DE2926320C2 - Elektromagnetisch betätigtes Membran-Wasserventil mit einer hydraulischen Servoeinheit für die Regelung des Wasserkreislaufes in Heiz- bzw. Klimaanlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisch betätigtes Wasserventil mit einer hydraulischen Servoeinheit für die Regelung des Wasserkreislaufes in Heiz- bzw. Klimaanlagen von Kraftfahrzeugen, gemäß Oberbegriff des Anspruches 1.

Für die Regelung der Wasserdurchflußmenge, die durch den Heizkörper einer Heiz- oder Klimaanlage in einem Kraftfahrzeug strömt, finden verschiedene Absperr-, Drossel- oder Regelorgane wie z. B. Hähne, Schieber, Klappen oder Ventile ihre Verwendung.

Eine Anordnung einer Membran in einem elektromagnetisch betätigten Membran-Wasserventil mit hydraulischer Servoeinheit ist durch die DE-AS 12 08 960 bekanntgeworden. Bei dem bekannten Ventil sind infolge der komplizierten Anordnung der Druckmittelkanäle und zwar vom Einlaßstutzen zum Druckraum, sowie vom Druckraum zum Austrittsstutzen aufwendige, konstruktive Maßnahmen für die Fertigung erforderlich. Ergänzend ist noch festzustellen, daß nicht nur die entsprechende Feinbearbeitung des Doppelsitzventil und der zur Ergänzung erforderlichen Zubehörteile für eine Großserienfertigung als praxisgerecht nicht angesehen werden kann, sondern darüber hinaus die teilweise sehr engen Durchtrittsöffnungcn durch Schmutzpartikel im Druckmittel leicht verstopft werden können, was zu Funktionsstörungen bzw.zum Ausvaitdes Ventils führt.

Nach einem weiteren Vorschlag gemäß DE-AS 19 47 635 ist eine andere Art der Befestigung der Membran gezeigt. Es ist ausgeführt, daß eine Verstärkerplatte (für die Membran) einen in der Mitte nach unten abscherenden Halteabschnitt besitzt, der sich durch die Membran hindurch erstreckt und eine nach unten gerichtete Fortsetzung der öffnung bildet. Dieser Halteabschnitt weist einen im Durchmesser vergrößerten, unteren F.ndabschnin auf. der in einer Halteschulter endet. Darauf ist als Befestigungsmittel ein Haltering aufgepreßt. Es handelt sich demnach um ein gefedertes Haltemittel für die Membran.

Nach der DE-PS 5 76 225 ist eine Membran mit einem Ventilkörper und einem Bremskcgel bekanntgeworden. Es handelt sich jedoch um einen Wasserleitungshahn, dessen Ventilkörper unterhalb des Ventilsitzes zu einem Brcmskegel ausgebildet ist. Dieser drosselt die Schließbewegung des Ventilkörpers, d. h. er bewirkt eine Verzögerung des Schlicßvorganges.

Bei einem weiter bekannten, der Praxis entnommenen System der Regelung wird die Durchflußmenge dadurch gesteuert, daß das Ventil für ein bestimmtes Zeitintervall ganz offen und in dem nächsten Zeitintervall ganz geschlossen ist. Die Zeitintervalle bewegen sich in der Größenordnung von einigen Sekunden bis zum Bruchteil einer Sekunde. Die Summe der beiden Intervalle, des geöffneten und des geschlossenen Ventils, wird als Taktzeit bezeichnet, beispielsweise Ventil

),5 sec geöffnet und 4,5 sec geschlossen, dann beträgt Jie Taktzeit 5 see.

Es ist evident, daß bei einem sehr kurzen Zeitintervall, während dessen das Ventil offen bleibt, z. 8.0,5 sec, die öffnungs- und Schließvorgänge selbst sehr schnell ablaufen müssen und z. B. nur max. 0,1 sec dauern dürfen.

Die bekannten Ventile haben neben den festgestellten Mängeln den Nachteil, daß sie entweder zu langsam arbeiten oder bei einer zwangsläufigen Betätigung des Ventiltellers oder -kegeis zu große Betätigungskräfte benötigen und im Zusammenhang mit den sehr schnellen Arbeitsvorgängen zu große Körperschläge und Wasserstöße verursacht werden.

Neben einer Lärmbelästigung können sich die Körperschläge und Wasserstöße, sowie damit verbundene Wasserdruckspitzen schädlich auf die anderen Teile des Kreislaufes (wie Schlauchverbindungen und die Druckbeständigkeit des Heizkörpers) auswirken.

Ein weiterer Nachteil bei den bekannten Ventilen, die nach dem Prinzip einer hydraulischen Entlastung der Betätigungskräfte oder einer hydraulischen Servoeinheit arbeiten, besteht darin, daß diese Ventile viele Teile aufweisen, und somit zu kompliziert sind. Dadurch ergeben sich neben der aufwendigen Fertigung und einer schwierigen Montage erhebliche Risikofaktoren für Funktion und längeren Betrieb.

Bei der üblichen Ausführung dieser Ventile, die mit einer kleinen Ausgleichsbohrung (z. B. 0 1 mm) in der Gummimembrane versehen sind, tritt im Betrieb die Schwierigkeit auf, daß diese Bohrung sich durch die Belastung der Membrane verschiebt, oder durch Quellung oder Schrumpfung des Gummimaterials sich diese kalibrierte und für die einwandfreie Funktion des Ventils sehr wichtige Bohrung verändert, daß die Funktion des Ventils ungünstig beeinflußt oder sogar gänzlich gestört wird.

Es sind zwar gehäusefeste Ausgleichsbohrungen ebenfalls bekannt, jedoch ist der konstruktive Aufwand dabei sehr erheblich.

Bei den beknnnten Ventilen tritt im Betrieb noch eine weitere Schwierigkeit auf, da nämlich die Magnetventile sehr empfindlich auf Schmutz im Wasser reagieren.

Nicht zuletzt ist noch der Nachteil zu erwähnen, daß die bekannten Ventile einen hohen Druckvcrliisi aufweisen.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Ventil derart weiterzubilden, daß es schnell öffnet und schließt, eine einfache Konstruktion mit wenigen Teilen aufweist und sicher in der Wirkungsweise ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Ventil der eingangs beschriebenen Art nach der Erfindung im wesentlichen dadurch gelöst, daß das Servoventil, wie an sich bekannt, als Nadelventil mit einem am Ende einer Druckstange befindlichen Kegel und einem Ventilschaft mit einer Öffnung bzw. einer Bohrung ausgebildet ist. Die Öffnung bzw. die Bohrung im Ventilschaft ist in Abhängigkeit der Erregung des Elektromagneten verschließbar, wobei ein mittlerer Teil des Ventilschjftes in Strömungsrichtung verlängert ist.

Um in Kraftfahrzeugen die Innentemperatur durch Warmwasserheizungen zu regeln, ist nach dem DE-GM 17 34 505 bereits vorgeschlagen worden, den Zufluß des Warmwassers zum Heizkörper durch ein Ventil zu steuern, dessen Betätigung durch einen Vakuumzylinder mit Kolben erfolgt, auf den das Vakuum in der Ansaugleitung des Fahrzeugmotorr übertragen wird. Zu diesem Zweck ist nach dieser bekannten Ausführung eine Membrane mit einer Bohrung vorgesehen, durch welche eine Ventilnadel geführt ist, deren der Spitze gegenüberliegendes Ende eine sockeiförmige Erweiterung aufweist, so daß das Ventil sich öffnen kann, um Luft von atmosphärischem Druck in eine Ausgleichskammer einzulassen. Dadurch wird das in der Ausgleichskammer vorhandene Vakuum vermindert. Die Arbeitsweise des Vakuumregelventils erfolgt in Abhängigkeit bzw. in Verbindung mit einem aus Bimetall bestehenden Temperaturfühler, v/elcher fallweise Druck auf die Membran ausübt. Anordnung und Funktion dieses bekannten Regelventil beziehen sich im übrigen auf ein anders gelagertes Ventilsystcm, welches konstruktiv aufwendig und infolge der komplizierten Bauweise auf die Dauer störanfällig ist.

Ausgestaltungen, Abwandlungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen in Verbindung mit den Zeichnungen, die Ausführungsbeispiele des Ventils nach der Erfindung darstel-

>o len. Dabei zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein e,'^:ndungsgemäßes Ventil,

F i g. 2 einen Längsschnitt durch ein Ventil einer abgewandelten Ausführung.

F i g. 3 einen Teilschnitt durch einen Stutzen mit einer Variante eines Siebes,

Fig.4 einen Längsschnitt durch ein weiteres abgewandeltes Ausführungsbeispiel des Ventils,
Fig.5 und 6 Schnitte durch Ausführungsvarianten der Membrane, und

F i g. 7 einen Schnitt durch den unteren Teil eines Elektromagneten.

Gemäß F i g. 1 besteht das erfindungsgemäße Ventil aus einem Ventilgehäuse 1 mit einem zylindrischen FiI-

J5 tersieb 2, in einem Eir.trittsstutzen 22, einer Membrane 3, einem Ventilteller 4, einem Ventilschaft 5, einer Ventildichtung 6 und einer Federscheibe 7. Auf den Ventilteller 4 drückt eine Feder 8. Das Ventil besitzt weiter einen Ventildeckel 9 und einen Elektromagnet 10 mit Steckerstiften 21 und Druckstange 20. Der Elektromagnet 10 ist in dem Vcntildcckel 9 mit einem O-Ring 11 abgedichtet. An dem Ventilgehäuse 1 sind zwei Zentrierzapfen i3, 14 angegossen. Im Zapfen 13 über dem Filtersieb 2 befindet sich eine Ausgleichsbohrung 12.

Die Zapfen 13,14 greifen in zwei Aussparungen 15,16 in dem Veniildeckel 9 ein, wobei die Aussparung 15 eine Querbohrung 17 aufweist. Durch die Bohrungen 12 und 17 ist der innere Raum des Ventils über der Membrane 3 mit dem höheren hydraulischen Druck in dem Eintrittsso stutzen 22 verbunden.

In dem Ventilschaft 5 ist eine Bohrung 18 angebracht, die zusammen mit dem Kegel 20a der Druckstange 20 des Elektromagneten 10 ein Nadelventil der hydraulischen Scrvoeinheit bildet. Der Ventilschaft 5 weist dabei in Strömungsrichtung einen in den Austrittsstutzen 31 ragenden, verlängerten, mittleren Teil 19 auf.

Die Membrane 3 ist in der Fig. 1 in der mittleren Lage und die Drucksiange 20 des Elektromagneten 10 (stromlos) in der oberen (geöffneten) Position darge-

bo stellt. Durch eine (nicht dargestellte) Rückholfeder in dem Elektromagneten 10 ist die Druckstange 20 mit dem Kegel 20a nach oben gedrückt. Das Ventil ist geöffnet.

Für die Filtrierung der Flüssigkeil, die über den Bypass 12, 15, 17 durch die Servoeinheit strömt und den inneren Raum des Elektromagneten 10 umspült, ist das großflächige Sieb 2 in dem Eintrittsstutzen 22 vorgesehen. Darüber hinaus kann zusätzlich noch ein weiteres

Sieb 33 in dem Ventilschaft 5 vorgesehen sein, für den Fall, daß das elektromagnetische Wasserventil auf dem Kopf stehend verwendet wird.

Ein Ventil der vorstehend beschriebenen Art arbeitet in folgender Weise — F i g. 1 —:

Das Ventil ist auf einem an sich bekannten Prinzip der hydraulischen Servoeinheit aufgebaut. Wird elektrischer Strom angelegt, so bewegt sich die Druckstange 20 des Elektromagneten 10 nach unten und schließt durch den Kegel 20a die öffnung bzw. die Bohrung 18 im Nadelventil. In dem Raum über der Membrane 3 baut sich ein hydraulischer Druck auf, der dem höheren Druck in dem Eintrittsstutzen 22 entspricht. Durch die Druckdifferenz zwischen dem höheren Druck über der Membrane 3 und dem niedrigen Druck in einem Austrittsstutzen 31 und unter der Membrane 3 in dem mittleren Bereich der Membrane 3 wird die Membrane 3 nach unten gedruckt und das Ventil schließt.

Wird der Elektromagnet 10 abgeschaltet, drückt die — nicht dargestellte — Rückholfeder in dem Elektromagneten 10 die Druckstange 20 mit Kegel 20a nach oben und das Nadelventil öffnet sich. Der Raum über der Membrane 3 ist nun über die Bohrung 18 in dem Ventilschaft 5 mit dem Raum in dem Austrittsstutzen 31 und mit dem niedrigen hydraulischen Druck verbunden. Der höhere Druck über der Membrane 3 wird abgebaut und gleicht sich mit dem niedrigen Druck aus. Durch die Druckdifferenz an dem äußeren Bereich der Membrane 3 wird die Membrane 3 nach oben gedrückt und das Ventil öffnet.

Sobald der Strom angelegt ist. bringt der Elektromagnet 10 die Druckstange 20 mit dem Kegel 20a in Schließstellung und schließt somit das Ventil. Ohne elektrischen Strom ist das Ventil bei durchströmendem Wasser offen. Wird eine zugehörige Wasserpumpe abgestellt und die Wasserströmung unterbunden, schließt jedoch das Ventil durch die Wirkung der Feder, nur die kleinen Bohrungen i2 und i7 in ilCMii Bypass der ScTVüeinheil bleiben offen. Dadurch wird eine spontane schwache Strömung in beiden Richtungen zum Beispiel in folge der Thermo-Syphon-Wirkung zum größten Teil verhindert. Für den Fall, daß diese schwache Strömung vollkommen verhindert sein soll, kann ein Rückschlagventil 32 in den Austrittsstutzen 31 (F i g. 2). oder in dem Ventilschaft 5 (Rückschlagventil 34) gemäß Fig.4 vorgesehen sein.

Das in Fig. 2 gezeigte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ventils weist eine Membrane 3 auf. die einstückig mit der Ventildichtung 6 ausgeführt ist, in dem mittleren Bereich eine Verdickung aufweist und bei geschlossenem Ventil dicht am Ventilsitz 24 anliegt. Der Ventilteller 4 ist ebenfalls einstückig mit dem Ventilschaft 5 ausgeführt.

Die inneren Teile des Ventils, d. h. die Membrane 3, die Gummischeibe der Ventildichtung 6, der Ventilteller 4. der Ventilschaft 5. eine Blechschere und eventuell eine Federscheibe 7 sind somit teilweise bzw. ganz in nur einem Teil integriert (Fi g. 1).

Gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ein Zentrierzapfen 26 umgekehrt un dem Ventildeckel 9 und eine entsprechende Aussparung 27 an dem Ventilgehäuse 1 angebracht. Dadurch wird erreicht, daß der Ventildeckei9 zentrisch und unverwechselbar auf das Ventilgehäuse 1 bei der Montage aufgesetzt werden kann.

Ein Sieb 28 ist einstückig aus einem durch Elektronenstrahl gelochten Rohr ausgeführt.

Es ist weiter ersichtlich, daß die Länge eines Sicbträgcrs 29 sich bis zum Ende des Stutzens erstreckt und dadurch das Sieb 28 mit Siebträger 29 gleichzeitig eine metallische Versteifung des relativ dünnen aus Kunst stoff bestehenden Eintrittsstutzen 22 darstellt.

An diesem Ausführungsbeispiel ist auch gezeigt, daß in dem Austritisstutzen 31 ein Rückschlagventil 32 ein gebaut sein kann.

Gemäß einem abgewandelten Ausführungsbeispie nach Fig. 3 ist der Eintrittsstutzen 22 mit einem Filter

ίο sieb 30 aus gesintertem Metall ausgestattet.

Bei einem noch weiteren Ausführungsbeispiel eine: Ventils nach der Erfindung gemäß F i g. 4 ist in dem Ventilschaft 5 ein Sieb 33 eingebaut. Der Ventilschaft 5 weist noch eine von dem Sieb 33 unabhängige Variant

r> eines Rückschlagventils 34 auf.

In diesem Ausführungsbeispiel sind zwei Varianten des Ventildeckels 9 mit Bezug auf die Ausführung de Elektromagneten dargestellt. Links von der senkrechte! Mittelachse des Ventils wird eine Ausführung gezeig bei der ein Elektromagnet 38 niii Kuiisisiüii ioiai urngcspritzt ist und der Ventildeckel 9 einstückig mit den Mantel des Elektromagneten 38 ausgespritzt wird.

Rechts von der Achse ist dagegen eine Ausführun dargestellt, bei der der Elektromagnet in einem topfför migcn Gehäuse 39 montiert ist und der Boden 40 diese; Gehäuse gleichzeitig als Ventildeckel 9 ausgeführt wird.

Nach einer weiteren Abwandlung gemäß Fig.5 is

der mittlere Teil der Membrane 3 mit dem Regulier Ventilkegel 44 einstückig aus dem Gummimaterial de

jo Membrane 3 ausgeformt.

Gemäß der Ausgestaltung nach Fig.6 weist di Membrane 46 im mittleren Bereich eine Verdickung au die die Form und Funktion des Ventilschaftes und de Ventiltellers ersetzt.

J5 Bei dem Teilausschnitt gemäß F i g. 7 ist nur am unter en Teil des Elektromagneten 10 ein Sieb 47 angebrach das an der Druckstange 20 mit einem Spiel von 0.1 mn gefahr; ist und durch die Feder 8 an den Elektromagne ten angedrückt wird. Das Sieb 47 verhindert das Ein dringen von grobem Schmutz in das Innere des Elektro magneten.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und be schricbencn Ausführungsbeispicle beschränkt. Sie um faßt auch alle fachmännischen Abwandlungen und Wei terbildungcn, sowie alle Teil- und Unterkombinatione der beschriebenen und/oder dargestellten Merkmal und Maßnahmen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Elektromagnetisch betätigtes Membran-Wasserventil mit einer hydraulischen Servoeinheit für die Regelung des Wasserkreislaufes in Heiz- bzw. Klimaanlagen von Kraftfahrzeugen, bestehend im wesentlichen aus zwei zu einer Einheit zusammengesetzten Bauelementen, nämlich einem Ventilgehäuse mit Ein- und Austrittsstutzen und einem Ventildeckel, auf dem ein Elektromagnet mit einer Druckstange zum öffnen und Schließen eines Servoventils zur Steuerung des Membranventils angeordnet ist und mit einer den Gehäuseinnenraum unterteilenden Membran, deren Rand zwischen Ventil- i> gehäuse und Ventildeckel eingespannt und durch Zapfen, die in den eingespannten Rand der Membran greifen, lagesicher gehalten ist und mit einer kalibrierten Ausgleichsbohrung, welche einerseits mit dem Eintrittsstutzen und andererseits über eine Druckmittelverbindung mit einem zwischen Membran und Ventildeckel gebildeten Raum verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Servoventil in an sich bekannter Weise als Nadelventil mit einem am Ende der Druckstange (20) befindlichen Kegel (2Oa₇* und einem Ventilschaft (5) mit einer Öffnung bzw. Bohrung (18) ausgebildet ist, wobei die Öffnung bzw. Bohrung (18) im Ventilschaft (5) in Abhängigkeit der Erregung des Elektromagneten (10) verschließbar ist, und daß der Ventilschaft (5) jo einen in Strömungsrichtung verlängerten und in den Austrittsstuizen (31) ragenden mittleren Teil (19) aufweist (F i g. 1).

2. Ventil nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß eine Ventildichtung {'■■) mit der Membrane J5 (3) einstückig ausgebildet ist. wodurch die Membrane (3) in dem mittleren Bereich eine Verdickung aufweist, die bei geschlossenem Ventil dicht am Ventilsitz (24) anliegt (F i g. 2).

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2,dadurch gekennzeichnet, daß ein Ventilteller (4) mit dem Ventilschaft (5) einstückig ausgeführt ist.

4. Ventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Membrane (3) in dem unteren Bereich die Form eines Kegels (44) aufweist (F i g. 5).

5. Ventil nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Membrane (46) in dem mittleren Bereich eine Verdickung aufweist, die die Form und die Funktion des Ventiltellers und des Ventilschaftes beinhaltet und somit diese Teile in dem Preßteil der Membrane integriert sind (F i g. 6).

6. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Filtersieb (2, 28, 30) in einem Eintritlsstutzen (22) angebracht ist (Fig. 1.2).

7. Ventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Filtersiebes oder des Siebträgers (29) sich über die ganze oder fast die ganze Länge des Eintrittsstutzens (22) erstreckt (F i g. 2).

8. Ventil nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn- «> zeichnet, daß das Filtersieb (2, 28, 30) aus einem durch Elektronenstrahl gelochtem Rohr oder aus gesintertem Metall in Form einer Buchse ausgeführt ist (F ig. 2,3).

9. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprü- b"; ehe. dadurch gekennzeichnet, daß in dem Austriiisstutzen ein Rückschlagventil (32) eingebaut ist (F ig. 2).

10. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Ventilschaft (5) ein Sieb (33) eingebaut ist (Fig. 4).

11. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Ventilschaft (5) ein Rückschlagventil (34) eingebaut ist (F ig. 4).

12. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromagnet mit einem Sieb (47) versehen ist (F i g. 7).