größte Volumen erreicht.
Eine Ventilanordnung 21 besteht aus einem 3/2-Ventil 22 und aus einem 2/2 Ventil 23, welche beide elektromagnetisch betätigtbar sind und von einem am Tragrahmen 13 befestigten Bügel 26 gehalten werden. Die Spulen 25 des ersten Ventils 22 sowie des zweiten Ventils 23 haben eine gemeinsame Leitung 27 und jede Spule 25 ist über ein erst in Fig. 2 dargestelltes Steuergerät mit einer Stromquelle verbunden.Die elektrische Betätigung beider Ventile 22 und 23 erfolgt mithin getrennt, d.h. voneinander unabhängig. In jedem Spulenkörper 24 ist eine aus Weichgummi hergestellte Hülse 28 eingepreßt, deren Ventilsitz 29 eben ausgeführt ist. Ein mit geringer Wandstärke hergestellter Ventilteller 30 hat einen umlaufenden Rand 31 und eine ebene Ventilfläche 32, in der zwei diametral gegenüberliegende Öffnungen 33 ausgespart sind, deren kleinster Abstand von einander gleich oder größer als der Außendurchmesser des Ventilsitzes 29 der Hülse 28 ist. Zwischen der oberen Stirnfläche eines jeden Spulenkörpers 24 und der Unterseite des Ventiltellers 30 ist eine schraubenförmige Ventilfeder 34 eingespannt.
Auf dem Tragrahmen 13 ist mittels Schrauben 36 eine Kopfplatte 35 befestigt, welche einen als Bohrung mit großem Durchmesser ausgebildeten Anschluß 37 aufweist und von der ein kreisringförmiger Ansc6siag 38 für die Hubbegrenzung des Ventiltellers 30 absteht. Im Bereich des ersten Ventils 22 ist ein erster Anschluß 39 als Bohrung mit beispielsweisem kleinem Durchmesser ausgebildet, so daß dieser Anschluß als Drossel wirkt. In der Kopfplatte 35 i3t ebenfalls ein dritter Anschluß 40 ausgespart, der im wesentlinhen U-förmige Gestalt hat, wobei in dessen erstem Schenkel eine Hülse 41 aus Weichgummi mit einem Ventilsitz 42 eingepr>ßt ist und dessen zweiter Schenkel über eine Leitung 44 mit einer sinnbildlich dargestellten Druckmittelquelle 54 verbullden ist. Diese ist im vorliegendem Beispiel als Vakuumquelle ausgebildet. Zwischen dem zweiten Anschluß 45 des ersten Ventils 22 bzw. dem Anschluß 46 des zweiten Ventils 23 und dem Gestell 18 klemmt ein Luftfilter 47, und über zwei im Gestell 18 ausgesparten Durchbrüchen 48 ist eine Verbindung zur Atmosphäre 119 hergestellt.
Die Fig. 2 zeigt einen Verbrennungsmotor 51 mit einem angeflanschs ten Getriebe 52 und einem die Ausgangsdrehzahl des Getriebes registrierenden Drehzahlgeber 53. Vom Verbrennungsmotor 51 sind der Zylinderkopf 54, der Ansaugfilter 56 und die dazwischen angeordnete Drosselklappe 55 dargestellt, an welcher ein mit einer Zugfeder 58 versehenes Gestänge 57 angelenkt ist. Am Gestänge 57 angelenkt sind des weiteren ein Fahrpedal 59 und ein als Kette ausgebildetes Überholglied 60.
Weiterhin ist das in Fig. 1 näher beschriebene Stellglied 10 dargestellt, an dessen Stößel 15 das Überholglied 60 gekuppelt ist und dessen dritter Anschluß 40 zum Zylinderkopf 54 führt.
Des weiteren dargestellt ist ein Bremspedal 61 mit angelenktem Bremszylinder 62, und einer Bremsleitung 63, an welche ein Druckschalter 65 mit Rückholfeder 64 angeschlossen ist. Ein Wahlschalter -66 für die Fahrgeschwindigkeit, eine Gleichstromquelle 67 und ein elektronisches Steuergerät 68 sind außerdem noch dargestellt, wobei die Parameter der Getriebedrehzahl, des Fahrerwunsches und der Bremsung über die Leitungen 69, 70 und 71 in das Steuergerät 68 eingegeben werden. über die Leitung 72 wird das Steuergerät 68 versorgt. Von diesem Gerät 68 führen die beiden Steuerleitungen 73 und 74 zu dem in Fig. 1 beschriebenen Ventilen im Stellglied 10.
Das in Fig. 1 dargestellte Stellglied 10 iunktioniert folgendermaßen: In der gezeichneten Stellung ist die Spule 25 des 2/2-Ventils 23 erregt, so daß der Ventilteller 30 entgegen dem Druck der Ventilfeder 34 am Ventilsitz 29 anliegt und mithin die Schließstellung einnimmt. Hingegen ist die Spule 25 des 3/2-Ventils 22 nicht erregt, so daß die Feder 34 den Ventilteller 30 an den oberen Ventilsitz 42 drückt, wodurch über den zweiten Anschluß 45 und den ersten Anschluß 39 Luft von der Atmosphäre 49 in das Gehäuseinnere 20 strömt. Dabei wird der als Platte ausgebildete Stößel 15 und die an diesem befestigte Lasche 16 solange in Pfeilrichtung 75 gedrückt, bis das erste Ventil 22 aus der gezeichneten ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung geschaltet wird. Diese zweite Schaltstellung wird erreicht durch die Erregung der Spule 25 des ersten Ventils 22, wodurch dessen Ventilteller 30 entgegen dem Druck der Feder 34 an den Ventilsitz 29 gezogen wird.
Dabei wird der erste Anschluß 39 und der dritte Anschluß 40 freigegeben, so daß - bedingt durch den Unterdruck in der Druckmittelquelle 54-das Medium aus dem Gehäuseinneren 20 abströmt, wodurch entgegen dem Druck der Schraubenfeder 19 die Lasche 16 in Pfeilrichtung 76 angezogen wird.
Aufgrund der im Steuergerät 68 (Fig. 2) gebildeten Impulse kommt es zu einem unterschiedlich langandauernden Schalten des Ventils 22 von der einen zur anderen Schaltstellung, wodurch der Stößel 15 und die Lasche 16 entsprechend der Regelfrequenz und der durch die Drossel 39 bedingten Dämpfung um den Sollwert pendelt.
Bei einer Bremsung des Fahrzeugs oder bni einem Gangwechsel bei nicht automatischen Getrieben ist die Motordrehzahl schnell abzuregeln, wofür der Stößel 15 schnell in seine Ausgangslage gemäß Pfeil 75 zu bringen ist. Dazu wird das zweite Ventil entregt, so daß dessen Ventilteller 30 öffnet und mithin Luft Gon der Atmosphäre 49 über die Anschlüsse 46 und 37 ungehindert in das Gehäuseinnere 20 strömt. Dieser Vorgang Xird noch unterstützt durch das nichterregte erste Ventil 22, durch welches Luft von der Atmosphäre 49 ebenfalls in das Gehäuseinnere 20 strömt. Sobald der Brems- oder Gangwechchselvorgang beendet ist, schließt auf Fahrerwunsch das Ventil 23 und das Ventil 22 übernimmt den Regelvorgang von neuem.
Im Schaltbild nach Fig. 2 ist als Druckmittelquelle der Zylinderkopf 54 des Verbrennungsmotors 51 dargestellt, in welchem je nach Belastung ein größerer oder kleinerer Unterdruck herrscht. In das elektronische Steuergerät 68 werden die einzelnen Parameter, wie die Ausgangsdrehzahl des Getriebes über die Leitung 69, die Bremsstellung über die Leitung 70 und die Fahrerbefehle über die Leitung 71 eingespeist. Die aus diesen Parametern gebildeten Impulse werden über die Steuerleitungen 73 und 14 dem Stellglied 10 zugeführt.
Das erfindungsgemäße Stellglied ist mit einer Druckmittelquelle beschrieben, welche einen kontinuierlichen Unterdruck unterschiedlicher Größe erzeugt. Ebenso läßt sich ein Stellglied mit der beschriebenen Ventilordnung mit einer einen Überdruck erzeugenden Druckmittelquelle betreiben.1

Claims

Ansprüche W Stellglied, insbesondere für Regelungseinrichtungen, mit einem Gehäuse und einem darin verschiebbaren Stößel, und mit einer Ventilanordnung, welche eine Verbindung zwischen dem Gehäuseinnern und der Atmosphäre sowie einer Druckmittelquelle herstellt, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilanordnung (21) ein elektromagnetisch betätigbares Ventil (22) mit zwei Schaltstellungen und dsei Anschlüssen enthält, wobei der erste Anschluß (39) in das Gehäuse (11), der zweite Anschluß (45) zur Atmosphäre .49) und der dritte Anschluß (40) zur Druckmittelquelle 54) führt.
2. Stellglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der in das Gehäuse (11) führende Anschlup; (39) als Drosselstelle ausgebildet ist.
3. Stellglied nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites elektromagnetisch betätigbares Ventil (23) mit zwei Schaltstellungen und zwei Anschlüssen angeordnet ist, wobei der eine Anschluß (46) zur Atmosphäre (49) und der andere Anschluß (37) in das Gehäuse (11) führt. j
4. Stellglied nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß das erste und zweite Ventil (23, 22) annähernd gleichen Aufbau haben und daß beide Ventile (22,.23) in Zwillingsanordnung mit getrennter elektrischer Betätigung geschaltet sind.
5. Stellglied nach einem der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Ventil (22, 23) einen ebenen Ventilsitz (29, 42; 32) aufweist und daß der Ventilteller (30) eine geringe Wandstärke aufweist./
6. Stellglied nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilteller (30) mindestens zwei diametral gegenüberliegende Öffnungen (33) aufweist, deren kleinster Abstand gleich oder größer dem Außendurchmesser des Ventilsitzes (29, 42) isf. / t L e e r s e i t e