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Dokumentenidentifikation DE102006021467A1 22.11.2007
Titel Kraftfahrzeugventil
Anmelder Pierburg GmbH, 41460 Neuss, DE
Erfinder Burgfels, Peter, 41363 Jüchen, DE;
Goga, Mihai, 40882 Ratingen, DE
Vertreter Patentanwälte von Kreisler, Selting, Werner et col., 50667 Köln
DE-Anmeldedatum 09.05.2006
DE-Aktenzeichen 102006021467
Offenlegungstag 22.11.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 22.11.2007
IPC-Hauptklasse F16K 15/00(2006.01)A, F, I, 20060509, B, H, DE
IPC-Nebenklasse F02M 23/00(2006.01)A, L, I, 20060509, B, H, DE   F02M 25/07(2006.01)A, L, I, 20060509, B, H, DE   F01N 3/22(2006.01)A, L, I, 20060509, B, H, DE   F01N 3/30(2006.01)A, L, I, 20060509, B, H, DE   
Zusammenfassung Ein Kraftfahrzeugventil, bei dem es sich insbesondere um ein abschaltbares Rückschlagventil (ARV) oder ein Sekundärluftventil handelt, weist ein Ventilgehäuse (18) mit einem Einlass (10) und einem Auslass (12) auf. In dem Ventilgehäuse (18) ist eine Ventilöffnung (22) durch einen ringförmigen Ventilsitz (20) ausgebildet. Die Ventilöffnung (22) ist mit einem Ventilkörper (26) verschlossen. In einer Geschlossen-Stellung des Ventilkörpers (26) wird der Ventilkörper durch Vorsehen eines Abstandselements (44) in einem Abstand zu dem Ventilkörper (26) gehalten. Hierdurch ist ein Anhaften des Ventilkörpers (26), insbesondere wenn die Geschlossen-Stellung über einen längeren Zeitraum erfolgt, vermieden.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeugventil, insbesondere ein abschaltbares Rückschlagventil (ARV) oder ein Sekundärluftventil.

Derartige Ventile weisen einen in einem Ventilgehäuse angeordneten Ventilkörper auf. Der bewegbare, insbesondere verschiebbare Ventilkörper liegt in Geschlossen-Stellung an einem Ventilsitz an und verschließt eine Ventilöffnung. Aufgrund von Abgaskondensat, Wasser oder anderen Ablagerungen, kann es, insbesondere wenn der Ventilkörper über einen längeren Zeitraum an dem Ventilsitz anliegt, zu einem Anhaften des Ventilkörpers an dem Ventilsitz kommen. Dies führt dazu, dass zum Öffnen des Ventils eine erhöhte Kraft erforderlich ist und somit das Regeln des Ventils beeinträchtigt ist. Ferner kann ein Klemmen des Ventils oder ein Beschädigen des Ventilsitzes und/oder des Ventilkörpers auftreten.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Anhaften des Ventilkörpers an dem Ventilsitz, insbesondere auch dann zu vermeiden, wenn sich das Ventil über einen längeren Zeitraum in geschlossener Stellung befindet.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1.

Erfindungsgemäß ist in dem Ventilgehäuse ein Abstandselement angeordnet. Das Abstandselement ist derart angeordnet, dass der Ventilkörper in der Geschlossen-Stellung in einem Abstand zu dem Ventilsitz gehalten ist. Hierdurch ist sichergestellt, dass zwischen dem Ventilkörper und dem Ventilsitz ein dünner Spalt vorgesehen ist, so dass ein Anhaften des Ventilkörpers an dem Ventilsitz auch dann nicht erfolgt, wenn sich das Ventil in der Geschlossen-Stellung. Ein Anhaften kann beispielsweise durch Festfrieren oder durch vorhandene Abgaskondensate erfolgen. Durch das erfindungsgemäße Vorsehen eines Abstandselements wird der Ventilkörper zum Ventilsitz, vorzugsweise in einem Abstand von ca. 0,3 mm, gehalten.

Der Ventilkörper kann in der Geschlossen-Stellung an dem Abstandselement anliegen. Es ist jedoch auch möglich, dass ein anderes mit dem Ventilkörper verbundenes Bauteil, wie beispielsweise ein Ventilschaft oder eine Ventilspindel, an dem Abstandselement in der Geschlossen-Stellung anliegt.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Abstandselement mit einer Einrichtung zur Lage und/oder Formveränderung des Abstandselements verbunden. Durch eine Lage- und/oder Formveränderung des Abstandselements, wie beispielsweise ein Zurückziehen des Abstandselements ist ein vollständiges Schließen des Ventils, d.h. ein Anliegen des Ventilkörpers an dem Ventilsitz, möglich. Je nach Anwendungsfall kann es beispielsweise in bestimmten Fahrsituationen vorteilhaft sein, wenn das Ventil nicht vollständig geschlossen ist. Beispielsweise ist es möglich, dass das Abstandselement in der Geschlossen-Stellung nur dann aktiv ist, d.h. der Ventilkörper in einem Abstand zum Ventilsitz hält, wenn der Motor abgeschaltet ist. Besonders bevorzugt ist es jedoch, die Einrichtung zur Lage- und/oder Formveränderung derart auszubilden bzw. anzusteuern, dass in einem Betriebszustand, in dem durch die Ventilöffnung ein Medium gefördert wird, ein vollständiges Anliegen des Ventilkörpers an dem Ventilsitz möglich ist. Hierdurch ist es beispielsweise möglich, den Ventilkörper als Rückschlagelement zu nutzen. Das durch eine Federkraft verschiebbare und/oder verformbare Ventilkörper kann gleichzeitig als Rückschlagelement dienen, so dass ein Zurückströmen, beispielsweise ein Zurückströmen von Abgas, in Richtung eines Einlasses des Ventils vermieden ist. Hierdurch wird die Einrichtung zur Lage- oder Formveränderung des Abstandselements vorzugsweise unmittelbar vor oder beim Öffnen des Ventils, d.h. nach Überführen des Ventilkörpers in eine Offen-Stellung, aktiviert.

Besonders bevorzugt ist es, die Einrichtung zur Lage- und/oder Formveränderung des Abstandselements derart auszubilden, dass eine Lage- und/oder Formveränderung des Abstandselements aufgrund einer Druckänderung erfolgt. Hierzu ist beispielsweise die Einrichtung zur Lage- und/oder Formveränderung mit dem Abstandselement oder Teil des Abstandselements verbunden und weist einen Hohlraum auf. Der Hohlraum kann mit einer Unterdruckeinrichtung, beispielsweise einer Unterdruckkammer, verbunden sein. Durch Anlegen von Unterdruck erfolgt dann insbesondere eine Formveränderung der entsprechenden Einrichtung, die sodann, beispielsweise zur einer Lageveränderung des Abstandselements, führt.

Ebenso kann eine Verformung oder Lageänderung diese Einrichtung durch Erhöhung des auf die Einrichtung wirkenden Außendrucks erfolgen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Einrichtung auf der Einlassseite des Ventilgehäuses angeordnet. Erhöht sich beispielsweise bei einem abschaltbaren Rückschlagventil (ARV) auf der Einlassseite des Ventils der Druck, der üblicherweise durch eine auf dieser Seite vorgesehene Pumpe erzeugt wird, erfolgt ein Verändern der Lage und/oder der Form des Abstandselements. Vorzugsweise erfolgt ein Komprimieren eines in der Einrichtung zur Lage- und/oder Formveränderung vorgesehenen Hohlraums, wobei hierdurch die Lage des mit der Einrichtung verbundenen Abstandselements hervorgerufen wird.

Vorzugsweise ist die Einrichtung zur Lage- und/oder Formveränderung derart ausgebildet, dass sie eine Federeinrichtung aufweist. Als Federeinrichtung kann auch ein Element mit federnden Eigenschaften vorgesehen sein. Als Federeinrichtung ist beispielsweise ein elastischer Körper und/oder eine Feder geeignet. Durch die Federeinrichtung wird das Abstandselement in eine Ausgangslage und/oder Ausgangsform gebracht. Vorzugsweise handelt es sich hierbei um die in der Geschlossen-Stellung vorgesehene Lage und/oder Form des Abstandselements, so dass die Federeinrichtung in dieser Stellung im Wesentlichen unbelastet ist. Bei Betätigung der Einrichtung zur Lage- und/oder Formveränderung erfolgt sodann ein Verformen, insbesondere Komprimieren, der Federeinrichtung.

Vorzugsweise weist die Federeinrichtung mindestens zwei Federelemente auf. Diese Elemente wirken vorzugsweise in gleiche Richtung. Hierbei ist vorzugsweise ein erstes Federelement durch Druckbeaufschlagung verformbar.

Insbesondere bei einer Ausbildung eines Kraftfahrzeugventils als abschaltbares Rückschlagventil (ARV) kann der Ventilkörper von einem insbesondere deckel- oder topfförmig ausgebildeten Verschlusselement zumindest teilweise umgeben sein. Das Verschlusselement ist derart ausgebildet, dass es in einer Geschlossen-Stellung an dem Ventilsitz anliegt und somit die Ventilöffnung verschließt. Vorzugsweise ist hierbei innerhalb des Verschlusselements der Ventilkörper angeordnet und ist in der Geschlossen-Stellung in einem Abstand zum Ventilsitz gehalten. Hierdurch ist es möglich, den Ventilkörper aus einem Material herzustellen, das gute Verformungseigenschaften aufweist und somit beim Fördern von Medium durch das Ventil gleichzeitig als Rückschlagelement dient. Insbesondere ist es vorteilhaft, dass das Material unabhängig davon, ob ein Anhaften in der Geschlossen-Stellung auftreten würde, gewählt werden kann. Insbesondere kann der Ventilkörper als Teflonscheibe ausgebildet werden. Zusätzlich ist es möglich, das Verschlusselement aus einem Material zu wählen, bei dem aufgrund der Materialeigenschaften ein Anhaften vermieden ist, da das Material des Verschlusselementes beispielsweise nicht elastisch sein muss, da es nicht als Rückschlagelement dient. Das Verschlusselement wird zur Freigabe der Ventilöffnung bewegt, insbesondere verschoben. Das Verschieben des Verschlusselements kann hierbei elektrisch und/oder pneumatisch erfolgen. Besonders bevorzugt ist es hierbei, das Bewegen/Verschieben des Verschlusselements durch Unterdruck hervorzurufen. Hierzu ist das Verschlusselement vorzugsweise mit einer Unterdruckkammer verbunden, so dass durch Anlegen eines Unterdrucks ein Bewegen des Verschlusselements, insbesondere in die Offen-Stellung, erfolgt. Die Verbindung des Verschlusselements mit der Unterdruckkammer kann fluidisch, über einen Stößel, einen Kolben, ein Membran o.dgl. erfolgen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen

1 eine schematische Schnittansicht einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugventils,

2 eine schematische Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugventils in Geschlossen-Stellung,

3 eine schematische Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugventils in Geschlossen-Stellung und

4 eine schematische Schnittansicht einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugventils.

Bei der ersten Ausführungsform des Kraftfahrzeugventils (1) handelt es sich insbesondere um ein abschaltbares Rückschlagventil (ARV). Hierbei ist das Ventil in der linken Hälfte der Figur in Offenstellung und in der rechten Hälfte der Figur in der Geschlossen-Stellung dargestellt.

Das Ventil weist einen Einlass 10 sowie einen Auslass 12 auf, die in einem im Wesentlichen aus zwei Teilen 14, 16 bestehende Gehäuse 18 angeordnet sind. Zwischen den beiden Gehäuseteilen 14, 16 ist ein ringförmiges, den Ventilsitz 20 ausbildendes Bauteil angeordnet. Der Ventilsitz 20 weist eine im dargestellten Ausführungsbeispiel kreisförmige Ventilöffnung 22 auf. Der Ventilsitz 20 trägt ferner ein ringförmiges Dichtelement 24, wobei die das Dichtelement 24 Bestandteil des Ventilsitzes 20 ist. An dem Dichtelement 24 liegt in der Offen-Stellung (linke Seite in 1) ein Ventilkörper 26 an.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Ventilkörper 26 mit einem entlang einer Ventilmittellinie 28 verschiebbaren Stößel 30 verbunden. Ferner ist im dargestellten Ausführungsbeispiel mit dem Stößel 30 auf der Seite der Auslassöffnung 12 ein topfförmiges Verschlusselement 32 fest verbunden. Auf der gegenüberliegenden Seite des Stößels 30 ist dieser mit einen tellerförmigen Element 34 verbunden. Das tellerförmige Element ist über ein scheibenförmiges, elastisches Element 36 mit dem Gehäuseteil 16 verbunden. Die Verbindung erfolgt über einen am Rand umgebörtelten Deckel 38. Das Element 36 ist gasundurchlässig. Das mit dem Stößel 30 verbundene tellerförmige Element 34 ist in einem Hohlraum 40 angeordnet. Der Hohlraum 40 ist über ein Anschlusselement 42 mit einer Unterdruckquelle verbunden. Durch Anlegen von Unterdruck an das Anschlusselement 42 erfolgt ein Bewegen des Stößels aus der in 1 rechts dargestellten Geschlossen-Stellung in die in 1 links dargestellte Offen-Stellung. Hierdurch erfolgt ein Verschieben des Verschlusselements 32 zusammen mit dem Stößel 30 in die Offen-Stellung.

Um in der Geschlossen-Stellung zu gewährleisten, dass der Ventilkörper 26 nicht an dem Dichtring 24 anliegt, ist erfindungsgemäß ein Abstandselement 44 vorgesehen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Abstandselement 44 um ein ringförmiges Element. Ebenso kann es sich um mehrere, insbesondere mehr als drei, insbesondere zylindrische Ansätze handeln, die insbesondere auf einer Kreisbahn angeordnet und vorzugsweise regelmäßig verteilt sind. Das Abstandselement ist mit einer Einrichtung zur Lage- und/oder Formveränderung 46 verbunden oder einstückig mit dieser ausgebildet. Die Einrichtung 46 ist aus festem Material und weist eine äußere ringförmige Dichtlippe 48 sowie eine innere ringförmige Dichtlippe 50 auf, die als erstes Federelement dient. Die Dichtlippe 48 liegt an einer Fläche des Gehäuseteils 16 und die Dichtlippe 50 an einem ringförmigen, vorzugsweise ebenfalls mit einem Gehäuse verbundenen, den Stößel 30 umgebenden Bauteil 52 an. Ferner weist die Einrichtung 46 ein im Querschnitt U-förmiges Halteelement 54 auf. Das Halteelement 54 ist mit den Dichtlippen 48, 50 verbunden und ebenfalls ringförmig ausgebildet. Das Halteelement 54 weist einen durch die Dichtlippen 48, 50 abgedichteten Hohlraum 56 auf. Innerhalb des Hohlraums 56 ist ein zweites Federelement bzw. eine Druckfeder 58 angeordnet.

Zum Überführen des Ventils in die Offen-Stellung (1, linke Seite) wird an die Einlassseite 10 Druck angelegt. Dieser Druck wirkt, wie durch die Pfeile 58 dargestellt, auf das Halteelement 54, so dass dieses in 1 nach oben gedrückt wird. Dies hat ein Zurückziehen bzw. Nach-oben-Bewegen des Abstandselements 44 zur Folge. Hierdurch ist gewährleistet, dass der Ventilkörper 26, der im dargestellten Ausführungsbeispiel als Rückschlagelement dient, an dem Dichtring 24 anliegt.

Bei Reduzierung des an der Einlassseite 10 anliegenden Drucks wird die Einrichtung zur Lage- und/oder Formveränderung durch die Druckfeder 58 wieder in die Geschlossen-Stellung (1, rechte Seite) bewegt. Hierbei erfolgt ein Bewegen des Abstandselements 44 in 1 nach unten, so dass zwischen dem Ventilkörper 26 und dem Dichtring 24 ein geringer Spalt entsteht.

Zum Hindurchleiten eines Mediums, insbesondere von Abgas, durch das Ventil muss ferner das Verschlusselement 32 in die Offen-Stellung (1, linke Seite) gebracht werden. Dies erfolgt durch Anlegen von Unterdruck an das Anschlusselement 42.

Bei der zweiten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugventils (2 und 3) sind ähnliche Bauteile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.

Bei dieser Ausführungsform handelt es sich ebenfalls um ein abschaltbares Rückschlagventil (ARV), das durch Unterdruck geöffnet wird. Dementsprechend ist ebenfalls ein Stößel 30 vorgesehen, der mit dem Anschlusselement 42 verbunden ist und durch Anlegen von Unterdruck an das Anschlusselement 42 verschoben werden kann.

Diese bevorzugte Ausführungsform des Kraftfahrzeugventils unterscheidet sich in der Ausgestaltung des Abstandselements 60. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Abstandselement 60 aus einem elastomeren Material ausgebildet. Das Abstandselement weist einen Hohlraum 64 auf und ist einstückig mit einem ggf. aus weniger elastischem Material hergestellten Ansatz 66 verbunden, der an einer Oberseite des Ventilkörpers 26 in Geschlossen-Stellung (2) anliegt.

Die den Hohlraum 64 umgebenden Wände 65 stellen somit die Einrichtung zur Formänderung dar.

Der Hohlraum 64 der Einrichtung zur Formveränderung ist über eine Rohr 68 mit dem Hohlraum 40 verbunden. Durch Anlegen eines Unterdrucks an das Anschlusselement 42 und somit auch in dem Hohlraum 64 wird ein Unterdruck erzeugt. Dies führt dazu, dass der Ansatz 66 zurückgezogen bzw. in die in 3 dargestellte Lage gebracht wird. Hierbei erfolgt durch den Unterdruck ein Verschieben des Verschlusselements 32 in die in 3 dargestellte Offen-Stellung. Aufgrund des Zurückziehens des Abstandselements 60 liegt der Ventilkörper 26 an dem Dichtring 24 an.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugventils (4) sind ähnliche oder identische Bauteile mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.

Bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel des Kraftfahrzeugventils handelt es sich beispielsweise um ein Sekundärluftventil. Hierbei erfolgt ein Öffnen des Ventils durch Anlegen von Unterdruck an eine Unterdruckkammer, wie bei der in den 13 dargestellten Ausführungsbeispielen. Mittels eines verschiebbaren Stößels ist ein mit dem in 4 oberen Gehäuseteil 70 verbundener, im Wesentlichen zylinderförmiger Ansatz 72 vorgesehen, der den Ventilkörper 26 trägt. Das Öffnen und Schließen des Ventils erfolgt durch Anlegen eines entsprechend hohen Drucks an den Einlass 10, wodurch ein elastisches Verformen oder Verschieben des Ventilkörpers 26 erfolgt.

Um zu gewährleisten, dass der Ventilkörper 26 in der Geschlossen-Stellung (4, rechte Seite) nicht an dem Dichtring 24 anliegt, ist ein Anschlagelement 44 vorgesehen, das dem in anhand 1 beschriebenen Anschlagelement entspricht.


Anspruch[de]
Kraftfahrzeugventil, insbesondere abschaltbares Rückschlagventil (ARV) oder Sekundärluftventil, mit

einem einen Einlass (10) und einen Auslass (12) aufweisenden Ventilgehäuse (18),

einem zwischen dem Einlass (10) und dem Auslass (12) angeordneten, eine Ventilöffnung (22) aufweisenden Ventilsitz (20) und

einem relativ zur Ventilöffnung (22) zwischen einer Offen-Stellung und einer Geschlossen-Stellung bewegbaren Ventilkörper (26),

gekennzeichnet durch

ein in der Geschlossen-Stellung an dem Ventilkörper (26) anliegenden Abstandselement (44, 60), um den Ventilkörper (26) in einem Abstand zu dem Ventilsitz (20) zu halten.
Kraftfahrzeugventil nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (54) zur Lage- und/oder Formveränderung des Abstandselements (44, 60) beim Fördern von Medium durch die Öffnung (22) derart, dass der Ventilkörper (26) am Ventilsitz (20) anliegen kann. Kraftfahrzeugventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung der Lage und/oder Form des Abstandselements (44, 60) druckabhängig erfolgt. Kraftfahrzeugventil nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (54) zur Lage- und/oder Formveränderung eine Federeinrichtung (48, 50; 58; 65) aufweist. Kraftfahrzeugventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung (48, 50; 58; 65) zwei insbesondere in die gleiche Richtung wirkende Federelement (48, 50; 58) aufweist. Kraftfahrzeugventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Federelement (48, 50) durch Druckbeaufschlagung verformbar ist. Kraftfahrzeugventil nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Federelement (48, 50) an dem Gehäuse (18) dichtend anliegt und einen Hohlraum (56) aufweist. Kraftfahrzeugventil nach einem der Ansprüche 5–7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Federelement (48, 50) mit dem Abstandselement (44) verbunden ist und bei Druckbeaufschlagung insbesondere ein Zurückziehen des Abstandselements (44) bewirkt. Kraftfahrzeugventil nach einem der Ansprüche 5–8, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Federelement (58) in der Geschlossen-Stellung eine Kraft auf das Abstandselement (44) in Richtung des Ventilkörpers (26) aufbringt. Kraftfahrzeugventil nach einem der Ansprüche 7–9, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Federelement (48) in einem Hohlraum (56) angeordnet ist. Kraftfahrzeugventil nach einem der Ansprüche 1–10, gekennzeichnet durch ein die Ventilöffnung (22) in der Geschlossen-Stellung verschließende Verschlusselement (32). Kraftfahrzeugventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlusselement (32) zur Freigabe der Ventilöffnung (22) bewegbar, insbesondere verschiebbar ist. Kraftfahrzeugventil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlusselement (32) mit einer Unterdruckkammer (40) verbunden ist, so dass durch Anlegen eines Unterdrucks ein Bewegen des Verschlusselements (32) insbesondere in die Offen-Stellung erfolgt. Kraftfahrzeugventil nach einem der Ansprüche 1–13, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstandselement (60) einen zur Formänderung mit Druck beaufschlagbaren Hohlraum (64) aufweist. Kraftfahrzeugventil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (64) mit der Unterdruckkammer (40) verbunden ist.






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