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Stand der Technik
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DE 100 08 554 A1 bezieht
sich auf ein Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen.
Es wird ein Kraftstoffeinspritzventil mit mindestens zwei Ventilkörperteilen
offenbart, die an je einer Anlagefläche aneinander anliegen
und durch eine Spannvorrichtung gegeneinander senkrecht zur Anlagefläche
verspannt sind. In beiden Ventilkörperteilen ist ein Zulaufkanal
für Kraftstoff ausgebildet, der durch die Anlageflächen
hindurchtritt und dem ein hoher Kraftstoffdruck herrscht. Im Zulaufkanal
befindet sich mindestens eine radiale Erweiterung nahe der Anlagefläche
des betreffenden Ventilkörperteiles, so dass diese radiale
Erweiterung durch den Kraftstoffdruck im Zulaufkanal eine Aufweitung
in axiale Richtung des Zulaufkanales erfährt. Dadurch wird
der den Durchtritt des Zulaufkanales umgebende Bereich der Anlagefläche
an die Anlagefläche des anliegenden Ventilkörperteiles
gepresst, so dass sich der Anpressdruck der Anlageflächen
erhöht. Der Durchtritt des Zulaufkanales wird somit besser
abgedichtet und es kann die Kraft der Spannvorrichtung entsprechend
reduziert werden.
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Bei
druckausgeglichenen Schaltventilen wird das unter Druck stehende
Medium im geschlossenen Zustand üblicherweise in einer
ringförmigen Druckkammer eingeschlossen. Diese Kammer ist
auf der einen Seite durch eine Führung und auf der anderen Seite
durch einen Dichtsitz begrenzt, wobei Führung und Dichtsitz
exakt denselben Durchmesser d aufweisen. Dadurch entsteht keine
in Öffnungs- oder in Schließrichtung wirkende
Kraft auf das Ventilelement, welches zum Beispiel nadelförmig
oder auch hülsenförmig ausgebildet sein kann.
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Mit
fortschreitendem Betrieb des Schaltventiles kommt es zu einem Angleich
zwischen der Dichtfläche des Ventilstücks und
des in der Regel nadelförmig oder hülsenförmig
ausgebildeten Ventilelementes. Da der Angleich vom ursprünglichen
Durchmesser d ausgehend, nur zu einer Seite hin erfolgt, ist eine
Veränderung des wirksamen Sitzdurchmessers und damit die
Erzeugung einer in Öffnungsrichtung wirkenden Kraft auf
das Ventilelement die Folge. Der Druckausgleich des Schaltventiles
ist gestört und sein dynamisches Verhalten ändert
sich bis hin zur statischen Undichtheit.
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Bei
druckausgeglichenen Schaltventilen steht üblicherweise
nur eine geringe mechanische Kraft zur Verfügung, um das
Ventil dicht zu halten. Bei fortschreitendem Verschleiß gleichen
sich die Bauteile am Ventilsitz zunehmend aneinander an und eine
Kontaktbreite zwischen den Bauteilen nimmt zu. Solange dabei der
Dichtdurchmesser am Ventilsitz noch dem Führungsdurchmesser
entspricht, bleibt die Ventilfunktion erhalten. Entfernt sich der
Dichtdurchmesser jedoch weg vom Führungsdurchmesser, so
entsteht eine zusätzliche Druckstufe am Ventil, welche
eine in Öffnungsrichtung gerichtete Kraft erzeugt. Dies
kann dazu führen, dass sich bei zunehmendem Verschleiß,
d. h. Sitzangleich das Ventil ungewollt öffnet. Insbesondere
bei Schaltventilen für Hochdruckanwendungen spielt dabei
die Verformung der Bauteile im geschlossenen Zustand durch die Druckbelastung,
d. h. den im Bauteil herrschenden Systemdruck, eine große
Rolle. Diese Verformung kann die Auswirkung des Sitzangleiches massiv
verstärken und somit zum frühzeitigen Ausfall
des Ventils durch statische Undichtheit führen.
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Aus
dem Stand der Technik sind Ventile bekannt, die auch in Einspritzventilen
für Verbrennungskraftmaschinen zum Einsatz kommen. Insbesondere
bei Einspritzventilen, die im Kraftfahrzeugbereich eingesetzt werden,
sind schnellschaltende Ventile erforderlich, was bedeutet, dass
der Ventilhubweg sehr schnell durchfahren werden muss. Somit schließen
solche Ventile mit Geschwindigkeiten von 0,5 bis 1 m/s. Trifft bei
einem solchen Ventil ein Ventilglied auf den Ventilsitz bzw. einen
Hubanschlag auf, werden mechanische Schwingungen im Ventil angeregt
und das Ventil kann prellen, was bedeutet, dass das Ventil zwar
zunächst geschlossen wird, jedoch nach dem Kontakt des
Ventilsitzes mit dem Ventilglied wieder öffnet und zum
Beispiel eine ballistische Betriebsphase durchläuft. Da
das Einspritzventil nicht sofort geschlossen ist, können
dadurch Ungenauigkeiten beim Einspritzvorgang hervorgerufen werden.
Ebenso kann bei der nachfolgenden Ansteuerung des Einspritzventiles – zum
Beispiel im Falle von einer Vor- und einer Haupteinspritzung – der
Bewegungsablauf derart gestört werden, dass dies in einer
Mengenabweichung der Einspritzmenge zu erkennen ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird
ein Einspritzventil bereitgestellt, bei dem die reproduzierbaren
Einspritzmengen-Genauigkeiten von Voreinspritzphase zu Haupteinspritzphase
zu nachfolgender Voreinspritzphase gegenüber den aus dem
Stand der Technik bekannten Kraftstoffinjektoren erheblich erhöht
sind. Insbesondere ist bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Einspritzventil die Schließgeschwindigkeit erheblich erhöht,
wodurch die erzielbare Einspritzqualität erheblich verbessert
wird.
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Während
des Schließvorganges eines Einspritzventiles mit zum Beispiel
einem hülsenförmig ausgebildeten Ventilglied,
welches sich an einer gehäusefesten stationär
aufgenommenen Ventilführung bewegt, verläuft die
Schließbewegung sowohl des Ankerbolzens als auch der einzelnen
Flügel der Ankerplatte gleichmäßig in
Richtung auf den Ventilsitz. Bei Aufschlag der Unterkante der Ankerbaugruppe im
Ventilsitz erfolgt eine schlagartige Abbremsung des Ventilgliedes,
d. h. des an der Ventilführung geführten Ankerbolzens
samt Ankerplatte. Dabei bewegen sich die Ankerflügel der
Ankerplatte aufgrund der Massenträgheit jedoch weiter in
Richtung Sitz. Dadurch entsteht im Ankerbolzen wiederum eine Kraft, die
der Ankerflügelbewegung entgegengerichtet ist, d. h. in Öffnungsrichtung
wirkt. Die sich nach in Richtung nach unten, d. h. auf den Ventilsitz
nach unten durchbiegenden Ankerflügel, bewegen sich aus
ihrer vorgespannten Position heraus wieder nach oben, während
die Unterseite, die Auftreffseite des hülsenförmig
ausgebildeten Ventilgliedes nach wie vor im Ventilsitz verharrt.
Die Kraft im Ankerbolzen reduziert sich nun so weit, bis die Ankerflügel
wieder nach oben durchgebogen sind, d. h. einen Schwingvorgang beendet
haben und damit der Ankerbolzen wieder aus dem zuvor geschlossenen
Ventilsitz herausgezogen wird und das Ventil wieder öffnet.
In dieser Öffnungsphase erzeugen die nach oben durchgebogenen
Flügel der Ankerplatte Zugkräfte am Bolzen. Der
zeitliche Ablauf dieses Prellvorgangs hängt dabei entscheidend
von der Eigenfrequenz der Ankerflügel ab. Ist die Ankopplung
der Flügel an den Ankerbolzen sehr steif, prellt das Ventilglied
entsprechend schneller zurück. Der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Lösung folgend, werden im Bereich der Ankerflügel
mehrere Eigenfrequenzen realisiert, was be deutet, dass die einzelnen
Flügel der Ankerplatte, die in Umfangsrichtung voneinander
beabstandet sind, nicht alle gleich gestaltet werden, sondern gezielt
unterschiedlich, gegebenenfalls nach einem Wiederholmuster ausgestaltet
werden.
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Werden
die Ankerflügel der Ankerplatte unterschiedlich ausgebildet,
kann sich bei der Bewegung eines der Ankerflügel nach unten
ein anderer Flügel der Ankerflügel schon wieder
in Richtung nach oben bewegen. Im Idealfall heben sich die Kräfte,
die die einzelnen Ankerflügel auf den Ankerbolzen ausüben,
gegenseitig auf. Dadurch wird es möglich, dass der Ankerbolzen
samt Ankerplatte, d. h. die Ankerbaugruppe, nach dem eigentlichen
Schließvorgang kaum in Öffnungsrichtung wirkenden
Kräften ausgesetzt ist, wodurch sich das Prellen wirkungsvoll
unterdrücken lässt. Eventuell auftretende Schwingbewegungen
einzelner Ankerflügel werden durch dazu gegenläufig
verlaufende Schwingbewegungen anderer Ankerflügel kompensiert.
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Die
Einstellung der Eigenfrequenz der einzelnen Ankerflügel
am Ankerbolzen kann das Massenträgheitsmoment der Flügel
bzw. die Biegesteifigkeit der Ankopplung an den Ankerbolzen erfolgen. Der
Zusammenhang der Frequenz als Funktion von Flügelmasse
und Steifigkeit erfolgt gemäß der Beziehung f ≅ √c/m mit j = Massenträgheitsmoment
und c = Biegesteifigkeit, wobei das Massenträgheitsmoment
bezogen auf die Drehachse des Ankerflügels im Biegefall
berechnet wird, es gilt: J = vflügelρ∫r2dV, wobei r der Abstand des jeweiligen Volumenelementes von
der Drehachse des Ankerflügels ist.
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Werden
im Bereich der Ankerflügel zum Beispiel zwei unterschiedliche
Eigenfrequenzen realisiert, ist ein günstiges Verhältnis
der Eigenfrequenzen zueinander der Faktor 2. Dies bedeutet, dass
einer der Ankerflügel zum Beispiel viermal so schwer sein
sollte wie ein anderer bzw. die Ankopplung dieses Ankerflügels
sollte viermal so weich sein, je nachdem, ob die Realisierung über
die Masse oder die Steifigkeit erfolgt. Natürlich können
auch Kombinationen von Steifigkeits- und Massenunterschieden realisiert
werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Anhand
der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
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Es
zeigt:
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1 die
schematische Wiedergabe eines Einspritzventiles,
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1.1, 1.2, 1.3 verschiedene Phasen der Schließbewegung
eines außengeführten hülsenförmig
ausgebildeten Ventilgliedes eines Einspritzventiles,
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2 die
Gegenüberstellung der Bewegung eines Ankerbolzens und einem
daran aufgenommenen Ankerflügel,
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3 die
Draufsicht auf eine erste Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Ankerbaugruppe mit einem ersten Querschnitt und einem zweiten Querschnitt
durch die Ankopplung der Ankerflügel an einen Ankerbolzen,
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4 eine
Draufsicht auf eine weitere Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Ankerbaugruppe,
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5 eine
Draufsicht auf eine Rotationsrichtung des Ankerbolzens geschwächte
Ankerbaugruppe,
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6 eine
weitere Ausführungsform von biegesteifen oder biegeweichen
angekoppelten Ankerflügeln,
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7 eine
Ausführungsform von biegesteifen und biegeweichen angekoppelten
Ankerflügeln mit Schlitzpaaren,
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8 die
Ausführungsvariante einer biegesteifen oder biegeweichen
Ankopplung von Ankerflügeln durch Materialschwächung
mittels Bohrungen und
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9 eine
weitere Ausführungsform zweier weich bezüglich
der Rotation geschalteter Ankerflügel eines Ankerbolzens.
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Ausführungsformen
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Der
Darstellung gemäß 1 ist entnehmbar,
dass ein Einspritzventil 10 eine im Wesentlichen im Ventilkörper
angeordnete Ventilführung 12 aufweist. Die Ventilführung 12 ist
an einer Planseite 32 durch eine hier nur angedeutete Ventilspannmutter 24 fixiert
und stationär im Ventilkörper des Einspritzventiles 10 aufgenommen.
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Das
Einspritzventil 10 umfasst die Ventilführung 12,
deren Mantelfläche durch Bezugszeichen 14 gekennzeichnet
ist. An dieser ist ein hier hülsenförmig ausgebildetes
Ventilglied 16 in vertikaler Richtung bewegbar geführt.
Das Ventilglied 16 umfasst einen Ankerbolzen sowie eine
Ankerplatte 20, die wiederum einzelne Ankerflügel 22 aufweist.
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Die
Schließrichtung, in welche das hier hülsenförmig
ausgebildete Ventilglied 16 zum Schließen eines
Sitzes 30 bewegt wird, ist durch Bezugszeichen 26 angedeutet.
Der Sitz 30 ist am Übergang von der Planseite 32 der
Ventilführung 12 in den Führungsabschnitt
zur Vertikalführung des Ankerbolzens 18 ausgebildet.
Ein Sitz, wird durch das in Schließrichtung 26 bewegte
hülsenförmig ausgebildete Ventilglied 16 verschlossen,
angedeutet durch Bezugszeichen 34.
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Aus
der Figurensequenz der 1.1, 1.2 sowie 1.3 gehen
verschiedene Phasen einer Schließbewegung eines außen
an einer Ventilführung geführten Ventilgliedes
hervor.
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In 1.1 ist dargestellt, dass sich der Ankerbolzen 18 mit
daran ausgebildeten Ankerflügeln 22 auf den Sitz 30 zu
bewegt und diesen bei Auftreffen im Sitz 30 verschließt.
Dadurch ist ein Hochdruckraum 42 zwischen der Innenseite
des Ankerbolzens 18 und der Außenseite der Ventilführung 12,
der in der Regel mit unter Systemdruck stehenden Kraftstoff beaufschlagt
ist, verschlossen.
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1.2 zeigt die Bewegung der Ankerbaugruppe nach
Auftreffen des Ankerbolzens 18 im Sitz 30 und
dessen Schließen. Im Zustand eines geschlossenen Sitzes 34 wie
in 1.2 dargestellt, bewegt sich die untere Stirnseite
des Ankerbolzens 18 nicht mehr weiter, da diese an der
Sitzfläche des Sitzes 30 anliegt. Anderer seits
führt der mindestens eine am gegenüberliegenden
Ende des Ankerbolzens 18 ausgebildete Ventilflügel 22 eine
Abwärtsbewegung aus, aus der eine Durchbiegung 36 nach
unten des mindestens einen Ankerflügels 22 am
Ankerbolzen 18 resultiert.
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1.3 zeigt, dass die in 1.2 angedeutete Durchbiegung 36 nach
unten des mindestens einen Ankerflügels 22 am
Ankerbolzen 18 in eine Durchbiegung 38 nach oben übergeht,
welche eine Aufziehkraft 40, d. h. eine in axiale Richtung
des hülsenförmig ausgebildeten Ventilgliedes 16 wirkende Öffnungskraft
hervorruft. Während der Durchbiegung 38 nach oben
des mindestens einen am Ankerbolzen 18 ausgebildeten Ankerflügels 22 wirkt
eine Öffnungskraft auf das hülsenförmig
ausgebildete Ventilglied, welches dieses aus dem geschlossenen Sitz 34 zieht.
Dieser Vorgang des Zurückschwingens des mindestens einen
am Ankerbolzen 18 der Ankerbaugruppe ausgebildeten Ankerflügels 22 wird
als „Prellen" bezeichnet.
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Der
Darstellung gemäß 2 sind die
Bewegungen des mindestens eines Ankerflügels und des Ankerbolzens
entnehmbar. Während eines ersten hier durch Bezugszeichen 1.1 angedeuteten
Abschnittes, bewegen sich der mindestens eine Ankerbolzen 22 und
der Ankerbolzen 18 der Ankerbaugruppe des Einspritzventiles 10 synchron
in Richtung des Sitzes 30. Aus 2 geht hervor,
dass ein Bewegungsablauf 50 des mindestens einen Ankerflügels 22 und
ein Bewegungsablauf 60 des Ankerbolzens 18 synchron
verlaufen.
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In
der durch den Doppelpfeil, der mit Bezugszeichen 1.2 bemaßt
ist, angedeuteten Phase, die der Darstellung gemäß 1.2 entspricht, bewirkt die Durchbiegung 36 nach
unten des mindestens einen Ankerflügels 22 am
Ankerbolzen 18 eine Erhöhung der Schließkraft,
die im Sitz 30 wirkt.
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Aufgrund
des in 1.3 dargestellten Rückschwingens
des mindestens einen Ankerflügels 22 am Ankerbolzen 18,
angedeutet durch die Durchbiegung 38 nach oben in 1.3, wird der in der Schließstellung
den Sitz 30 verschließende Ankerbolzen 18 nunmehr
in Öffnungsrichtung bewegt, angedeutet durch Bezugszeichen 60 und
den gestrichelt angedeuteten Bewegungsablauf 50 des mindestens
einen Ankerflügels 22, der an der dem Sitz 30 abgewandten
Seite des Ankerbolzens 18 ausgebildet ist.
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Aufgrund
des Durchbiegens 38 nach oben des mindestens einen Ankerflügels 22,
wird der Ankerbolzen 18 aus dem Sitz 30 gezogen,
was zu dem unerwünschten Ankerprellen schlussendlich führt.
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Um
dem Ankerprellen entgegenzuwirken, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen,
im Bereich der Ankerplatte an dem mindestens einen Ankerflügel 22 voneinander
verschiedene Eigenfrequenzen zu realisieren. Wie aus 3 hervorgeht,
sind an der dort dargestellten Ankerplatte 20, die eine
Zentralbohrung 72 aufweist und deren Planseite durch Bezugszeichen 70 kenntlich
gemacht ist, vier symmetrisch zueinander verlaufende Ankerflügel 22 ausgebildet.
Die Ankerflügel 22 sind jeweils durch Schlitzungen 74 voneinander
getrennt. Jeweils zwei aneinander gegenüberliegende Ankerflügel 22 bilden
ein Ankerflügelpaar, wobei eines der Ankerflügelpaare eine
biegesteife Ankopplung 76 an den Ankerbolzen 18 aufweist
und das verbleibende weitere Ankerflügelpaar der Ankerflügel 22 eine
biegeweiche Ankopplung 78 an den Ankerbolzen 18 aufweist.
Die Details in Bezug auf die biegesteife Ankopplung 76 gehen
aus dem Schnitt B-B hervor, während die Details der biegeweichen
Ankopplung 78 der Ankerflügel 22 an den
Ankerbolzen 18 aus dem Schnittverlauf gemäß A-A
hervorgehen. Aus diesem Schnittverlauf geht hervor, dass im Bereich
der biegeweichen Ankopplung 78 der Ankerflügel 22 eine
gezielte Schwächung des Materials des Ankerbolzens 18 im
Bereich der Ankerflügel 22 ausgebildet ist, während
dies im Falle der biegesteifen Ankopplung 76 der Ankerflügel 22 an
der Ankerbolzen 18 einer Materialanhäufung ausgebildet
ist, welche schlussendlich die steife Ankopplung 76 der
Ankerflügel 22 an den Ankerbolzen 18 erst
ermöglicht.
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Aus
dem Schnittverlauf B-B geht hervor, dass die an dem Ankerbolzen 18 der
Ankerbaugruppe befestigten, einander gegenüberliegenden
Ankerflügel 22 durch eine biegesteife Ankopplung 76 mit dem
Ankerbolzen 18 verbunden sind, was aus der Materialanhäufung
am Übergang von der Mantelfläche 18 des
Ankerbolzens zu den Ankerflügeln 22 herrührt.
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Im
Gegensatz dazu ist gemäß des Schnittverlaufes
A-A erkennbar, dass die dort dargestellten Ankerflügel 22 mit
der biegeweichen Ankopplung 78 an die Mantelfläche
des Ankerbolzens angekoppelt sind, wobei die biegeweiche Ankopplung 78 durch eine
gezielte Materialverminderung im Bereich der Ankopplung gegeben
ist.
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Aus
der Darstellung gemäß 4 geht eine Ankerplatte 20 hervor,
welche eine Basisgruppe 80 darstellt, aus welcher erfindungsgemäß vorgeschlagene
Ankerbaugruppen, die Ankerplatte 20 und den Ankerbolzen 18 umfassend,
gestaltet werden können. Wie aus der Ansicht gemäß 4 hervorgeht, ist
die Planseite 70 der Ankerplatte 20 durch eine Schlitzung 74 in
vier Ankerflügel 22 unterteilt. Die Ankerflügel 22,
die jeweils durch eine Schlitzung 74 voneinander getrennt
sind, liegen paarweise einander gegenüber. In der in 4 in
der Draufsicht dargestellten Basisgruppe 80 sind die Ankopplungsstellen der
Ankerflügel 22 an den Ankerbolzen 18 im
Bereich der Zentralbohrung 72 sämtlich als biegesteife
Ankopplungen ausgeführt.
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Aus
der Darstellung gemäß 5 geht hervor,
dass in diesem Ausführungsbeispiel zwei einander gegenüberliegende
Ankerflügel 22 über die biegesteife Ankopplung 76 an
den Ankerbolzen 18 angekoppelt sind, während dazu
um 90° gedrehte Ankerflügel 22 jeweils
durch eine erste Schlitzung 84 bzw. eine zweite Schlitzung 86 an
den Ankerbolzen 18 angekoppelt sind. Durch die einander
gegenüberliegend orientierten Schlitzungen 84, 86 werden
im Bereich der beiden Ankerflügel 22 biegeweiche
Ankopplungen 78 der beiden genannten Ankerflügel 22 in
Bezug auf den Ankerbolzen 18 an dessen Planseite 70 realisiert.
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Mit
Bezugszeichen 82 ist eine Drehachse in Bezug auf die Biegung
des Ankerflügels 22 bezeichnet.
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Über
die erste Schlitzung 84 bzw. die dieser gegenüberliegende
zweite Schlitzung 86 im Bereich der Ankerflügel 22 wird
eine außermittig liegende Schwächung realisiert,
so dass auch in Rotationsrichtung Freiheitsgrade angeregt werden.
Um die in der Darstellung gemäß 5 angezeichnete
Drehachse 82, werden aufgrund der Orientierung der beiden
Schlitzungen 84, 86 ebenfalls voneinander verschiedene
Eigenfrequenzen der beiden mit der biegeweichen Ankopplung 78 an
den Ankerbolzen 18 angekoppelten Ankerflügel 22 erreicht.
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6 zeigt
eine weitere Ausführungsvariante von biegeweicher und biegesteifer
Ankopplung von Ankerflügeln einer Ankerplatte an den Ankerbolzen
einer Ankerbaugruppe.
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Wie
aus der Darstellung gemäß 6 hervorgeht,
ist auch gemäß dieser Ausführungsform
die Planseite 70 der Ankerplatte 20 in vier Ankerflügel 22 unterteilt,
die jeweils rechtwinklig zueinander in Bezug auf die Zentralbohrung 72 orientiert
sind. Jeweils zwei einander gegenüberliegende Ankerflügel 22 bilden
ein Ankerflügelpaar. Wie aus der Draufsicht gemäß 6 hervorgeht,
sind zwei einander gegenüberliegende Ankerflügel 22 über
die biegesteife Ankopplung 76 mit dem Ankerbolzen, der
sich in die Zeichenebene parallel zur Zentralbohrung 72 erstreckt, gekoppelt,
während die beiden zu diesen Ankerflügeln 22 um
90° versetzten Ankerflügel 22 über
die biegeweiche Ankopplung 78 mit dem sich senkrecht zur
Zeichenebene gemäß 6 erstreckenden
Ankerbolzen 18 gekoppelt sind.
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Aus
der Darstellung gemäß 6 geht hervor,
dass im Bereich der biegesteifen Ankopplung 76 die jeweiligen
Ankerflügel 22 mit einer größeren
Materialbreite am Kernbereich der Ankerplatte 20 angekoppelt
sind, während die beiden Ankerflügel 22,
die rechtwinklig zu diesen Ankerflügeln 22 angeordnet sind, über
einen im Vergleich dazu wesentlich schmaleren Materialsteg mit dem
Kernbereich der Ankerplatte 20 gekoppelt sind.
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Über
die in 6 dargestellte Ausbildung von biegeweich und biegesteif
angekoppelten Ankerflügeln 22, werden Eigenfrequenzen
eingestellt, die zu einem gegenläufigen Schwingverhalten
der beiden hier mit einer biegesteifen Ankopplung 76 an
den Ankerbolzen 18 angekoppelten Ankerflügel 22 im Vergleich
zu den beiden Ankerflügeln 22 führt,
die über die biegeweiche Ankopplung 78 an den
sich senkrecht zur Zeichenebene gemäß 6 erstreckenden
Ankerbolzen 18 angekoppelt sind.
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Der
Darstellung gemäß 7 ist eine
weitere Ausführungsform einer Ankerplatte einer Ankerbaugruppe
zu entnehmen, bei der voneinander verschiedene Eigenfrequenzen realisiert
sind.
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Auch
gemäß dieser Ausführungsform der Ankerplatte 20 einer
Ankerbaugruppe ist die Planseite 70 der Ankerplatte 22 in
einer Anzahl von Ankerflügeln 22, im vorliegenden
Beispiel vier Ankerflügel 22 unterteilt. Von den
insgesamt vier Ankerflügeln 22 sind zwei einander
gegenüberliegende Ankerflügel über ein
erstes Schlitzpaar 88 bzw. ein zweites Schlitzpaar 90 an
den Kernbereich der Planseite 70 der Ankerplatte 20 angekoppelt.
Das erste Schlitzpaar 88 bzw. das zweite Schlitzpaar 90 stellt
eine gezielte Schwächung der Ankopplung der beiden einander
gegenüberliegenden Ankerflügel 22 dar.
Demgegenüber sind die beiden dazu um 90° zueinander versetzt
angeordneten Ankerflügel 22 über die
biegesteife Ankopplung 76 mit dem Kernbereich der Ankerplatte 20 gekoppelt.
Auch in der in 7 dargestellten Ausführungsform
werden unterschiedliche Eigenfrequenzen erreicht, wodurch bei der
Abwärts- bzw. Aufwärtsbewegung des unterhalb der
Planseite 70 der Ankerplatte 20 senkrecht zur
Zeichenebene verlaufenden Ankerbolzens 18 unterschiedlich,
d. h. gegenläufige Schwingbewegungen der entweder biegesteif
angekoppelten oder biegeweich angekoppelten Ankerflügelpaare
jeweils zwei Ankerflügel 22 umfassend, realisiert
werden.
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8 zeigt
eine weitere Ausführungsform der Gestaltung der Planseite
der Ankerplatte 20 der Ankerbaugruppe.
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Aus
der Darstellung gemäß 8 geht hervor,
dass die Planseite 70 der Ankerplatte 20 über eine
Vierfachschlitzung 74 in vier Ankerflügel 22 unterteilt
ist. In der in 8 dargestellten Ausführungsform
der Ankerplatte 20 der Ankerbaugruppe wird eine biegeweiche
Ankopplung 78 zwei einander gegenüberliegender
Ankerflügel 22 durch das Einbringen einer ersten
Schwächungsbohrung 92 bzw. einer zweiten Schwächungsbohrung 94 in
die Planseite 70 der Ankerplatte 20 erreicht.
Die beiden um 90° versetzt zu den Ankerflügel 22 orientierten
Ankerflügel 22 ohne Schwächungsbohrungen 92 bzw. 94 sind über
eine biegesteife Ankopplung 76 mit dem Kernbereich der
Ankerplatte 20 gekoppelt. Die Weichheit der Ankoppelstellen,
d. h. die Ausbildung einer biegesteifen Ankopplung 76 bzw.
einer biegeweichen Ankopplung 78 kann mithin neben der
Ausführung von Schlitzen oder Materialstärkevariationen
auch durch das Einbringen von Schwächungsbohrungen 92, 94 in
das Vollmaterial der Ankerplatte 20 der hier in Rede stehenden
Ankerbaugruppe erreicht werden.
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Die
Ausführungsform gemäß 9 stellt eine
Variation der Ausführungsform gemäß 8 dar,
bei welcher zwei Ankerflügel 22 der Ankerplatte 20 jeweils
im Bereich ihrer Ankopplungsstellen an den Kernbereich der Ankerplatte 20 Schwächungsbohrungen 96 bzw. 98 bezüglich
der Rotation aufweisen. Im Unterschied zur Ausführungsform
gemäß 8, bei der die erste Schwächungsbohrung 92 bzw.
die zweite Schwächungsbohrung 94 mittig in die jeweilige
Ankopplungsstelle der Ankopplungsstelle 78 der Ankerflügel 22 an
den Kernbereich der Ankerplatte 20 dargestellt ist, sind
die in 9 in das Ankerplattenmaterial eingebrachten Schwächungsbohrungen 96, 98 außermittig
angebracht. Dadurch werden rotatorische Freiheitsgrade angeregt.
Durch die außermittige Anordnung der Schwächungsbohrungen 96, 98 in
der in 9 dargestellten Ausführungsform, lassen
sich rotatorische Freiheitsgrade anregen, durch welche relativ einfach
unterschiedliche Eigenfrequenzen in den Ankerflügeln 22 aufgebaut werden
können.
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Für
sämtliche vorstehend beschriebenen Ausführungsformen
von biegesteifer Ankopplung 76 bzw. biegeweicher Ankopplung 78 oder
biegeweicher Ankopplung bezüglich Rotation gilt, dass es äußerst vorteilhaft
ist, immer zwei einander gegenüberliegende Ankerflügel 22 gleich
aufzubauen. Dadurch wird insbesondere verhindert, dass Biegemomente
in den Ankerbolzen 18 der Ankerbaugruppe eingeleitet werden.
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Durch
die erfindungsgemäß vorgeschlagene Ausgestaltung
der Ankopplungen 76 bzw. 78 bzw. durch eine biegeweiche
Ausbildung der Ankopplungsstellen der Ankerflügel 22 an
den Ankerbolzen 18 in Bezug auf die Rotation wird erreicht,
dass bei Durchbiegung 36 nach unten eines Paares von Ankerflügeln 22,
während der Schließbewegung des Ventilgliedes 16 das
andere Paar der Ankerflügel 22 bereits eine Durchbiegung 38 nach
oben aufweist, so dass sich die auf den Ankerbolzen 18 der
Ankerbaugruppe wirkenden Kräfte gegenseitig neutralisieren. Erst
dadurch wird es möglich, dass der Ankerbolzen 18 nach
dem eigentlichen Schließvorgang kaum mehr in Öffnungsrichtung
wirkende Aufziehkräfte 40 erfährt, so
dass das Prellen wirkungsvoll unterdrückt werden kann.
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In
vorteilhafter Weise ist der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Lösung folgend, die Planseite 70 der Ankerplatte
der Ankerbaugruppe in eine gerade Anzahl von Ankerflügeln 22 unterteilt,
was in fertigungstechnisch besonders einfacher Weise durch die Schlitzung 74,
bei der es sich bevorzugt um eine Vierfachschlitzung handelt, realisiert
werden kann. Es ist jedoch andererseits auch möglich, die
Planseite 70 der Ankerplatte 20 mit einer Dreifachschlitzung, die
zeichnerisch nicht dargestellt ist, zu versehen und auf diesem Wege
die Planseite 70 der Ankerplatte 20 in 3 um 120°-Anordung
zueinander liegende Ankerflügel 22 zu unterteilen.
Im Prinzip ist eine gegenläufige Bewegung mindestens zweier
Ankerflügel auch mit dieser Ausführungsform möglich,
ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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In
Bezug auf die in 8 und 9 dargestellten
Ausführungsformen der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Lösung sind die Massenträgheitsmomente j der jeweiligen
Ankerflügel 22 unterschiedlich gestaltet, so dass
unterschiedliche Resonanzfrequenzen von jeweils zwei Ankerflügel 22 realisiert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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