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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einem Ventil für ein strömendes Medium, insbesondere Dosierventil zum Zumessen einer gefrierfähigen Flüssigkeit, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Ein bekanntes Kraftstoff- oder Brennstoffeinspritzventil (
DE 199 32 763 A1 ) weist ein topfförmiges Ventilgehäuse auf, in dem ein hülsenförmiger, dünnwandiger Ventilsitzträger festgelegt ist. Der Ventilsitzträger steht axial aus dem Ventilgehäuse vor und ist an seinem vom Ventilgehäuse abgekehrten Ende mit einem Ventilsitzkörper abgeschlossen, in dem eine Spritzöffnung mit umlaufendem Ventilsitz ausgebildet ist. Eine zentral im Ventilsitzträger sich erstreckende Ventilnadel ist an ihrem dem Ventilsitzkörper zugekehrten Ende mit einem Schließglied versehen, das mit dem Ventilsitz zum Steuern der Spritzöffnung zusammenwirkt. An dem vom Schließglied abgekehrten Ende ist die Ventilnadel an einem im Ventilsitzträger verschieblich geführten, hohlzylindrischen Magnetanker eines im Ventilgehäuse angeordneten Elektromagneten befestigt. Auf dem Ventilsitzträger ist eine Magnetspule des Elektromagneten aufgeschoben, und in den Ventilsitzträger ist ein hohlzylindrischer Magnetkern des Elektromagneten eingesetzt, der zusammen mit dem als magnetischer Rückschluss dienenden Ventilgehäuse den Magnetkreis über den Magnetanker und einen zwischen Magnetanker und Magnetkern vorhandenen Arbeitsluftspalt schließt. Der Magnetanker ist mit einer Ventilschließfeder belastet, und das hohle Innere vom Magnetkern und Magnetanker steht mit einem Brennstoffzufluss in Verbindung. Der über den Brennstoffzufluss unter Systemdruck zugeführte Brennstoff strömt über mindestens eine im Magnetanker vorgehaltene Radialbohrung in die vom Ventilsitzträger begrenzte, dem Ventilsitzkörper vorgelagerte Ventilkammer. Mit Bestromen der Magnetspule hebt die Ventilnadel mit ihrem Schließglied gegen die Federkraft der Ventilschließfeder mehr oder weniger von dem Ventilsitz ab, und eine dosierte Menge an Brennstoff wird über die Spritzöffnung abgespritzt.
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Ein solches Ventil wird auch bei der Abgasnachbehandlung von Brennkraftmaschinen zum Einspritzen einer Harnstoff-Wasser-Lösung eingesetzt, um durch Zuführen einer dosierten Lösungsmenge im Abgas enthaltene Stickoxide zu reduzieren. Aufgrund des hohen Wasseranteils gefriert die im Betrieb der Brennkraftmaschine unter Druck stehende Lösung schon bei geringen Temperaturen unter dem Nullpunkt. Die dabei im Dosierventil, insbesondere in der Ventilkammer, vorhandene Lösung dehnt sich beim Gefrieren aus und schädigt das Ventil, so dass dieses funktionsuntüchtig wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Ventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass beim Gefrieren des Mediums in dem die Ventilkammer begrenzenden dünnwandigen Rohrabschnitt des Ventilsitzträgers die Verstärkungshülse als Armierung für den Ventilsitzträger wirkt und diesen vor dem Bersten schützt. Die Verschweißung zwischen Verstärkerhülse und Ventilgehäuse sorgt für eine zuverlässige, stoffschlüssige Verbindung und dichtet zum Ventilgehäuse ab.
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Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegeben Ventils möglich.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Verstärkungshülse einen dem Ventilgehäuse zugekehrten Hülsenendabschnitt mit vergrößertem Innendurchmesser auf und ist zwischen dem Hülsenendabschnitt und dem Rohrabschnitt des Ventilsitzträgers ein ringförmiges Dichtungselement, vorzugsweise ein O-Ring, eingelegt. Der durchmessergrößere Hülsenabschnitt der Verstärkungshülse übergreift teilweise das Ventilgehäuse, und die Verschweißung zwischen Ventilgehäuse und Verstärkungshülse ist im Übergreifungsbereich auf der dem Ventilgehäuse näher liegenden Seite des Dichtungselements vorgenommen. Durch das ringförmige Dichtungselement wird der Ventilsitzträger gegen die endseitig offene Verstärkungshülse abgedichtet, so dass in Verbindung mit der dichten Verschweißung von Verstärkungshülse und Ventilgehäuse das Ventilinnere, insbesondere eine auf dem Ventilsitzträger sitzende Magnetspule eines Elektromagneten, gegen Feuchtigkeit und Eindringen von aggressiven Stoffen aus dem Abgas über das Hülsenende zuverlässig geschützt ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist am ventilgehäuseseitigen Ende des durchmessergrößeren Hülsenendabschnitts ein mit der Verstärkungshülse einstückiger Radialflansch oder Kragen angeformt. Mittels des kragenartigen Radialflansches kann der Einbauraum für einen auf dem Ventilgehäuse sitzenden O-Ring, der das Einbauloch des Ventils im Abgasrohr abdichtet, nach unten begrenzt werden. Am Ventilgehäuse muss daher kein gesonderter Stützring für den O-Ring vorgesehen werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Verstärkungshülse im Übergreifungsbereich des durchmessergrößeren Hülsenendabschnitts mit reduzierter Hülsenwandstärke ausgeführt. Die geringere Wandstärke im Übergreifungsbereich erleichtert das Herstellen der Schweißverbindung zwischen Verstärkungshülse und Ventilgehäuse. Vorzugsweise ist die Verstärkungshülse aus austenitischem Material hergestellt, was eine gute Schweißbarkeit und zusätzlich eine hohe Korrosionsbeständigkeit gewährleistet.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung steht die Verstärkungshülse über das ventilgehäuseferne Ende des Rohrabschnitts des Ventilsitzträgers über. Durch diesen Überstand wird der dünnwandige Rohrabschnitt gegen mechanische Beschädigung beim Ventileinbau geschützt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist das Ventilgehäuse einen Kunststoffmantel und einen aus dem Kunststoffmantel axial vorstehenden, ferromagnetischen Magnettopf auf, der mit einem im Durchmesser reduzierten Topfabschnitt an dem ferromagnetischen Ventilsitzträger anliegt. Die Verschweißung der Verstärkungshülse ist dabei am durchmesserreduzierten Topfabschnitt des Magnettopfes vorgenommen. Durch die Zusammensetzung des Ventilgehäuses aus dem eine Magnetspule eines Elektromagneten zur Ventilbetätigung aufnehmenden Magnettopf und dem um den Ventilsitzträger und teilweise um den Magnettopf umspritzten Kunststoffmantel wird einerseits der magnetische Kreis des Elektromagneten geschlossen und andererseits die Magnetspule elektrisch isoliert eingebettet. Der Magnettopf aus ferromagnetischem Material kann sehr gut mit dem austenitischem Material der Verstärkungshülse verschweißt werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur ausschnittweise einen Längsschnitt eines Ventils für ein strömendes Medium.
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Das in der Zeichnung skizziertes Ventil für ein strömendes Medium wird vorzugsweise als Dosierventil zum Zumessen einer gefrierfähigen Flüssigkeit in das Abgasrohr einer Brennkraftmaschine eingesetzt. Es weist ein Ventilgehäuse 11 und einen im Ventilgehäuse 11 festgelegten Ventilsitzträger 12 auf. Der rohrförmige, mit dünnwandiger Rohrwand ausgeführte Ventilsitzträger 12 ragt mit einem endseitigen Rohrabschnitt 121 aus dem Ventilgehäuse 11 heraus und ist an seinem ventilgehäusefernen Ende mit einem Ventilsitzköper 13 abgeschlossen, der mit der Rohrwand des Rohrabschnitts 121 verschweißt ist. Die umlaufende Schweißnaht 14 ist in der Zeichnung dargestellt. Der Ventilsitzkörper 13 ist mit einer Spritzöffnung 15 und einem um die Spritzöffnung 15 umlaufenden Ventilsitz 16 versehen und schließt zusammen mit dem Rohrabschnitt 121 eine der Spritzöffnung 15 vorgelagerte Ventilkammer 17 ein, die mit einem Mediumzufluss 18, der in der Zeichnung durch einen Pfeil symbolisch angedeutet ist, in Verbindung steht. Der Spritzöffnung 15 ist üblicherweise eine Spritzlochscheibe 36 mit mindestens einem der Übersichtlichkeit hier nicht dargestellten Spritzloch nachgeordnet, die an der von dem Ventilsitz 16 abgekehrten Stirnseite des Ventilsitzkörpers 13 anliegt und an diesem befestigt, z. B. verschweißt, ist.
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Zum Steuern der Spritzöffnung 15 erstreckt sich zentral im Ventilsitzträger 12 eine hohle Ventilnadel 19, die an ihrem dem Ventilsitzkörper 13 zugekehrten Ende mit einem Schließkopf 20 abgeschlossen ist. An dem vom Schließkopf 20 abgekehrten Ende ist die Ventilnadel 19 fest mit einem im Ventilsitzträger 12 axial verschieblich geführten, hohlzylindrischen Magnetanker 21 eines im Ventilgehäuse 11 aufgenommenen Elektromagneten 22 befestigt. Der Magnetanker 21 und ein im Ventilsitzträger 12 eingesetzter hohlzylindrischer Magnetkern des Elektromagneten 22 begrenzen einen Arbeitsluftspalt 24. Eine Magnetspule 25 ist auf den Ventilsitzträger 12 aufgeschoben und wird von einem durchmessergrößeren Topfabschnitt 262 eines im Durchmesser gestuften Magnettopfs 26 umschlossen, der mit einem durchmesserkleineren Topfabschnitt 261 unmittelbar auf dem Ventilsitzträger 12 aufsitzt. Der Magnettopf 26 aus ferromagnetischem Material ist zugleich Teil des Ventilgehäuses 11, das durch einen Kunststoffmantel 27 ergänzt ist, der teilweise um den Ventilsitzträger 12 und dem durchmessergrößeren Topfabschnitt 262 des Magnettopfes 26 umspritzt ist. Im hohlzylindrischen Magnetkern 23 des Elektromagneten 22 ist ein hohlzylindrisches Einstellglied 28 angeordnet, z. B. eingepresst oder verschraubt. Eine in das hohle Innere des Magnetkerns 23 eingelegte, als Druckfeder ausgebildete Ventilschließfeder 29 stützt sich einerseits am Einstellglied 28 und andererseits an der Ventilnadel 19 ab und presst bei unerregtem Elektromagneten 22 den Schließkopf 20 auf den Ventilsitz 16 am Ventilsitzkörper 13 auf. Der Magnetanker 21 begrenzt auf der dem Ventilsitzkörper 13 gegenüberliegende Seite die Ventilkammer 17, und in der hohlen Ventilnadel 19 angeordnete Radialbohrungen 30 stellen eine Verbindung der Ventilkammer 17 zu dem Mediumzufluss 18 her.
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Zum Herstellen einer Gefriertauglichkeit des Ventils in dem Sinne, dass der beim Gefrieren des Mediums in der Ventilkammer 17 entstehende Eisdruck nicht den dünnwandigen Ventilsitzträger 12 zum Bersten bringt, ist eine Verstärkungshülse 31 mit minimalem Radialspiel auf den aus dem Ventilgehäuse 16, genauer gesagt aus dem Topfabschnitt 261 des Magnettopfes 26, herausragenden Rohrabschnitt 121 des Ventilsitzträgers 12 aufgeschoben und mit dem Ventilgehäuse 11 dicht verschweißt. Die Schweißnaht ist in dr Zeichnung mit 34 bezeichnet. Die am ventilsitzkörperseitigen Ende offene Verstärkungshülse 31 weist an ihrem anderen Ende einen im Innendurchmesser vergrößerten Hülsenendabschnitt 311 mit einem auf das Ventilgehäuse 11, genauer gesagt auf den Topfabschnitt 261 des Magnettopfes 26, aufgeschobenen Endbereich 311a auf. Zwischen dem Hülsenendabschnitt 311 und dem Rohrabschnitt 121 des Ventilsitzträgers 12 ist ein ringförmiges Dichtungselement 32, z. B. ein O-Ring, eingelegt, und die Verschweißung von Verstärkungshülse 31 und Ventilgehäuse 11 ist im Endbereich 311a des Hülsenendabschnitts 311 auf der dem Ventilgehäuse 11 näherliegenden Seite des Dichtungselements 32 vorgenommen. Vorteilhaft – und wie hier nicht dargestellt – ist die Verstärkungshülse 31 im Hülsenendabschnitt 311 mit reduzierter Hülsenwandstärke ausgeführt, um die Verschweißung zu erleichtern.
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Die Verstärkungshülse 31 besteht vorteilhaft aus austenitischem Material und besitzt damit eine gute Schweißbarkeit und hohe Korrosionsbeständigkeit. Am ventilgehäuseseitigen Ende des Hülsenendabschnitts 311 ist ein von der Verstärkungshülse 31 radial abstehender Kragen 33 ausgeformt, der einstückig mit der Verstärkungshülse 31 ausgeführt ist. Der Kragen 33 begrenzt den Einbauraum für einen O-Ring 35, der das Einbauloch für das Ventil im Abgasrohr abdichtet. Am ventilsitzkörperseitigen Ende steht die Verstärkungshülse 31 etwas über den dünnwandigen Rohrabschnitt 121 des Ventilsitzträgers 12 vor, um letzteren gegen mechanische Beschädigungen beim Ventileinbau in das Abgasrohr zu schützen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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