DE4037621C2 - Betriebsverfahren für ein einen Fluidstrom quantitativ steuerndes Ventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren für ein einen Fluidstrom quantita­ tiv steuerndes Ventil, dessen Ventilkörper den Durchfluß im Zusammenwir­ ken mit einem Ventilsitz sowohl im Taktbetrieb durch alternierende Auf-Zu- Position als auch im Analogbetrieb durch Einnahme beliebig ansteuerbarer Zwischenpositionen bestimmen kann. Die nicht vorveröffentlichte DE 39 20 893 A1 zeigt beispielsweise ein derartiges Ventil, das sowohl taktend als auch analog betrieben werden kann.

In Fluidstromkreisläufen kann das Vorhandensein geringer Gasmengen nicht ausgeschlossen werden, die mit dem Fluidstrom mitgefördert werden. Kleine Durchlaßöffnungen, die bei Analogventilen zur Einstellung kleiner Medien­ ströme erforderlich sind, können dabei durch sich am Ventilkörper anlagern­ de Gasblasen verschlossen werden, wodurch der Fluidstrom unterbrochen wird. Dieser Nachteil der sog. Analogventile tritt bei den bekannten Taktven­ tilen nicht auf, da diese Ventile beim Öffnen den gesamten Öffnungs­ querschnitt freigeben. Andererseits jedoch haben Taktventile den Nachteil, daß durch das alternierende Öffnen und Schließen des Ventilkörpers im Fluidkreislauf Druckpulsationen entstehen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, für ein Ventil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ein Betriebsverfahren aufzuzeigen, mit Hilfe dessen die Nach­ teile des reinen Anlogbetriebes und die Nachteile des reinen Taktbetriebes vermieden werden.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß das Ventil abhängig vom ge­ wünschten Durchfluß entweder im Taktbetrieb oder im Analogbetrieb betrie­ ben wird, wobei insbesondere das Ventil bei geringen Durchflußmengen im Taktbetrieb und bei hohen Durchflußmengen im Analogbetrieb betrieben wird. Hierdurch werden die Vorteile der beiden bekannten Verfahren kombi­ niert, ohne daß deren Nachteile überhaupt oder in störender Weise in Kauf genommen werden müssen.

Anhand eines in einem Prinzipschnitt dargestellten Ventiles wird die Erfin­ dung im folgenden näher erläutert:

Das Gehäuse 1 des als Heizungsregelventil einer Fahrzeugheizung einge­ setzten Magnetventiles wird gemäß Pfeilrichtung 2 vom Wärmeträger, insbe­ sondere dem erwärmten Kühlmittel einer das Fahrzeug antreibenden Brenn­ kraftmaschine, durchströmt. Innerhalb des Gehäuses 1 ist ein in bzw. gegen Pfeilrichtung 18 verschiebbarer Ventilkörper 3 angeordnet, der mit einem Ventilsitz 4 zusammenwirkt und somit den mit der Ziffer 5 bezeichneten Durchflußquerschnitt bestimmt. Der Ventilkörper 3 ist mit zwei Füh­ rungszapfen 13a, 13b versehen, die in Bohrungen 6 einer Aufnahme 7 bzw. einer Lagernabe 8 geführt sind. Desweiteren ist im Gehäuse 1 ein Anker 9 ebenfalls in bzw. gegen Pfeilrichtung 18 verschiebbar gelagert. Auch dieser Anker 9 ist mit Führungszapfen 19a, 19b versehen, die 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 Au­ ßenring 11 verbunden, der seinerseits im Gehäuse 1 eingebunden ist. Ähn­ lich aufgebaut ist der Anker 9, bei dem die Führungszapfen 19a, 19b eben­ falls über Stege mit der kreiszylindrischen 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 ange­ bunden. In Umfangsrichtung zwischen den Stegen ist somit ein in seiner Ge­ samtheit mit 14 bezeichneter Strömungskanal gebildet. Im Bereich des An­ kers 9 ist das Gehäuse 1 von zumindest einer Magnetspule 15 umgeben.

In der Bohrung 6 der Aufnahme 7 befindet sich ein am Führungszapfen 13b abstützendes Kraftspeicherelement 16 in Form einer Druckfeder. Der dem Führungszapfen 13b gegenüberliegende Führungszapfen 13a des Ventilkör­ pers 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 Führungszapfen 13a auf den Ventilkörper 3 übertragen, so daß der effektive Durchflußquerschnitt 5, d. h. der mögliche Durchfluß des Fluidstromes durch das Ventil, hiermit verringert wird. Bei Entregung der Magnetspule 15 bewegt das Kraftspeicherelement 16 den Ventilkörper 3 so­ wie den Anker 9 wieder in die gezeigte Position.

Liegt die Impulsfrequenz, mit der die Magnetspule 15 angesteuert wird, un­ terhalb der maximal möglichen Schaltfrequenz des Magnetventiles bzw. des Ventilkörpers 3, so arbeitet das Magnetventil als bekanntes Taktventil. Durch Veränderung des Verhältnisses zwischen Schließ- und Öffnungsdauer läßt sich somit jeder gewünschte mittlere bzw. mögliche Durchfluß einstellen.

Dieses Magnetventil kann jedoch auch im Analogbetrieb arbeiten. Hierbei liegt die Impulsfrequenz, mit der die Magnetspule 15 angesteuert wird, deut­ lich über der maximal möglichen Schaltfrequenz des Magnetventiles bzw. des Ventilkörpers 3. Beispielsweise durch Veränderung des Verhältnisses zwischen der Impulslänge und der Pausenlänge läßt sich hiermit der Ventil­ körper 3 bezüglich seines Ventilsitzes 4 in jeder gewünschten Offenstellung halten. In diesem sog. Analogbetrieb werden störende Schläge vermieden und es stellt sich insbesondere ein deutlich verbesserter, da kontinuierlicher Fluidstrom ein.

Erfindungsgemäß arbeitet nunmehr das Magnetventil zur Erzielung geringer Durchflußmengen, d. h. eines geringen effektiven Durchflußquerschnittes 5 im Taktbetrieb. Hierbei wird somit der Ventilkörper 3, ausgelöst durch die Bewegungen des Ankers 9 alternierend stets in seiner Offen-Position bzw. seiner Zu-Position gehalten, wobei die Haltedauer für die jeweilige Position variierbar ist. Durch diese Variation der Haltedauer wird in zeitlich integraler Betrachtung der effektive Durchflußquerschnitt 5, d. h. die Durchflußmenge bestimmt. Aufgrund dieses Taktbetriebes ist es eventuell im Fluidstrom be­ findlichen Gasblasen unmöglich, sich am Ventilkörper 3 bzw. am Ventilsitz 4 anzusetzen und somit den Durchflußquerschnitt 5 zu versperren.

Soll jedoch eine hohe Durchflußmenge durch das Ventil, d. h. ein relativ ho­ her effektiver Durchflußquerschnitt 5, erzielt werden, wie er zeichnerisch dargestellt ist, so arbeitet das Ventil im Analogbetrieb. Hierbei wird durch geeignete Ansteuerung bzw. Maßnahmen der Ventilkörper 3 in der die ge­ wünschte Durchflußmenge bzw. den gewünschten effektiven Durchflußquer­ schnitt 5 freigebenden Position kontinuierlich gehalten. Im Falle des ge­ zeigten Magnetventiles liegt hierzu die Impulsfrequenz für die Beaufschla­ gung der Magnetspule mit Stromimpulsen deutlich über der maximal mögli­ chen Schaftfrequenz des Magnetventiles bzw. des Ventilkörpers 3 oder des Ankers 9.

Neben der beispielshaft gezeigten Ausführungsform für ein Magnetventil gibt es selbstverständlich auch noch andere Möglichkeiten, einen Ventilkörper in einer definierten Position zu halten und somit das Ventil im Analogbetrieb betreiben zu können. So können beispielsweise auch Ventile deren Schließ­ körper beispielsweise von Elektro-Schrittmotoren definiert positioniert wer­ den können, neben einem analogen Betriebsverfahren auch in einem tak­ tenden Verfahren betrieben werden. Auch hier werden die beschriebenen Vorteile erzielt, wenn zur Erzielung relativer geringer Durchflußmengen (beispielsweise im Bereich von 0-30%) auf Taktbetrieb, und im Bereich darüber auf Analogbetrieb geschaltet wird. Wesentlich für die Erfindung ist somit die Tatsache, daß ein Ventil in Abhängigkeit von der gewünschten Durchflußmenge entweder im Analogbetrieb oder im Taktbetrieb betrieben wird.

Claims (2)

1. Betriebsverfahren für ein einen Fluidstrom quantitativ steuerndes Ventil, dessen Ventilkörper (3) den Durchfluß im Zusammenwirken mit einem Ventilsitz (4) sowohl im Taktbetrieb durch alternierende Auf-Zu- Position als auch im Analogbetrieb durch Einnahme beliebig ansteu­ erbarer Zwischenpositionen bestimmen kann, dadurch gekennzeichnet, daß abhängig vom gewünschten Durchfluß das Ventil entweder im Taktbetrieb oder im Analogbetrieb betrieben wird.

2. Betriebsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil bei geringen Durchflußmen­ gen im Taktbetrieb und bei hohen Durchflußmengen im Analogbetrieb betrieben wird.