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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 eines Fluids, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Ein solches Ventil findet beispielsweise Anwendung zum dosierten Abspritzen eines flüssigen Mediums, z. B. von Kraftstoff oder einer Harnstoff-Wasser-Lösung zur Stickoxidreduzierung im Abgas einer Brennkraftmaschine. Das Ventil wird dabei in einen Reaktionsraum, z. B. in die Brennkammer oder in das zur Brennkammer führende Ansaugrohr oder in das Abgasrohr einer Brennkraftmaschine so eingesetzt, dass ein die Abspritzöffnung aufweisender Teil des Ventils in den Reaktionsraum hineinragt und der andere Ventilteil freiliegt.
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Ein bekanntes elektromagnetisch betätigtes Brenn- oder Kraftstoffeinspritzventil für Brenn- oder Kraftstoffstoffeinspritzung von Brennkraftmaschinen (
DE 195 12 339 B4 ) weist ein Ventilgehäuse aus Kunststoff, einen aus dem Ventilgehäuse herausragenden, metallischen Ventilsitzträger mit einem eine Ventilöffnung aufweisenden Ventilsitzkörper, eine Ventilnadel mit Schließkopf zum Schließen und Freigeben der Ventilöffnung und einen Elektromagneten zum Betätigen der Ventilnadel auf. Der hohle Ventilsitzträger ist mit einem dem Zufluss des Brennstoffs dienenden Einlassrohr fest verbunden. Der Elektromagnet weist eine Magnetspule, die auf dem einen Magnetkern bildenden Einlassrohr sitzt, einen fest mit der Ventilnadel verbundenen, im Ventilsitzträger axial geführten Magnetanker und ein die Magnetspule überdeckendes Rückschlussjoch auf, das außen am Einlassrohr und am Ventilsitzträger befestigt ist. Das Ventilgehäuse ist als Kunststoffumspritzung hergestellt und umschließt das Einlassrohr, den Elektromagneten mit Magnetspule und Rückschlussjoch und einen axialen Abschnitt des Ventilsitzträgers. Um das Eindringen von Feuchtigkeit oder von Fluid in das Ventil und damit eine Schädigung der elektrischen Teile des Elektromagneten zu verhindern, ist an der Stirnseite des den Ventilsitzträger übergreifenden Ventilgehäuses ein Dichtungsring angeordnet, der den Ventilsitzträger vollständig umschließt und seinerseits vom Kunststoff des Ventilgehäuses zumindest teilweise selbst umgeben ist. Dabei ist der Dichtungsring in eine in den Ventilsitzträger eingebrachte Nut eingelegt und in Axialrichtung teilweise mit dem Kunststoff des Ventilgehäuses umspritzt.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Ventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, eine dauerhaft zuverlässige Abdichtung zwischen dem Metall-Bauteil und dem als Kunststoffumspritzung aufgebrachten, das Bauteil teilweise übergreifenden Kunststoff-Ventilgehäuses zu besitzen, die auch extremen Beanspruchungen, wie starke Spritzwassergefährdung oder extreme Umweltbedingungen, standhält. Die Abdichtung wird nach nur geringer Anpassung des Kunststoff-Ventilgehäuses an dessen das Metall-Bauteil übergreifendem Ende ohne weitere konstruktive Änderungen am Ventil lediglich durch Aufschieben von Dichtungsring und Hülse erreicht. Durch die Kombination von Dichtungsring und den Dichtungsring radial verspannender Hülse wird zuverlässig die an der auf dem Metall-Bauteil liegenden Stirnseite des Kunststoff-Ventilgehäuses mündende, kritische Zone zwischen dem Metall-Bauteil und dem Kunststoff-Ventilgehäuse, in der sich aufgrund des ständigen Temperaturwechsels am Ventil leicht Kapillaren und Spalten bilden, verschlossen, so dass Feuchtigkeit aus der Ventilumgebung nicht über diese Kapillaren und Spalten ins Innere des Ventils eindringen und dort korrosionskritische Bauelemente, wie stromführende Teile, schädigen kann. Die Kombination von Hülse und Dichtungsring macht es dabei möglich, dass unabhängig vom gewählten Hülsenmaterial Metall oder Kunststoff gleiche Materialien aneinander dicht festgelegt und ungleiche Materialien über den verspannten, elastischen Dichtungsring miteinander dicht verbunden werden können. Auf diese Weise kann der ständige Wechsel zwischen Erwärmung und Abkühlung infolge der gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der fest miteinander verbundenen Materialien nicht zu einer Ermüdung der dichtenden Verbindung führen, während der elastische Dichtungsring das unterschiedliche Wärmeausdehnungsverhalten der unterschiedlichen Materialen kompensiert.
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Durch die in den weiten 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 besteht die Hülse aus Metall und ist am Metall-Bauteil dicht festgelegt und der Dichtungsring zwischen der Hülse und dem Gehäuseendabschnitt des Kunststoff-Ventilgehäuses radial verspannt. Dies wird in konstruktiv vorteilhafter Weise dadurch erreicht, dass die Hülse einen durchmessergrößeren ersten Hülsenabschnitt und einen durchmesserkleineren zweiten Hülsenabschnitt aufweist, der zweite Hülsenabschnitt dicht auf dem Metall-Bauteil verschweißt ist und der erste Hülsenabschnitt den Gehäuseendabschnitt des Kunststoff-Ventilgehäuses übergreift und den Dichtungsring auf dem Gehäuseendabschnitt radial verspannt. Die Hülse wird vorzugsweise als Tiefziehteil aus Edelstahl gefertigt und die Verschweißung mittels eines Lasers vorgenommen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist der Gehäuseendabschnitt des Ventilgehäuses an seinem in die Hülse eintauchenden Ende einen unter Ausbildung einer ringförmigen Schulter im Durchmesser reduzierten Hals auf. Der Dichtungsring wird von dem sich auf dem Gehäuseendabschnitt aufschiebenden ersten Hülsenabschnitt der Hülse auf den Hals radial aufgepresst. Diese Abstufung des freien Endes des Gehäuseendabschnitts hat den Vorteil, dass die Hülse formschlüssig auf dem Gehäuseendabschnitt aufgenommen ist und der Dichtungsring eine zuverlässige Dichtung zwischen Hülse und Ventilgehäuse herstellt, die zusammen mit der dichtenden Schweißnaht zwischen Bauteil und zweitem Hülsenabschnitt mögliche Eindringpfade für Feuchtigkeit zwischen Gehäuseendabschnitt und Bauteil zuverlässig verschließt. Die Schulter erleichtert die Montage, da sie eine Verschiebung des Dichtungsrings begrenzt.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung besteht die Hülse aus Kunststoff und ist am Ventilgehäuse dicht festgelegt. Der Dichtungsring ist zwischen der Kunststoff-Hülse und dem Metall-Bauteil radial verspannt. Die dichte Festlegung der Kunststoff-Hülse am Kunststoff-Ventilgehäuse erfolgt mittels einer dichtenden, umlaufenden Schweißung, vorzugsweise mittels eines Lasers. Diese konstruktive Variante hat den Vorteil, die Hülse als Kunststoff-Formteil kostengünstig herstellen zu können.
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Wird gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung anstelle der umlaufenden, dichtenden Schweißung die Befestigung der Hülse am Gehäuseendabschnitt mittels einer umlaufenden Rast- oder Schnappverbindung vorgenommen, so wird die Montage der Dichtung vereinfacht und die Fertigungskosten weiter reduziert. Durch die infolge relativ scharfer Kanten der Kunststoffumspritzung hohe lokale Flächenpressung zwischen dem als Kunststoffumspritzung gefertigten Ventilgehäuse und der Hülse wird eine hohe Dichtungswirkung der formschlüssigen Verbindung zwischen Hülse und Gehäuseendabschnitt erzielt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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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 einen Längsschnitt eines Ventils für ein strömendes Medium,
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2 den Ausschnitt A in 1 eines modifizierten Ventils gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
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3 den Ausschnitt A in 1 eines modifizierten Ventils gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
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Das in 1 ausschnittweise im Längsschnitt dargestellte Ventil für ein strömendes Medium wird vorzugsweise als Dosierventil zum Zumessen eines Fluids in einen Reaktionsraum, z. B. von Kraftstoff in ein Ansaugrohr einer Brennkraftmaschine oder von Kraftstoff oder einer Harnstoff-Wasser-Lösung in das Abgasrohr einer Brennkraftmaschine zwecks Abgasbehandlung mit dem Ziel der Emissionsreduktion, eingesetzt. Das Ventil weist ein Ventilgehäuse 11 aus Kunststoff und ein im Ventilgehäuse 11 durch Umspritzen mit Kunststoff festgelegtes, aus dem Ventilgehäuse 11 axial herausragendes Bauteil 12 aus Metall auf. In dem hier beschriebenen Ventil ist das Metall-Bauteil 12 ein Magnettopf 13 eines Elektromagneten 19 zur Ventilbetätigung. Der Magnettopf 13 sitzt mit einem im Durchmesser reduzierten Topfabschnitt 131 auf einem durch ihn hindurch geführten, ebenfalls im Ventilgehäuse 11 durch Umspritzen mit Kunststoff festgelegten Ventilsitzträger 14, der seinerseits mit einem durch Pfeil 10 in 1 symbolisierten Mediumzufluss in Verbindung steht. Der Elektromagnet 19 weist in bekannter Weise neben dem Magnettopf 13 noch eine Magnetspule 15, einen Magnetkern 16 und einen Magnetanker 17 auf. Die Magnetspule 15 ist im Magnettopf 13 aufgenommen und sitzt außen auf dem Ventilsitzträger 14 auf. Der hohlzylindrische Magnetkern 16 ist im Innern des Ventilsitzträgers 14 angeordnet und bildet stirnseitig mit dem Stirnende des im Ventilsitzträger 14 axial verschieblich geführten Magnetankers 17 den Arbeitsluftspalt 18 des Elektromagneten 19 aus. In das gehäuseferne, freie Ende des hohlzylindrischen Ventilsitzträgers 14 ist ein Ventilsitzkörper 20 fest eingesetzt. Im Ventilsitzkörper 20 ist eine Ventilöffnung 21 und ein die Ventilöffnung 21 umschließender Ventilsitz 22 ausgebildet. Eine mit dem Magnetanker 17 des Elektromagneten 19 fest verbundene, hohlzylindrische Ventilnadel 24 trägt an ihrem magnetankerfernen Ende einen Schließkopf 23, der zum Freigeben und Schließen der Ventilöffnung 21 mit dem Ventilsitz 22 zusammenwirkt. Der Schließkopf 23 wird durch eine an dem schließkopffernen Ende der Ventilnadel 24 sich abstützende Ventilschließfeder 25 auf den Ventilsitz 22 aufgepresst und bei Erregung des Elektromagneten 19 gegen die Kraft der Ventilschließfeder 25 vom Ventilsitz 22 abgehoben. Zur Einstellung der Schließkraft der Ventilschließfeder 25 stützt sich diese an einem hohlzylindrischen Einstellglied 26 ab, das im Ventilsitzträger 14 axial verschiebbar und in der Einstellposition durch Klemmen oder Schrauben festlegbar ist. In der Ventilnadel 24 sind Durchtrittsöffnungen 27 vorhanden, so dass das vom Mediumzufluss 10 über den Ventilsitzträger 14 in die Ventilnadel 24 einströmende Fluid in eine im Ventilsitzträger 14 dem Ventilsitzkörper 20 vorgelagerten Ventilkammer 28 gelangen kann.
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Um das Eindringen des Fluids aus einem Reaktionsraum, in den das Ventil dosiert einspritzt, in den vom Innenraum des Magnettopfs 13 gebildeten Spulenraum und damit eine Schädigung des Elektromagneten 15 zu verhindern, ist die dem Ventilsitzkörper 20 zugekehrte ringförmige Stirnseite des Magnettopfs 13 mittels einer Hülse 29 fluiddicht abgedeckt, wobei die als Tiefziehteil ausgebildete Hülse 29 einerseits auf dem Magnettopf 13 und andererseits auf dem Ventilsitzträger 14 jeweils fluiddicht verschweißt ist.
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Um das Eindringen von Feuchtigkeit, insbesondere bei Spritzwasserbelastung, in den Spulenraum über die Trennebene zwischen dem ferromagnetischen Magnettopf 13 und dem den Magnettopf 13 mit einem Gehäuseendabschnitt 111 übergreifenden Kunststoffventilgehäuse 11 zu verhindern, ist eine diese Trennebene auf der Stirnseite des Gehäuseendabschnitts 111 abdichtende Dichtung 30 vorgesehen. Diese Dichtung 30 weist einen Dichtungsring 31 aus elastischem Material und eine Hülse 32 auf, die Magnettopf 13 und Gehäuseendabschnitt 111 jeweils teilweise übergreift und den Dichtungsring 31 aufnimmt und radial verspannt.
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Im Ausführungsbeispiel der 1 besteht die Hülse 32 aus Metall und ist vorzugsweise ein Tiefziehteil aus Edelstahl. Die Hülse 32 ist auf dem Magnettopf 13 dicht festgelegt und der Dichtungsring 31 zwischen Hülse 32 und Gehäuseendabschnitt 111 radial verspannt. Hierzu weist die Hülse 32 einen durchmessergrößeren ersten Hülseabschnitt 33 und einen durchmesserkleineren Hülsenabschnitt 34 auf. Der zweite Hülseabschnitt 34 ist dicht auf dem Magnettopf 13 verschweißt, z. B. mittels eines Lasers. Die umlaufende Schweißnaht ist in 1 mit 35 angedeutet. Der erste Hülsenabschnitt 33 übergreift formschlüssig den Gehäuseendabschnitt 111 und presst den Dichtungsring 31 radial auf den Gehäuseendabschnitt 111. Zur Aufnahme des Dichtungsrings 31 weist der Gehäuseendabschnitt 111 an seinem in die Hülse 32 eintauchenden Ende einen unter Ausbildung einer ringförmigen Schulter 36 im Durchmesser reduzierten Hals 37 auf. Der Dichtungsring 31 umschließt den Hals 37 und wird von dem ersten Hülsenabschnitt 33 radial an den Hals 37 angepresst. Die Schulter 36 verhindert ein Verschieben des Dichtungsrings 31 beim Überschieben der Hülse 32 und erleichtert die Montage.
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Die in 2 und 3 jeweils im Bereich des Ausschnitts A in 1 dargestellten Ventile gemäß einem zweiten und dritten Ausführungsbeispiel sind ausschließlich bezüglich der konstruktiven Ausbildung der Dichtung 30 modifiziert, so dass gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Die Dichtung 30 besteht wiederum aus einer Hülse 32' und einem Dichtungsring 31. Anders als im Ausführungsbeispiel der 1 ist hier die Hülse 32' aus Kunststoff gefertigt und am Gehäuseendabschnitt 111 des Ventilgehäuses 11 dicht festgelegt, während der Dichtungsring 31' zwischen Hülse 32' und Magnettopf 13 radial verspannt ist. Bei der Montage legt sich der Dichtungsring 31 an das ringförmige Stirnende des Gehäuseendabschnitts 111 an, so dass seine weitere Verschiebung bis zum vollständigen Aufschieben der Hülse 32' verhindert ist.
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Im Ausführungsbeispiel der 2 ist zur feuchtigkeitsdichten Befestigung der Hülse 32' am Gehäuseendabschnitt 11 eine umlaufende Rast- oder Schnappverbindung 39 vorgesehen. Infolge der relativ scharfen Kanten des durch Umspritzung mit Kunststoff auf dem Magnettopf 13 festgelegten Gehäuseendabschnitts 11 besteht eine hohe lokale Flächenpressung zwischen dem Gehäuseendabschnitt 111 und der Hülse 32', so dass eine gute Dichtungswirkung erzielt wird.
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Im Ausführungsbeispiel der 3 ist zur feuchtigkeitsdichten Befestigung der Hülse 32' am Gehäuseendabschnitt 111 zwischen Hülse 32' und Gehäuseendabschnitt 111 eine umlaufende, dichtende Schweißung mittels Lasers vorgenommen. In 3 ist die umlaufende Schweißnaht mit 40 gekennzeichnet.
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In allen Ausführungsbeispielen des Ventils gemäß 1, 2 und 3 ist in dem vom Gehäuseendabschnitt 111 übergriffenen Bereich des Magnettopfs 13 ein Labyrinth 41 eingearbeitet, das beim Kunststoffumspritzen des Ventilgehäuses 11 vom Kunststoff ausgefüllt wird. Durch dieses Labyrinth 41 wird eine gewisse zusätzliche Abdichtung im Innern der Trennebene zwischen Kunststoff und Metall erzielt. Ein Verzicht auf diese Abdichtung ist ohne Nachteil möglich.
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In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist das aus dem Ventilgehäuse 11 aus Kunststoff herausragende Metall-Bauteil 12, an dem die Abdichtung zum Gehäuseendabschnitt 111 mittels der Dichtung 30 vorgenommen ist, der Magnettopf 13 des im Ventilgehäuse 11 aufgenommenen Elektromagneten 19. Es gibt aber auch Ventilbauarten, bei denen der Magnettopf 12 vollständig von dem Kunststoff-Ventilgehäuse 11 überdeckt ist und der Gehäuseendabschnitt 11 auf den Ventilsitzträger 14 aufgespritzt ist. In diesem Fall ist das Metall-Bauteil 12 im Sinne der Erfindung der Ventilsitzträger 14. In diesem Fall übergreift die Hülse 32 bzw. 32' der Dichtung 30 jeweils teilweise den Ventilsitzträger 14 und den Gehäuseendabschnitt 111 des Ventilgehäuses 11. Als Metallhülse 32 verspannt sie den Dichtungsring 31 am Gehäuseendabschnitt 111 und als Kunststoff-Hülse 32' am Ventilsitzträger 14. Die Metall-Hülse 32 ist mit dem Ventilsitzträger 14 und die Kunststoff-Hülse 32' mit dem Gehäuseendabschnitt 111 jeweils dicht verschweißt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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