WO2000029772A1 - Steuerbares zungenventil - Google Patents

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WO2000029772A1
WO2000029772A1 PCT/EP1999/008092 EP9908092W WO0029772A1 WO 2000029772 A1 WO2000029772 A1 WO 2000029772A1 EP 9908092 W EP9908092 W EP 9908092W WO 0029772 A1 WO0029772 A1 WO 0029772A1
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WO
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valve
pressure
valve body
valve according
armature
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Application number
PCT/EP1999/008092
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English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Schebitz
Martin Pischinger
Markus Duesmann
Original Assignee
Fev Motorentechnik Gmbh
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Publication date
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Priority to DE19982383T priority patent/DE19982383D2/de
Priority to EP99953939A priority patent/EP1047897A1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B49/00—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
    • F04B49/22—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00 by means of valves
    • F04B49/24—Bypassing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/02—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
    • F16K31/06—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a magnet, e.g. diaphragm valves, cutting off by means of a liquid
    • F16K31/0682—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a magnet, e.g. diaphragm valves, cutting off by means of a liquid with an articulated or pivot armature

Definitions

  • Pressure-controlled inlet valves and pressure-controlled outlet valves which are designed as so-called tongue valves, are generally used on a piston compressor. Controlling the volume flow with these previously known valves is only possible with piston compressors with several cylinders and also only in rough steps by cylinder deactivation.
  • a valve arrangement of this type can be found, for example, in DE-A-23 57 578, which has tongue valves designed as check valves both on the inlet side and on the outlet side.
  • valves In addition to compressor construction, there are also other applications for valves that have to react very quickly to existing pressure differences in order to be able to make targeted use of an existing pressure drop.
  • the invention has for its object to provide a fast switching tongue valve which avoids the disadvantages described above.
  • the object is achieved by a valve for influencing a flowable medium, in particular a gas, with at least one flow channel, the
  • Mouth is designed as a valve seat and with at least one valve body, which is arranged at the free end of a resilient arm clamped at the end, and with at least one electro-magnet, which acts on an area of the resilient arm designed as an armature and which, when energized via a control device, the valve body in moves its closed position and / or its open position.
  • a valve designed in this way has the advantage over the conventional tongue valves that not the entire valve tongue and its bearing surface on the valve plate serves as a valve seat, but a separate valve body is arranged which interacts with the mouth of the flow channel designed as a valve seat.
  • the valve body with its resilient arm is designed as a check valve and is evidently closable by the pressure of the flowing medium and can be closed by the action of the spring force and the magnetic force.
  • the valve according to the invention operates with respect to its opening process like a normal check valve.
  • the closing speed but also the closing time can be influenced by the targeted activation of the magnetic force. It is thus possible to initiate the closing movement if there is still a residual flow in the flow channel with a small pressure difference.
  • valve body is designed with its resilient arm as a check valve and is evident from the action of the magnetic force against the spring force.
  • a check valve it is possible to open the valve by energizing the associated electromagnet when a pressure equilibrium is present on both sides of the valve body.
  • the further advantage of this arrangement is that the valve opening is specifically opened to the full cross section at the beginning of the flow, so that the friction and the associated heating of the flowing medium is reduced.
  • valve according to the invention also allows a configuration as a check valve, in which two electromagnets directed towards one another are provided, so that both the opening movement and the closing movement can be influenced when the electromagnets are suitably energized.
  • two electromagnets arranged at a distance from one another are provided, which can be energized alternately via the control device and the valve body can be moved from a central position to the fully open and the fully closed position by magnetic force against the action of the spring force.
  • this arrangement allows the valve to be opened and closed in a specifically controllable manner with very short switching times and high switching frequency, both the opening and the closing beginning being predeterminable in each case via the corresponding control of the energization.
  • the spring arm has practically only the meaning of a return spring which accelerates the release of the armature part from the pole face of the holding magnet after the current has been switched off.
  • the spring arm also serves as a support for the anchor.
  • the spring stiffness of the spring arm can be specified very low, since in the open position the medium flowing through the valve seat also exerts a force effect in the opening direction for the valve body. Since the closing process for a piston compressor takes place with pressure equilibrium or only a low flow of the medium, the spring force as the closing force is also of secondary importance here, since the magnetic force during the closing process begins to act on the spring arm at a time when the flow force acting in the opening direction sinks towards zero and when the valve is closed the higher pressure around the pressure chamber keeps the closing body in the closed position.
  • the armature is formed by a widened partial surface of the spring arm. This results in a significant reduction in the masses to be moved and, on the other hand, it is possible to arrange the electromagnets required for actuating the valve body with a small gap distance from the armature.
  • a base plate separating two pressure chambers is provided, which has a plurality of flow channels arranged at a distance from one another and that a spring arm with armature and valve body is provided for each flow channel at least on one side of the base plate and that at least one magnet intended to actuate all anchors. With such an arrangement, it is possible to provide a plurality of flow channels in a small installation space which, with a single diameter of only 10 mm, enable a throughput of the order of 1,000 to 1,600 l / h per flow channel.
  • Fig. 3 is a plan view of the valve assembly. the section III-III in Fig. 2,
  • Fig. 4 shows a modification of the spring arrangement.
  • Fig. 5 shows an application as a control valve for generating a negative pressure with the aid of pressure fluctuations.
  • the two pressure chambers 1 and 2 are connected to one another via a flow channel 4 arranged in the dividing wall 3 and through which a flowable medium, for example a gas, flows as a result of periodic pressure differences in the direction of the arrow 5.
  • the mouth 6 of the flow channel 4 into the pressure chamber 2 is designed as a valve seat 7, for example in the form of a conical or dome-shaped recess.
  • a valve body 8 is assigned to the valve seat 7 and is arranged at the free end of a resilient arm 9 clamped at the end.
  • the valve also has two electromagnets 11 and 12 with their pole faces 10 at a distance from one another and aligned with one another.
  • the area 13 of the resilient arm 9 assigned to the pole faces 10 serves here as an anchor.
  • the arrangement is such that when electromagnets 11, 12 are de-energized, the region 13 of the resilient arm 9 serving as an armature is in a central position, so that the valve body 8 is also at an average distance from the valve seat 7 .
  • the underlying electromagnet 11 serves as a closing magnet, while the overhead electromagnet 12 as
  • the opening magnet is used so that when the electromagnets are energized accordingly, the valve body 8 is either placed on the valve seat 7 and the valve closes or is lifted off the valve seat 7 and the valve is fully opened.
  • the valve body 8 is pressed onto the valve seat 7 in the manner of a check valve or tongue valve, even without support from the magnetic force of the closing magnet 11. If the pressure of the medium in the pressure chamber 1 is now increased, the medium will flow from the pressure chamber 1 into the pressure chamber 2 after the pressure equilibrium has been exceeded. In order to bring about a complete valve opening regardless of the level of the excess pressure in the pressure chamber 1, the opening magnet 12 is energized, for example, shortly before or when the pressure equilibrium is reached, so that at the beginning of the building overpressure in the pressure chamber 1, the flowable medium can flow through the flow channel 4 into the pressure chamber 2.
  • the opening magnet 12 can be de-energized shortly before and ultimately when the pressure equilibrium is reached and the closing magnet 11 can be energized, so that the valve body 8 is retracted by the action of the magnetic force on the valve seat 7 and so on to prevent the medium from flowing back from the pressure chamber 2 into the pressure chamber 1, which is now at a falling pressure.
  • the advantage here is that a very small distance can be set between the two pole faces and thus a direct effect of the magnetic force on the armature is possible.
  • FIG. 2 the application of the valve described above is shown schematically as an outlet valve on a piston compressor.
  • FIG. 2 in connection with FIG. 3 lets are in a partition 3.1 on the cylinder head 14, several flow channels 4, for example six flow channels, as shown in the illustration.
  • Fig. 3 reveals, evenly distributed over the circumference. Accordingly, six spring arms 9 with valve bodies 8 are also provided.
  • the spring arms are arranged radially inward and firmly clamped to the cylinder head 14.
  • the spring arms 9 are formed wider in their associated with the electromagnets 11 and 12 and serving as an anchor area 13, so that despite the manufacture as a stamped part, each spring arm is provided with a discrete anchor.
  • a head part 15 which on the one hand has an annular space 2.1 covering the mouths of the flow channels 4, which is provided with an outlet opening 16 and which, according to the description in accordance with FIG. Fig.
  • a central space 18 is provided above the partition 3, which is provided with an inflow channel 19.
  • the central space 18 stands above an inlet valve designed as a poppet valve
  • the inlet valve 20 is connected to a controllable actuator 21, so that the inlet valve 20 can be opened during the intake stroke and closed during the compression stroke.
  • the actuator 21 for the inlet valve 20 can also be configured here as an electromagnetic drive, which also how the closing magnet 11 and the opening magnet 12 can be controlled via a control device.
  • a radial-tangential alignment of the spring arms 9 is carried out, as is shown with reference to FIG. 4 in a top view corresponding to FIG. 3.
  • the widened portions 13 of the spring arms 9 functioning as anchors can, however, also be designed as circular sections concentric with the cylinder axis 17, so that ring-shaped opening and closing magnets can also be provided in this arrangement.
  • valve Since the structure and function of the valve described with reference to FIG. 1 allows very short switching times due to its small movable mass, it is also possible to use such a valve to generate a negative pressure with the aid of a pulsating gas flow fluctuating around a zero level in its pressure to use.
  • a valve arrangement of the type described with reference to FIG. 1 is connected to the air intake tract 22 of a piston internal combustion engine in such a way that the air intake tract 22 pressurizes the pressure chamber 1 in accordance with the illustration.
  • Fig. 1 forms and over a Flow channel 4.1 is connected to a system 26 that can be actuated by negative pressure, shown only schematically here, then in the illustrated assignment of the valve body 8.1, which is pressed onto the valve seat 7.1 via the spring arm 9.1 in the closed position, by actuating an electromagnet 12.1 functioning as an opening magnet, the valve in each case are then opened when a vacuum is present in the air intake duct 22 in the region of the junction 7.2 of the inflow duct 4.1 to the valve.
  • the electromagnet 12.1 can be energized via a corresponding control device 25, which detects the pressure profile of the air flow via a pressure transmitter 27 in the air intake tract 22.
  • the pressure transmitter 27 should be arranged as close as possible to the inflow duct 4.1 in order to detect the pressure level directly at the junction with the vacuum device 23.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Ventil zur Beeinflussung eines strömungsfähigen Mediums, insbesondere eines Gases, mit wenigstens einem Strömungskanal (4), dessen Mündung als Ventilsitz (7) ausgebildet ist, und mit wenigstens einem Ventilkörper (8), der am freien Ende eines endseitig eingespannten federnden Armes (9) angeordnet ist, und mit wenigstens einem Elektromagneten (11, 12), der auf einen als Anker ausgebildeten Bereich (13) des federnden Armes (9) einwirkt und der bei Bestromung über eine Steuereinrichtung (25) den Ventilkörper (7) in seine Schließstellung oder seine Öffnungsstellung bewegt.

Description

Bezeichnung: Steuerbares Zungenventil
Beschreibung
An einem Kolbenverdichter werden in der Regel druckgesteuerte Einlaßventile und druckgesteuerte Auslaßventile verwendet, die als sogenannte Zungenventile ausgebildet sind. Eine Steuerung des Volumenstroms ist mit diesen vorbekannten Ventilen nur bei Kolbenverdichtern mit mehreren Zylindern und auch nur in groben Schritten durch Zylinderabschaltung möglich. Eine Ventilanordnung dieser Art ist beispielsweise aus DE-A-23 57 578 zu entnehmen, die sowohl auf der Einlaßseite als auch auf der Auslaßseite als Rückschlagventile ausgebildete Zungenventile aufweist. Durch eine auf die Zungen der Einlaßventile wirkende Stelleinrichtung ist es möglich, an einem oder mehreren Zylindern dieses offen zu halten, so daß keine Förderung und Verdichtung des Mediums durch den betreffenden Zylinder erfolgt.
Ein weiterer Nachteil der vorbekannten Ventilanordnung besteht darin, daß diese hinsichtlich ihrer Offnungs- und ihrer Schließbewegung nicht beeinflußbar sind. Insbesondere bei den Auslaßventilen öffnen diese nur dann und nur so weit, wie dies beim Verdichtungshub durch einen entsprechend hoher Überdruck im Zylinderinnenraum gegenüber der Druckseite des
Systems möglich ist. Sobald gegen Ende des Verdichtungshubes das Druckgleichgewicht zwischen Zylinderinnenraum und Druckraum in etwa eingestellt ist, wird die Federzunge aufgrund ihrer eigenen Federkraft in Schließrichtung bewegt. Hierbei ist nicht zu vermeiden, daß aufgrund einer gewissen Dämpfung durch das geförderte Medium die Ventilzunge nicht sofort auf der Dichtfläche zur Anlage kommt. Darüber hinaus können aber auch Prellvorgänge auftreten, so daß das Ventil endgültig erst geschlossen ist, wenn das Druckniveau im Druckraum be- reits geringfügig unterschritten ist. Dies hat zwangsläufig zur Folge, daß aus dem Druckraum ein entsprechendes Volumen des zu verdichtenden Mediums in den Zylinderraum wieder zu- rückströmt und so der Wirkungsgrad des Verdichters gemindert wird.
Außer im Verdichterbau ergeben sich auch andere Einsatzfälle für Ventile, der sehr schnell auf vorhandene Druckdifferenzen reagieren müssen, um so ein vorhandenes Druckgefälle gezielt ausnutzen zu können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein schnellschal- tendes Zungenventil zu schaffen, das die vorstehend beschriebenen Nachteile vermeidet.
Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Ventil zur Beeinflussung eines strömungsfähigen Mediums, insbesonde- re eines Gases, mit wenigstens einem Strömungskanal, dessen
Mündung als Ventilsitz ausgebildet ist und mit wenigstens einem Ventilkörper, der am freien Ende eines endseitig eingespannten federnden Armes angeordnet ist, und mit wenigstens einem Elektromagenten, der auf einen als Anker ausgebildeten Bereich des federnden Armes einwirkt und der bei Bestromung über eine Steuereinrichtung den Ventilkörper in seine Schließstellung und/oder seine Öffnungsstellung bewegt. Ein derart ausgebildetes Ventil hat gegenüber den herkömmliche Zungenventilen den Vorteil, daß nicht die gesamte Ventilzunge und ihrer Auflagefläche auf der Ventilplatte als Ventilsitz dient, sondern ein gesonderter Ventilkörper angeordnet ist, der mit der als Ventilsitz ausgebildeten Mündung des Strömungskanals zusammenwirkt. Da ein Teil des federnden Armes als Anker ausgebildet ist, kann nun je nach Schaltung gezielt auf die Bewegung des Ventilkörpers Einfluß genommen werden und so die Schaltzeiten des Ventils beeinflußt werden. Beim Schließen unter Einwirkung der Magnetkraft können beispielsweise Prellvorgänge unterbunden werden, zumal der Ventilkörper an einem derartigen Zungenventil nur eine geringe Masse aufweist. Das Ventil kann je nach Gestaltung gezielt und praktisch druckunabhängig voll geöffnet oder geschlossen werden. In einer ersten Ausgestaltung der Erfindung ist hierbei vorgesehen, daß der Ventilkörper mit seinem federnden Arm als Rückschlagventil ausgebildet ist und durch den Druck des strömenden Mediums offenbar und durch Wirkung der Federkraft und der Magnetkraft schließbar ist. Bei dieser Ausgestaltung arbeitet das erfindungsgemäße Ventil in bezug auf seinen Öffnungsvorgang wie ein normales Rückschlagventil. Für den Schließvorgang wird jedoch durch das gezielte Zuschalten der Magnetkraft die Schließgeschwindigkeit aber auch der Schließzeitpunkt beeinflußbar. So ist es möglich, die Schließbewegung bereits einzuleiten, wenn noch bei einer geringen Druckdifferenz noch eine Restdurchströmung im Strömungskanal vorhanden ist.
In einer anderen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung ist vorgesehen, daß der Ventilkörper mit seinem federnden Arm als Rückschlagventil ausgebildet ist und durch Einwirkung der Magnetkraft gegen die Federkraft offenbar ist. Bei dieser Ausgestaltung eines Rückschlagventils ist die Möglichkeit gegeben, das Ventil durch entsprechende Bestromung des zugehörigen Elektromagneten bereits dann zu öffnen, wenn auf beiden Seiten des Ventilkörpers ein Druckgleichgewicht vorhanden ist. Der weitere Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß die Ventilöffnung schon zu Beginn der Durchströmung gezielt auf den vollen Querschnitt geöffnet wird, so daß die Reibung und die damit verbundene Erwärmung des strömenden Mediums vermindert wird.
Der erfindungsgemäße Ventil erlaubt aber auch eine Ausgestaltung als Rückschlagventil, bei dem zwei gegegeneinander gerichtete Elektromagneten vorgesehen sind, so daß sowohl die Öffnungsbewegung als auch die Schließbewegung bei entsprechender Bestromung der Elektromagneten beeinflußbar ist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind zwei mit Abstand zueinander angeordnete Elektromagneten vorgesehen, die ab- wechselnd über die Steuereinrichtung bestrombar sind und wobei der Ventilkörper aus einer Mittelstellung jeweils durch Magnetkraft gegen die Wirkung der Federkraft in die vollständig geöffnete und die vollständig geschlossene Stellung be- wegbar ist. Diese Anordnung erlaubt bei entsprechender An- steuerung und bei entsprechender Bestromung der Elektromagneten ein gezielt steuerbares Öffnen und Schließen des Ventils mit sehr kurzen Schaltzeiten und hoher Schaltfrequenz, wobei über die entsprechende Steuerung der Bestromung sowohl der Öffnungsbeginn als auch der Schließbeginn jeweils noch vorgebbar ist. Der Federarm hat bei dieser Anordnung praktisch nur noch die Bedeutung einer Rückstellfeder, die das Lösen des Ankerteils jeweils von der Polfläche des haltenden Magneten nach dem Abschalten des Stromes beschleunigt. Der Feder- arm dient ferner als Träger für den Anker. Beispielsweise bei der Verwendung als Auslaßventil an einem Kolbenverdichter kann hierbei die Federsteifigkeit des Federarms sehr gering vorgegeben werden, da in der Öffnungsstellung das durch den Ventilsitz strömende Medium auch für den Ventilkörper eine Kraftwirkung in Öffnungsrichtung ausübt. Da der Schließvorgang bei einem Kolbenverdichter bei Druckgleichgewicht oder nur noch geringer Strömung des Mediums erfolgt, ist auch hier die Federkraft als Schließkraft von untergeordneter Bedeutung, da die Magnetkraft beim Schließvorgang auf den Federarm zu einem Zeitpunkt zu wirken beginnt, in dem die in Öffnungsrichtung wirkende Strömungskraft gegen Null absinkt und bei geschlossenem Ventil der höhere Druck um Druckraum den Schließkörper in Schließstellung hält.
In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Anker durch eine verbreiterte Teilfläche des Federarmes gebildet wird. Dadurch ist eine deutliche Reduzierung der zu bewegenden Massen gegeben und zum anderen besteht die Möglichkeit, die zur Betätigung des Ventilkörpers notwendigen Elektromagnete mit geringem Spaltabstand zum Anker anzuordnen. In Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß eine zwei Druckräume voneinander trennende Basisplatte vorgesehen ist, die mehrere mit Abstand zueinander angeordnete Strömungskanäle aufweist und daß je Strömungskanal wenigstens an einer Seite der Basisplatte jeweils ein Federarm mit Anker und Ventilkörper vorgesehen ist und daß zumindest ein Magnet zur Betätigung aller Anker vorgesehen. Mit einer derartigen Anordnung ist es möglich, auf geringem Bauraum mehrere Strömungskanäle vorzusehen, die bei einem Einzeldurchmesser von nur 10 mm je Strömungskanal einen Durchsatz in der Größenordnung von 1.000 bis 1.600 1/h ermöglichen.
Weitere Ausgestaltungen und erfindungsgemäße Anwendungen sind den Unteransprüchen und der nachstehenden Beschreibung in Verbindung mit schematischen Zeichnungen von Ausführungsbeispielen zu entnehmen. Es zeigen:
Fig. 1 eine Grundbauform eines Ventils,
Fig. 2 eine Anwendung für einen Kolbenverdichter,
Fig. 3 eine Aufsicht auf die Ventilanordnung gem. dem Schnitt III-III in Fig. 2,
Fig. 4 eine Abwandlung der Federanordnung gem. Fig. 3,
Fig. 5 eine Anwendung als Steuerventil zur Erzeugung eines Unterdrucks mit Hilfe von Druckschwankungen.
In Fig. 1 ist ein erster Druckraum 1 und ein zweiter Druckraum 2 dargestellt, die durch eine Trennwand 3 voneinander getrennt sind. Die beiden Druckräume 1 und 2 sind über einen in der Trennwand 3 angeordneten Strömungskanal 4 miteinander verbunden, der von einem strömungsfähigen Medium, beispiels- weise einem Gas infolge von periodischen Druckunterschieden in Richtung der Pfeiles 5 durchströmt wird. Die Mündung 6 des Strömungskanals 4 in den Druckraum 2 ist als Ventilsitz 7 ausgebildet, beispielsweise in Form einer konischen oder kalottenförmigen Ausdrehung.
Dem Ventilsitz 7 ist ein Ventilkörper 8 zugeordnet, der am freien Ende eines endseitig eingespannten federnden Armes 9 angeordnet ist.
Das Ventil weist ferner zwei mit ihren Polflächen 10 mit Ab- stand zueinander und gegeneinander ausgerichtete Elektromagneten 11 und 12 auf. Der den Polflächen 10 zugeordnete Bereich 13 des federnden Armes 9 dient hierbei als Anker.
Bei der hier dargestellten Ausführungsform ist die Anordnung so getroffen, daß bei stromlos gesetzten Elektromagneten 11, 12 sich der als Anker dienende Bereich 13 des federnden Armes 9 in einer Mittellage befindet, so daß entsprechend auch der Ventilkörper 8 sich im mittleren Abstand zum Ventilsitz 7 befindet. Der untenliegende Elektromagnet 11 dient hierbei als Schließmagnet, während der obenliegende Elektromagnet 12 als
Öffnermagnet dient, so daß bei entsprechender Bestromung der Elektromagneten der Ventilkörper 8 entweder am Ventilsitz 7 angelegt wird und hierbei das Ventil schließt oder aber vom Ventilsitz 7 abgehoben wird und hierbei das Ventil vollstän- dig geöffnet wird.
Weist der Druckraum 2 gegenüber dem Druckraum 1 einen höheren Druck auf, dann wird auch ohne Unterstützung durch die Magnetkraft des Schließmagneten 11 der Ventilkörper 8 nach Art eines Rückschlag- oder Zungenventils auf den Ventilsitz 7 gepreßt. Wird nun der Druck des Mediums im Druckraum 1 erhöht, dann wird nach Überschreiten des Druckgleichgewichtes das Medium aus dem Druckraum 1 in den Druckraum 2 überströmen. Um hier unabhängig von der Höhe des Überdrucks im Druckraum 1 eine vollständige Ventilöffnung zu bewirken, wird der Öffnermagnet 12 beispielsweise kurz vor oder bei Erreichen des Druckgleichgewichts bestromt, so daß mit Beginn des sich auf- bauenden Überdrucks im Druckraum 1 das strömungsfähige Medium durch den Strömungskanal 4 in den Druckraum 2 einströmen kann.
Fällt der Druck im Druckraum 1 wieder ab, so kann kurz vor und letztlich bei Erreichen des Druckgleichgewichts der Öffnermagnet 12 stromlos gesetzt werden und der Schließmagnet 11 bestromt werden, so daß der Ventilkörper 8 durch die Wirkung der Magnetkraft auf den Ventilsitz 7 zurückgezogen wird und so ein Rückströmen des Mediums aus dem Druckraum 2 in den nunmehr einen fallenden Druck aufweisenden Druckraum 1 zu verhindern.
Da diese Ventilanordnung sehr geringe schwingende Massen auf- weist sind sehr schnelle Ansprechzeiten beim Offnungs- und Schließvorgang möglich, aber auch eine Betätigung mit einer sehr hohen Schaltfrequenz ist möglich. Aus der vorstehenden Beschreibung läßt sich ohne weiteres ableiten, daß der Federarm 9 mit seinem Ventilkörper 8 auch so eingespannt werden kann, daß die Federkraft den Ventilkörper 8 auf den Ventilsitz 7 preßt. Damit ist ein Rückschlagventil gegeben, daß mit Hilfe des Öffnermagneten 12 gezielt steuerbar geöffnet werden kann und das über eine Bestromung des Schließmagneten 11 in sehr kurzer Schaltzeit ggf. gegen noch eine vorhandene Rest- Strömung im Strömungskanal 4 geschlossen werden kann. Je nach
Einsatzfall ist es aber auch möglich, nur einen Öffnermagneten 12 oder auch nur einen Schließmagneten 11 vorzusehen, wobei es wiederum möglich ist, das Rückschlagventil so auszugestalten, daß es, wie vorstehend beschrieben, in Ruhestellung geschlossen ist oder aber in Ruhestellung geöffnet ist. Von
Vorteil ist hierbei, daß ein sehr geringer Abstand zwischen den beiden Polflächen einstellbar ist und damit eine unmittelbare Einwirkung der Magnetkraft auf den Anker möglich ist.
In Fig. 2 ist schematisch die Anwendung des vorstehend beschriebenen Ventils als Auslaßventil an einem Kolbenverdichter dargestellt. Wie Fig. 2 in Verbindung mit Fig. 3 erkennen läßt, sind in einer Trennwand 3.1 am Zylinderkopf 14 mehrere Strömungskanäle 4, beispielsweise sechs Strömungskanäle, wie die Darstellung gem. Fig. 3 erkennen läßt, auf den Umfang gleichmäßig verteilt angeordnet. Dementsprechend sind auch sechs Federarme 9 mit Ventilkörpern 8 vorgesehen. Wie die
Aufsicht gem. Fig. 3 erkennen läßt, sind die Federarme radial einwärts gerichtet angeordnet und fest mit dem Zylinderkopf 14 eingespannt. Wie die Aufsicht gem. Fig. 3 erkennen läßt, sind bei diesem Ausführungsbeispiel die Federarme 9 in ihrem den Elektromagneten 11 und 12 zugeordneten und als Anker dienenden Bereich 13 breiter ausgebildet, so daß trotz der Fertigung als Stanzteil jeder Federarm mit einem diskreten Anker versehen ist. Bei dieser Konfiguration ist es nicht erforderlich, für jeden Federarm einen gesonderten Öffnermagneten und Schließmagneten vorzusehen, sondern es ist die Möglichkeit gegeben, sowohl als Öffnermagnet als auch als Schließmagnet einen entsprechend gestalteten Ringmagneten vorzusehen, wie dies aus Fig. 2 ableitbar ist.
Oberhalb der Trennwand 3 ist ein Kopfteil 15 angeordnet, das einerseits einen die Mündungen der Strömungskanäle 4 überdek- kenden Ringraum 2.1 aufweist, der mit einer Auslaßöffnung 16 versehen ist und der in bezug auf die Beschreibung gem. Fig.
1 den Druckraum 2 definiert. Koaxial zur Zylinderachse 17 ist oberhalb der Trennwand 3 ein Zentralraum 18 vorgesehen, der mit einem Zustromkanal 19 versehen ist. Der Zentralraum 18 steht über ein als Tellerventil ausgebildetes Einlaßventil
20mit dem Zylinderraum 1.1 in Verbindung, der entsprechend der Beschreibung gem. Fig. 1 die Funktion des Druckraumes 1 besitzt. Das Einlaßventil 20 ist mit einem steuerbaren Stellantrieb 21 verbunden, so daß das Einlaßventil 20 jeweils beim Ansaughub geöffnet und beim Kompressionshub geschlossen werden kann.
Der Stellantrieb 21 für das Einlaßventil 20 kann auch hier als elektromagnetischer Antrieb ausgestaltet sein, der ebenso wie der Schließmagnet 11 und der Öffnermagnet 12 über eine Steuereinrichtung angesteuert werden kann.
Um auch bei kleineren Zylinderdurchmessern ausreichende Hübe für den Ventilkörper 8 zur Verfügung stellen zu können, kann nun, ausgehend von der radialen Anordnung gem. Fig. 3, eine radial-tangentiale Ausrichtung der Federarme 9 vorgenommen werden, wie dies anhand von Fig. 4 in einer mit Fig. 3 korrespondierenden Aufsicht gezeigt ist. Die als Anker fungieren- den Verbreiterungen 13 der Federarme 9 können aber weiterhin als zur Zylinderachse 17 konzentrische Kreisabschnitte ausgebildet sein, so daß auch bei dieser Anordnung ringförmige Öffner- und Schließmagneten vorgesehen werden können.
Da das anhand von Fig. 1 in seinem Aufbau und in seiner Funktion beschriebene Ventil aufgrund seiner geringen bewegbaren Masse sehr kurze Schaltzeiten erlaubt, ist es auch möglich, ein derartiges Ventil zur Erzeugung eines Unterdrucks mit Hilfe einer um ein Nullniveau in ihrem Druck schwankenden pulsierenden Gasströmung zu verwenden.
Während bei Kolbenbrennkraftmaschinen mit einer Veränderung der Luftzufuhr durch eine Drosselklappe im Luftansaugtrakt bei entsprechender Stellung der Drosselklappe ein Unterdruck vorhanden ist, der dann zur Erzeugung eines Unterdrucks, beispielsweise für einen Bremskraftverstärker genutzt werden kann, besteht bei drosselfreien Motoren diese Möglichkeit grundsätzlich nicht. Bei drosselfreien Motoren entsteht jedoch infolge der periodischen Öffnung der Gaseinlaßventile im Luftansaugkanal eine hinsichtlich ihres Druckes pulsierende
Luftströmung, die auch ein Nullniveau unterschreitet.
Wird nun, wie anhand von Fig. 5 dargestellt, eine Ventilanordnung der anhand von Fig. 1 beschriebenen Art mit dem Luftansaugtrakt 22 einer Kolbenbrennkraftmaschine in der Weise verbunden, daß der Luftansaugtrakt 22 den Druckraum 1 entsprechend der Darstellung gem. Fig. 1 bildet und über einen Strömungskanal 4.1 ein durch Unterdruck betätigbares, hier nur schematisch dargestelltes System 26 verbunden, dann kann in der dargestellten Zuordnung des Ventilkörpers 8.1, der über den Federarm 9.1 in Schließstellung auf den Ventilsitz 7.1 angedrückt wird, durch Betätigung eines als Öffnermagneten fungierenden Elektromagneten 12.1 das Ventil jeweils dann geöffnet werden, wenn im Luftansaugkanal 22 gerade ein Unterdruck im Bereich der Einmündung 7.2 des Zuströmkanals 4.1 zum Ventil eine Unterdruckwelle vorhanden ist. Sobald dieser re- lative Druckimpuls unter ein vorgebbares Maß abfällt, wird der Öffnermagnet 12.1 stromlos gesetzt, so daß unter der Einwirkung der Federkraft des federnden Armes 9.1 der Ventilkörper 8.1 wieder auf den Ventilsitz 7.1 aufsetzt und das Ventil schließt. Der nachfolgende Druckanstieg im Luftansaugtrakt unterstützt hierbei die Schließwirkung, so daß sichergestellt ist, daß nur bei einer Druckabsenkung das Ventil öffnet und die als Druckraum 2 fungierende Unterdruckeinrichtung 23 entsprechend evakuiert wird.
Die Bestromung des Elektromagneten 12.1 kann über eine entsprechende Steuereinrichtung 25 erfolgen, die über einen Druckgeber 27 im Luftansaugtrakt 22 den Druckverlauf der Luftströmung erfaßt. Der Druckgeber 27 soll möglichst dicht am Zuströmkanal 4.1 angeordnet sein, um das Druckniveau un- mittelbar an der Einmündung zur Unterdruckeinrichtung 23 zu erfassen.

Claims

Ansprüche
1. Ventil zur Beeinflussung eines strömungsfähigen Mediums, insbesondere eines Gases, mit wenigstens einem Strömungskanal (4), dessen Mündung als Ventilsitz (7) ausgebildet ist, und mit wenigstens einem Ventilkörper (8), der am freien Ende eines endseitig eingespannten federnden Armes (9) angeordnet ist, und mit wenigstens einem Elektromagneten (11, 12), der auf einen als Anker ausgebildeten Bereich (13) des federnden Armes (9) einwirkt und der bei Bestromung über eine Steuereinrichtung (25) den Ventilkörper (7) in seine Schließstellung oder seine Öffnungsstellung bewegt.
2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (7) mit seinem federnden Arm (9) als Rückschlagventil ausgebildet ist und durch den Druck des strömenden Mediums offenbar und durch Wirkung der Federkraft und der Magnetkraft schließbar ist.
3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (7) mit seinem federnden Arm (9) als Rückschlagventil ausgebildet ist und durch Einwirkung der Magnetkraft gegen die Federkraft offenbar ist.
4. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei mit Abstand zueinander angeordnete Elek- tromagnete (11, 12) vorgesehen sind, die abwechselnd über die Steuereinrichtung (25) bestrombar sind, wobei der Ventilkörper (7) aus einer Mittelstellung jeweils durch Magnetkraft gegen die Wirkung der Federkraft in die vollständig geöffnete und in die vollständig geschlossene Stellung bewegbar ist.
5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker durch eine verbreiterte Teilfläche (13) des federnden Armes (9) gebildet wird.
6. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker zwischen dem Einspannende des Armes (9) und dem Ventilkörper (7) angeordnet ist.
7. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine zwei Druckräume (1, 2) voneinander trennende Trennwand (3.1) vorgesehen ist, die mehrere mit Abstand zueinander angeordnete Strömungskanäle (4) aufweist und daß je Strömungskanal (4) auf einer Seite der Trennwand (3.1) je- weils ein Federarm (9) mit Anker und Ventilkörper (8) vorgesehen ist und daß zumindest ein Magnet (11, 12) zur Betätigung aller Anker vorgesehen ist.
8. Ventil nach einem de Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch die Verwendung als Einlaßventil und/oder Auslaßventil an einem Kolbenverdichter.
9. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch die Verwendung als Druckgleichrichter zur Erzeugung ei- nes Unterdrucks in einem Druckraum (2) in Verbindung mit einem pulsierenden, Über- und Unterdruck aufweisenden Gasstrom.
10. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (25) zur Bestromung der Elektromagneten (11, 12) wenigstens mit einem DruckgeberP (27) in Verbindung steht.
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