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Dokumentenidentifikation DE102004009461A1 15.09.2005
Titel Ventil
Anmelder Robert Bosch GmbH, 70469 Stuttgart, DE
Erfinder Walter, Rainer, 74385 Pleidelsheim, DE;
Engelberg, Ralph, 71254 Ditzingen, DE
DE-Anmeldedatum 27.02.2004
DE-Aktenzeichen 102004009461
Offenlegungstag 15.09.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.09.2005
IPC-Hauptklasse F16K 1/00
IPC-Nebenklasse F16K 31/06   
Zusammenfassung Bekannte Ventile haben einen von einem Aktor verstellbaren Ventilschließkörper, der mit einem Ventilsitz zusammenwirkt. Das Gehäuse weist einen Aktorraum und einen Druckraum auf, wobei beide über einen Führungskanal miteinander verbunden sind. Der Ventilschließkörper ist in dem Führungskanal gelagert, wobei ein enger Führungsspalt zwischen dem Führungskanal und dem Ventilschließkörper vorgesehen ist. Bei diesen Ventilen müssen der Ventilsitz, der Führungskanal und der Ventilschließkörper in Lage und Form exakt zueinander passen. Durch hohe Anforderungen an die Lage- und Formtoleranzen sind diese Ventile sehr aufwendig und teuer zu fertigen.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden die Herstellungskosten verringert, indem das Ventil vereinfacht wird.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, daß der Ventilschließkörper (3) zweiteilig ausgebildet ist mit einem ersten Schließkörperabschnitt (3.1) und einem zweiten Schließkörperabschnitt (3.2), wobei der zweite Schließkörperabschnitt (3.2) quer zur Öffnungsrichtung (25) des Ventilschließkörpers (3) verschiebbar ist.

Beschreibung[de]
Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Ventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Es sind schon Ventile bekannt mit einem Ventilschließkörper, der an seinem einen Ende mit einem Aktor wirkverbunden ist und an seinem anderen Ende mit einem Ventilsitz zusammenwirkt. Das Gehäuse der Ventile weist einen Aktorraum und einen Druckraum auf, wobei der Aktorraum über einen Führungskanal mit dem Druckraum verbunden ist. Der Ventilschließkörper ist in dem Führungskanal gelagert, wobei ein enger Führungsspalt mit großer axialer Länge zwischen dem Führungskanal und dem Ventilschließkörper auch zur Abdichtung des Druckraums vorgesehen sein kann, damit kein Druckmittel aus dem Druckraum in den Aktorraum gelangen kann. Der enge Führungsspalt dient beispielsweise dazu, einen Magnetanker zu einem Magnettopf und den Ventilschließkörper zum Ventilsitz genau auszurichten. Bei diesen Ventilen müssen der Ventilsitz, der Führungskanal und der Ventilschließkörper in Lage und Form exakt zueinander passen. Rundheits- oder Lagefehler führen zu einem undichten oder sogar klemmenden Ventil. Durch diese hohen Anforderungen sind diese Ventile sehr aufwendig und teuer zu fertigen.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Ventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß auf einfache Art und Weise die Herstellungskosten verringert werden, indem der Ventilschließkörper zweiteilig ausgebildet ist mit einem ersten Schließkörperabschnitt und einem zweiten Schließkörperabschnitt, wobei der zweite Schließkörperabschnitt quer zur Öffnungsrichtung des Ventilschließkörpers verschiebbar ist. Auf diese Weise werden die Anforderungen an die Form- und Lagetoleranzen deutlich gesenkt, so daß die Einzelteile des Ventils mit geringerem Fertigungsaufwand und mit geringeren Kosten herstellbar sind.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Ventils möglich.

Besonders vorteilhaft ist, wenn das Ventil ein Gehäuse mit einem Aktorraum und einem Druckraum aufweist, wobei der erste Schließkörperabschnitt von dem Aktorraum ausgehend durch einen Führungskanal bis in den Druckraum verläuft.

Sehr vorteilhaft ist es, wenn der zweite Schließkörperabschnitt in dem Druckraum angeordnet ist.

Auch vorteilhaft ist, wenn zwischen dem ersten Schließkörperabschnitt und dem Führungskanal ein enger Führungsspalt zur Abdichtung des Druckraums vorgesehen ist.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, daß der Aktor ein Elektromagnet mit einer Erregerspule und einem Magnetanker ist, da dies eine besonders kostengünstige Ausführungsform eines Aktors darstellt.

Darüber hinaus vorteilhaft ist, wenn der erste Schließkörperabschnitt an dem dem zweiten Schließkörperabschnitt zugewandten Ende eine erste Schulter und der zweite Schließkörperabschnitt an dem dem ersten Schließkörperabschnitt zugewandten Ende eine zweite Schulter aufweist, da auf diese Weise eine geführte Querbewegung des zweiten Schließkörperabschnitts möglich ist.

Vorteilhaft ist, wenn ein Federelement vorgesehen ist, das den zweiten Schließkörperabschnitt mit der zweiten Schulter gegen die erste Schulter des ersten Schließkörperabschnittes drückt, da auf diese Weise sichergestellt ist, daß der zweite Schließkörperabschnitt jeweils an dem ersten Schließkörperabschnitt anliegt. Dadurch wird der Hub des ersten Schließkörperabschnitts vollständig auf den zweiten Schließkörperabschnitt übertragen.

Außerdem vorteilhaft ist, wenn das Federelement den zweiten Schließkörperabschnitt ringförmig umgibt, wobei ein vorbestimmter Ringspalt zwischen dem Federelement und dem zweiten Schließkörperabschnitt vorgesehen ist, da auf diese Weise die Querbeweglichkeit des zweiten Schließkörperabschnitts auf das Maß des Ringspalts eingeschränkt ist.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die Zeichnung zeigt ein erfindungsgemäßes Ventil, das beispielsweise in einer Vorrichtung zur Steuerung eines Gaswechselventils für eine Brennkraftmaschine als 2/2-Wegeventil Anwendung finden kann, um beispielsweise einen Hydraulikkolben zur Verstellung eines Gaswechselventils zu steuern.

Eine Vorrichtung zur Steuerung eines Gaswechselventils ist beispielsweise aus der DE 198 26 047 A1 bekannt, wobei deren Inhalt ausdrücklich Teil der Offenbarung dieser Anmeldung sein soll.

Das erfindungsgemäße Ventil kann aber allgemein zur Steuerung von Volumenströmen verwendet werden.

Das erfindungsgemäße Ventil hat ein Gehäuse 1, in dem ein Aktor 2 zur axialen Verstellung eines Ventilschließkörpers 3 angeordnet ist. Der Aktor 2 ist beispielsweise ein Elektromagnet 4 bestehend aus einer Erregerspule 5 und einem Magnetanker 6. Der Ventilschließkörper 3 kann aber ausdrücklich auch von einem anderen Aktor als einem Elektromagneten verstellt werden. Der Elektromagnet 4 ist mit der Erregerspule 5 und dem Magnetanker 6 in einem sogenannten Magnettopf 8 vorgesehen, der beispielsweise Teil des Gehäuses 1 ist. Der Magnetanker 6 ist in dem Magnettopf 8 ringförmig von der Erregerspule 5 umgeben. Die Erregerspule 5 ist beispielsweise gegenüber dem Magnetanker 6 durch eine Ringwandung 7 hermetisch abgedichtet.

Das Gehäuse 1 weist einen Aktorraum 10 und einen Druckraum 11 auf, wobei der Aktorraum 10 beispielsweise durch einen Topfboden 9 des Magnettopfes 8 von dem Druckraum 11 getrennt ist.

Das erfindungsgemäße Ventil weist einen Eingangskanal 15 und einen Ausgangskanal 16 auf, wobei der Eingangskanal 15 und der Ausgangskanal 16 jeweils mit dem Druckraum 11 des Gehäuses 1 strömungsverbunden sind. Der Eingangskanal 15 ist stromauf beispielsweise mit einer Druckleitung 17 und der Ausgangskanal 16 stromab mit einer Steuerleitung 18 strömungsverbunden. Die Druckleitung 17 ist beispielsweise gemäß der DE 198 26 047 A1 stromauf mit einer Hochdruckpumpe 32 verbunden, die Druckmittel, beispielsweise Öl, unter Hochdruck über das erfindungsgemäße Ventil und die Steuerleitung 18 zu einem Hydraulikkolben 33 fördert, der ein Gaswechselventil steuert. Die Steuerleitung 18 ist beispielsweise gemäß der DE 198 26 047 A1 stromab mit dem Hydraulikkolben 33 verbunden.

Erfindungsgemäß ist der Ventilschließkörper 3 zweiteilig ausgebildet mit einem ersten Schließkörperabschnitt 3.1 und einem zweiten Schließkörperabschnitt 3.2, wobei der zweite Schließkörperabschnitt 3.2 quer zu einer Ventilachse 25 verschiebbar ist. Auf diese Weise können fertigungsbedingte Exzentrizitätsfehler ausgeglichen werden.

Das Federelement 23 schränkt die Beweglichkeit des zweiten Schließkörperabschnitts 3.2 quer zur Ventilachse 25 dadurch ein, daß zwischen dem Federelement 23 und dem zweiten Schließkörperabschnitt 3.2 ein vorbestimmter Ringspalt 28 vorgesehen ist. Auf diese Weise ist der zweite Schließkörperabschnitt 3.2 um das Maß des Ringspalts 28 quer zur Ventilachse 25 verschiebbar.

Der erste Schließkörperabschnitt 3.1 ist mit dem Aktor 2 wirkverbunden und der zweite Schließkörperabschnitt 3.2 wirkt mit einem Ventilsitz 12 zusammen.

Der Ventilsitz 12 ist an einem dem Druckraum 11 zugewandten Ende des Ausgangskanals 16 vorgesehen. Der Ventilsitz 12 ist beispielsweise konisch ausgeführt, wobei das dem Ventilsitz 12 zugewandte Ende des zweiten Schließkörperabschnitts 3.2 beispielsweise kugelförmig ausgebildet ist und mit dem Ventilsitz 12 einen Kugel/Kegelsitz bildet. Es kann aber ausdrücklich auch ein Kegel/Kegelsitz oder ähnliches vorgesehen sein. Durch den Kugel/Kegelsitz oder den Kegel/Kegelsitz wird eine Linienberührung zwischen dem Ventilschließkörper und dem Ventilsitz 12 erreicht, die eine sehr gute Abdichtung des geschlossenen Ventils gewährleistet.

Der Ventilschließkörper 3 ist beispielsweise zylinderförmig als Stange und/oder als Hohlkörper ausgebildet.

Der erste Schließkörperabschnitt 3.1 ist beispielsweise mit dem Magnetanker 6 mechanisch verbunden und verläuft von dem Aktorraum 10 ausgehend durch einen Führungskanal 13 im Topfboden 9 des Magnettopfes 8 bis in den Druckraum 11. Der erste Schließkörperabschnitt 3.1 ist in dem Führungskanal 13 geführt. Der Durchmesser des Führungskanals 13 ist zumindest abschnittsweise nur geringfügig größer als der Durchmesser des ersten Schließkörperabschnitts 3.1, so daß ein sehr enger Führungsspalt 29 zwischen dem Führungskanal 13 und dem ersten Schließkörperabschnitt 3.1 gebildet ist. Der enge Führungsspalt 29 hat die Aufgabe, den Magnetanker 6 genau bezüglich der Lage zum Magnettopf 8 zu positionieren und zu führen. Außerdem kann der enge Führungsspalt den Druckraum 11 gegenüber dem Aktorraum 10 abdichten.

Der zweite Schließkörperabschnitt 3.2 ist in dem Druckraum 11 angeordnet, wobei der erste Schließkörperabschnitt 3.1 mit seiner Stirnfläche an seinem dem zweiten Schließkörperabschnitt 3.2 zugewandten Ende an der Stirnfläche des zweiten Schließkörperabschnitt 3.2 anliegt. Beispielsweise weist der erste Schließkörperabschnitt 3.1 an seinem dem zweiten Schließkörperabschnitt 3.2 zugewandten Ende eine erste Schulter 21 und der zweite Schließkörperabschnitt 3.2 an seinem dem ersten Schließkörperabschnitt 3.1 zugewandten Ende eine zweite Schulter 22 auf.

Ein in dem Druckraum 11 angeordnetes Federelement 23 liegt mit seinem einen Ende an der zweiten Schulter 22 des zweiten Schließkörperabschnitts 3.2 und mit seinem anderen Ende an einer ringförmig um den Ventilsitz 12 angeordneten Stirnfläche 24 des Druckraums 11 an und ist zwischen der zweiten Schulter 22 und der Stirnfläche 24 auf Druck vorgespannt. Das Federelement 23 ist beispielsweise eine Schraubenfeder und ringförmig um den zweiten Schließkörperabschnitt 3.2 herum angeordnet. Das Federelement 23 drückt den zweiten Schließkörperabschnitt 3.2 mit der zweiten Schulter 22 gegen die erste Schulter 21 des ersten Schließkörperabschnitts 3.1. Durch das Federelement 23 wirkt immer eine Druckkraft auf die zweite Schulter 22 des zweiten Schließkörperabschnitts 3.2, so daß diese stets an der ersten Schulter 21 des ersten Schließkörperabschnitts 3.1 anliegt. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß der Hub des Aktors 2 über den ersten Schließkörperabschnitt 3.1 vollständig auf den zweiten Schließkörperabschnitt 3.2 übertragen wird.

Der Magnetanker 6, der Führungskanal 13, der erste Schließkörperabschnitt 3.1, der zweite Schließkörperabschnitt 3.2, das Federelement 23 und der Ventilsitz 12 sind beispielsweise konzentrisch zueinander bezüglich der Ventilachse 25 angeordnet, wobei der Aktor 2 den Ventilschließkörper 3 mit dem ersten Schließkörperabschnitt 3.1 und dem zweiten Schließkörperabschnitt 3.2 zum Öffnen und Schließen des Ventils in Richtung der Ventilachse 25 bewegen kann. Fertigungsbedingte Exzentrizitätsfehler können durch die Verschiebbarkeit des ersten Schließkörperabschnitts 3.1 und des zweiten Schließkörperabschnitts 3.2 quer zur Öffnungsrichtung 25 des Ventilschließkörpers 3 ausgeglichen werden. Die Öffnungsrichtung und die Schließrichtung des Ventilschließkörpers 3 verläuft daher in Richtung der Ventilachse 25.

Das erfindungsgemäße Ventil ist beispielsweise bei ausgeschaltetem Aktor 2 geöffnet und bei eingeschaltetem Aktor 2 geschlossen oder auch umgekehrt.

Bei Bestromung der Erregerspule 5 wird ein Magnetfeld im Magnettopf 8 erzeugt, das den Magnetanker 6 beispielsweise in Richtung des Topfbodens 9 des Magnettopfes 8 zieht. Da der erste Schließkörperabschnitt 3.1 mit dem Magnetanker 6 mechanisch gekoppelt ist, führt der erste Schließkörperabschnitt 3.1 einen gleich großen Hub wie der Magnetanker 6 in Richtung des Ventilsitzes 12 aus und überträgt den Hub entgegen der Kraft des Federelementes 23 vollständig auf den zweiten Schließkörperabschnitt 3.2. Während dieser Schließbewegung wird der zweite Schließkörper 3.2 durch den beispielsweise kegelförmigen Ventilsitz 12 zentriert und kann dabei eine Ausgleichsbewegung quer zur Ventilachse 25 machen. Bei der Ausgleichsbewegung verschiebt sich die zweite Schulter 22 des zweiten Schließkörperabschnitts 3.2 auf der ersten Schulter 21 des ersten Schließkörperabschnitts 3.1 quer zur Ventilachse 25. Sobald der Ventilschließkörper 3 mit dem zweiten Schließkörperabschnitt 3.2 an dem Ventilsitz 12 anliegt, ist das Ventil geschlossen, so daß kein Druckmittel mehr aus dem Druckraum 11 in den Ausgangskanal 16 gelangen kann.

Wird die Bestromung der Erregerspule 5 ausgeschaltet, ist kein Magnetfeld mehr wirksam, so daß der Ventilschließkörper 3 durch das als Rückstellfeder wirkende Federelement 23 vom Ventilsitz 12 abgehoben und wieder in seine Ausgangsposition zurückbewegt wird, so daß das Ventil wieder geöffnet ist.

Bei geöffnetem Ventil strömt Druckmittel über den Eingangskanal 15 in den Druckraum 11 und von dort über den Ausgangskanal 16 in die Steuerleitung 18.

Durch die zweiteilige Ausführung des Ventilschließkörpers 3 und durch die Querbeweglichkeit des zweiten Schließkörperabschnitts 3.2 können auch größere Form- und Lageabweichungen, beispielsweise am Gehäuse 1, am Führungskanal 13, am Ventilsitz 12 oder am Ventilschließkörper 3, ausgeglichen werden, so daß keine engen Form- und Lagetoleranzen erforderlich sind und die Herstellungskosten des Ventils gesenkt werden. Gegenüber dem Stand der Technik können enge Form- und Lagetoleranzen entfallen und durch größere Form- und Lagetoleranzen ersetzt werden.


Anspruch[de]
  1. Ventil mit einem Ventilschließkörper, der mit einem Aktor wirkverbunden ist und mit einem Ventilsitz zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschließkörper (3) zweiteilig ausgebildet ist mit einem ersten Schließkörperabschnitt (3.1) und einem zweiten Schließkörperabschnitt (3.2), wobei der zweite Schließkörperabschnitt (3.2) quer zur Öffnungsrichtung (25) des Ventilschließkörpers (3) verschiebbar ist.
  2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil ein Gehäuse mit einem Aktorraum (10) und einem Druckraum (11) aufweist.
  3. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schließkörperabschnitt (3.1) durch einen Führungskanal (13) bis in den Druckraum (11) verläuft.
  4. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Schließkörperabschnitt (3.2) in dem Druckraum (11) angeordnet ist.
  5. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Schließkörperabschnitt (3.1) und dem Führungskanal (13) ein enger Führungsspalt (29) zur Abdichtung des Druckraums (11) vorgesehen ist.
  6. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (2) ein Elektromagnet (4) mit einer Erregerspule (5) und einem Magnetanker (6) ist.
  7. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schließkörperabschnitt (3.1) an dem dem zweiten Schließkörperabschnitt (3.2) zugewandten Ende eine erste Schulter (21) und der zweite Schließkörperabschnitt (3.2) an dem dem ersten Schließkörperabschnitt (3.1) zugewandten Ende eine zweite Schulter (22) aufweist.
  8. Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Federelement (23) vorgesehen ist, das den zweiten Schließkörperabschnitt (3.2) mit der zweiten Schulter (22) gegen die erste Schulter (21) des ersten Schließkörperabschnittes (3.1) drückt.
  9. Ventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (23) den zweiten Schließkörperabschnitt (3.2) ringförmig umgibt, wobei ein vorbestimmter Ringspalt (28) zwischen dem Federelement (23) und dem zweiten Schließkörperabschnitt (3.2) vorgesehen ist.
Es folgt ein Blatt Zeichnungen






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