DE3920893A1 - Magnetventil fuer einen fluidstrom, insbesondere fuer einen waermetraegerstrom einer fahrzeugheizung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Magnetventil für einen Fluidstrom, insbesondere für einen Wärmeträgerstrom einer Fahrzeugheizung, mit einem im wesentlichen gerad­ linig durchströmten Gehäuse, innerhalb dessen ein mit einem Ventilsitz zusammenwirkender Ventilkörper vorge­ sehen ist, welcher unter Einfluß zumindest einer außer­ halb des Gehäuses angeordneten Magnetspule in Bewegung versetzt wird. Ein derartiges Magnetventil ist aus der gattungsbildenden DE-OS 36 10 122 bekannt.

Das in dieser Schrift gezeigte Magnetventil besticht durch seinen einfachen Aufbau sowie durch die strömungs­ dynamisch optimierte Führung des Fluidstromes. Als nachteilig hat sich jedoch erwiesen, daß der Ventil­ körper selbst magnetisierbar sein muß, woraus sich zusätzliche Gestaltungserfordernisse ergeben, welche wiederum einer optimalen strömungsdynamischen Gestaltung entgegenstehen. Hier Abhilfe zu schaffen, hat sich die Erfindung zur Aufgabe gestellt.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß sich der Ventilkörper an einem innerhalb des Gehäuses vorge­ sehenen, mit der Magnetspule zusammenwirkenden Anker abstützt.

Um den Ventilkörper somit in Bewegung zu versetzen, kann der hierfür separat vorgesehene Anker den jeweiligen magnetischen Erfordernissen entsprechend optimal ausge­ bildet werden. Bei der Auslegung des Ventilkörpers hingegen sind lediglich strömungsdynamische Randbedin­ gungen zu berücksichtigen. Vorteilhafterweise kann hiermit zur Herstellung des Ventilkörpers auch ein nicht magnetisierbarer Werkstoff, so beispielsweise Teflon, zum Einsatz kommen.

Als besonders vorteilhaft erweist sich ein derartiges Magnetventil in Verbindung mit den Merkmalen des An­ spruchs 6. Durch die getrennte Ausbildung von Anker und Ventilkörper ist es möglich, auf einfache Weise die maximal mögliche Schaltfrequenz des Magnetventiles derart festzulegen, daß für die wesentlich darüber liegende Impulsfrequenz betreffend die Beaufschlagung der Magnetspule mit Stromimpulsen ein ausreichender Variationsspielraum vorhanden ist. Mit den Merkmalen des Anspruchs 6 ist es dabei möglich, den Ventilkörper in einem definierten Abstand zum Ventilsitz zu halten. Zur Variation der Halteposition wird dabei vorzugsweise das Verhältnis zwischen der Impulslänge und der Pausenlänge verändert. Zwar ist ein derartiges Verfahren zur An­ steuerung eines Magnetventiles aus der DE-OS 37 20 347 bekannt, jedoch zeigt diese Schrift hierfür ein Magnet­ ventil, welches der der vorliegenden Erfindung zugrunde­ liegenden Aufgabe nicht genügt.

Vorteilhafte konstruktive Weiterbildungen beschreiben die weiteren Unteransprüche. So ist es besonders ein­ fach, wenn der Ventilkörper durch ein Kraftspeicher- bzw. Federelement gegen den Anker gepreßt wird. Alter­ nativ ist es aber auch möglich, den Ventilkörper quasi als Rückschlagventil auszubilden, so daß dieser sich unter Einfluß des Fluidstromes am Anker abstützt.

Hiermit ist es möglich, das Magnetventil in jeder beliebigen Einbaulage zu verbauen. Zur Unterstützung der Funktion greift dabei am Ventilkörper ein gegen Durch­ strömrichtung gerichtetes Federelement an. In gleicher Weise kann ein derartiges Federelement am Anker vorge­ sehen sein.

Während die Ansprüche 4 und 5 vorteilhafte konstruktive Ausführungen beschreiben, nennt Anspruch 7 eine Ansteue­ rung des Ankers, welche es erlaubt, den Anker bzw. den Ventilkörper ebenfalls in jeder beliebigen Zwischen­ stellung zu positionieren. Die Gewindespindel verursacht eine rotierende Bewegung des Ankers. Hervorgerufen werden kann diese Rotationsbewegung durch beispielsweise zwei Magnetspulen, welche ähnlich einem Schrittmotor angesteuert werden.

Diese sowie weitere Vorteile werden aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele ersicht­ lich. Die Figurendarstellungen zeigen dabei verschiedene erfindungsgemäße Magnetventile im Schnitt.

Das Gehäuse 1 des als Heizungsregelventil einer Fahr­ zeugheizung eingesetzten Magnetventiles wird gemäß Pfeilrichtung 2 vom Wärmeträger, insbesondere dem erwärmten Kühlmittel einer das Fahrzeug antreibenden Brennkraftmaschine, durchströmt. Innerhalb des Gehäuses 1 ist ein in bzw. gegen Pfeilrichtung 18 verschiebbarer Ventilkörper 3 angeordnet, welcher mit einem Ventilsitz 4 zusammenwirkt und somit den mit der Ziffer 5 bezeich­ neten Durchflußquerschnitt bestimmt. Der Ventilkörper 3 ist mit zwei Führungszapfen 13a, 13b (Fig. 1) bzw. einem Führungszapfen 13 (Fig. 2, 3) versehen, welche in Bohrungen 6 einer Aufnahme 7 bzw. einer Lagernabe 8 geführt sind.

Des weiteren ist innerhalb des Gehäuses 1 ein Anker 9 ebenfalls in bzw. gegen Pfeilrichtung 18 verschiebbar gelagert. Auch dieser Anker 9 ist mit Führungszapfen 19a, 19b versehen, welche wiederum in den Bohrungen 6 der Lagernabe 8 bzw. einer weiteren Aufnahme 7′ gelagert sind.

Die Lagernabe 8 ist über mehrere Stege 10 mit einem kreiszylindrischen Außenring 11 verbunden, welcher seinerseits im Gehäuse 1 eingebunden ist. Ähnlich aufgebaut ist der Anker 9, bei welchem die Führungs­ zapfen 19a, 19b ebenfalls über Stege 10 mit der kreis­ zylindrischen Außenstruktur verbunden sind. In gleicher Weise sind die Aufnahmen 7 bzw. 7′ über Stege 10 am Gehäuse 1 bzw. an einem an das Gehäuse 1 angeflanschten Anschlußstutzen 12 angebunden. In Umfangsrichtung zwischen den Stegen ist somit ein in seiner Gesamtheit mit 14 bezeichneter Strömungskanal gebildet. Im Bereich des Ankers 9 ist das Gehäuse 1 von zumindest einer Magnetspule 15 umgeben.

Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 findet sich in der Bohrung 6 der Aufnahme 7 ein sich am Führungszapfen 13b abstützendes Kraftspeicherelement 16 in Form einer Druckfeder, deren Vorspannung mittels einer Stellschrau­ be 17 einstellbar ist. Der dem Führungszapfen 13b gegenüberliegende Führungszapfen 13a des Ventilkörpers 3 stützt sich dabei am Führungszapfen 19a des Ankers 9 ab.

Mit Erregung der Magnetspule 15 wird der Anker 9 gemäß Pfeilrichtung 18 verschoben. Diese Verschiebebewegung wird über den Führungszapfen 19a sowie den Führungs­ zapfen 13a auf den Ventilkörper 3 übertragen, so daß der Durchflußquerschnitt 5 hiermit verringert wird. Bei Entregung der Magnetspule 15 bewegt das Kraftspeicher­ element 16 den Ventilkörper 3 sowie den Anker 9 wieder in die gezeigte Position. Liegt die Impulsfrequenz, mit welcher die Magnetspule 15 angesteuert wird, unterhalb der maximal möglichen Schaltfrequenz des Magnetventiles, so arbeitet dieses als herkömmliches Taktventil. Durch Veränderung des Verhältnisses zwischen Schließ- und Öffnungsdauer läßt sich somit jeder gewünschte mittlere Durchfluß einstellen. Insbesondere aufgrund seines Aufbaus eignet sich dieses Magnetventil jedoch auch für ein anderes Ansteuerungsverfahren. Hierbei liegt die Impulsfrequenz deutlich über der maximal möglichen Schaltfrequenz des Magnetventiles. Beispielsweise durch Veränderung des Verhältnisses zwischen der Impulslänge und der Pausenlänge läßt sich hiermit der Ventilkörper 3 bezüglich seines Ventilsitzes 4 in jeder gewünschten Offenstellung halten. Auf diese Weise werden störende Schläge vermieden und es stellt sich insbesondere ein deutlich verbesserter, da kontinuierlicher Fluidstrom ein.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist der Ventil­ körper 3 ähnlich einem Rückschlagventil ausgebildet. Dabei preßt der gemäß Pfeilrichtung 2 das Magnetventil durchströmende Fluidstrom den Ventilkörper 3 gegen den Führungszapfen 19a des Ankers 9. Zwischen dem Ventil­ körper 3 sowie der Lagernabe 8 ist ein den Ventilkörper in Schließrichtung bewegendes Federelement 16′ vorge­ sehen. In gleicher Weise greift am Anker 9 ein Feder­ element 16′′ an. Diese Konstruktion hat den Vorteil, daß das Magnetventil unabhängig von der jeweiligen Einbau­ lage einsetzbar ist.

Fig. 3 zeigt ein Magnetventil, bei dessen Anker 9 der Führungszapfen 19b′ als Gewindespindel ausgebildet ist. Auch die Aufnahme 7′ ist mit einem Gewinde versehen, so daß bei entsprechender Erregung der beiden Magnetspulen 15 der Anker 9 in einer rotierenden Bewegung in bzw. gegen Pfeilrichtung 18 verfahren wird. Diese Bewegung wird wiederum auf den beispielsweise abermals ähnlich einem Rückschlagventil ausgebildeten Ventilkörper 3 übertragen.

Die in den Fig. 1 und 2 gezeigten Magnetventile eignen sich in hervorragender Weise sowohl für den Einsatz im herkömmlichen taktenden Betrieb als auch für Anwendungsfälle, in denen der Ventilkörper durch Anlegen einer die eigene Schaltfrequenz erheblich übersteigenden Impulsfrequenz bezüglich seines Ventilsitzes in defi­ nierten Positionen gehalten wird. Für alle Ausführungs­ beispiele ist es dabei möglich, das Magnetventil sowohl im Hinblick auf die magnetischen als auch auf die strömungsdynamischen Randbedingungen optimal zu gestal­ ten. So ergeben sich beispielsweise auch durch die zentrische Anordnung der Führungszapfen 13 bzw. 19 nicht nur äußerst einfach zu fertigende sowie zu montierende Bauelemente, sondern darüber hinaus auch eine Vielzahl von Möglichkeiten, den Strömungskanal 14 unter strö­ mungsdynamischen Gesichtspunkten optimal zu gestalten.

Claims (7)

1. Magnetventil für einen Fluidstrom, insbesondere für einen Wärmeträgerstrom einer Fahrzeugheizung, mit einem im wesentlichen geradlinig durchströmten Gehäuse (1), innerhalb dessen ein mit einem Ventil­ sitz (4) zusammenwirkender Ventilkörper (3) vorge­ sehen ist, welcher unter Einfluß zumindest einer außerhalb des Gehäuses (1) angeordneten Magnetspule (15) in Bewegung versetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Ventilkörper an einem innerhalb des Gehäuses (1) vorgesehenen, mit der Magnetspule (15) zusammenwirkenden Anker (9) abstützt.

2. Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Ventilkörper (3) unter Einfluß eines Kraftspeicherelementes (16) am Anker (9) abstützt.

3. Magnetventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Ventilkörper (3) unter Einfluß des Fluidstromes am Anker (9) abstützt, wobei am Ventilkörper (3) ein gegen Durchströmrichtung (2) gerichtetes Federelement (16′) angreift.

4. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Abstützbereich zwischen Ventilkörper (3) und Anker (9) eine den Ventilkörper sowie den Anker führende Lagernabe (8) vorgesehen ist.

5. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (9) und der Ventilkörper (3) mit zentrischen Führungszapfen (13, 13a, 13b, 19a, 19b) versehen sind, welche in über Stege (10) mit dem Gehäuse (1) verbundenen Aufnahmen (7, 7′) oder in der Lagernabe (8) axial verschiebbar geführt sind.

6. Magnetventil nach einem der vorangegangenen An­ sprüche, wobei die Betätigung durch impulsmäßige Beaufschlagung der Magnetspule erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsfrequenz deutlich über der maximal möglichen Schaltfrequenz des Magnetventiles liegt.

7. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (9) durch zumindest eine Gewindespindel (19b′) geführt ist.