DE3122120A1

DE3122120A1 - Wegsteller

Info

Publication number: DE3122120A1
Application number: DE19813122120
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Ing. 4060 Viersen Baumgartner; Georg 4053 Jüchen Nobis; Eckehard 4150 Krefeld Schmitz; Wolfgang 4330 Mülheim Sommerey; Manfred 4000 Düsseldorf Stucke
Original assignee: Pierburg GmbH
Current assignee: Pierburg GmbH
Priority date: 1981-06-04
Filing date: 1981-06-04
Publication date: 1983-01-05
Also published as: JPS58601A; FR2507257B1; IT8248580A0; IT1148952B; GB2101215A; DE3122120C2; FR2507257A1; GB2101215B

Description

- 8 Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Wegsteiler mit einer Membrandose, deren Innenraum durch eine mit einer unter Federvorspanirong stehenden Membranstange verbundene, bewegliche Membran in einen belüfteten Membranraum und einen mit variablem Steuerdruck zu beaufschlagenden Steuerdruckraum unterteilt ist, und mit zwei ah den Steuerdruckraum strömungsmäBig angeschlossenen elektromagnetischen Ventilen zum wahlweisen Belüften und/oder Erzeugen eines der Feder- . vorspannung der Membran entgegenwirkenden Steuerdrucks im Steuerdruckraum.

Bekannte Wegsteller der im Oberbegriff genannten Art sind über externe Zweiwege-Magnetventile mit entsprechenden Druckquellen verbindbar und ermöglichen eine weitgehend beliebige Steuerung des Steuerdrucks im Steuerdruckraum. Derartige Wegsteller werden beispielsweise im Kraftfahrzeugwesen für eine Leerlauf-Drehzahlregelung über eine Drosselklappenbetätigung eingesetzt. Für viele Anwendungsfälle haben jedoch solche Wegsteller unzumutbare zeitliche Verzögerungen infolge zu großer Leitungslängen zwischen den Ventilen sowie der Membrandose, ferner zu kleine Stellgeschwindigkeiten und ein zu geringes dynamisches Auflösungsvermögen. Für genaue Steuerungs- sowie Regelungsaufgaben sind schnell, genau und auch auf geringste Druckänderungen ansprechende Wegsteller erforderlich.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Wegsteller der im Oberbegriff genannten Art mit möglichst einfachen Maßnahmen so auszubilden, daß er schneller anspricht, keine

maßgeblichen Leitungsverluste hat und eine größere dynamische Auflösung ermöglicht.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe zeichnet sich ©ist W©gst©ll©r im Oberbegriff genannten Art erfindungsgemäß dadurch ©ös_? daß dl© beiden Ventile im Inneren der M@mbrandose angeordnet sind; eingangssaitig mit je einem StrömungsanschluS des" Mganbrandos© verbea- äen sind sowie ausgangs se it ig direkt In den Steuerdruokraum münä@n_e daß die beiden Ventile sowie der St@u@rdruckraum mit Jsleinstxnögliehern' Totvolumen ausgebildet sind und daß die Führung der stange einen möglichst kleinen Unterschied zwischen ä®s Haft= der Gleitreibung aufweist. Bin solcher RegsteHer kam mit ©iaern ausgesprochen schnellen Ansprechverhalten ausgebildet werden, da Verbindungsleitungen zwischen der Membrandose sowie den Ventilen entfallen und durch die körperlich® Integration eine enge Bauform mit geringsten Leerräumen erzielbar 1st. Dadurch lassen sich seitlicha Ansprechverzögerungen weitgehend vermeiden. Dieses führt in Verbindung mit dem die Membranetanganführung betreffenden weiterem Merkmal dazu? da£ ein ausgesprochen günstiges dynamisches Auflösungsvermögen erhalten wird. Bereits sehr kurzzeitige» kleinst®

- bzw. Drucksignale führen zu praktisch sofort eiasetkleinen Auelenkungen des Wegstellers. Außerdem lassen ml@h durch dl© kompakte Bauform große Stellgeachwindlgkeiten erzielen» Dies© Vorteile ermöglichen es, daß der erfindungsgemäße Wegstellar auch bai komplizierten Steuerungs- sowie Regelungsaufgaben eingesefcst wurden kann, die bisher durch bekannt© Wegs&eller infolge ihrer Trägheit, ihrer üngenauigkeit wkä ihres hysteresebedingt@n, kleinstmöglichen Hubschrittes nicht gelöst werden konnten.

- 10 -

- 10 -

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine Membranstangen-Führung auf Polytetrafluoräthylen-Basis benutzt, beispielsweise eine mit Polytetrafluoräthylen beschichteten oder aus mit Polytetrafluoräthylen gefüllten Sintermaterial bestehende Führungsbuchse. Es hat sich gezeigt, daß eine solche Membranstangen-Führung infolge ihrer geringen Haft-/61eitreibungsunterschiede eine besonder· kleine Hysterese hat und somit extrem kleine.Hubschritte des Wegstellers ermöglicht. Grundsätzlich sind jedoch außer Polytetrafluoräthylen auch andere geeignete Gleitmittel verwendbar.

In weiterer Ausgestaltung ist es bevorzugt, als Klappankerventile ausgebildete Ventile zu verwenden. Diese haben gegenüber Hubankerventilen den Vorteil einer geringeren Massenträgheit, was zu einem verbesserten Ansprechverhalten führt. Vorzugsweise handelt es sich dabei um Ventile mit je einer elektromagnetischen Spule, der ein innerer Kern sowie ein äußerer Rückschlußbügel zugeordnet ist, und mit einem unter Federvorspannung stehenden, ein bewegliches Ventilverschlußglied das zugehörigen Ventils tragenden und einen Teil des magnetischen Rückschlusses bildenden Klappanker an einer Stirnseite der Spule.. Da der Klappanker einerseits den magnetischen Fluß leitet- und andererseits das Ventilverschlußglied trägt, also nicht über ein Gestänge hierauf einwirkt, ergibt sich eine sehr kompakte sowie robuste Bauform, die schnell anspricht und kaum zu Schwingungen neigt*

In weiterer Ausgestaltung ist es bevorzugt, einen an seinem einen Ende unter schwingungsstabil federnder Anlage am Rückschlußbügel schwenkbar gelagerten Klappanker, der an seinem anderen Ende das

- 11 -

©ine» stationären Ventilsitz zugeordnet® VentilversehlwB-Glied trägt sowie von einer Ventilfeder sehwingungsstafoil In Vcmt.ilsehlleßrichtung vorgespannt ist, und Mittel zum B®ejx®n%®n ©Ia®s Miniiaalabstandes zwischen einander zugekehrten ferromagnetische Bereichen des Klappankers und des Kerns vorzusehen. Durch die federnde Anlage des Klappankers am RücksehluBbüg©! wird ©in guter magnetischer Obergang auch unter Berücksichtigung der im B©triefe auftretenden Schwingungen erzielt. Oa die Ventilfeder in VentilsohlieSrichtung vorspanntο ist im stromlosen Zustand ein Sehli©ss@si der Ventile gewährleistet. Demnach kann der augsnfolisklish. vorliegende Signalzustand bei Stromausfall aufrecht erhalten werden« äa, dann der gesarate Steuerdruckraum nach araSen vollständig abgedichtet wird. Zum Begrenzen des Minimalabstandes zwischen ά®η erwähnten ferxomagnetischen Bereichen lassen sich verschiedenartig© Mittel verwenden, beispielsweise im gegenseitigen Berührung©» bereich befindliche Noppen oder Überzüge am Klappanker und/oder Kern wie auch auSerhalb angeordnete Bewegungsanschläge. Diese Mittal sorgen dafür, daß zwischen den einander zugekehrten ferromagaetisshen Bereichen stets ein definierter minimaler Spalt verbleibt, 'wQd.ur/Oh das Auftreten eines Eystereeeverhalten@ vermieden w@s für eine exak&e Steuerung bzw. Regelung erforderlich ist₍

Die Ausbildung des Wegstellers iist sweckmäSigerweise:ferner dergestalt ^ da@ der Klappanker im Bereich zwischen dem RückschluSbug©! sowie ü@m Kern mit ©toarn ausreichend großen MagnetfluSquerschnitt m&ü in seinem daran angrenzenden Bereich bis sum Ventilverschluss-

glied bsw. aur Ventilfeder mit einer für di© Kraftübertragung auasgroßen Festigkeit auegebildet ist. Hierdurch läßt sich

- 12 -

- 12 -

eine Massenreduzierung erzielen, da nur der vom Magnetfluß erfaßte Bereich hierfür ausreichend bemessen sein muß, während die Ausbildung des übrigen Bereiches nur an der erforderlichen mechanischen Festigkeit auszurichten ist. Eine solche Massenreduzierung des Klappankers, also eines bewegten Teils, führt zu kleineren Steuerleistungen und einem schnelleren Ansprechverhalten.

In weiterer Ausgestaltung ist ein dem Rückschlußbügel diametral gegenüberliegender Bügel mit einem Widerlager für die zum Ventilverschlußglied konzentrische und als Druckfeder ausgebildete Ventilfeder vorhanden. Gegebenenfalls kann dieser diametral gegenüberliegende Bügel einen zusätzlichen magnetischen Rückschluß bilden. Demnach sorgt der gegenüberliegende Bügel für eine Abstützung der Ventilfeder, die somit ein Teil der Ventilanordnung ist und von dieser getragen wird. Die zum Ventilverschlußglied konzentrische Anordnung der Ventilfeder ermöglicht eine besonders baugünstige kompakte Bauform. Eine Mehrfachausnutzung des Bügele liegt dann vor, wenn dieser außerdem einen zusätzlichen magnetischen Rückschluß für das Magnetventil bildet. In diesem Fall kann der Magnetflußquerschnitt des eigentlichen Rückschlußbügels etwas kleiner bemessen werden.

Eine besondere günstige bevorzugte Aueführungsform ergibt sich durch in der Membrandose ausgebildete, für die elektromagnetischen Ventile bestimmte Aufnahmetaschen mit je einem äußeren Strömungsanschluß, ferner mit je einem einen Ventilsitz bildenden Strömungsdurchgang zu dem Steuerdruckraum und mit einem dichtan Verschlußdeckel. Diese Aufnahmetaschen lassen sich sehr einfach in der Membrandose ausbilden und ermöglichen eine geschützte, herrae-

- 13 - '

tisch abgedichtete Aufnahme der einzelnen Ventil®. Durch dia Anordnung und Größe der Aufnahmetaschen lassen ©ich dia soweit wie möglich verkleinern,

Ea ist zweckmäßig, geeignete Halter vorzusehen, di© dl© @l@kteo= magnetischen Ventile schwingungsstabil in den AufnahxaotasKhen fi= Klaren. Dadurch läßt sich ein einwandfreier Betrieb des Wegstellerg auch dann gewährleisten, wenn dieser betriebsbedingten Schwingungen unterworfen ist» Vorzugsweise kann dabei j®d©r Halter als sieh in der Aufnahmetasche elastisch v©rkrall©nd©s, federnäss Spreizelement ausgebildet sein. Dieses Spreizelement _β das beispielsweise in Form einer Sperrscheibe ausgebildet sein kann _β läSfe sich leicht sowie schnell einsetzen und wieder herausnehmen. In diesem Zusammenhang ist es zum Fixieren der elektromagnetischen Ventil© besonders bevorzugt, einen an dem zum Klappanker emtgesgoagesefessten Ende des Kerns vorstehenden Rändelkopf vorzusehen _? auf den der Rückschlußbügel sowie der hiermit zusammenhängend ausgebildete gegenüberliegende Bügel einerseits und das federnd® Spreizelement andererseits aufgepreßt sind. Der Rändelkopf ermöglicht dabei eine Fixierung der daran festzulegenden Teile in dem jeweils erwünschten Bereich, indem die Teile mehr oder weniger weit auf ä@n Rändelkopf aufgepreßt werden. Dadurch ist eine Justieriaag ä®x Einzelteile des Ventils untereinander und der Lage des Ventils in jeweiligen Aufnahmetasche gewährleistet.

lsi weiterer Ausgestaltung ist ein in die Mesibrandose integrierter mit der Membran mechanisch gekoppelter elektromechanisch«^ Stellungsmelder vorgesehen. Wenngleich eino Stallungsrückmaidung auch srfolgsn könnte, beispielsweise durch Erfassen der jeweili

- 14 -

* ^— - W -w „ VW«

gen Stellung der Membranstange, let die genannte integrierte Bauform aus Platzgründen und im Hinblick auf eine besonders robuste sowie betriebssichere Gestaltung vorteilhaft. Dabei kann ein als Spannungsteiler ausgebildeter Stellungsmelder mit einem in. Membranbewegungsrichtung geführten Schleiferblock vorgesehen sein, von dem eine elastische Kontaktfeder an einer elektrisch versorgten Widerstandsbahn schleift und dessen Stößel mittels einer relativ weichen Feder schwingungsstabil in Anlagekontakt an der Membran gehalten wird. Es erfolgt somit ein ständiges Abtasten der Stellung der Membran und damit der Membranstange im Inneren der Membrandose. Die jeweilige Stellung wird als Spannungegröße mittels der Kontaktfeder reibungsarm von der Widerstandsbahn abgenommen. Vorzugsweise erfolgt dieses mittels eines Sohleiferblocks. mit·,.zwoi untereinander elektrisch verbundenen Kontaktfedern, von denen eine auf der Widerstandsbahn und die andere auf einer elektrisch leitenden Kollektorbahn schleifen. Somit erfolgt die Rückmeldung, der jeweiligen Spannungs- bzw. Widerstandsgröße ebenfalls reibungsarm mittels der jeweiligen Kontaktfeder über die Kollektorbahn, so daß empfindliche bewegte Drahtverbindungen vermieden werden« Damit der Schleiferblock mit seinen Kontaktfedern ständig einen einwandfreien elektrischen Kontakt gewährleistet, wird vorzugsweise eine drehsichernde Prismenführung für den Schleiferblock am Membrandosengehäuse vorgesehen.

Wie auch im Zusammenhang mit den elektromagnetischen Ventilen ist es zweckmäßig, den Stellungsmelder in einer nach außen abgedichteten zentralen Aufnahmetasche der Membrandose anzuordnen. Auf diese Weise läßt sich der Stellungsmelder in einer sehr einfachen Weise in die Membrandose integrieren und in dieser vor äußeren Einflüs-

- 15 -

sen schützen, was im Hinblick auf einen sicheren und genauen Betrieb äußerst wichtig ist/ da auch sehr kleine Hubschritte einwandfrei erfaßt werden müssen.

Für einen sicheren Betrieb des Stellungsmelders und damit des g©- saraten Wegstellers iat es auch wichtig, eine Stöflel-Führtsng mit einem möglichst kleinen Unterschied zwischen der Haft- md ämr Gleitreibung vorzusehen. Der Stößel des Stellungsmelders soll dar ■Membran bereits bei kleinsten - Auslenkungen sicher folgen« Eine-go- ©ignete StöBel-Führung ist eine solche auf PolytetrafIworäthylen- ■ Basis«, und es kann in diesem Zusammenhang"©ine Stö3@l-Fütaungs~ buchse mit in deren poröse Oberfläche eingelagertem Polytetrafluoräthylen-Gleitmittel vorteilhaft verwendet werden.

©inan guten Betrieb des Wegstellers let es auch zweckmäßig? ein© unter Abstand von der StöSel-Führung angeordnete Strömungs-

verbindung, zwischen der zentralen Äufnahmetasche und dem Steuerdruckrauni auszubilden. Anderenfalls könnt© über eine undicht© StSSel-Führung ein zeitlich verzögerter Ströznungsaustausch zwischen dem Steuerdruckraum und der zentralen Aufnahmetasche erfolworaus sich ein fehlerhaftes Betriebeverhalten bezüglich der und die Gefahr ergäben» daß Staubteilchen in und den undichten Bereich zwischen der StöSel-Führung sowie dem SfetMei gelangen. Di© bewußt ausgebildete Strömungsverbindung i?@rdagegen eiaen derartigen zeitlich verzögerten strömunqs- und dia damit verbundenen betrieblichen Nachteil©.

Boi einer. &ms£ührungsvariante werden im stromlosen Zustand g©~ 3&hl&3B®ne elektromagnetische Ventil® benutzt. Diese ermöglichen

- 16 -

in der bereits geschilderten Weise eine Signalhaltung bei Stromausfall. Demnach wird die Membranstange bei Stromausfall zumindest über eine gewisse Zeit in der Stellung gehalten, die vor Eintritt des Stromausfalls vorlag. Stattdessen ist es jedoch auch möglich, ein im stromlosen Zustand geschlossenes und ein im stromlosen Zustand offenes elektromagnetisches Ventil vorzusehen. Beispielsweise kann dabei der Steuerdruckraum im stromlosen Zustand belüftet werden, um hierdurch die Membranstange aus einem Wirkungeeingriff herauszunehmen. Je nach Anwendungsfall kann sich die eine oder andere Ausführungsvariante als zweckmäßig erweisen.

Bei verschiedenen Anwendungefällen kann es vorteilhaft sein, eine äußere Abdichtung der Membranstangen-Führung vorzusehen, wie einen Dichtbalg oder eine Filz-Gleitdichtung. Diese Abdichtung, die reibungsarm sein muß, soll Verunreinigungen, wie Schmutz- und Staubteilchen, von der Membranstangen-Führung abhalten, damit deren Gleiteigenschaften nicht gestört werden, da anderenfalls während des Betriebes eine Verschlechterung der kleinstmöglichen Hubschritte und damit der dynamischen Auflösung auftreten würde.

Bezüglich der Bauform des Wegetellers ist es bevorzugt, eine Membrandose mit einem Gehäuseoberteil und einem hieran festlegbaren Gehäuseunterteil zu verwenden, zwischen denen der äußere Rand der Membran eingespannt ist, wobei das Gehäuseoberteil alle Aufnahmetaschen, Strömungsanschlüsse sowie elektrischen Anschlüsse und das Gehäuseunterteil die Membranstangen-Führung tragen. Hierdurch ergibt sich ein einfacher, Übersichtlicher, leicht herstellbarer und einfach zu montierender bzw. auseinanderzunehmender Aufbau. Im Hinblick auf eine einfache HerstellbarkeIt und Montage können

- 17 -

- 17 -

©in G@häu»®oberteil aus Kunststoff und ©la hieran draceh fosfeleglsares Gehäuseunterteil aus Metall v®rw©nd©fe werden. Das Kunststoff-Gehäuseoberteil kann in sehr einfacher Waise weis© dwreh Spritzguß, mit den notwendigem Äufn©ta©tas bildet werden, ohne daß irgendwelche Gewichtsprobleis© ©atst©h©a

Eine besondere praktische Bauform besitzt eine seaferaio tasche für den Stellungsmelder sowie swei sich hieran diametral anschließende Aufnahmetasten für die @lektromagn@tisoh@n Veatile mit etwa in zueinander entgegengesetzten Querrichtungen Strörarasgsanschlüssan, ferner einen gemeinsamen, dl® drei tasshen untereinander und nach außen abdlehtefedon VersohluSd@ck@l an ä®m zur Mexnbranstange entgegengesetzten Ende und ein© elektrisch© Steckerlsiste für die elektromagnetischen Ventile und den gtellmjgsmQlder an einer Seite des Gehäuseoberteils. Diese Bauf©am ist besonders raumsparend, übersichtlich und gut zu handhaben. Di© einzelnen Aufnahraetaschen sind von der Stirnseite aus leicht zugänglich, wss entsprechend auch für die hiervon sowie untereinander getrennten Strömungsanschlüsse sowie elektrischen Anschlüsse gute Der die Handhabung vereinfachende gemeinsame Verschlußd©ck@l für die Aufnahmetaschen besteht vorzugsweise aus Kunststoff und kmm durch ültraschallschweißung oder Klebung mit dem Gehäus&ob©?- teil verbunden werden. Ex muß eine einwandfreie Dichtigkeit sicher-

, -damit di@ eing@ln©& &u£nahme>tasehen untereinander und auSan abgedichtet werden.

line praktische Ausföteungsförm zeichnet ©ich durch ein® dia M@m- hzsm iss Sinn© einor Vergrößerung des steuerdruokrauma vorsparmemöo

und durch Strömisangeansafelüs©® sum Belüft©n wxä/

oder zur Unterdruckbeaufschlagung des Steuerdruckrauras aus. Grundsätzlich könnte die Membranfeder auch im Inneren der Membrandose angeordnet sein, was jedoch den.Nachteil hätte, daß dann zu große Toträume mit dem Ergebnis einer verringerten Ansprechgeschwindigkeit entstehen würden. Das Belüften einerseits und das Unterdruckbeaufschlagen andererseits haben gegenüber der Anwendung anderer Druckniveaus den Vorteil, daS bei sehr vielen Anwendungsfällen bereits vorhandene Druckquellen, wie der Umgebungsdruck und der Unterdruck einer Saugleitung, ausgenutzt werden können. Insbesondere im Kraftfahrzeugwesen ist die genannte Maßnahme besonders vorteilhaft.

Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante ist einiaidie Membrandose integrierter und mit dem Stellungsmelder sowie den elektromagnetischen Ventilen elektrisch verbundener Lageregler mit aus dem Wegsteller nach außen geführten Steuerleitungen vorgesehen. Diese Bauform mit integriertem Lageregler ist besonders vorteilhaft, da äußere elektrische Verbindungen entfallen können und außer Versorgungsleitungen nur Steuerleitungen zum Zuführen von Sollgrößen erforderlich sind. Bin derartiger Wegsteller ist vielseitig einsetζ-bar und wegen der Integration der diversen Teile ausgesprochen robust und betriebssicher.

Der erfindungegemäß· Wegsteller ist vielseitig einsetzbar und kann pneumatisch oder hydraulisch betrieben werden. Eine besonders bevorzugte Verwendung eines pneumatisch arbeitenden Wegstellers der genannten Art ist eine solche zur Betätigung eines Drosselorgans oder Bypassventils an Vergasern oder Einspritzanlagen in Abhängigkeit von elektrischen Steuersignalen. Dabei kann der Wegsteller

- 19 -

beispielsweise sur Realisierung ©ines elektroaisehsa «nd/©dar aur Leer lauf drehzahl "-Regelung benutzt werden· Er ermöglicht auch bei robustem, .schwingungsbeaafsehlagtom Einsats ©In© betriebssichere Punktion mit schnellem Anspreehverhaltesa land großem dynamischen Auflösungsvermögen.

W@it©re Einzelheiten und Vorteil® der Erfindmag ergfsbsa ©iefe aus der nachfolgenden Beschreibung eines seichnsriscsh dai?g©steilt©a Äu@führungsbeispiels. Ee zeigen:

Figiar 1 - ©inen Wegsteller nach d©r v®rli©g©ndaa Erfindraag in einem .sehematischen Längsssshaitt, antes anäaresm Ifirngs der Linie I-Z aus Figur 3,

Figte·2 - ein elektromagnetisches Ventil des -Wegstellers aos Figur 1 in einem Schnitt längs der Linie XI-XI aus Figur und

Figwr 3 - einen Stellungsmelder de® Wegetellers aus Fifmr 1 in einem Schnitt längs der Linie ZII-IZI aus Figur 1.

£>©r In Figur 1 dargestellte Wegsteller besitzt eine Membrandoae mit ©inem aus Kunststoff bestehenden Gehäuseoberteil 10 υηά a±a©aa aus Mstall bestehenden Gehäuseunterteil 12. Das letztere ist mitteis ®lüBS QmbÖrdelung 14 an d@m 6@häus@obert®il 10 festgelegt» 2m gegenseitigen V@rbindungsberel@h des Gehäuseob@rt@ils. 10 «nd des-isoMiaseunterteile 12 ist wischen diesen- der SuBer© Rand 16 eingespaimt_f di® den Iimenraum d©r M©i?brandos© in aiss© Belüftung B ständig belüfteten BSsrabranraum M «nä ©ia®n variablem Steuerdruck zn beaufsohlagei&den

- 20 -

Die Membran 16 ist bis auf ihren äußeren Umfangsbereich mit einem stabilisierenden Membrantopf 18 und einer zentralen Membranstange 20 verbunden. Die letztere ist durch eine hülsenförmige Membranstangenführung 22, die von einem an der Membrandöse festgelegten Führungshalter 24 gehalten wird, naoh außen geführt. Die Membranetangenführung 22 ist dergestalt/ daß ein geringer Unterschied zwischen der Haft- und der Gleitreibung auftritt, wozu beispielsweise eine Membranstangenführung 22 auf Polytetrafluoräthylen-Basis benutzt wird. Ein« die Membranstange 20 umgebende äußere Merabranfeder 26 ist zwischen dem Gehäuseunterteil 12 und einem nicht näher bezeichneten, an der Membranstange 20 befestigten Anlageteller eingespannt. Die Membranfeder 26 spannt die Membran 16 und die damit verbundene Membranstange 20 in der in Figur 1 dargestellten Richtung vor, so daß im Belüftungszustand des Steuerdruckraums S ein an der Membran 16 festgelegter Teller 28 am Gehäuseunterteil 12 zur Anlage kommt. Diese Stellung entspricht einem definierten Ruhezustand, der über allgemein mit 30 bezeichnete Anschlußteile der Membranstange 20 auf ein anzutreibendes Glied, wie eine Drosselklappe oder dergleichen, übertragen werden kann, wenn die Membrandose über äußere Anschlußbolzen 32 des Gehäuseunterteils 12 in geeigneter Weise angeschlossen ist.

Wie es aus Figur 1 ersichtlich ist, befinden sich zwei elektromagnetische Ventil· 34, 36 in Aufnahmetaschen 38, 40, die außermittig nebeneinanderliegend in dem Gehäuseoberteil 10 ausgebildet sind. Zwei in diametrale Querrichtungen weisende Strömungsanschlüsse 42, 44 sind mit den Aufnahmetaschen 38, 40 verbunden.

- 21 -

Ein santraler Stellungsmelder 46 sitzt in einer sentx&len Aufnahmetasehe 48, die sich zwischen den bereits erwähnten Äufnahmetasehen 38, 40 befindet. Die Zugänge aller Aufnahmetasehen 33, 40, 4B befinden sich an dem zur Membranstange 20 entgegengesetzten Ende der Membrandose und sind durch ©inen gemeinsamen Verschlußä©ctel 50 untereinander sowie nach außen hermetisch abdiehtbaro Dieser Verschlußdeckal 50 kann ebenfalls aus Kunststoff bestehen und durch UltraschallschweiSung oder Klebung an'dem G@häuseob.erteil 10 festlegbar sein.

Stellungsmelder 46 in der zentralen Aufnahmetasch© 48 ©in aus dieser in den Steuerdruckraum S ragender Stößel 52 und eine diesen in Anlagekontakt mit der Membran 16 bzw. ©inem hiervon getragenen Teil drückende Feder 54, was im Zusammenhang mit Figur 3 noch näher erläutert wird.

es aus den Figuren 1 und 2 ersichtlich ist; besitzt jedes elektromagnetische Ventil 34 bzw. 36 eine auf einem nicht be-

Spulenkörper angeordnete elektrische Spule 56 mit Kern 58. Dieser steht an einem Ende mit einem nicht he-

Kernpolstück und am anderen Ende mit einem Rändelkopf dem Spulenkörper vor. Ein bandförmiger RückschluSbügei 62_f ä®x im vorliegenden Fall mit einem entsprechend bandförmigen_; dia m,mtxal&n Bügel 64 verbunden ist/ ist auf den Rändelkopf 60 aufgepreßt und umgibt die Spul® 56 bis zu deren zum Rändelkopf SO entgegosgasetzten Stirnseite. Außerdem ist auf den Rändelkopf 60 ein federad®s bandförmiges Spreizelement 66 aufgepreßt, das das sug©-

sichtlich ist. Demnach kann das elektromagnetische Ventil so weit in die Aufnahmetasche eingedrückt werden, bis Distanznoppen O am Boden der Aufnahmetaste zur Anlage kommen. Das Spreizelement 66 verhindert dann ein ungewolltes Verrutschen des Ventils in der Aufnahmetasche, und zwar auch unterllBerücksichtigung der im Betrieb auftretenden Schwingungen.

über die da« erwähnte Kernpolstück aufweisende Stirnseite der Spule 56 erstreckt eich ein leistenförmiger Klappanker 68, der an seinem einen Ende mittels einer federnden Schwenklagerstelle 70 gegen das Ende des Rückschlußbügels 62 gedrückt wird. Der Anpreßdruck ist ausreichend groß, so daß auch unter Berücksichtigung von Betriebsschwingungen eine ständige Anlage des Klappankers 68 am Rückschlußbügel 62 und damit ein ausreichender Magnetflußquerschnitt gewährleistet sind. Zwischen den ferromagnetischen Teilen des Kernpolstüoks am Kern 58 und des Klappankers 68 befindet sich ein Spalt 72, der entsprechend der Klappankerstellmgzwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert veränderbar ist. Der Minimalwert stellt sicher, daß kein ausgesprochenes Hystereseverhalten auftritt und demnach der Unterschied zwischen der Anzug- und Abfallerregung möglichst klein wird. Dieser minimale Spalt 72 wird beispielsweise mittels Noppen oder Überzüge am Ankerpolstück bzw. am Klappanker erzielt. Grundsätzlich können für diesen Zweck auch externe Bewegungsbegrenzungsanschläge vorgesehen werden.

Der Klappanker 68 hat eine über das Ankerpolstück bzw. den Spalt 72 hinausgehende Klappankerverlängerung 74, die an ihrem Ende ein Ventilverschlußglied 76 trägt. Dieses ist einem stationären, einen Strömungsdurchgang zum Steuerdruckraum S umgebenden Ventilsitz 78

- 23 -

- 23 -

am Boden der zugehörigen Aufnahm@tasch@ zugeordnet. Eise tilverschluBglied 76 konzentrische Ventilfeder 80 ist awisch©n einem Widerlager 80 des Bügels 64 und der Rücksaite der Klappanker Verlängerung 74 eingespannt, um des Ventilv@rschlußgli@d 7S i stromlosen Zustand der Spule 56 abdichtend auf den Ventilsits 78 zu drücken. Bine Nase 84 des Bügels 64 sorgt für ein® sentriorcsa Halterung der Ventilfeder 80. Wenn die Spule 56 von Strom durchflossen wird, wird der Klappanker 68 gegen die Wirkung der feder 80 magnetisch angezogen, wobei der Spalt 72 verkleinert, der Strömungsdurohgang im Bereich des Ventilsitzes 78 freigegeben werden» Somit kann der Steuerdruck im Steuerdruckraum S durch ©n£~ sprechendes Betätigen der elektromagnetischen Ventile 34 bzw. 36 bedarfsabhängig verändert werden.

GemäS Figur 3 besitzt der Stellungsmelder 46 einen verschiebbaren Schleiferbloek 86, der mittels einer Prismenführung 88 in Längsrichtung des Stößels 52 bzw. der Membranstange 20 geführt und an einem Verdrehen gehindert ist. Der Schleiferblock 86 trägt zwei miteinander elektrisch verbundene Kontaktfedern 90 und 92. Dia Kontaktfeder 90 schleift auf einer in Bewegungslängsrichtung des Wegst@llers verlaufenden Widerstandsbahn 94, deren beide Enden in siahfe näher dargestellter Weise an eine ebenfalls nicht dargestellte äul©re Spannungsquelle angeschlossen sind. Ss 1st lediglich im Znssms&nhang mit dam linen Ende der Widerstandsbahn 94 dargestallt _t dal äiese über ein© elektrische Verbindung 98 an einen steckerförsnlgen elektrischen Anschluß 100 einer Steckerleiste 102 angssehios* 8®n sein kann, die sich an einer Seite des Gehäuseoberteils 10 befindete Das andere Ende und die übrigen elektrischen Anschlüsse

- 24 -

des Wegstellers sind in entsprechender Weise als Bestandteile der Steckerleiste 102 ausgebildet. Dieses gilt auch für den elektrischen Anschluß einer ebenfalls in Längsrichtung des Wegstellers, verlaufenden Kollektorbahn 96, auf der die andere Kontaktfeder 92 des Schleiferblocks 86 schleift. Somit kann die Stellung des Schleiferblocks 86, die mittels des Stößels 52 und der Feder 54 stets der Stellung der Membran 16 bzw. der Membranstange 20 entspricht, als elektrisches Spannungs- bzw. Widerstandssignal von der Widerstandsbahn 94 abgenommen und über die leitende Kollektorbahn 96 sowie die Steckerleiste 102 nach außen geführt werden.

Der Stößel 52 des Stellungsmelders 46 ragt durch eine hülsenförmige Stößel-Führung 104 in den Steuerdruckraum S. Diese Stößel-Führung 104 hat ebenfalls vorzugsweise einen möglichst kleinen Unterschied zwischen der Haft- und der Gleitreibung, damit eine exakte Stellungsmeldung erfolgen kann. Auch in diesem Zusammenhang eignet sich eine Führungshülse auf Polytetrafluoräthylen-Basis. Unter Abstand von der Stößel-Führung 104 sollte eine Strömungsverbindung 106 zwischen der Aufnähmetasche 48 und dem Steuerdruckraum S vorgesehen sein, damit kein zeitlich verzögerter Strömungsaustauach zwischen diesen Kammern stattfinden kann. Anderenfalls würde ein solcher Strömungsaustausch die Bewegung der Membran 16 beeinflussen und überdies dazu führen, daß Staubteilchen durch undichte Bereiche der Stößel-Führung 104 gelangen und deren Gleiteigenschaften beeinträchtigen. Die Feder 54 sollte einerseits so schwach sein, daß sie die druckbedingte Stellung der Membran 16 nicht beeinflußt, und andererseits so stark sein, daß auch unter Berücksichtigung der im Betrieb auftretenden Schwingungen eins ständig·

Anlage des Stößels 52 an der Membran 16 gewährleistet ist.

- 25 -

- 25 -

Bei S@r vorliegenden Ausführungsform kann die Stecker!©ist® 102 sieben, elektrische Anschlüsse 100 aufweisen, raSaalich jeweils -Anschlüsse für die elektromagnetischen Ventile 34 _B 3β «ad &s®± "äsv-Schlüsse für den Stellungsmelder 46, wovon zwei Anschluss© zw: Spannungsversorgung der Widerstandsbahn 94 und ein Anscfelul zus iignalabnahme von der Kollektorbahn 56 dienen.

Wenn as erwünscht ist, kann ein nicht dargestellter Lageregler .zusaismsffi mit dem Stellungsmelder 46 in die Aufnahmetasche 48 ©ingo- b&nt und auSen über die Steckerleiste 102 oder intern mit ä®n ©Iste tromagnetisohen Ventilen verbunden werden. Im !©tztgema^atoa Fall würde def! äußere Anschluß der Kollektorbahn 96 entfallen und statt dessen ein Lageregler-Anschluß für di© Sollwerteingab® vorhanden sein.

Der Wegsteller nach der vorliegenden Erfindung ermöglicht das Erzeugen großer Stellkräfte bei niedrigem Gesamtgewicht und unter Einsats einer minimalen elektrischen Steuerungsenergie, so daS dar Wegsteller in sehr vorteilhafter Weise mittels einer leistungsarmen Elektronik angesteuert werden kann. Der Wegsteller hat ©in ausgesprochen großes dynamisches Auflösungsvermögen und ®in sehr 3chn®lles Ansprechverhalten, so daß auch kleinste, schnell® SIgn&Ilnä<srung@n unverzüglich in entsprechende Hubschritte urog<ss@tst u Durch die Integration der einzelnen Bauteile in die Memlassen sich strömungsbedingte Leitungsverluste und eis. nachteiliges größeres Totvolumen vermeiden. Die Einzelteile dos

Lars sind schwingungsstabil gehalten, so daß sich &uQh bei ISins&tz. beispielspeise im Kraftfahrzeugwesen sehr exakte für Stüuerungs- oder R@gelungsau£gaben erzielen lassoa.

- 26 -

Somit «fest es möglich, bisher benutzte elektrische Stellglieder, wie Schrittmotoren oder Gleichstrommotoren mit entsprechenden Ge-* triebeüberSetzungen, durch einen Wegsteller der erfindungsgemäßen Art zu ersetzen, um beispielsweise Drosselorgane, Bypassventile und dergleichen sehr exakt in Abhängigkeit von beliebigen Größen zu steuern oder zu regeln.

Leerseite

Claims

Anwaltsakte 1468/4114

Marburg GmbH & Co. KG, Leuschstraß® 1, 4040 Efeuss 1

Wegsteller
Patentansprüche

Wegsteller mit einer Membrandose, deren Innenraum durch ©in© mit einer unter Federvorspannung stehenden Masabranstange verbundene, bewegliche Membran in einen belüfteten Membranraum
und einen mit variablem Steuerdruck au beaufschlagenden St@u- @rdruckraum unterteilt ist, und mit zwei an den Steuerdruck= rama strömungsmäßig angeschlossenen elektromagnetischen Ventilen zum wahlweisen Belüften und/oder Erzeugen eines der Federvorspannung der Membran entgegenwirkenden Steuerdrucks im
Steuerdruckraum, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ventile (34, 36) im Inneren der Membrandose angeordnet sind, eingangsseitig mit je einem Strömungeanschluß .(42, 44) der Memferasdose verbunden aind sowie ausgangsseitig direkt in den
Steuerdruckraum (S) münden, daß die beiden Ventile £34, 36)
sowie der Steuerdruckraum (S) mit kleinstmöglichem Totvolum©si ausgebildet sind und daß die Führung (22) der Membranstange
120) einen möglichst kleinen Unterschied zwischen der Haft-
und der Gleitreibung aufweist.

2» Wegsteller nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Membran-Stangen-Führung (22) auf Polytetrafluoräthylen-Basis.

3a Wegsteller nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ©ine mit Polytetrafluöräthylen beschichtete oder aus mit Polytetrafluoräthylen gefülltem Sintermaterial bestehende Führungsbuchse
als M@mbranetangen-Führung (22).

4. Wegeteller nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch als Klappankerventile ausgebildete Ventile (34, 36). _:

5. Wegeteller nach Anspruch 4, gekennzeichnet duroh Ventile (34, 36) mit je einer elektromagnetischen Spule (56), der ein innerer Kern (58) sowie ein äußerer Rückschlußbügel (62) zugeordnet ist, und mit einem unter Federvorspannung stehenden, ein bewegliches Ventilverschlußglied (76) des zugehörigen Ventils tragenden und einen Teil des magnetischen Rückschlusses bildenden Klappanker (68) an einer Stirnseite der Spule.

6. Wegsteller nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen an seinem einen Ende unter schwingungsstabil federnder Anlage am Rückschlußbügel (62) schwenkbar gelagerten Klappanker (68), der an seinem anderen Ende das einem stationären Ventilsitz (78) zugeordnete Ventilverschlußglied (76) trägt sowie von einer Ventilfeder (80) schwingungsstabil in Ventilschließrichtung vorgespannt ist, und durch Mittel zum Begrenzen eines Minimalabstandes zwischen einander zugekehrten ferromagnetischen Bereichen des Klappankers (68) und des Kerns (58).

7. Wegsteller nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Klappanker (68) im Bereich zwischen dem Rückschlußbügel (62) sowie dem Kern (58) mit einem ausreichend großen Magnetflußquerschnitt und in seinem daran angrenzenden Bereich bis zum Ventilverschlußglied (76) bzw. zur Ventilfeder (80) mit einer für die Kraftübertragung ausreichend großen Festigkeit ausgebildet ist.

8. W©gsteller nach Anspruch β oder 7, gekennzeichnet durch einen dem Rückschlußbügel (62) diametral gegenüberliegenden Bügel (64) mit einem Widerlager (82) für di© sum Ventilv©rSchlußglied (76) konzentrische und als Druckfeder ausg©folidefc© Ventilfeder (80).

9« Wegsteller nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet* daß der diametral gegenüberliegende Bügel (64) einen susätsliehen magnetischen Rückschluß bildet.

10. Wegeteller nach einem oder mehreren der Anspruch© 1 bis 9₀ gekennzeichnet durch in der Membrandose ausgebildet®, für die elektromagnetischen Ventile bestimmte Aufnahmetasehsn (3S₇ 40) mit je einem äußeren StrömungsanschluS (42, 44), ferner mit je einem einen Ventilsitz (78) bildenden Strömungsdurchgang zu dem Steuerdruckraum (S) und mit.einem dichten VarsehluSdeckel (50).

11. Wegsteller nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch die elektromagnetischen Ventile (34, 36) schwingungsstabil in den Aufnahmetaschen (38, 40) fixierende Halter (66).

2. Wagsteller nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daS jeder Halter (66) als sich in der Aufnahmetasche (3Θ, 40} elastisch verfallendes, federndes Spreizelement ausgebildet ist ο

3« Wegsteller nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch einen an Sem zvsm Klappanker (68) entgegengesetzten Snde des Kerns Torstehenden.RSndelkopf (60), auf den der Rückschlußbügel sowie der hiermit zusammenhängend ausgebildete gegenüberlie-

gende Bügel (64) einerseits und das federnde Spreizelement (66) andererseits aufgepreßt sind.

14. Wegsteller nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13/ gekennzeichnet durch einen in die Membrandose integrierten« mit der Membran (16) mechanisch gekoppelten elektromechanisehen Stellungsmelder (46).

15. Wegsteller nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch einen als Spannungsteiler ausgebildeten Stellungsmelder (46) mit einem in Membranbewegungsrichtung geführten Schleiferblock (86), von dem eine elastische Kontaktfeder (90) an einer elektrisch versorgten Widerstandsbahn (94) schleift und dessen Stößel (52) mittels einer relativ weichen Feder (54) schwingungsstabil in Anlagekontakt an der Membran (16$- gehalten wird.

16. Wegsteller nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch einen Sohleiferblock (86) mit zwei untereinander elektrisch verbundenen Kontaktfedern (90, 92), von denen eine auf der Widerstandsbahn (94) und die andere auf einer elektrisch leitenden Kollektorbahn (96) schleifen.

17. Wegsteller nach Anspruch 15 oder 16, gekennzeichnet durch eine drehsichernde Prismenführung (88) für den Schleiferblock (86) am Membrandosengehäuse.

18. Wegsteller nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellungsmelder (46) in einer nach außen abgedichteten zentralen Aufnahmetasche (48) der Membrandose angeordnet ist.

19o Wegsteller nach Anspruch 1,8, gekennzeichnet ctaclfo ©to© StöB©l-Flährung (104) mit einem möglichst kleinem unterschied sifisehea der Haft- und der Gleitreibung.

20. Wegsteller nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch ein® SfeöBol-Führung (104) auf Polytetrafluoräthylen-Basis.

21« Wegsteller nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch eta© Stoß©!-=· FShrungsbuchse mit in deren porös© Oberfläch© eingelagertem Polytetraf luoräthylen-*Gleitmittel»

22. Wegsteller nach einem oder mehreren der gekennzeichnet durch eine unter' Abstand iron der Stößel-(104) angeordnete Strumungsverbindung (106) zwischen d©r zentralen Aufnahmetasche (48) und dem Steuerdruckraum

23« Wegeteller nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 22, gekennzeichnet durch im stromlosen Zustand geschlossen© ©lektromagnetische Ventile (34, 36).

24. W©gst«ll©r nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 22? gekennzeichnet durch ein im stromlosen Zustand geschloss©n©s wsd ein im stromlosen Zustand offenes elektromagnetisches Ventil.

25ο Wegstdller nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 2A₀ gekennzeichnet durch eine äußere Abdichtung der Membranstangenführuhg (104), wie einen Dichtbalg oder eine Filz-Glaitdiehtung,

ο Wogsteller nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 25,

• · — » * W * W W MH »

gekennzeichnet durch eine Membrandose mit einem Gehäuseober-* teil (10) lind einem hieran festlegbaren Gehäuseunterteil (12), zwischen denen der äußere Rand der Membran (16) eingespannt ist, wobei das Gehäuseoberteil (10) alle Aufnahmetaschen (38/ 40, 48), Strömungsanschlüsse (42, 44) sowie elektrischen Anschlüsse (100, 102) und das Gehäuseunterteil (12) die Membran-β tangen-Führung (22) tragen.

27. Wegsteller nach Anspruch 26, gekennzeichnet durch ein Gehäuseoberteil (10) aus Kunststoff und durch ein hieran durch Umbördeln festlegbares Gehäuseunterteil (12) aus Metall.

28. Wegsteller nach Anspruch 26 oder 27, gekennzeichnet durch eine zentrale Aufnahmetasche (48) für den Stellungsmelder (46) sowie zwei sich hieran diametral anschließend· Aufnahmetaschen (38, 40) für die elektromagnetischen Ventile (34, 36) mit etwa in zueinander entgegengesetzten Querrichtungen weisenden Strömungsanechlüssen (42, 44), durch einen gemeinsamen, die drei Aufnahmetaschen untereinander und nach außen abdichtenden Verschlußdeckel (50) an dem zur Membranstange (20) entgegengesetzten Ende und durch eine elektrische Steokerleiste (102) für die elektromagnetischen Ventile und den Stellungsmelder an einer Seite des Gehäuseoberteils (10).

29. Wegsteller nach Anspruch 28, gekennzeichnet durch einen durch Ultraschallschweißung oder Klebung mit dem Gehäuseoberteil (10) verbundenen Verschlußdeckel (50) aus Kunststoff.

30. Wegsteller nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 29, gekennzeichnet durch eine die Membran (16) im Sinne einer

-T-

VergröSerung des Steuerdruckrauass CSi vorspannend© äuSer® Membranfader (26) und durch Ströraungsansohlüsse (42,, 44) zum Belüften und/oder zur Unterdruckfoeaufsehlagraig des Steuerdruckraums.

ι. Wegstellor nach, einem oder mehreren der Ansprüche 1 gekeimzelohnet durch einen in die Meniforandoss integrierten -und'mit dem Stellungsmelder (4SJ sowie den el®ktromaga©tiseSien Ventilen (34, 36) elektrisch verbundenen Lageregler mit aus dem Wegsteller nach außen geführten Steuerleitung©»<

Verwandung eines pneumatisch arbeitenden Wegst©lle?@ einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 31 zur Betätigung eines Drosselorgans oder Bypassventils an Vergasern oder Einspritzanlagen in Abhängigkeit von elektrischen Steuersignalen.

Verwendung nach Anspruch 32 zur Realisierung eines elektrischen Gaspedals und/oder zur Leesriaufdrehzahl-Regelung.