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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einem Ventil für ein strömendes Medium, insbesondere einem Dosierventil zum Zumessen einer Flüssigkeit, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Bei der Abgasnachbehandlung in Kraftfahrzeugen wird zur Reduzierung von Stickoxiden eine Harnstoff-Wasser-Lösung mittels eines Dosierventils in dosierten Mengen in das Abgas eingespritzt. Aufgrund des hohen Wasseranteils gefriert die im Betrieb des Kraftfahrzeugs unter Druck stehende Lösung schon bei geringen Temperaturen unter dem Nullpunkt. Die dabei im Dosierventil vorhandene Lösung dehnt sich beim Gefrieren aus und schädigt das Ventil, so dass dieses funktionsuntüchtig wird.
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Um dem zu begegnen, weist ein bekanntes, gefriertaugliches Dosierventil zum Einspritzen einer Harnstoff-Wasser-Lösung (
DE 10 2004 025 062 B4 ) einen von einem Magnetteil getrennten Hydraulikteil mit einem Gehäuse und einer darin ausgebildeten Ventilkammer auf, die einerseits von einem Ventilsitz begrenzt und andererseits durch eine elastische, ringförmige Membran abgeschlossen ist. Die Membran ist mit ihrem äußeren Rand im Ventilgehäuse und mit ihrem inneren Rand an einer mit dem Ventilsitz zum Freigeben und Schließen einer Ventilöffnung zusammenwirkenden, vom Magnetteil angetriebenen Ventilnadel jeweils flüssigkeitsdicht festgelegt. in der Ventilkammer mündet ein Zulauf für die unter Druck stehende Harnstoff-Wasser-Lösung. Beim Gefrieren der Harnstoff-Wasser-Lösung stellt die elastische Membran durch Ausdehnen einen Volumenausgleichsraum zur Verfügung, so dass das Ventil nicht durch das sich vergrößernde Volumen der im Dosierventil vorhandenen Menge an Harnstoff-Wasser-Lösung beschädigt wird. Im Dosierbetrieb wirkt der Flüssigkeitsdruck in der Ventilkammer auf die elastische Membran, wodurch eine gegen die Federkraft der Ventilschließfeder gerichtete Verschiebekraft am Ventilstößel erzeugt wird. Da das Ventil durch die Abstimmung der Ventilschließfeder und der Magnetkraft abgedichtet bzw. geöffnet wird, führt diese vom Flüssigkeitsdruck in der Ventilkammer erzeugte Verschiebekraft dazu, dass bei gegebener maximaler Magnetkraft des Elektromagneten das Ventil nur in einem eng begrenzten Druckbereich sicher schließen und öffnen kann.
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Ein bekanntes Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen (
DE 10 2004 044 821 A1 ) weist eine an ihrem freien Ende ein kugelförmiges Schließglied tragende, hohle Ventilnadel auf, die mit einem Magnetanker eines Elektromagneten fest verbunden ist und mit einem Kraftstoffzufluss in Verbindung steht. Das Schließglied wirkt mit einem Ventilsitz zum Freigeben und Schließen einer vom Ventilsitz umschlossenen Ventilöffnung zusammen. Ventilsitz und Ventilöffnung sind an einem Ventilsitzkörper ausgebildet, der das Ende eines rohrförmigen Ventilsitzträgers abschließt. Eine Ventilschließfeder presst das kugelförmige Schließglied auf den Ventilsitz, so dass das Ventil geschlossen ist. Zum Öffnen des Ventils dient der Elektromagnet, der zusammen mit dem Ventilsitzträger in einem Ventilgehäuse aufgenommen ist. Die stirnseitig offene, hohle Ventilnadel trägt im Bereich zwischen dem Magnetanker und dem Schließglied mehrere radiale Öffnungen, so dass der vom Kraftstoffzufluss in die Ventilnadel gelangende, unter Druck stehende Kraftstoff über die Radialöffnungen in den Ventilsitzträger eintritt und an Schließglied und Ventilsitz ansteht.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Ventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass in fertigungstechnisch einfacher Weise im Ventil ein Ausgleichsraum für das gefrierende Medium zur Verfügung steht, ohne dass Einschränkungen hinsichtlich des Druckbereichs in dem das Ventil bei Betrieb sicher schließt, hingenommen werden müssen. Sobald die im Ventil vorhandene Mediummenge infolge des Gefrierens ihr Volumen vergrößert, dehnt sich der elastisch verformbar ausgebildete Hülsenbereich des Ventilsitzträgers und gibt dem sich vergrößernden Volumen des gefrierenden Mediums Raum, so dass kein Eisdruck auf irgendein anderes Bauelement im Innern des Ventils wirkt und Schädigungen der Ventilfunktionen hervorruft. Nach Wegfall des Eisdrucks durch Auftauen des gefrorenen Mediums stellt sich der Hülsenbereich wieder in seine ursprüngliche Form und Ausrichtung zurück.
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Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Ventils möglich.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung hat der verformbar ausgebildete Hülsenbereich des Ventilsitzträgers, vorzugsweise der gesamte Ventilsitzträger, die Form eines Wellbalgs. Dadurch wird eine große Verformbarkeit des Ventilsitzträgers sichergestellt, die einen ausreichend großen Ausdehnungsraum für das gefrierende Medium verfügbar macht.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Ventilnadel hohl ausgeführt und steht mit einem Mediumzufluss in Verbindung. Das dem Ventilsitzkörper zugekehrte Nadelende ist mit einem mit dem Ventilsitz zum Schließen und Freigeben der Ventilöffnung zusammenwirkenden Schließkopf abgeschlossen und die Ventilnadel im Bereich des Ventilsitzträgers mit mindestens einer Öffnung versehen. Auf diese Weise ist der Zustrom des Mediums in den Ventilsitzträger sichergestellt und der von dem Schließkopf verschlossenen Ventilöffnung stets ein definierter Mediumdruck vorgelagert.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Ventilnadel zu ihrer Betätigung mit einem Magnetanker eines in einem Ventilgehäuse aufgenommenen Elektromagneten fest verbunden und der Magnetanker in einem im Ventilgehäuse festgelegten, ferromagnetischen Rohr verschieblich geführt. Auf das als magnetischer Rückschluss dienende Rohr ist eine Magnetspule aufgeschoben und in dem Rohr ein Magnetkern des Elektromagneten angeordnet.
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Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung steht das Rohr mit einem Rohrendabschnitt aus dem Ventilgehäuse vor, und der Ventilsitzträger ist an dem Rohrendabschnitt, vorzugsweise durch Schweißen, befestigt. Dies hat den Vorteil, dass der Ventilsitzträger unabhängig von dem für den magnetischen Rückschluss erforderlichen Rohr aus einem Material hergestellt werden kann, dass vorteilhafte Eigenschaften bezüglich Korrosionsbeständigkeit und leichter Umformbarkeit bietet. Vorzugsweise wird der Ventilsitzträger aus austenitischem Blech hergestellt, das nicht ferromagnetisch ist, aber eine hohe Korrosionsbeständigkeit und Verformbarkeit bietet sowie gut zu schweißen ist.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann der Ventilsitzträger auch einstückig mit dem ferromagnetischen Rohr des Elektromagneten ausgebildet werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die Erfindung ist anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 ausschnittweise eine Längsschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels eines Ventils für ein strömendes Medium,
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2 eine gleiche Darstellung wie in 1 eines zweiten Ausführungsbeispiels des Ventils.
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Das in 1 ausschnittweise mit seinem einspritzseitigen Ende dargestellte Ventil für ein strömendes Medium wird beispielsweise als Dosierventil zum Zumessen einer gefrierfähigen Flüssigkeit eingesetzt. Ein Beispiel für eine solche Flüssigkeit ist eine Harnstoff-Wasserstoff-Lösung, die mittels des Dosierventils in dosierter Menge in das Abgas einer Brennkraftmaschine eingespritzt wird, um die Stickoxide im Abgas zu reduzieren. Dabei steht das dosiert abzuspritzende Medium unter einem Systemdruck von einigen bar.
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Das Ventil weist ein Ventilgehäuse 11 und einen davon abstehenden, hülsenförmigen Ventilsitzträger 12 auf. Der Ventilsitzträger 12 ist an seinem gehäusefernen Ende mit einem Ventilsitzkörper 13 abgeschlossen, der mit dem Ventilsitzträger 12 mediumdicht verbunden ist, wie es in 1 durch die umlaufende Stichschweißnaht 14 angedeutet ist. Am Ventilsitzkörper 13 ist ein Ventilsitz 15 ausgebildet, der eine Ventilöffnung 16 umgibt. Der Ventilöffnung 16 ist in Abspritzrichtung eine Spritzlochscheibe 17 nachgeordnet, die an der Stirnseite des Ventilsitzkörpers 13 z. B. durch Schweißen festgelegt ist, wie es durch die Schweißnaht 18 in 1 angedeutet ist.
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Zum Steuern der Ventilöffnung 16 taucht in den mediumgefüllten Ventilsitzträger 12 eine durch das Ventilgehäuse 11 sich erstreckende Ventilnadel 19 ein. Die Ventilnadel 19 ist hohl ausgeführt und an ihrem ventilsitzträgerseitigen Ende mit einem Schließkopf 20 abgeschlossen, der mit dem Ventilsitz 15 zum Schließen und Freigeben der Ventilöffnung 16 zusammenwirkt. Der Schließkopf 20 ist fest mit der Ventilnadel 19 verbunden, wie es durch die Schweißnaht 21 in 1 angedeutet ist. Am schließkopffernen Ende steht die Ventilnadel 19 mit einem Mediumzufluss in Verbindung, der in 1 durch den Pfeil 22 angedeutet ist. In ihrem in den Ventilsitzträger 12 eintauchenden Bereich weist die Ventilnadel 19 mindestens eine Öffnung 23 auf, so dass das vom Mediumzufluss 22 in die Ventilnadel 19 einströmende, unter einem Systemdruck stehende Medium über die mindestens eine Öffnung 23 den Ventilsitzträger 12 mit Medium zu füllen vermag. Dadurch steht am Schließkopf 20 der Ventilnadel 19 stets ein Mediumsystemdruck von einigen bar an.
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Die Ventilnadel 19 ist durch eine Ventilschließfeder 24 auf den Ventilsitzträger 12 des Ventilsitzköpers 13 aufgepresst und dichtet die Ventilöffnung 16 ab. Zum Abheben des Schließkopfs 20 vom Ventilsitz 15 ist die Ventilnadel 19 mit einem hohlzylindrischen Magnetanker 25 eines im Ventilgehäuse 11 aufgenommenen Elektromagneten 26 fest verbunden, wie es durch die Schweißnaht 27 in 1 angedeutet ist. Der Magnetanker 25 ist in einem im Ventilgehäuse 11 festgelegten, ferromagnetischen Rohr 28 verschieblich geführt. Auf das Rohr 28 ist eine Magnetspule 29 des Elektromagneten 26 aufgeschoben, und in das Rohr 28 ist ein zentral die Ventilschließfeder 24 aufnehmender Magnetkern 30 des Elektromagneten 26 unverschieblich eingesetzt, der zusammen mit dem Magnetanker 25 einen ringförmigen Arbeitsluftspalt 31 begrenzt.
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In dem Ausführungsbeispiel der 1 ragt das ferromagnetische Rohr 28 mit einem Rohrendabschnitt 281 aus dem Ventilgehäuse 11 heraus. An diesem Rohrendabschnitt ist der hülsenförmige Ventilsitzträger 12 befestigt, wie es durch die Schweißnaht 32 in 1 angedeutet ist. Der Ventilsitzträger 12 ist aus austenitischem Blech hergestellt, was hochkorrosionsbeständig, leicht umformbar und gut zu schweißen ist.
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Zur Herstellung einer Gefriertauglichkeit des Ventils in dem Sinne, dass das im Ventilsitzträger 12 und in der Ventilnadel 19 permanent vorhandene Medium beim Gefrieren keine Schädigung des Ventils bewirkt, ist der hülsenförmige Ventilsitzträger 12 mindestens innerhalb eines Hülsenabschnitts elastisch verformbar ausgebildet. Vorzugsweise ist der elastisch verformbare Hülsenabschnitt als Wellbalg 33 ausgebildet, wie dies in 1 dargestellt ist.
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Gefriert das im Ventil vorhandene Medium, so drückt der durch Volumenvergrößerung des Mediums radial auf dem Ventilsitzträger 12 wirkende Eisdruck den Wellbalg 33 elastisch nach außen, so dass dem sich vergrößernden Volumen des gefrierenden Mediums Raum zum Ausdehnen gegeben wird und somit ein auf andere Bauelemente innerhalb des Ventilsitzträgers 12, insbesondere auf den Magnetanker 25, wirkender Eisdruck nicht auf ein solches Niveau ansteigen kann, dass das Ventil geschädigt wird. Beim Wiederauftauen des Mediums stellt sich der Wellbalg 33 wieder zurück und nimmt seine ursprüngliche Form und Ausrichtung ein. Der Wellbalg 33 ist dabei so ausgeführt, dass er sich erst oberhalb des Betriebssystemdrucks des Mediums verformt.
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Das in 2 dargestellte Ausführungsbeispiel des Ventils unterscheidet sich von dem in 1 beschriebenen nur dadurch, dass der Ventilsitzträger 12 einstückig mit dem ferromagnetischen Rohr 28 des Elektromagneten 26 ausgebildet ist. Im Gegensatz zu dem nichtferromagnetischen, aus austenitischem Blech hergestellten Ventilsitzträger 12 in 1 müssen bei dem hier notwendigerweise aus ferromagnetischem Material bestehenden Ventilsitzträger 12 Zugeständnisse hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit und der Verformbarkeit gemacht werden. Im übrigen gilt die Beschreibung des Ventils zu 1 in gleicher Weise zu 2, wobei gleiche Bauteile in 2 mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004025062 B4 [0003]
- DE 102004044821 A1 [0004]
