DE2648956A1 - Membranventil - Google Patents

Description

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Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Membranventil nach der Gattung des Hauptanspruches. Es ist schon ein Membranventil mit einer biegeweichen Membran und einer mit der Membran fest verbundenen Ventilplatte bekannt, die mit einem Ventilsitz zusammenarbeitet und sich an einem konzentrisch zum Ventilsitz angeordneten gehäusefesten Stützring abstützt. Bei diesem Membranventil besteht einerseits der Nachteil, daß die Befestigung der Ventilplatte auf der Membran aufwendig und unsicher ist und sich lösende Ventilplatten zu Funktionsstörungen des Membranventiles führen und andererseits Temperaturwechsel bei Verwendung eines gehäusefesten Stürzringes aufgrund unterschiedlicher Wärmedehnungen Regelfehler des Ventiles bewirken. Weiterhin wird bei dem bekannten Ventil die Membran außer Betrieb durch die Kraft der Ventilfeder unerwünscht hoch gedehnt und erfolgt bei Betriebsbeginn durch die mit einem großen Hub sich gegen den Ventilsitz nähernde Membran ein Pumpvorgang, der zu einer unkontrollierten Durchströmmenge führt.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Membranventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil einer sicheren und einfachen Führung der Ventilplatte gegenüber dem Ventilsitz zur Verhinderung von Pendelbewegungen der Ventilplatte mit der Membran bei gleichzeitiger Vermeidung von Regelfehlern bei Temperaturwechseln. Durch die Anordnung des Stützringes an dem Ventilsitzträger ist eine noch exaktere Bearbeitung von Ventilsitz und Stützrxngstirnseite in einer Ebene möglich und werden aufgrund gleicher Wärmedehnungen Regelfehler vermieden_s die bei einer Anordnung des 'Stützringes am Ventilgehäuse durch unterschiedliche Wärmedehnungen von Stützring und Ventilsitz auftreten= Die erfindungsgemäße Aus-

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gestaltung des Membranventil le s verringert die Schmutzanfälligkeit des Ventiles und ermöglicht weiterhin eine größere Freiheit in der Wahl der Werkstoffe von Ventilgehäuse und Ventilsit zträger. So führt beispielsweise die Ausbildung des Ventilgehäuses aus Aluminium zu einer Verringerung des Gewichts.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Membranventils möglich.

Besonders vorteilhaft ist die Verbesserung der Punktionssicherheit des Membranventiles durch die Ausbildung der biegeweichen Membran mit einer vorgeformten Tasche, in der die Ventilsplatte lose angeordnet und durch eine koaxial zum Ventilsitz geführte Ventilfeder zentrierbar ist.

Ebenfalls vorteilhaft ist, daß der maximale Hub der biegeweichen Membran durch einen gehäusefesten Anschlag begrenzbar ist, wodurch einerseits eine Überdehnung der Membran und andererseits bei Regelbeginn ein Pumpvorgang der Membran vermieden wird.

Zeichnung

Ein Ausführungsbexspiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 einen Längsschnitt entlang der Linie I-I in Figur 2 durch ein Kraftstoffzumeß- und Mengenteilerventil für eine Kraftstoffeinspritzanlage, Figur 2 einen Querschnitt entlang der Linie II-II in Figur 1.

Beschreibung der Erfindung

Bei dem in den Figuren 1 und 2 dargestellten Membranventil han-

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delt es sich um ein Kraftstoffzumeß- und Mengenteilerventil einer Kraftstoffeinspritzanlage mit einem Gehäuseoberteil 1 und einem Gehäuseunterteil 2, die durch Schrauben 4 axial zusammengespannt sind. Zwischen das Gehäuseoberteil 1 und das Gehäuseunterteil 2 ist eine biegeweiche Membran 5 eingespannt, die im Bereich von gleichmäßig um die Gehäuseachse verteilten axialen Bohrungen, diese in Kammern 7 und 8 teilend, als Membran von Membranventilen dient. Die biegeweiche Membran 5 ist aus elastischem Material gefertigt, beispielsweise aus Kunststoff oder durch Gewebe verstärktem Kunststoff (Gewebemembran). In dem dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um ein Kraftstoff zumeß- und Mengenteilerventil für eine 4-Zylinder-Brennkraftmaschine, also um vier Membranventile. Der in der Ebene der Membraneinspannung angeordnete feste Ventilsitz 9 ist Teil eines Ventilsitzträgers 10, der in das Gehäuseoberteil 1 eingeschraubt oder eingepreßt ist und als Anschlußteil für Leitungen 30 dient, die zu Einspritzventilen 31 führen, von denen •jeweils nur eine dargestellt ist. Koaxial zum Ventilsitz 9 ist in der Kammer 7 eine Ventilfeder 11 mit möglichst flacher Charakteristik angeordnet, die sich einerseits auf einer Ventilplatte 55 und andererseits auf einem Federteller 12 abstützt, der auf dem in die Kammer 7 ragenden Abschnitt des Ventilsitzträgers 10 über einen Führungsabschnitt gleitbar gelagert ist. Die Ventilfeder 11 belastet die mit dem Ventilsitz 9 zusammenarbeitende Ventilplatte 55 in Öffnungsrichtung, so daß das Membranventil außer Betrieb geöffnet ist, wie in Figur 1 dargestellt.

Die sich in dem Gehäuseunterteil 2 befindlichen Kammern 8 sind durch einen nacheinander durch diese Kammern verlaufenden Ringkanal 13 miteinander derart verbunden, daß der Flüssigkeitsstrom diese Kammern nacheinander durchströmt. Von einem Kraftstoffbehälter 33 führt eine Leitung 34 über eine kontinuierlich fördernde Kraftstoffpumpe 35 und einen Anschlußteil 14 zur ersten

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der Kammern 8. Von der letzten in Stromrichtung liegenden Kammer 8 führt über ein Anschlußteil 37 eine Leitung 38 zu einem Druckhalteventil 39 und von diesem zurück zum Kraftstoffbehälter 33-

In einer durch die beiden Gehäuseteile 1 und 2 gehenden Axialbohrung 16 ist eine Laufbuchse 17 angeordnet. Diese Laufbuchse ist durch eine elastische Dichtbuchse l8, die aus Gummi bestehen kann, gegen Verschieben und Verdrehen gesichert, wozu die Dichtbuchse durch einen Stopfen 19 gegen eine im Gehäuseunterteil 2 gelagerte Scheibe 20 axial zusammengepreßt wird.

In der Laufbuchse 17 gleitet axial gegen die Kraft einer Feder 15 verschiebbar ein Steuerschieber 21, der eine Ringnut 22 aufweist. Anstelle der Feder 15 könnte auch zur Erzeugung der Rückstellkraft auf den Steuerschieber 21 Druckflüssigkeit dienen, die durch ein nicht dargestelltes hydraulisches Steuerdrueksystem gesteuert den Steuerschieber beaufschlagt. In der Laufbuchse 17 befinden sich Längsnuten 23, die durch exakt gleiche achsparallele Längsschlitze 24 (Steuerschlitze) mit der Innenbohrung der Laufbuchse verbunden sind. Je nach der Lage des Steuerschiebers 21 steuert somit die Ringnut 22 einen mehr oder weniger langen Abschnitt der Steuerschlitze 24 auf. In der Laufbuchse befinden sich außerdem Radialbohrungen 25, die eine ständige Verbindung zwischen der Ringut 22 und einem in dem Gehäuseunterteil angeordneten Ringkanal 26 herstellen. Von diesem Ringkanal 26 führen im wesentlichen radial verlaufende Kanäle 27 zum Ringkanal 13, wodurch der Ringkanal 26 mit den Kammern 8 der Membranventile verbunden ist. Die Längsnuten 23 der Laufbuchse 17 sind über Kanäle 28-mit je einer Kammer 7 der Membranventile verbunden, wobei jedem Membranventil eine Längsnut 23 mit ihrem Steuerschlitz 24 zugeordnet ist und die Kammern 7 der Membranventile voneinander getrennt sind.

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Der auf dem in die Kammer 7 ragenden Abschnitt des Ventilsitzträgers 10 gleitbar gelagerte Federteller 12 wird durch die Ventilfeder 11 an eine als Einstellglied 45 dienende Einstellschraube 45 gedrückt. Die Einstellschraube 45 ist in einer Gewindebohrung 46 angeordnet und ragt, insbesondere wenn aus Platzgründen erforderlich, gegenüber der Ventilachse geneigt in die Kammer J. Als Berührungsfläche der Einstellschraube 45 mit dem Federteller 12 dient der Rand 47 des Federtellers, der entsprechend der Neigung der Einstellschraube abgeschrägt ist. Anstelle der Einstellschraube 45 könnte ebenfalls ein in einer Bohrung stramm geführter Stift dienen. Zur Dichtung und zur Verdrehsicherung der Einstellschraube 45 kann in einer Nut des Schraubenkopfes 48 ein Dichtring 49 angeordnet sein, der an der Wandung einer Bohrung 50 anliegt, die den Schraubenkopf umschließt.

Die Ventilplatte 55 ist lose in einer vorgeformten Tasche 56 der Membran angeordnet und wird durch die Ventilfeder 11 zentriert, die in eine Ringnut 57 der Ventilplatte 55 eingreift. Die Ventilplatte 55 kann auch in nicht dargestellter Weise über einen Absatz der Ventilplatte durch die Ventilfeder zentriert werden. Die Tiefe der vorgeformten Tasche 56 der Membran entspricht annähernd der Dicke der Ventilplatte 55 _s so daß sich die dem Ventilsitz 9 zugewandte Fläche der Ventilplatte 55 in Regelstellung in der Einspannebene der Membran befindet. Der maximale Hub der biegeweichen Membran 5 und damit der Ventilplatte 55 ist durch einen in der Kammer 8 gehäusefest angeordneten Anschlag 58 begrenzt.

Erfindungsgemäß sind konzentrisch zu den Ventilsitzen 9 den Ventilsitzträgern 10 verbundene Stützringe 60 vorgesehen, deren schmale, annähernd schneidenförmige Stirnseiten so angeordnet sind, daß die Ventilplatte in Schließstellung des Ventils jeweils am Ventilsitz 9 und an den Stirnseiten anliegt.

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Aus bearbeitungstechnischen Gründen ist es vorteilhaft, die schneidenförmigen Stirnseiten der Stützringe und die Ventilsitze 9 in der Einspannebene der Membran 5 vorzusehen. Der Durchmesser der schneidenförmigen Stirnseite jedes Stützringes und die Ventilsitze 9 in der Einspannebene der Membran 5 vorzusehen. Der Durchmesser der schneidenförmigen Stirnseite jedes Stützringes 60 ist kleiner als der Durchmesser der Ventilplatte 55. Die schneidenförmigen Stirnseiten der Stützringe können ebenfalls einen kleinen Radius aufweisen. Die Stürzringe sind durch radiale Öffnungen 6l unterbrochen, die einen Druckausgleich in der Kammer 7 bei am Stützring 60 anliegender Ventilplatte 55 ermöglichen.

Die Wirkungsweise des Kraftstoffzumeß- und Mengenteilerventils ist folgende:

Der Kraftstoff gelangt aus dem Kraftstoffbehälter 33 über die Leitung 34,"die kontinuierlich fördernde Kraftstoffpumpe 35 und das Anschlußteil 14 in eine der Kammern 8 der Membranventile und strömt von dort durch den Ringkanal 13 zu den anderen Kammern 8 der weiteren Membranventile, bis er dann zum Teil über das Anschlußteil 37, die Leitung 38 und das Druckhalteventil 39, das den Druck im System bestimmt, zurück zum Kraftstoffbehälter 33 gelangt. Der andere Teil des Kraftstoffes strömt über die Kanäle 27 zu dem Ringkanal 26 und von diesem über Radialbohrungen 25 in die Ringnut 22 des Steuerschiebers. Die Ringnut 22 öffnet mehr oder weniger die Steuerschlitze 24, über die der Kraftstoff zugemessen in die Längsnuten 23 und von dort über die Kanäle 28 in die Kammern 7 der Membranventile gelangen kann. Membransteifigkeit und Kraft der Ventilfeder 11 sind so ausgelegt, daß bei einer Änderung des vorgesehenen Druckgefälles zwischen den beiden Kammern 7 und 8 der Membranventile sich der Durchströmquerschnitt zwichen Ventilplatte 55 und Ventilsitz 9 so lange ändert, bis das vorgesehene Druckgefälle wieder er-

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reicht ist. Bei diesem Flachsitzventil ist dieses in außerordentlich kurzer Zeit erreicht, da schon bei geringem Hub der Membran der Durchflußquerschnitt stark geändert wird. Bei dem dargestellten Kraftstoff- und Mengenteilerventil für eine Kraftstoffeinspritzanlage betragen die maximalen Öffnungshübe für die größte Durchströmmenge ca. 0,1 mm. Die Federkraft ändert sich aufgrund dieses kleines Hubes nur gering, so daß die Regelung sehr genau arbeiten kann, d. h. das Druckgefälle unabhängig von den durchströmenden Mengen nahezu konstant ist.

Um die Montage eines derartigen Ventiles zu erleichtern und die Einzeleinstellungen der einzelnen Ventile aufeinander abzustimmen oder auf einen anderen Wert zu ändern, ist ein Einstellglied 45 vorgesehen, durch das der gleitbar auf dem in die Kammer 7 ragenden Abschnitt des Ventilsitzträgers 10 gelagerte Federteller 12 verschiebbar und damit die Ventilfederspannung 11 änderbar ist. Die Verwendung einer biegeweichen Membran, insbesondere einer Gewebemembran verringert die Steuerungsprobleme bei mehreren gleichzeitig angesteuerten Ventilen aufgrund der nahezu vernachlässigbaren Eigensteifigkeit der Membran. Weiterhin kann durch die Verwendung einer Gewebemembran auf ein Dichtmittel bei der Membraneinspannung verzichtet werden und die Wahl des Gehäusematerials ist aus Korrosionsgründen nicht mehr auf bestimmte Werkstoffe beschränkt. Um die unsichere und aufwendige Befestigung der Ventilplatte auf der Membran zu vermeiden, ist die Membran 5 im Bereich 'der einzelnen Ventile mit vorgeformten Taschen 56 versehen, in die die Ventilplatten 55 lose eingelegt sind und durch die Ventilfedern 11 geführt werden. Der maximale Hub der Membran 5 bzw. der Ventilplatten 55 wird durch je einen in der Kammer 8 angeordneten gehäusefesten Anschlag 58 begrenzt. Durch diesen Anschlag 58 wird verhindert, daß die Membran außer Betrieb durch die Ventilfeder 11 unerwünscht gedehnt wird und bei Betriebsbeginn des Membranventils infolge ihrer Bewegung auf den Ventilsitz 9 zu einen Pumpvor-

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gang ausführt, der zu einer unkontrollierten Durchströmmenge zu den Einspritzventilen führt.

Die in der Tasche 56 der Membran 5 angeordnete Ventilplatte 55 wird während des Betriebszustandes an irgend einer Stelle der Stirnseite des Stützringes 60 anliegen. Diese Stelle wirkt als Scharnier und ermöglicht eine reibungsfreie Beweglichkeit der Ventilplatte zum Ventilsitz 9» unter Vermeidung einer Pendelbewegung der Membran und damit der Ventilplatte. Hierdurch sind auch bei mit elastischen Membranen ausgestalteten Meäibranventilen definierte Öffnungs- und Schließbewegungen erreichbar, wodurch eine hohen Ansprüchen genügende Regelung erzielt werden kann. Durch die Anordnung des Stützringes 60 an dem Ventilsitzträger ist eine noch exaktere Bearbeitung von Ventilsitz und Stützringstirnseite in einer Ebene möglich und werden aufgrund gleicher Wärmedehnungen Regelfehler vermieden, die bei einer Anordnung des Stützringes am Ventilgehäuse durch unterschiedliche Wärmedehnungen von Stützring und Ventilsitz auftreten. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Membranventiles verringert die Schmutzanfälligkeit des Ventiles und ermöglicht weiterhin eine größere Freiheit in der Wahl der Werkstoffe von Ventilgehäuse und Ventilsitzträger. So führt beispielsweise die Ausbildung des Ventilgehäuses aus Aluminium zu einer Verringerung des Gewichts.

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Claims (7)

1. R. -7

   Ansprüche

   ( l.yMembranventil mit einer als bewegliches Ventilteil ausgebildeten, zwei Kammern trennenden biegeweichen Membran, einer mit einem an einem Ventilsitzträger vorgesehenen Ventilsitz zusammenarbeitenden Ventilplatte und einem konzentrisch zum Ventil-

   sitz angeordneten Stützring, der diesen radial durchdringende Öffnungen und eine schmale, nahezu schneidenförmige Stirnseite aufweist, die mit der Ventilplatte zusammenwirkend so gestaltet ist, daß die Ventilplatte in Schließstellung sowohl an der Stirnseite des Stützringes, als auch an dem Ventilsitz anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützring (60) am Ventilsitzträger (10) angeordnet ist.
2. 2. Membranventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Ventilsitz (9) und Stützring (60) als Teile des Ventilsitzträgers (10) ausgebildet sind.
3. 3· Membranventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (5) eine vorgeformte Tasche (56) aufweist, in der die Ventilplatte (55) lose angeordnet und durch eine koaxial zum Ventilsitz (9) geführte Ventilfeder (11) zentrierbar ist.
4. 4. Membranventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der Tasche (56) annähernd der Dicke der Ventilplatte (55) entspricht.

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5. 5. Membranventil nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das der Ventilplatte (55) zugewandte Ende der Ventilfeder (11) in eine Ringnut (57) der Ventilplatte (55) eingreift.
6. 6. Membranventil nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das der Ventilplatte (55) zugewandte Ende der Ventilfeder (11) die Ventilplatte (55) über einen Absatz zentriert.
7. 7. Membranventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der maximale Hub der biegeweichen Membran durch einen gehäusefesten Anschlag (58) begrenzbar ist.;.

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