DE10002722A1 - Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten vorgeschlagen, welches ein über eien Übersetzer 3 betätigbares Ventilglied 4 aufweist, wobei der Übersetzer 3 durch Hub eines Piezoaktors gesteuert wird. Das erfindungsgemäße Ventil 1 zeichnet sich dadurch aus, daß das Ventilglied 4 ein Doppelsitzventil aufweist, in welchem zwei getrennte Ventilkörper 5, 7 geführt sind.
Description
Die Erfindung betrifft ein Ventil zum Steuern von
Flüssigkeiten gemäß der Gattung des Patentanspruches 1.
In der EP 0 477 400 A1 ist ein heute übliches Ventil
beschrieben. Dort ist in einer Stufenbohrung des
Ventilgehäuses ein Betätigungskolben des Ventilgliedes in
einem Teil der Stufenbohrung mit kleinem Durchmesser
verschiebbar angeordnet. Ein durch einen Piezoaktor
bewegbarer größerer Kolben ist in einem Teil der
Stufenbohrung mit größerem Durchmesser angeordnet. Zwischen
den beiden Kolben ist ein mit einem Druckmedium gefüllter
hydraulischer Druckraum ausgebildet, so daß eine
hydraulische Übersetzung einer Bewegung des Piezoaktors
erfolgt. Das heißt, wenn der größere Kolben durch den
Piezoaktor um eine bestimmte Wegstrecke bewegt wird, macht
der Betätigungskolben des Ventilgliedes einen um das
Übersetzungverhältnis der Kolbendurchmesser vergrößerten
Hub, da der Kolben des Piezoaktors eine größere Fläche als
der Betätigungskolben des Ventilgliedes aufweist. Dabei
liegen das Ventilglied, der Betätigungskolben des
Ventilgliedes, der durch den Piezoaktor bewegte Kolben und
der Piezoaktor auf einer gemeinsamen Achse hintereinander.
Ferner ist aus dar Druckschrift US 5,738,071 ein
hydraulisch betätigter Kraftstoffinjektor mit einem
Injektorgehäuse bekannt, welcher einen Hydraulikfluideinlaß
sowie eine Nadel-Steuerkammer aufweist. Eine hydraulische
Einheit innerhalb des Injektors führt Kraftstoff dem
Injektorgehäuse unter Druck zu. Die Hydraulikeinheit umfaßt
ein elektromagnetisch betätigtes Steuerventil für das
Hydraulikfluid und kann den Hydraulikfluideinlaß öffnen und
schließen. Ein Nadelventilelement umfaßt eine dem Druck der
Nadel-Steuerkammer ausgesetzte hydraulische Schließfläche.
Zusätzlich ist ein den Elektromagneten einsetzendes
Nadelsteuerventil vorgesehen, welches im Injektorgehäuse
montiert ist und die Nadel-Steuerkammer mit einer
Hochdruckfluidquelle verbindet bzw. davon absperren kann.
Hierbei ermöglicht das langsame Ansprechverhalten des
Hydraulikfluid-Steuerventils eine direkte Steuerung des
schnell ansprechenden Nadelventils durch den einzig
eingesetzten schnellwirkenden Elektromagneten.
Schließlich ist aus dem Hause Bosch ein Injektor bekannt,
der mit einem Servo-3/2-Sitz-Schieber-Ventil ausgerüstet
ist.
Bei diesen bekannten Systemen hat es sich als nachteilig
herausgestellt, daß die Schieber eine sehr kurze
Überdeckung aufweisen, so daß sie für PKW-Anwendungen mit
Ventilhüben um ca. 0,3 mm ungeeignet sind. Anstelle der bei
diesen Systemen verwendeten Sitz-Schieber-Ventilen könnten
zwar bekannte Doppelsitzventile die Problematik der kurzen
Überdeckung in Verbindung mit Ventilhüben um ca. 0,3 mm
überwinden, jedoch sind die bekannten Doppelsitzventile
nicht in der Praxis einsetzbar, da durch den nötigen
Kraftausgleich zwei Sitze zu zwei Führungen in zumindest
einem zweigeteilten Gehäuse führen würden.
Das erfindungsgemäße Ventil mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Patentanspruches 1 hat demgegenüber den
Vorteil, daß anstelle der bekannten 3/2-Sitz-Schieber-
Ventile ein 3/2-Doppelsitz-Ventil einsetzbar ist, wobei die
Sitze und Führungen nicht zueinander laufen müssen.
Zusätzlich ist durch das Vorsehen des zweiten Sitzes eine
harte Abdichtung gegenüber einem Schieber bei kleinem Hub
möglich.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltungsform ist der
erste Ventilkörper mit einer Pfanne ausgebildet, in die der
zweite Ventilkörper eingreifen kann. Hierdurch wird in
konstruktiv einfacher Form ein dichtes Zusammenwirken
zwischen den beiden Ventilkörpern gewährleistet.
Vorteilhafterweise ist der zweite Ventilkörper im
wesentlichen als Kugel ausgebildet, welche in die Pfanne
des ersten Ventilkörpers dichtend eingreifen kann.
Hierbei ist bevorzugt die Kugel mit einem zylindrischen
Fortsatz ausgebildet, welcher die Führung des zweiten
Ventilkörpers übernimmt. Führungen von zylindrischen
Elementen sind sowohl bei niedrigen als auch hohen Drücken
einfach erzielbar, und es kann auf bekannte, im Handel
gängige Konstruktionen zurückgegriffen werden.
Vorteilhaft ist der zylindrische Fortsatz an seinem der
Kugel abgewandten Endbereich mit einem Ring ausgebildet.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltungsform des
erfindungsgemäßen Ventils zum Steuern von Flüssigkeiten
greift ein Spannelement derart am Ring an, daß die Kugel in
die Pfanne für einen dichten Eingriff gepreßt wird.
Hierdurch wirken der erste und zweite Ventilkörper als eine
Einheit und können in einem einstückigen Gehäuse eingesetzt
werden. Zudem sind die Führung des ersten Ventilkörpers und
die Führung des zweiten Ventilkörpers voneinander getrennt,
und es ist nicht erforderlich, daß die beiden Führungen
zueinander verlaufen.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
dargestellt. Das Ausführungsbeispiel wird in der
nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die beigefügte
Figur zeigt schematisch eine Ansicht eines
Kraftstoffeinspritzventils gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel findet
das erfindungsgemäße Ventil Anwendung in einem
Kraftstoffeinspritzsystem, bei dem die Einspritzpumpe und
die Einspritzdüse eine Einheit bilden (sogenannte Pumpe-
Düse-Einheit (PDE)). In Fig. 1 wurden jedoch die bekannten
Bauteile des Kraftstoffeinspritzsystems weggelassen.
Insofern ist Fig. 1 lediglich auf die erfindungsgemäße
Neuerung fokusiert.
Das Einspritzventil 1 besteht aus einer nicht dargestellten
dezentralen Pumpeneinheit und einer nicht dargestellten
Steuereinheit. Hierbei umfaßt die Steuereinheit einen in
einem nicht dargestellten Gehäuse angeordneten nicht
dargestellten Piezoaktor mit einem Kolben 2, der mittels
hydraulischer Übersetzung 3 ein Steuerventil 4 ansteuert.
Das Steuerventil 4 besteht aus einem ersten Körper 5,
welcher an seinem in der beigefügten Figur unteren Ende
eine sogenannte Pfanne 6 aufweist. An diese Pfanne 6
schließt sich in der beigefügten Figur der zweite
Ventilkörper 7 an. Der zweite Ventilkörper besteht aus
einer Kugel 8, die in die Pfanne 6 dicht eingreift, sowie
einem zylindrischen Fortsatz 9.
Der zylindrische Fortsatz 9 ist hierbei separat vom ersten
Ventilkörper 5 geführt und weist an seinem in der
beigefügten Figur unteren Endbereich einen am äußeren
Umfang des zylindrischen Fortsatzes 9 ausgebildeten Ring 10
auf. An dem Ring 10 greift eine Feder 11 an, welche den
Ring 10 und damit den zweiten Ventilkörper 7 mit der Kugel
8 gegen die Pfanne 6 des ersten Ventilkörpers 5 preßt.
Schließlich ist das Steuerventil 4 mit einem ersten Sitz 12
und einem zweiten Sitz 13 ausgebildet, mit welchen jeweils
der erste Ventilkörper 5 bzw. der zweite Ventilkörper 7 in
Anlage gelangen.
Im folgenden wird die Funktionsweise des erfindungsgemäßen
Ventils 1 beschrieben. Wird aufgrund eines nicht
dargestellten Piezoaktors bei Bestromung des Piezoaktors
Druck auf den Kolben 2 ausgeübt, wird dieser Druck mittels
des hydraulischen Übersetzers 3 entsprechend einem
vorgegebenen Übersetzungsverhältnis auf den ersten
Ventilkörper 5 übertragen. Hierbei ist der erste
Ventilkörper aufgrund der Kombination aus Feder 11 und
zweitem Ventilkörper 7 im Ruhezustand bzw. unbestromten
Zustand des Ventils 1 in den ersten Sitz 12 des
Steuerventils 4 vorgespannt. Daher wird, wenn der vom
hydraulischen Übersetzer 3 weitergegebene Druck die
Druckkraft der Feder 11 übersteigt, der erste und zweite
Ventilkörper 5, 7 in der Darstellung der beigefügten Figur
nach unten bewegt bis die Kugel 8 des zweiten Ventilkörpers
7 in Anlage mit dem zweiten Ventil 13 gelangt. Gleichzeitig
kann Kraftstoff vom Zulauf Z durch das Steuerventil 4 zur
nicht dargestellten Düse mittels des Ablaufes A strömen.
Wird nunmehr die Bestromung des nicht dargestellten
Piezoaktors unterbrochen, werden sowohl der zweite als auch
erste Ventilkörper 5, 7 durch die Feder 11 in der
Darstellung gemäß der beigefügten Figur nach oben gedrückt,
bis der erste Ventilkörper 5 mit dem ersten Ventilsitz 12
in Eingriff gelangt. Hierdurch wird der Kraftstoffzulauf Z
zum Ablauf A unterbrochen und andererseits der Lecköl-
Ablauf LA geöffnet, so daß sich der im Steuerventil 4
befindliche Druck durch den Lecköl-Ablauf LA entspannen
kann.
Es ist anzumerken, daß die Kugel 8 des zweiten
Ventilkörpers 6 maximal einen Hub H bei Ansteuerung des
Steuerventils 5 bzw. Deaktivierung des Steuerventils 5
durchlaufen kann. Hierbei ist der Hub in einer
Größenordnung von ca. 0,3 mm dimensioniert.
Obgleich bei obiger Beschreibung eines
Ausführungsbeispieles die zusammenwirkenden Ventilkörper 5,
7 jeweils eine Pfanne 6 bzw. eine Kugel 8 für ein adäquates
Zusammenwirken umfassen, sind natürlich auch andere
aufeinander abgestimmte geometrische Formen als die Pfanne
6 und die Kugel 8 denkbar.
Die vorliegenden Erfindung kann selbstverständlich auch bei
anders ausgestalteten Ventilen mit hydraulischen aber auch
mechanischen Übersetzern verwendet werden.
Die vorhergehende Beschreibung des Ausführungsbeispieles
gemäß der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen
Zwecken und nicht zur Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen
der Erfindung sind verschiedene Änderungen und
Modifikationen möglich, um den Umfang der Erfindung sowie
ihre Äquivalente zu verlassen.
Claims (6)
1. Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten mit einem über
einen Übersetzer (3) betätigbaren Ventilglied (4), wobei
der Übersetzer (3) durch den Hub eines Piezoaktors
gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied
(4) ein Doppelsitzventil aufweist, in welchem zwei
getrennte Ventilkörper (5, 7) geführt sind.
2. Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der erste Ventilkörper (5) mit
einer Pfanne (6) ausgebildet ist, in die der zweite
Ventilkörper (7) eingreifen kann.
3. Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten nach Anspruch 1
oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Ventilkörper
(7) im wesentlichen als Kugel (8) ausgebildet ist.
4. Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kugel (8) mit einem
zylindrischen Fortsatz (9) ausgebildet ist.
5. Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Fortsatz (9)
an seinem der Kugel abgewandten Endbereich mit einem Ring
(10) ausgebildet ist.
6. Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Spannelement (11) derart am
Ring (10) angreift, daß die Kugel (8) in die Pfanne (6) für
einen dichten Eingriff vorgespannt ist.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8131 | Rejection |