DE60111862T2

DE60111862T2 - Proportionalelektroventil für motorkühlflüssigkeitskreislauf

Info

Publication number: DE60111862T2
Application number: DE60111862T
Authority: DE
Inventors: Christian Dragoni; Emmanuel Hermet; Michel Hernandez; François ROSAZ
Original assignee: Eaton SAM
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 2000-12-01
Filing date: 2001-12-03
Publication date: 2006-04-20
Anticipated expiration: 2021-12-04
Also published as: US20040094215A1; EP1343991B1; FR2817605B1; DE60111862D1; EP1343991A1; WO2002044600A1; FR2817605A1; US6886597B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Elektro- bzw. Magnetventil mit Proportional-Ansprechverhalten auf ein Signal, das in Form eines Induktionsstroms der Wicklung des Elektromagneten zugeführt wird, auf welchem das so genannte Elektro- bzw. Magnetventil beruht. Gemäß einem bevorzugten Beispiel, das als leitender Faden in der folgenden Beschreibung dient, ist ein derartiges Elektro- bzw. Magnetventil zur Verwendung zur Steuerung des Kühlflüssigkeitsdurchsatzes in einem Kraftfahrzeugmotor bestimmt.
Ein Elektro- bzw. Magnetventil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus dem Dokument US 43 14585 bekannt. Bisher wird in den meisten Fällen der Durchsatz des Wärmeabführ-Strömungsmittels eines Wärmekraftmotors durch eine Vorrichtung vom Ventiltyp gesteuert, die geschlossen ist, wenn die Flüssigkeit kalt ist, und die sich öffnet, wenn sich die Flüssigkeit erwärmt. Das Öffnen des Ventils ist daher an die Temperatur der Kühlflüssigkeit geknüpft.
Die einzige Bedingung, die für die Änderung der Stellung des Ventils berücksichtigt wird, ist somit die Temperatur der Kühlflüssigkeit; keine anderweitige äußere Steuerwirkung wird herangezogen. In den bekannten Vorrichtungen ist die Genauigkeit der Durchsatzsteuerung im Übrigen begrenzt, da das verwendete System technisch reichlich obsolet ist. Schließlich setzt ihre Wirkungsweise einen Min destdurchsatz voraus, da es nicht möglich ist, den Flüssigkeitsdurchsatz vollständig zu stoppen.
Der Wirkungsgrad und die Betriebsweise des Kraftfahrzeugmotors sowie sämtlicher zugeordneter Funktionen, welche das Wärmeabfuhrströmungsmittel verwenden, können indessen verbessert werden, wenn man eine Vorrichtung verwendet, die – im Gegensatz zu dem derzeitigen Zustand – nicht autonom ist, sondern welche die Steuerung des Strömungsmitteldurchsatzes in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen des Motors gestattet. Dies ist der Hauptzweck der vorliegenden Erfindung.
Diese hat näherhin zum Ziel die Schaffung einer durch den Fahrzeugrechner steuerbaren Vorrichtung, was die Berücksichtigung einer großen Zahl von Parametern in der Steuerlogik für den Durchsatz der Kühlflüssigkeit gestattet. So kann außer durch die Temperatur der Flüssigkeit das Elektro- bzw. Magnetventil gemäß der Erfindung genauer geregelt oder gesteuert werden unter Zuhilfenahme von Parametern wie beispielsweise der Motordrehzahl, der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Temperatur des Motors unter verschiedenen Bedingungen oder auch der Heranziehung von Hilfssystemen, wie beispielsweise der Klimatisierung.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist, im Rahmen einer möglichen Konfiguration der Erfindung, die Schaffung einer Vorrichtung unter Verwendung eines Elektromagneten, bei dem die Geometrie der verschiedenen Einzelteile die Erzielung einer relativ konstanten Stoßkraft gestattet, unabhängig vom Betrag des Luftspalts, für einen gegebenen Betrag des Speise- bzw. Beaufschlagungsstroms.
Gemäß einem weiteren Ziel sollen die für die Erfindung vorgeschlagenen Konfigurationen nicht die Existenz eines Mindestdurchsatzes erfordern sondern im Gegenteil eine vollständige Schließung des Ventils gestatten.
Schließlich soll das Elektro- bzw. Magnetventil der Erfindung in Form eines Betriebsmoduls vom Kartuschen- oder Patronentyp aufgebaut sein, die bzw. der entweder in einen speziellen Interfaceblock einsetzbar ist oder in ein bestehendes Element des Kraftfahrzeugs.
Zur Erreichung dieser und anderer Ziele, die aus der Lektüre der folgenden Beschreibung hervorgehen, weist das Elektro- bzw. Magnetventil der Erfindung, das, wie weiter oben erwähnt, ein Proportionalansprechverhalten auf einen Induktionsstrom bietet, mit dem die Induktionswicklung seines Elektromagneten beaufschlagt wird, im Wesentlichen eine Wicklung auf, welche einen axial beweglichen Kern umgibt, mit welchem eine in einem Polschuh bzw. -stück des mit der Induktionswicklung zusammenwirkenden festen Magnetkreises gleitbare Stoßstange bzw. Stößel verbunden ist. Sie betätigt ein Ventil, das wenigstens einen an einer axialen Spindel bzw. Welle befestigten Ventilkörper aufweist, der mit einem Sitz für das Öffnen und das Schließen des Ventils zusammenwirkt, wobei Rückstellmittel diesem Ventil eine stabile Ruhestellung relativ bezüglich dem Sitz verleihen, wenn der Induktionsstrom Null beträgt. Jedes der Ventile ist koaxial mit der Stoßstange bzw. dem Stößel und wird durch diese(n) betätigt. Gemäß einem Haupt merkmal ist die mechanische Verbindung zwischen der Welle bzw. Spindel des Ventils, der Stoßstange sowie gegebenenfalls der Welle bzw. Spindel des benachbarten Ventils auf einen Punktkontakt reduziert.
Diese Besonderheit bietet einen entscheidenden Vorteil bei der Montage, da sie eine geringfügige Fehlausrichtung beim Zusammenbau, insbesondere wenn mehr als ein Ventil vorliegt, zulässt. Mit diesem Konstruktionstyp wird die korrekte Arbeits- und Funktionsweise der Ventile durch eine derartige Fehlausrichtung nicht beeinträchtigt, und zwar durch das Vorliegen der erwähnten Verbindung zwischen den verschiedenen Teilen, die nicht starr ist.
Näherhin ist die Welle bzw. Spindel jedes Ventils jeweils bezüglich einem Ventilkörper gleitend verschieblich, in welchem wenigstens eine Öffnung für den Strömungsmitteleinlass und wenigstens eine Öffnung für den Strömungsmittelaustritt vorgesehen ist und in welchem der Sitz des Ventils ausgebildet ist.
Falls mehrere Ventile (im allgemeinen: zwei) hintereinander vorgesehen sind, betrifft der Punktkontakt einerseits die Verbindung zwischen der Stoßstange und einem ersten Ventil, dessen Körper im Kontakt mit dem Elektromagneten steht und andererseits die Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Ventil.
Vorzugsweise bestehen die Mittel zur Rückstellung des Ventils auf Abstand vom Sitz aus einer Schrauben- bzw. Spiralfeder, die um die Ventilwelle bzw. -spindel herum in einer axialen Ausnehmung des Ventilkörpers angeordnet ist, wobei diese Feder auf dem Mittelteil des Ventilsitzes aufruht.
Das Vorhandensein dieser Rückstell- bzw. Rückholmittel ist funktionell sehr wichtig, da sie die mechanische Kohäsion des Ganzen gewährleisten. Tatsächlich sind die Ventilkörper fix bzw. stationär bezüglich einem die Gesamtheit des Regel- bzw. Magnetventils umgebenden Gehäuse. Jedoch wird der Kontaktanpressdruck mit jedem der vorstehend erwähnten benachbarten axialen Elemente auf dem Niveau des beweglichen Ventilkörpers gewährleistet, welcher in Wirklichkeit die Kraft, welche die Feder auf ihn ausübt, unabhängig von der über die Stoßstange ausgeübten Magnetkraft überträgt.
Gemäß einer Konfiguration weisen das Ventil und der Ventilkörper eine Rotationsgeometrie auf, wobei jeweils die Welle bzw. Spindel jedes Ventils axial in dem Ventilkörper gleitbar ist, dessen Sitz eine im Wesentlichen zu dieser Achse rechtwinklige Ausrichtung aufweist.
Eine derartige Konfiguration gestattet eine optimale Übertragung der Kräfte, und die einfachstmögliche Führung und Gestaltung der Öffnung/Schließung beim Durchtritt des Strömungsmittels.
Vorzugsweise weist die Außenwandung des Ventilkörpers eine Umfangsausnehmung auf, die zur Aufnahme einer Kreisringdichtung vorgesehen ist.
Die kreisringförmige Dichtung gestattet die Fixierung bzw. Halterung jeweils jedes Ventilkörpers in dem die Umhüllung des erfindungsgemäßen Elektro- bzw. Magnetventils bildenden äußeren Gehäuse. Und dies gilt sowohl für den Fall, dass die Montage der Vorrichtung in einem speziellen Interfaceblock erfolgt, wie in dem Fall, dass die Montage in einem bestehenden Element des Kraftfahrzeugs vorgenommen wird, wenn dies die gewählte Option darstellt.
Neben dieser äußeren Dichtung weist jeweils jedes Ventil eine Dichtung auf, die man als innere Dichtung bezeichnen kann, die einen sehr geringen Durchsatz der Kühlflüssigkeit in der Schließstellung der Vorrichtung gewährleistet. Es handelt sich um eine auf einem Teil seiner Umfangswandung auf geformte Elastomerdichtung, die mit dem Ventilsitz in Kontakt treten kann.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Möglichkeit weist das Elektro- bzw. Magnetventil gemäß der Erfindung tatsächlich zwei koaxiale Ventile auf, deren Ventilkörper in der Achse der Stoßstange übereinander angeordnet sind.
Dieses Prinzip eines Doppelventils gestattet die Minimierung der zur Regelung des Magnetventils erforderlichen Kräfte. Diese Konstruktion gestattet des Weiteren eine Gewichtsverringerung sowie eine Verlängerung des Stromverbrauchs der Vorrichtung. Gemäß einer möglichen Konfiguration werden die beiden Ventile durch die Rückstellmittel in Abstand von ihren jeweiligen Sitzen gehalten, wenn der Induktionsstrom Null ist.
Vorzugsweise sind die beiden zusammengesetzten Aggregate der Ventile und ihrer betreffenden Körper miteinander verschraubt.
Eine derartige Montage gewährleistet die Möglichkeit einer genauen Regelung zwischen den beiden Aggregaten, um eine gleichzeitige Schließung der beiden Ventile und damit einen sehr geringen Kühlflüssigkeitsdurchsatz in der Schließ stellung der Vorrichtung zu erhalten. Ebenfalls vorzugsweise sind die beiden zusammengesetzten Aggregate der Ven tile und ihrer jeweiligen Ventilkörper identisch und aus dem gleichen Material hergestellt.
Gemäß einer Möglichkeit ist der hauptsächliche Werkstoff, in welchem diese Aggregate ausgeführt sind, Polyamid.
In allgemeiner Form ist darauf hinzuweisen, dass die vorstehend beschriebene Vorrichtung normalerweise geöffnet ist, was bedeutet, dass falls die elektrische Stromversorgung der Vorrichtung nicht mehr gewährleistet ist, das Elektro- bzw. Magnetventil in die volle Öffnungsstelle der Ventile zurückkehrt, und so die Risiken einer thermischen Motorpanne verringert werden.
Der mit der Induktionswicklung zusammenwirkende Magnetkreis weist neben dem beweglichen Kern zwei feste bzw. stationäre Polstücke bzw. -schuhe von zu dem Kern koaxialem Verlauf auf, zwischen welchen der Kern gleitend beweglich ist, wobei das Polstück, in welchem die Stoßstange gleitend verschiebbar ist, sowie der Kern in der ihren Luftspalt definierenden Zone jeweils Formgebungen aufweist, welche die Erzielung einer im Wesentlichen konstanten Stoßkraft unabhängig von dem Abstand des Luftspalts gestattet, für einen gegebenen Wert des Induktionsstroms.
Diese Konfiguration gewährleistet die Erzielung einer optimalen Genauigkeit und optimalen Steuerung des Durchsatzes, sowie der Stellung der beweglichen Teile der Vorrichtung in den Zwischenzuständen zwischen der vollen Öffnungs- und der vollen Schließstellung.
Näherhin besitzt der bewegliche Magnetkern eine zylindrische Geometrie, wobei das Polstück bzw. der Polschuh, in welchem die Stoßstange gleitend verschiebbar ist, auf seiner dem Kern gegenüberstehenden Seite mit einer zylindrischen Ausnehmung von größerem Durchmesser als der des Kerns versehen ist, welche zwei senkrechte Ausrichtungen für den Luftspalt definieren, wenn der Kern in diese Ausnehmung eintritt.
Dieser Typ von Konfiguration macht sich die Tatsache zunutze, dass die Anziehungskraft zwischen dem beweglichen Kern und dem Polstück mit den magnetischen Flusslinien auf dem Niveau des Luftspalts verbunden ist. Nun trägt nur die axiale Komponente der Flusslinien zur Schließkraft des Ventils bei. Daher gestattet die Anwendung einer derartigen Konfiguration, bei welcher ein wachsender Anteil der Flusslinien in einer zur Gleitachse rechtwinkligen Richtung verläuft, die Erzielung einer konstanten Kraft über einen großen Bereich des Stellwegs.
Diese Konfiguration wird jedoch nicht immer gesucht. So kann gemäß einer Möglichkeit das Elektro- bzw. Magnetventil gemäß der Erfindung nur ein in seinem Ventilkörper gleitend verschiebbares Ventil aufweisen. Das Ventil kann auch mit einem mit der Induktionswicklung zusammenwirkenden Magnetkreis ausgebildet sein, der außer dem beweglichen Kern zwei feste Polstücke bzw. -schuhe von zu dem Kern koaxialem Verlauf aufweist, zwischen welchem der Kern gleitend verschiebbar ist, wobei das Polstück, in welchem die Stoßstange und der bewegliche Kern gleitend verschiebbar sind, in der ihren Luftspalt definierenden Zone entsprechende Formgebungen besitzt, welche die Erzielung einer Stoßkraft gestatten, die zunimmt, wenn der Abstand bzw. die Weite des Luftspalts abnimmt, für einen gegebenen Betrag des Induktionsstroms.
Dies ist der Fall, wenn eine Proportionalsteuerung der Kühlflüssigkeit nicht erforderlich ist, vielmehr umgekehrt eine Alles-oder-Nichts-Regelung ausreicht. In diesem Falle wird der Elektromagnet so modifiziert, dass die Kraft in der Nähe der Schließstellung des Ventils erhöht wird, um den Leckstrom in der Schließstellung zu verringern.
Bei einer derartigen Konfiguration haben die einander gegenüberliegenden oder gegenüberstehenden Oberflächen des Polstücks, in welchem die Stoßstange gleitend ist, und des beweglichen Kerns, welche ihren Luftspalt definieren, einen parallelen Verlauf.
Die Erfindung umfasst auch andere funktionelle Möglichkeiten im Hinblick auf eine Optimierung ihres Verhaltens. So ist die Anfangsstellung des beweglichen Kerns, wenn der Induktionsstrom Null ist, durch eine von außerhalb des Regelventilgehäuses her zugängliche Schraube regelbar einstellbar, welche die Zusammendrückung einer zwischen der Einstellschraube und dem beweglichen Kern angeordneten Feder modifiziert, wobei die Rückstellkraft der Feder in axialer Richtung zu dem Polstück bzw. -schuh ausgeübt wird, in welchem die Stoßstange gleitend verschiebbar ist.
Diese Konstruktion gestattet insbesondere die Kalibrierung der Vorrichtung bei ihrem Zusammenbau, oder ihre Re-Kalibrierung im Falle von Problemen oder im Falle einer Änderung der Betriebsweise.
Gemäß einer Möglichkeit weist der bewegliche Kern des weiteren Mittel zur Vornahme einer Filtrierung äußerer Vibra tionen auf, die Bewegungen der beweglichen Teile ohne Beziehung zu dem Steuerstrom hervorrufen können.
Näherhin bestehen die genannten Filtermittel aus einer im beweglichen Kern vorgesehenen axialen Leitung, welche die beiden zwischen dem axialen Kern und den festen Polstücken definierten Kammern im Inneren der Wicklung verbindet, wobei diese Kammern mit Kühlflüssigkeit gefüllt sind, welche durch die Leitung des Kerns bei dessen Verstellung von einer Kammer in die andere fließt.
Das Elektro- bzw. Magnetventil gemäß der Erfindung kann tatsächlich in potentiell starken Vibrationen ausgesetzten Umgebungen verwendet werden. Diese äußeren Vibrationen und Schwingungen sind wohlgemerkt parasitär bezüglich der Wirkungsweise der Vorrichtung und müssen daher ausgefiltert werden. Man nutzt zu diesem Zweck die Möglichkeit eines Durchtritts des Strömungsmittels zwischen den beiden Kammern, mit Hilfe dessen, was man als eine hydraulische Engstelle in dem Elektromagneten bezeichnen kann. Bei Bewegungen des Kerns wird die Kühlflüssigkeit gezwungen, von einer Kammer in die andere zu strömen, und der Leitungs- querschnitt erzwingt eine Verlangsamung der Verschiebegeschwindigkeit des Kerns. Der Durchtrittsquerschnitt dieser Leitung in dem Kern wird so gewählt, dass rasche Bewegungen infolge auftretender Schwingungen bzw. Vibrationen, welche die gute Wirkungsweise der Vorrichtung stören können, ausgefiltert werden.
In allgemeiner Weise kann das Elektro- bzw. Magnetventil gemäß der Erfindung in einer Vorrichtung zur Steuerung des Durchsatzes eine Strömungsmittels integriert werden, sei es in Farm einer Kartusche, die aus ihr ein in ein spezi fisches Interface integrierbares äußeres Bauteil macht, sei es direkt zum Einsatz in den Motoraufbau des Kraftfahrzeugs, beispielsweise durch Ersatz eines Ventils nach dem Stande der Technik.
Nunmehr wird die Erfindung mit näheren Einzelheiten beschrieben unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungsfiguren; in diesen zeigen:
1 ein Elektro- bzw. Magnetventil in Schnittansicht in der Ausbildung mit zwei Ventilen, in geöffneter Stellung;
2 eine ähnliche Ansicht wie in 1, wobei das Elektro- bzw. Magnetventil in dieser Figur in geschlossener Stellung dargestellt ist; sowie
3 eine Ausbildung mit nur einem Ventil.
Gemäß den Darstellungen in den 1 und 2, deren einziger Unterschied im Öffnungs- bzw. Schließzustand der Ventile besteht, besteht das Elektro- bzw. Magnetventil gemäß der Erfindung schematisch aus einem Elektromagneten 1 für zwei Ventilkörper 2 und 3, wobei das Ganze in einem Gehäuse 4 eingeschlossen ist, das beispielsweise in Form einer Kartusche oder Patrone ausgebildet ist. Der eigentliche Elektromagnet 1 besteht aus einer Wicklung 5, die an ihrem Umfang mit einer aufgeformten Umhüllung 6 versehen ist und mit einem Magnetkreis zusammenwirkt, der aus den folgenden Elementen besteht: einem beweglichen Kern 7, der in axialer Richtung von zwei Polstücken bzw. Polschuhen umgeben ist, einem oberen 8 und einem unteren 9, sowie einem äußeren Magnet- bzw. Feldgestell 10, das Ganze durch einen Flansch 11 zusammengehalten.
Der Magnetkern 7 kann mittels einer Kalibrierschraube 12 kalibriert werden, welche die Zusammendrückung/Entlastung einer Feder 13 gewährleistet, die in zylindrisch geformten Ausnehmungen eingesetzt ist, welche im beweglichen Kern 7 und in der Schraube 12 ausgebildet sind und die zusammen eine so genannte obere Kammer 14 bilden.
Der bewegliche Kern 7 ist von dem oberen Polstück bzw. -schuh 8 durch einen Ring 15 getrennt, zur Erleichterung der gegenseitigen Gleitbewegung der beiden Teile.
Der bewegliche Kern 7 weist, ausgehend von seinem, dem die Feder 13 aufnehmenden Ende gegenüberliegenden Ende, eine Stoßstange bzw. Stößel 16 auf, die im Inneren des unteren Polstücks 9 gleitet und mit dem oberen Teil des Ventils 2 benachbart dem Elektromagneten 1 zusammenwirkt, mittels Punktkontakt seines Endes mit dem oberen Ende der Welle bzw. Spindel 17 des Ventils 2.
Der Elektromagnet 1 besteht des weiteren aus anderen üblichen funktionellen Elementen, vom Rohrtyp 18, einem Gestell 19 und verschiedenen betriebsmäßigen Verbindungsund Dichtungselementen. So ist eine Dichtung 20 zwischen der Kalibrierschraube 12 und dem Polstück bzw. -schuh 8 vorgesehen. Des weiteren weist im unteren Teil das untere Polstück 9 eine Ausnehmung auf, welche zur Aufnahme einer kreisringförmigen Dichtung 21 vorgesehen ist, die die Abdichtung mit dem unteren Teil des Elektromagneten gewährleistet. Eine andere, ebenfalls kreisringförmige Dichtung 22 trennt dieses untere Teil des Elektromagneten von dem äußeren Behälter bzw. Gehäuse 4.
Diese Dichtungen haben die Aufgabe, eine Abdichtung zu gewährleisten, da im Inneren des Elektromagneten Kühlflüssigkeit zirkuliert. Diese Flüssigkeit erfüllt tatsächlich die obere Kammer 14 des Elektromagneten, sowie das zwischen dem beweglichen Kern 8 und dem unteren Polstück befindliche Volumen, welches die untere Kammer 23 des Elektromagneten begrenzt.
Die Kühlflüssigkeit dient insbesondere als Mittel zum Filtern der äußeren mechanischen Schwingungen, welche auf die erfindungsgemäße Vorrichtung ausgeübt werden, und zwar erfolgt die Filterung mittels dem Vorliegen eines Kanals oder einer hydraulischen Engstelle 24 in der Verbindung der oberen Kammer 14 mit der unteren Kammer 23. Die äußeren Vibrationen können sich dann nicht auf den Kern übertragen, da der Strömungsmittelfluss von einer Kammer in die andere beim Auftreten dieser Schwingungen den Kern 7 verlangsamt, der dadurch daran gehindert wird, die genannten Schwingungen in Form axialer Verschiebungen wiederzugeben. Das bewegliche Aggregat des Elektromagneten 1, das aus dem beweglichen Kern 7 und dem Stößel bzw. der Stoßstange 16 besteht, hat offensichtlich die Aufgabe, die Ventile 2 und 3 zu verstellen, die jeweils aus einem Ventilkörper 25, 26 an einer Axialwelle 17, 27 bestehen, welche in dem Mittelkörper 28, 29 jedes der Ventile 2, 3 gleitet, in welchem sich insbesondere der jeweilige Sitz dieser Ventile befindet. Der Mittelteil der genannten Ventilkörper 28, 29, in welchem die Wellen bzw. Spindeln 17, 27 gleiten, liegt in Form eines Rings 30, 31 vor, auf welchem die Feder 32, 33 aufruht, welche das Ventil 25, 26 in Abstand vom Sitz des Ventilkörpers 28, 29 hält.
Diese Ventilkörper 28, 29 weisen eine Außenausnehmung auf, welche kreisringförmige Dichtungen 34, 35 aufnehmen können, um die Abdichtung zwischen den Körpern 28, 29 und dem Gehäuse 4 zu gewährleisten und zu seiner Fixierung beitragen.
Zu beachten ist, dass der Teil der Umfangsfläche der Ventile 25, 26, der zum Kontakt mit der Sitzfläche des Ventilkörpers 28, 29 bestimmt ist, mit einer aufgeformten Elastomerdichtung 36, 37 versehen ist, welche in der Schließstellung der Vorrichtung einen nur sehr geringen Kühlflüssigkeitsdurchsatz gewährleistet.
Die schwarzen Pfeile zeigen den Durchtritt bzw. Strömungsverlauf des Strömungsmittels an. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung umfasst demzufolge drei Gruppen unterschiedlicher Öffnungen, die oberen und unteren Öffnungsgruppen, welche den Eintritt der Kühlflüssigkeit in die Vorrichtung gestatten, während die Mittelgruppe den Austritt der Kühlflüssigkeit aus der Vorrichtung gewährleistet.
Selbstverständlich kann der Strömungsfluss auch umgekehrt werden und somit die Mittelgruppe zum Eintritt und die obere und untere Gruppe zum Austritt dienen.
Der Flüssigkeitsstrom, der durch den Einlass des Außenkörpers 4 mit einem Druck P₁ eintritt, teilt sich in zwei Strömungen auf: ein Teil der Strömung verläuft durch die zwischen dem Körper 28 des oberen Ventils 2 und dem mit der Dichtung 36 ausgekleideten oberen Ventilkörper 25 gebildete Öffnung. Der andere Teil der Strömung tritt durch die zwischen dem Körper 29 des unteren Ventils 3 und dem unteren Ventilkörper 26 gebildete Öffnung, die mit ihrer Elastomerdichtung 37 versehen ist.
Die beiden Strömungsflüsse gruppieren sich sodann um, bevor sie das Magnetventil durch den Auslass des Gehäuses 4 bei einem Druck P₂ verlassen. Bei seinem Durchtritt durch das Magnetventil erfährt das Strömungsmittel einen Druckabfall ΔP, hauptsächlich infolge der Querschnittsverengungen S, welche durch die von den beiden Sitzen in den Ventilkörpern 28, 29 und den Ventilen 25, 26 definierten Öffnungen gebildet werden. ΔP = P1 – P2
Die hydraulische Charakteristik einer Öffnung ist die Beziehung zwischen dem Durchsatz, dem Differenzdruck und der Weite der Öffnung. Sie wird wiedergegeben durch die Beziehung Q = CqS√2ΔP/ρ darin bedeuten
Q den die Öffnung durchsetzenden Volumendurchsatz (m³/s)
C_q den Durchsatzkoeffizienten
S den Durchtrittsquerschnitt, welchen die bewegliche Engstelle der Strömung bietet (m²)
ρ die Volumenmasse des Strömungsmittels (kg/m³)
ΔP den Differenzdruck von der Öffnung aus gesehen (Pa)
Diese Beziehung beinhaltet, dass für einen gegebenen Druckabfall ΔP der die Vorrichtung durchfließende Durchsatz durch Vornahme einer Änderung des Durchtrittsquer schnitts S gesteuert werden kann (die Änderungen bzw. Schwankungen von C_q sind Null oder vernachlässigbar).
Die Wicklung wird mit einem elektrischen Signal gespeist. Dieses Signal kann von zweierlei Typ sein: entweder ein gesteuerter Strom, oder eine mit einer festen Frequenz zerhackte Spannung mit einer Steuerung des zyklischen Öffnungsverhältnisses (Tastverhältnisses), je nach den an sich bekannten Modalitäten.
Die Geometrie der verschiedenen Teile des Elektromagnet-Unteraggregats wird so gewählt, dass für einen gegebenen Wert des Speisesignals der Wicklung 5 eine relativ konstante Stoßkraft des beweglichen Aggregats 7, 16 des Elektromagneten auf die beweglichen Teile 17, 25, 26, 27 des Ventils entspricht, unabhängig vom Betrag des Weges. Die durch den Stößel ausgeübte Stoßkraft kann auf jeden Fall durch entsprechende Änderung des Speisesignals gesteuert werden.
Die verschiedenen Elemente des beweglichen Subaggregats 7, 16 des Elektromagneten 1 und die beweglichen Teile 17, 25, 26, 27 des Ventils werden durch die von den Federn 32, 33 ausgeübte Kraft in gegenseitiger Berührung gehalten. In Ruhestellung, wenn die Wicklung 5 stromlos ist (l = l₀), übt das bewegliche Subaggregat des Elektromagneten 7, 16 keine Kraft auf das bewegliche Subaggregat 17, 25, 26, 27 des Ventils aus, das sich somit in maximaler Öffnungsstellung befindet. Wird die Wicklung 5 beaufschlagt, verschiebt sich das bewegliche Subaggregat 17, 25, 26, 27 des Ventils, was eine gleichzeitige Verringerung der beiden durch die beiden Sitze der zwei Ventilkörper 28, 29 und ihre entsprechenden Ventile 25, 26 gebildeten Öffnungen hervorruft. Für eine gegebene Strombeaufschlagung (l = l₁) gelangen die beiden Ventile 25, 26 und ihre Dichtungen 36, 37 in Kontakt mit den beiden Sitzen der zwei Ventilkörper 28, 29, was eine Flüssigkeitszirkulation durch das Magnetventil hindurch verhindert. Für einen Zwischenwert der Strombeaufschlagung (l = l_int mit l₀ < l_int < l₁) stellt sich das bewegliche Subaggregat 17, 25, 26, 27 des Ventils in eine mittlere Öffnungsstellung ein. In dieser mittleren Öffnungsstellung ist die von dem beweglichen Subaggregat 7, 16 des Elektromagneten und seiner Feder 13 auf das bewegliche Subaggregat 17, 25, 26, 27 des Ventils ausgeübte Kraft gleich, jedoch entgegengesetzt gerichtet zu der durch die Resultierende der Federn auf das bewegliche Subaggregat 17, 25, 26, 27 des Ventils ausgeübten Kraft.
Die Steuerung des Beaufschlagungssignals gestattet somit eine genaue Steuerung der Stellung der beiden Ventile 25, 26 relativ bezüglich ihres jeweiligen Sitzes, zur Steuerung des Durchtrittsquerschnitts für das Strömungsmittel bzw. die Flüssigkeit, und damit zur Steuerung des die Vorrichtung durchsetzenden Flüssigkeits-Volumendurchsatzes.
In der Konstruktion mit doppeltem Ventil werden die zur Positionierung des beweglichen Aggregats des Magnetventils erforderlichen Kräfte durch Anwendung einer Doppelventilkonstruktion verringert, wobei die Ventile identische Abmessungen besitzen. In diesem Fall ist die Summe der auf das bewegliche Aggregat ausgeübten und mit dem Eingangsdruck oder mit dem Ausgangsdruck des Magnetventils verbundenen Kräfte Null.
Die Beziehungen können wie folgt angegeben werden: Ash = Asb ΣFP1surBm = (P1 × Ash) – (P1 × Asb) = 0 ΣFP2surBm = (P2 × Ash) – (P2 × Asb) = 0darin bedeuten
ΣF_P1surBm: Summe der mit dem Eintrittsdruck verbundenen Kräfte, die auf das bewegliche Subaggregat 17, 25, 26, 27 des Ventils ausgeübt werden
ΣF_P2surBm: Summe der mit dem Austrittsdruck verbunde nen Kräfte, die auf das bewegliche Subaggregat 17, 25, 26, 27 des Ventils ausgeübt werden
A_sh: wirksame Oberfläche des oberen Ventils 25
A_sb: wirksame Oberfläche des unteren Ventils 26
Als Abwandlung ist die Schaffung einer Konfiguration möglich, in welcher eine proportionale Steuerung des Durchsatzes der Kühlflüssigkeit nicht erforderlich ist. Diese Konfiguration ist in 3 gezeigt, für welche sich die Vorrichtung vereinfacht und keine Anwendung einer Kalibrierschraube erfordert. In diesem Fall ist die relative Form des beweglichen Kerns 7 und des unteren Polstücks bzw. -schuhs 9 in der Luftspaltzone einfach konisch, und die Kurve der Zunahme der Stoßkraft in Abhängigkeit von der Verringerung des Abstands bzw. der Spaltweite im Spalt erhöht sich um so rascher, je mehr dieser Abstand abnimmt.
In diesem Falle wird eine genaue Steuerung der Stellung der beweglichen Teile der Vorrichtung in den Zwischenzuständen zwischen der vollen Öffnungs- und der vollen Schließstellung nicht gesucht.
In 3 sind für diejenigen Bauteile, die identisch oder ähnlich mit den in den vorhergehenden Figuren erscheinen den Bauteilen sind, mit denselben Bezugsziffern bezeichnet.
Den vorstehend beschriebenen Beispielen kommt wohlgemerkt keine Einschränkung der Erfindung zu, welche vielmehr Abwandlungen in der Form und Konfiguration, wie sie sich für den Fachmann ergeben, umfasst.

Claims

Elektro- bzw. Magnetventil mit Proportional-Ansprechverhalten auf einen Induktionsstrom, der eine Induktionswicklung (5) speist, welche einen achsial beweglichen Kern (7) umgibt, der mit einer Stoßstange bzw. Stößel (16) verbunden ist, die in einem feststehenden, mit der Induktionswicklung zusammenwirkenden Polschuh bzw. Polstück (9) des Magnetkreises gleitet und eine Ventilvorrichtung betätigt, welche wenigstens ein an einer achsialen Welle bzw. Spindel (17, 27) angeordnetes Ventil (25, 26) aufweist, das mit einem Sitz zum Schließen und zum Öffnen der Ventilvorrichtung zusammenwirkt, wobei Rückholmittel (32, 33) dem Ventil eine stabile Ruhestellung relativ bezüglich dem Sitz verleihen, wenn der Induktionsstrom Null beträgt, und wobei jeweils jedes Ventil (25, 26) koaxial bezüglich der Stoßstange ist und von dieser betätigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Verbindung zwischen der Welle bzw. Spindel (17) des Ventils (25) und der Stoßstange bzw. Stößel (16) sowie gegebenenfalls der Welle bzw. Spindel des benachbarten Ventils (26) auf einen Punktkontakt reduziert ist.
Elektro- bzw. Magnetventil nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle bzw. Spindel (17, 27) jedes Ventils (25, 26) jeweils relativ bezüglich einem Ventilkörper (28, 29) gleitbar ist, in welchem wenigstens eine Strömungsmittel-Zutrittsöffnung und wenigstens eine Strömungsmittel-Austrittsöffnung vorgesehen sind und in welcher der Sitz des Ventils (25, 26) ausgebildet ist.
Elektro- bzw. Magnetventil nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet daß die Mittel zur Rückholung des Ventils (25, 26) auf Abstand von dem Sitz aus einer Schraub- bzw. Wendelfeder (32, 33) bestehen, die um die Welle bzw. Spindel (17, 27) des Ventils herum in einer achsialen Ausnehmung des Ventils angeordnet ist und auf dem Mittelteils des Sitzes des Ventils (25, 26) ruht.
Elektro- bzw. Magnetventil nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (25, 26) und der Ventilkörper (28, 29) rotationssymmetrisch ausgebildet sind und daß die Welle bzw. Spindel (17, 27) jedes Ventils (25, 26) axial in dem Ventilkörper (28, 29) gleitbar sind, dessen Sitz eine zu der genannten Achse im wesentlichen rechtwinkelige Ausrichtung aufweist.
Elektro- bzw. Magnetventil nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwandung des Ventilkörpers (28, 29) eine Umfangsausnehmung zur Aufnahme einer Ringdichtung (34, 35) aufweist.
Elektro- bzw. Magnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils jedes Ventil (25, 26) eine Elastomer-Dichtung (36, 37) aufweist, die auf dem zum Kontakt mit dem Sitz vorgesehenen Teil seiner Umfangswandung aufgeformt ist.
Elektro- bzw. Magnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilvorrichtung zwei koaxiale Ventile (25, 26) aufweist, deren Ventil-körper (28, 29) längs der Achse der Stoßstange bzw. Stößels (16) übereinander angeordnet sind.
Elektro- bzw. Magnetventil nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ventile (25, 26) durch die Rückholmittel (32, 33) in Abstand von ihren jeweiligen Sitzen gehalten werden, wenn der Induktionsstrom Null beträgt.
Elektro- bzw. Magnetventil nach einem der Ansprüche 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden zusammengesetzten Aggregate aus den Ventilen (25, 26) und ihren entsprechenden Ventilkörpern (28, 29) miteinander verschraubt sind.
Elektro- bzw. Magnetventil nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammengesetzten Aggregate aus den Ventilen (25, 26) und ihren betreffenden Ventilkörpern (28, 29) gleichartig und aus dem gleichen Material hergestellt sind.
Elektro- bzw. Magnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der mit der Induktionswicklung (5) zusammenwirkende Magnetkreis außer dem beweglichen Kern (7) zwei feststehende Polschuhe bzw. Polstücke (8, 9) von bezüglich dem Kern (7) koaxialem Verlauf aufweist, zwischen welchen der Kern gleitbar ist und daß der Polschuh (9), in welchem die Stoßstange bzw. Stößel (16) gleitbar ist, und der Kern (7) in der Zone, welche ihren Luftspalt definiert, jeweils einen Formverlauf aufweisen, welcher für einen gegebenen Wert des Induktionsstroms die Erzielung einer unabhängig von der Spaltweite im wesentlichen konstanten Stoßkraft gestattet.
Elektro- bzw. Magnetventil nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Magnetkern (7) eine zylindrische Geometrie besitzt, und daß der Polschuh bzw. das Polstück (9), in welchem die Stoßstange bzw. Stößel (16) gleitbar ist, auf seiner dem genannten Kern gegenüberliegenden Seite mit einer zylindrischen Ausnehmung von größerem Durchmesser als der Kern versehen ist, welche zwei rechtwinklige Richtungen für den Spalt definiert, wenn der Kern in die genannte Ausnehmung eintritt.
Elektro- bzw. Magnetventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der mit der Induktionswicklung (5) zusammenwirkende Magnetkreis außer dem beweglichen Kern (7) zwei feststehende Polschuhe bzw. Polstücke (8, 9) von bezüglich dem Kern (7) koaxialem Verlauf aufweist, zwischen welchen der Kern gleitbar ist, und daß der Polschuh bzw. das Polstück (9), in welchem die Stoßstange bzw. Stößel (16) gleitbar ist und der bewegliche Kern (7) in der ihren Spalt bestimmenden Zone jeweils einen Formverlauf besitzen, welcher für einen gegebenen Wert des Induktionsstroms die Erzielung einer mit abnehmender Spaltweite zunehmenden Stoßkraft gestattet.
Elektro- bzw. Magnetventil nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenüberstehenden Oberflächen des Polschuhs bzw. Polstücks (19), in welchem die Stoßstange bzw. Stößel (16) gleitbar ist, und des beweglichen Kerns (7), welche ihren Spalt definieren, einen parallelen Verlauf besitzen.
Elektro- bzw. Magnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anfangsstellung des beweglichen Kerns (7), wenn der Induktionsstrom Null beträgt, mittels einer von außerhalb des Ventilgehäuses (4) her zugänglichen Schraube regelbar ist, welche die Zusammendrückung einer zwischen der Schraube und dem beweglichen Kern (7) angeordneten Feder (13) verändert, wobei die Rückholkraft dieser Feder (13) achsial in Richtung zu dem Polschuh bzw. Polstück (9), in welchem die Stoßstange bzw. Stößel (16) gleitbar ist, ausgeübt wird.
Elektro- bzw. Magnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß der bewegliche Kern (7) Mittel zur Filterung der äußeren Schwingungen aufweist, die Bewegungen der beweglichen Teile ohne Bezug zu dem steuernden Strom hervorrufen können.
Elektro- bzw. Magnetventil nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Filtermittel aus einer in dem beweglichen Kern angebrachten Axialleitung (24) bestehen, welche zwei zwischen diesem Kern und den festen Polschuhen bzw. Polstücken (8) im Inneren der Wicklung definierte Kammern (14, 23) miteinander verbinden, und daß die beiden Kammern (14, 23) mit einer Kühlflüssigkeit gefüllt sind, die im Falle einer Bewegung des Kerns (7) aus der einen Kammer (14, 23) über die Leitung in dem Kern in die andere Kammer übertritt.
Vorrichtung zur Steuerung des Durchsatzes eines Strömungsmittels, auf der Grundlage eines Elektro- bzw. Magnetventils gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Elektro- bzw. Magnetventil in einem kartuschen- bzw. patronenartigen Gehäuse integriert ist.
Anwendung einer Vorrichtung gemäß dem vorhergehenden Anspruch zur Steuerung des Durchsatzes der Kühlflüssigkeit eines Motors, insbesondere eines Kraftfahrzeugmotors.