ELECTROMAGNETICALLY OPERATED FLOW-CONTROL VALVE

Abstract: 1. Flow-control valve, electromagnetically operated by changing the mark/space ratio, for gaseous media, having a valve chamber, having one input channel and two output channels, having a valve seat at the mouth of each output channel and having a pulsed valve body acting as the armature in a gap serving as the valve chamber (3) between the cores of two electromagnets (6, 22), characterized in that the valve body is constructed as a diaphragm-like, freely movable ferromagnetic valve plate (8), and in that the coils (7, 23) of the electromagnets (6, 22) are connected to push-pull outputs of a pulse generator (13) of adjustable mark/space ratio.

Description: Elektromagnetisch betätigtes Durchflusssteuerventil Beschreibung Dic Erfindung betrifft ein elektromagnetisch durch Änderung des Tastverhältnisses betätigtes Durchflusssteuerventil für gasförmige Medien, mit einer Ventilkammer, mit mindestens einem Austrittskanal, mit einem Ventilsitz an der Mündung jedes Austrittskanals und mit einem als Anker wirkenden Ventilkörper innerhalb der Ventilkammer. Das Durchflusssteuerventil kann als Zweiwegeventil oder als Dr@i- wegeventil ausgebildet sein. Ein Durchflusssteuerventil der eingangs genannten Art ist in der DE-OC 33 05 307 beschrieben. Dort ist der Ventilkörper an dem Kern einer Magnetspult ausgebildet. Infolgedessen besitzt der Ventilldrper eine grosse Has-se und mechanische Trägheit. Der Ventilkörper stellt sich dann unter der Wirkung der Tastwellenform auf eine mittlere Stcl lung ein, die näherungsweise de Tastverhältnis proportional ist. Die Stellung des Ventilkörpers hängt von den Massenverhältnissen, den Reibungsverhältnissen und anderen Grössen ab, die sich von Bauteil zu Bau ttil und auch im Laufe der Lebensdauer des Durchflusssteuerventils n- dern. Infolgedessen ist der Durchfluss dieses Durch flusssteucrventlls nicht in ausreichendem Masse reproduzierbar. Die ne-os 22 46 G24 beschreibt ein Durchflusssteuerventil, das eine membran als Ventilplatte aufweist. Diese Membran ist am Rande fest eingespannt. Es ist dort bereits beschrieben, die Membran zwi- schen zwei einander gegenüberstehenden Spulen anzuordnen und entspr- chcnd dem Differenzwert des magnetischen Flusses einzustellen. Auch hier ergeben sich keine reproduzierbaren Verhältnisse. Die tiembran kann infolge der Einspannung nicht frei den Änderungen des Magnetflus ses folgen. Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Durchfluss- steuerventils, das eine genaue Steuerung oder Regelung des Durchflusses und/oder des Druckes ermöglicht. Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, dass der Ventilkörper als membranartige, frei bewegliche, ferromagnetische Ventilplatte ausgebildet ist, dass di Venti)platte in einem als Ven- tilkammer dienenden Spart zwisch'en den Kernen von zwei Elektromagne- ten angeordnet ist und dass die Spulen der Elektromagnete ara Gegentakt- ausgänge eines Impulsgenerators mit einstellbarem Tastverhältnis angeschlossen sind. Das Durchflusssteuerventil nach der Erfindung unterscheidet sich dadurch in nicht nah@liegender Weise vom Stand der Technik, dass die Ventilplatte frei beweglich ist und also mit jedem Tastimpuls vollständig an dem der erregten Spule zugeordneten Ventilsitz in Anlage gebracht wird. Da der Ventiikörper einerseits frei beweglich und andererseits membranartig, also mit vernachlässigbarer m@chanischer Trägbeit, ausgebildet ist, folgt der Ventilkörper jedem einzelnen Tastimpuls. Hierdurch erreicht man cine binäre Stuerung des Ventilkörpers. Der Durchfluss ergibt sich als Integralwert der Tastintervalle. Der Durchfluss ist derer Tastverhältnis proportional. Das Tastverhältnis der Impulsfolge leet das Verhältnis der Offenstellung des Ventils zu der Schliessstellung an einem Ventilsitz fest, so dass der Durchfluss durch entsprechende Änderung dr relativen Dauer der Offenstellung verän- dert werden kann. Dadurch, dass sich die Ventilplatte entsprechend der Impulsfrequenz und dem Tastverhältnis bewegt, führt dieselbe entsprechende Schwingungen aus, die zu dem gewänschten Ergebnis führen. Die Impulsfrequenz muss auf das Schwingungsverhalten des gasförmi- gen Mediums sowie auf das Schwingungsverhalten der Anschlussleitungen abgestimmt sein. Die Impulsfrequenz liegt normalerweise in einem Bereich bis zu 1 kHz, vorzugsweise zwischen 5C und lOC Hz. Das Tastverhältnis variiert entsprechend der Einstellung der Durchflussmenge zwischen 0 und 100 %. Der Durchfluss ist dem Tastverhältnis streng proportional, da die irei bewegliche, nahezu trägheitslose Ventilplatte den einzelnen Tastimpulsen verzögerungsfrei folgen kann. Eine besonders konzentrierte Ausbildung des Magnetkreises ergibt sich dadurch, dass der Elektrouagnet als Topfmagnet ausgebildet ist. Eine besonders günstige Anordnung der Anschlusskanäle ergibt sich dadurch, dass in die scheibenförmige Ventilkammer ein radialer An schlusskanal mündet und dass in der Kernachse der beiden Topfmagnete weitere Anschlusskanäle ausgebildet sind, wobei die Ventilplatte mit der Stirnöffnung jedes Anschlusskanals einen Ventilsitz bidet. Eine Ausbildung als Zweiwegeventil erreicht man dadurch, dass ein Anschlusskanal abgeschlossen ist. Wenn b@ide Anschlusskanäle benutzt werden, sind dieselben vorzugsweise Austrittskanäl@. an kann dann den Ausgangsdurchfluss der beiden Kanäle dadurch in einem bestimmten Verhältnis festlegen, dass die beiden Anschlusskanäle unterschiedlichen Querschnitt haben. Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen erläutert, in denen darstellen Fig. 1 eine erste Ausführungsform des Durchflusssteuerventils, Fig. 2 ein Impulsdiagramm für den Sprrzustand des Durchfluss stüutrvcntils, Fig. 3 ein Impulsdiagramm für dn Öffnungszustand -s DurchfluL sttuervtntils und Fig. k eine weitere Ausführungsform der Erfindung als Dreiweg@ ventil. Das Durchflusssteuerventil nach Fig. 1 ist ein Zweiwegeventil. Das Ventilgehäuse ist im wesentlichen zylindrisch ausgebildet und umfa3t zwti Gehäuseschalen 1 und 5. In der Achse der Gehauseschale 1 ist ein Anschlusskanal 2 ausgebildet, der vorzugsweise ein Austrittskanal ist. Der Anschlusskanal 2 mündet in tinc Ventilltaminer 3. An Stirn- ende des Anschlusskanals 2 ist ein Ventilsitz 4 vorgesehen. Die Gehäu- seschale 1 nimnt einen Topfmagneten 22 mit einer Spule 23 auf. Der ± schlusskanal 2 reicht durch die Achse des Topfmagneten 22. Die Gehäuseschale 5 nimmt ebenfalls einen Topfmagneten 6 mit einer Spule 7 auf. In der Achse des Topfmagneten s ist ein Anschluss- kanal 25 ausgebildet. Dieser Anschlusskanal ist jedoch durch die Gehäu- seschale 5 abgeschlossen. Die Ventilkammer 3 bildet einen Spalt zwischen den beiden Topfmagneten 22 und 6. In die Ventilkammer 3 mündet ein Anschlusskanal 11. Ausserdem nimmt die Ventilkammer 3 eine membranartige, frei bewegliche Ventilplatte 8 auf, die aus einem ferromagnetischen Werkstoff besteht und jeweils einen Anker für die beiden Topfmagnete 22 und 6 darstellt. Die Spulen 23 und 7 sind über Leitungen 12 und 9 an die Gegentaktausgänge eines Impulsgenerators 24 angeschlossen. Der Impulsgene rator 24 arbeitet mit einer festen Frequenz, die unter 1 kHz, vorzugs weise zwischen 50 und 100 Hz, liegt. Die Spulen 23 und 7 sind als wechselweise erregt, so dass während jeder Halbwelle des Impulsgenerators tinc Spule erregt ist und die Ventilplatte 8 an der Mündung 4 des zugeordneten Anschlusskanals 2 bzw. 25 anliegt. Fig. 2 zeigt die Wellenformen an den Gegentaktausgängen des Im pulsgenerators 24 für ein Tastverhältnis nahe 0 Z. Während der Impulsperiode T ersclieint ein Impuls mit einer Dauer tl sowie eine Impulspause mit einer Dauer t2. Es gilt die Bezichung t1 + t2 = T. Z.B. wird die Spule 22 mit dieser Impulsiolge beaufschlagt. Die Spule 7 wird denn mit der in der unteren Hälfte der Fig. 2 dargestellten Gcgentaktimpulsfolge beaufschlagt. Die V@ntilplatte wird jeweils im Takt der Impulsperiode T bewegt und liegt während der Impulsdauer tl an den Ventilsitz 4 des Anschlusskanals 2, während der Impulspause t2 an dem Ventilsitz des Anschluss- kanals .25 an. Da der Anschlusskanal 25 abgesperrt ist, ist derselbe fir die Funktion des Ventils in dieser Ausführungsform unwesentlich. Wenn die Impulsdauer t1 im Vergleich zur Impulspause t2 klein i±t, wenn also tl/t2 wesentlich kleiner als 1 ist, sc ist die relative Öffnungsdauer fir das Ventil nur klein. D@mentsprechend ist der Durchfluss klein. Dieses ist in Fig. 2 darg±stellt. Fig. 3 zeigt den entgegengesetzten Extremfall, bei dem die Impulsdauer tl im Verhältnis zur Impulspause t2 gross ist. In diesem Fall geht das Tastverhältnis gegen 100 %. Das Ventil hat einen maxima- len Durchfluss. nan trkennt aus den Fig. 2 und 3 ohne weiteres, dass durch Einstellung des Tastverhältnisses des Impulsgenerators 13 jeder Durchfluss zwischen dem Durchfluss 0 und dem maximalen Durchfluss von 100 % eingestellt werden kann. Die Einstellung ist auch ausserordentlich stabil, da die relative Öffnungszeit des Ventils gesteuert wird. Selbstverständlich kann das Ventil auch ohne weiteres in einen Regelkreis eingebaut werden. Fig. 4 zeigt eine Auführungsform der Erfindung als Dreiwegeven- til. Auch der Arischlusskanal 25 in der Kernachse des Topfmagneter 3 ist nach aussen gefilbrt und mit einer Anschlussleitung verbunden. Die Anschlusskanäle 2 und 25 dienen in diesem Fall zweckmässigerweise als Austrittskanäle, während der Anschlusskanal 11 als Eintrittkanal dient. Die Durchflüsse durch die Austrittskanäle 2 und 5 werden wechsel weis@ entsprechend dem Tastverhältnis gesteuert. Bei eiiicm Tastverhältnis von 50 2 sind offenbar dit Durchflüsse in beiden Austrittskanälen gleich, vorausgesetzt, dass beide Austrittskanäle einen gleichen Durch@esser haben. Durch verschiedene Durchmesser der Austrittskanäle 2 und 25 kann man beliebige Maximaldurchflüsse für beide Austrittskanäle einstellen.

Claims: Elektromagnetisch betätigtes Durchflusssteuerventil Patentanspruch 1. Elektromagnetisch durch Änderung des Tastverhältnisses betätigtes Durchflusssteuerventil für gasförmige Nedien, mit einer Ventil hammer, mit mindestens einem Austrittskanal, mit einem Ventilsitz an der Mündung jedes Austrittskanals und mit einem als Anker wirkenden Ventilkörper innerhalb der Ventilkammer, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper als membranartige, freibewegliche, ferromagnetische Ventilplatte (8) ausgebildet ist, dass die Ventilplatte (8) in einem als Ventilkammer (3) dienenden Spalt zwischen den Kernen von zwei Elektromagneten (6, 22) angeordnet ist und dass die Spulen (7, 23) der Elektromagnete (6, 22) an Gegentaktausgänge eines Impulsgenerators (13) mit einstellbarem Tastverhältnis angeschlossen sind. 2. Durchflusssteuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromagnete als Topfmagnete (6, 22) ausgebildet sind. 3. Durchflusssteuerventil nach Anspruch 2, dadurch gekernzeich- net, dass in die scheibenförmige Ventilkammer (3) ein radialer Anschlusskanal (11) mündet und dass in der Kernachse beider Topfuagnete (6, 22) weitere Anschlusskanäle (2, 25) ausgebildet sind, wobei die Ventilplatte (8) mit der Stirnöffnung jedes Anschlusskanals einen Ventilsitz bildet. 4. Durchflussstùerventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich- net, dass ein Anschlusskanal (2 oder 25) abgeschlossen ist. 5. Durchflussstcuerventil nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Anschlusskanäle (2, 25) unterschiedlichen Querschnitt haben.

Inventors: BLAUHUT, REINHOLD, BRANDNER, BURKHARD, STUBS, ALBERT, Stübs, Albert
Applicants: ATLAS FAHRZEUGTECHNIK GMBH
Application year: 1984
Main classification: F16K31
IPC codes: F16K31