DE3939813A1 - Drosselventil - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Drosselventil mit einem Gehäuse, das einen Einlaß und einen Auslaß aufweist, einen im Gehäuse angeordneten Ventilkörper zur Regelung der Durchflußmenge eines zwischen dem Einlaß und dem Auslaß befindlichen Durchflußkanales, wobei der Ventilkörper als Magnetanker ausgebildet ist und mit einer Spule eines Elektromagneten zusammenarbeitet.

Es sind Drosselventile bekannt (zum Beispiel DE-PS 26 02 328, DE-OS 29 40 182), bei denen ein Fluidstrom in Abhängigkeit von elektrischen Steuersignalen geregelt wird. Dabei wird die durch ein Ventilteil gesperrte Drosselstelle durch einen Anker eines mit den elektrischen Steuersignalen gespeisten Elektromagneten beaufschlagt. Der Elektromagnet besteht dabei aus einer Steuerspule und einer, entgegen der Magnetkraft wirkenden, mechanischen Feder. Die proportionale Ver­ stellung des Ventilkörpers erfolgt durch das Einprägen eines Steuerstromes auf die Steuerspule. Es stellt sich dabei ein Kräftegleichgewicht zwischen der dem Steuerstrom entsprechenden Magnetkraft und der mechanischen Feder ein. Der Ventilhub des Ventilkörpers ist somit über den Steuerstrom und die mechanische Federrate steuerbar. Bei einer deraratigen Aus­ führungsform ist von Nachteil, daß das Drosselventil jeweils auf einen speziellen Anwendungsfall optimiert ist. Das bedeutet, daß durch die konstruktive Auslegung des Elektromagneten und der mechanischen Feder der Dynamikbereich sowie der maximale Hub festgelegt wird. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Drosselventil zu schaffen, welches proportional ansteuerbar ist und bei unterschiedlichen Anwendungsfällen eingesetzt werden kann, wobei der Dynamikbereich sowie der jeweilige Hub je nach Anwendungsfall einstellbar bzw. variierbar ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorge­ sehen, daß der Ventilkörper von einer zweiten, von der Steuerspule unabhängig ansteuerbaren Spule zur Erzeugung einer Federrate beaufschlagt wird.

Bei einer derartigen Ausführungsform ist von Vorteil, daß die mechanische Federrate durch eine elektrisch steuerbare Federrate ersetzt wird. Die elektrische, steuerbare Federrate wird dabei durch die Spule und den vormagnetisierten Ventilkörper ausgeführt. Die Feder­ wirkung erfolgt durch die vektorielle Addition der permanentmagnetischen und elektromagnetischen Feld­ komponenten. Die Richtung der resultierenden Kraft und somit der wirksamen Federkraft kann sowohl durch die Anordnung des Permanentmagneten als auch durch die Richtung des Stromes in der Spule festgelegt werden. Zur Hubverstellung des Ventilkörpers wird die Steuerspule in einem definierten Abstand zur Spule angeordnet, wobei die Hubvariation durch Bestromung der Steuerspule erfolgt. Durch die Variation der wesentlichen Systemparameter, Federrate und Steuerstrom, kann das Drosselventil an die unterschiedlichsten Betriebszustände in einem Steuer- oder Regelkreis angepaßt werden. Darüber hinaus kann mit Vorteil durch die Verwendung geeigneter Lösungsalgorithmen die Systemdynamik entscheidend verbessert werden.

Nach einem weiteren wesentlichen Merkmal ist vorgesehen, daß der Ventilkörper aus einem magnetisch leitfähigen oder magnetisch nicht leitfähigen Außenteil und mindestens einem, im Außenteil angeordneten Permanent­ magneten besteht.

In besonders günstiger Ausführungsform ist der Ventilkörper symmetrisch zu den Spulenmittelpunkten der Spule und der Steuerspule angeordnet.

Nach einem weiteren wesentlichen Merkmal ist vorgesehen, daß der Ventilkörper verschiebbar und quer zum Durch­ flußkanal angeordnet ist. Dabei ist mit Vorteil der Ventilkörper im Bereich des Durchflußkanales mit einer ringförmigen Nut oder einer Bohrung versehen.

Darüber hinaus sieht eine Ausführungsform vor, daß der Ventilkörper mit einer seiner Stirnflächen den Durch­ flußkanal beaufschlagt.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele nach der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt.

Es zeigt:

Fig. 1 ein Drosselventil mit einem Ventilkörper, einer Spule und einer Steuerspule,

Fig. 2 die prinzipielle Wirkungsweise als Diagramm dargestellt.

Das in Fig. 1 dargestellte Drosselventil besteht aus einem Gehäuse 4, welches einen Einlaß 5 und einen Auslaß 6 aufweist. Im Gehäuse 4 ist ein Ventilkörper 1 zur Regelung der Durchflußmenge des Durchflußkanales 9 ange­ ordnet. Durch die Bewegung des Ventilkörpers 1 wird über die ringförmige Nut 10 die Durchflußmenge des Durchflußkanales 9 variiert. Das Gehäuse 4 besitzt eine Spule 7 und eine Steuerspule 3.

Der als Magnetanker ausgebildete Ventilkörper 1 taucht sowohl in die erste Spule 7 als auch in die Steuerspule 3 ein. Der Ventilkörper ist dabei als hohles Außenteil la ausgebildet, wobei der Hohlraum mit mindestens einem Permanentmagneten 2 versehen ist. Die Durchflußregelung erfolgt durch die Verstellung des Ventilkörpers 1 zusammen mit dem integrierten Permanentmagneten 2 infolge Stromvariation in der Steuerspule 3. Die Steuer­ spule 3 und die Spule 7 sind mit Anschlüssen 8 zum Steuergerät versehen.

Die elektrische, steuerbare Federrate wird durch die Spule 7 und die im Ventilkörper 1 angeordneten Permanentmagneten 2 ausgeführt. Die Federwirkung erfolgt durch die vektorielle Addition der permanentmagnetischen und elektromagnetischen Feldkomponenten. Die Richtung der resultierenden Kraft und somit der wirksamen Federkraft kann sowohl durch die Anordnung des Perma­ nentmagneten 2 als auch durch die Richtung des Stromes in der Spule 7 festgelegt werden.

Zur Hubverstellung ist die Steuerspule 3 in einem definierten Abstand zur Spule 7 angeordnet. Durch die Bestromung der Steuerspule 3 erfolgt eine Hubvariation. Durch die Variation aller wesentlichen Systemparameter, wie Federrate und Steuerstrom, kann das Drosselventil an unterschiedliche Betriebszustände angepaßt werden.

In der Fig. 2 ist die prinzipielle Wirkungsweise der Hubvariation des Ventilkörpers dargestellt. Die elek­ trische Federrate 11 wird durch einen eingeprägten Strom in der Spule 7 festgelegt. Bei Änderung dieses Stromes werden entsprechend andere Kennlinien erzielt. Durch die Stromvariation in der Steuerspule 3 werden die Kraft-/Hubkennlinien 12-16 erzeugt. Die Addition der elektrischen Federrate 11 mit der jeweiligen Kraft-/Hubkennlinie 12-16 bewirkt eine Hubverstellung des Ventilkörpers 1 im Drosselventil.

Bezugszeichenliste

 1 Ventilkörper
 1a Außenventil
 2 Permanentmagnet
 3 Steuerspule
 4 Gehäuse
 5 Einlaß
 6 Auslaß
 7 Spule
 8 Anschlüsse
 9 Durchflußkanal
10 ringförmige Nut
11 elektrische Federrate der Spule
12-16 Kraft-/Hubkennlinien der Steuerspule

Claims (7)

1. Drosselventil mit einem Gehäuse, das einen Einlaß und einen Auslaß aufweist, einem im Gehäuse angeordneten Ventilkörper zur Regelung der Durchflußmenge eines zwischen dem Einlaß und dem Auslaß befindlichen Durchflußkanales, wobei der Ventilkörper als Permanentmagnet­ anker ausgebildet ist und mit einer Spule eines Elektromagneten zusammenarbeitet, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (1) von einer zweiten, von der Steuerspule (3) unabhängig ansteuerbaren Spule (7) zur Erzeugung einer Federrate beaufschlagt wird.

2. Drosselventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (1) aus einem magnetisch leitfähigen Außenteil (1a) und mindestens einem im Außenteil (1a) angeordneten Permanentmagneten (2) besteht.

3. Drosselventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (1) aus einem magnetisch nicht leitfähigen Außenteil (1a) und mindestens einem im Außenteil (1a) angeordneten Permanentmagneten (2) besteht.

4. Drosselventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (1) symmetrisch zu den Spulenmittelpunkten der Spule (7) und der Steuerspule (3) angeordnet ist.

5. Drosselventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (1) verschiebbar und quer zum Durchflußkanal (9) angeordnet ist.

6. Drosselventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (1) im Bereich des Durchflußkanales (9) mit einer ringförmigen Nut (10) oder einer Bohrung versehen ist.

7. Drosselventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (1) mit einer seiner Stirnflächen den Durchflußkanal (9) beaufschlagt.