DE102011078074A1

DE102011078074A1 - Throttle for flowable medium, comprises changeable throttle cross-section and two closing elements, where closing elements are moved in direction transverse to flow direction for changing throttle cross-section

Info

Publication number: DE102011078074A1
Application number: DE102011078074A
Authority: DE
Inventors: Georg Walkner; Stefan Lorengel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-06-24
Filing date: 2011-06-24
Publication date: 2012-12-27

Abstract

The throttle (1) comprises a changeable throttle cross-section (2) and two closing elements (3). The closing elements are moved in a direction transverse to flow direction for changing the throttle cross-section. The closing elements are arranged, such that the throttle cross-section is divided into multiple partial sections (2.1,2.2), where each partial section is changed in a direction transverse to the flow direction by moving the closing element.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drossel für ein strömungsfähiges Medium mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. The present invention relates to a restrictor for a fluid medium having the features of the preamble of claim 1.

Stand der TechnikState of the art

Es sind Drosseln bekannt, welche eine runden Querschnitt mit einem hierin einfahrenden Stift zur Veränderung des freien Strömungsquerschnitts der Drossel aufweisen. Eine solche Drossel ist schematisch in einem Querschnitt in der beigefügten 1 dargestellt. Der Drosselquerschnitt der in 1 dargestellten Drossel berechnet sich nach folgender Formel: A(r) = π(R² – r²) There are known chokes, which have a round cross-section with a retracting therein pin for changing the free flow cross-section of the throttle. Such a throttle is shown schematically in a cross-section in the attached 1 shown. The throttle cross-section of in 1 Throttle is calculated according to the following formula: A (r) = π (R ² -r ² )

Insbesondere bei hohen Drücken auf der Druckseite einer solchen Drossel ergeben sich hohe Anforderungen hinsichtlich der Fertigungs- und Stellgenauigkeit der Drossel. Die Abhängigkeit des Drosselquerschnitts von der Stellgröße r geht ferner aus dem Diagramm der 2 hervor. Auf der x-Achse ist das Verhältnis r/R in Prozent und auf der y-Achse das Verhältnis A(r)/A(0) ebenfalls in Prozent aufgetragen. Daraus folgt, dass mit zunehmendem Radius r die Drosselquerschnittsfläche – erst allmählich, dann immer stärker – abnimmt. Denn der Graph weist keinen linearen, sondern einen kurvenförmigen Verlauf auf.Especially at high pressures on the pressure side of such a throttle, there are high demands in terms of manufacturing and positioning accuracy of the throttle. The dependence of the throttle cross section of the manipulated variable r is further from the diagram of 2 out. On the x-axis, the ratio r / R in percent and on the y-axis, the ratio A (r) / A (0) is also plotted in percent. It follows that with increasing radius r, the throttle cross-sectional area - gradually, then increasingly - decreases. Because the graph has no linear, but a curved course.

Die Sensitivität des Drosselquerschnitts auf die Stellgröße r ergibt sich aus nachfolgender Ableitung: dA(r) / dr = 2 – πr The sensitivity of the throttle cross-section to the manipulated variable r results from the following derivation: dA (r) / dr = 2 - πr

Diese Zusammenhänge sind wiederum dem in der 3 dargestellten Diagramm zu entnehmen. Der Graph verläuft hier linear. Gemäß dem Diagramm der 4, steigt die Sensitivität umso stärker an, als die Drosselquerschnittsfläche im Verhältnis zur Fläche des Stellgliedes abnimmt. Das heißt, dass mit kleiner werdendem Drosselquerschnitt der Einfluss etwaiger Fertigungs- und/oder Montagetoleranzen steigt.These relationships are again in the 3 shown diagram. The graph is linear here. According to the diagram of 4 , the sensitivity increases all the more as the throttle cross-sectional area decreases in relation to the surface of the actuator. This means that as the throttle cross-section becomes smaller, the influence of any manufacturing and / or assembly tolerances increases.

Aus der DE 10 2009 026 554 A1 geht ein Drosselventil für flüssige und/oder gasförmige Stoffe mit mindestens einem zum Freigeben oder Verschließen einer Ventilöffnung verlagerbaren Ventilelement und mit mindestens einem das Ventilelement verlagernden Piezo-Aktor hervor. Um ein kostengünstig herstellbares Drosselventil zu schaffen, das zugleich eine präzise Einstellung der Drücke vor und hinter der Ventilöffnung sowie des durch die Ventilöffnung strömenden Volumens ermöglicht, wird ferner vorgeschlagen, dass das Ventilelement zum Freigeben oder Verschließen der Ventilöffnung zumindest im Wesentlichen quer zu der Ventilöffnung oder – mit anderen Worten – quer zum wesentlichen Stoffflussdurch die Ventilöffnung verlagerbar ist. Das Ventilelement ist bevorzugt als ebene Ventilplatte ausgebildet, wobei das Drosselventil auch zwei solcher Ventilelemente umfassen kann, die dann gegenüberliegend angeordnet und in derselben Ebene verlagerbar sind.From the DE 10 2009 026 554 A1 is a throttle valve for liquid and / or gaseous substances with at least one for releasing or closing a valve opening displaceable valve element and with at least one valve element displacing the piezo actuator out. In order to provide a throttle valve which can be produced cost-effectively, which at the same time enables a precise adjustment of the pressures in front of and behind the valve opening and the volume flowing through the valve opening, it is further proposed that the valve element for releasing or closing the valve opening be at least substantially transverse to the valve opening or - In other words - transversely to the substantial material flow through the valve opening is displaced. The valve element is preferably formed as a flat valve plate, wherein the throttle valve may also comprise two such valve elements, which are then arranged opposite one another and displaceable in the same plane.

Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Drossel mit erhöhter Robustheit gegenüber Toleranzen anzugeben. Insbesondere soll die Sensitivität der Drossel gegenüber Streuungen in der Fertigungs- und Stellgenauigkeit der Drossel reduziert werden.Based on the above-mentioned prior art, the present invention seeks to provide a throttle with increased robustness to tolerances. In particular, the sensitivity of the throttle is to be reduced compared to variations in the production and positioning accuracy of the throttle.

Zur Lösung der Aufgabe wird eine Drossel mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.To solve the problem, a throttle is proposed with the features of claim 1. Advantageous developments of the invention are specified in the subclaims.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die vorgeschlagene Drossel für ein strömungsfähiges Medium weist zur Veränderung des Drosselquerschnitts wenigstens zwei in einer Richtung quer zur Strömungsrichtung des Mediums verschiebbare Schließelemente auf. Erfindungsgemäß sind die Schließelemente derart angeordnet, dass der Drosselquerschnitt in mehrere Teilquerschnitte unterteilt ist. Wenigstens ein Teilquerschnitt ist dabei durch eine Verschiebung wenigstens eines Schließelementes in einer Richtung quer zur Strömungsrichtung veränderbar.The proposed throttle for a flowable medium has to change the throttle cross-section at least two in a direction transverse to the flow direction of the medium slidable closure elements. According to the invention, the closing elements are arranged in such a way that the throttle cross section is subdivided into a plurality of partial cross sections. At least one partial cross-section is changeable by a displacement of at least one closing element in a direction transverse to the flow direction.

Die vorgeschlagene Anordnung und Ausgestaltung der Schließelemente hat zur Folge, dass die Sensitivität des Drosselquerschnitts gegenüber Toleranzen verringert wird. Die genauen Zusammenhänge, die zu diesem Ergebnis führen, werden nachfolgend anhand konkreter Ausführungsbeispiele unter Zuhilfenahme der 5 bis 12 näher erläutert. Dabei spielen unter anderem die Bewegungsrichtung und die Geometrie der Schließelemente eine Rolle. Die Drossel selbst kann dabei einen runden oder mehreckigen, beispielsweise rechteckigen, Querschnitt aufweisen.The proposed arrangement and design of the closing elements has the consequence that the sensitivity of the throttle cross-section is reduced compared to tolerances. The exact relationships that lead to this result will be described below with reference to specific embodiments with the aid of 5 to 12 explained in more detail. Among other things, the direction of movement and the geometry of the closing elements play a role. The throttle itself may have a round or polygonal, for example rectangular, cross-section.

Vorteilhafterweise sind die Schließelemente lammellenartig, das heißt in Strömungsrichtung hintereinander liegend, angeordnet und gegeneinander verschiebbar gelagert. Durch die hintereinander liegende Anordnung nehmen die Schließelemente in einer Richtung quer zur Strömungsrichtung nur einen geringen Bauraum ein, so dass ein größtmöglicher freier Strömungsquerschnitt in der Offenstellung der Drossel verbleibt.Advantageously, the closing elements are lamellar, that is, one behind the other lying in the flow direction, arranged and mounted against each other displaceable. Due to the arrangement arranged one behind the other, the closing elements take up only a small space in a direction transverse to the flow direction, so that the largest possible free flow cross section remains in the open position of the throttle.

Bevorzugt sind die Schließelemente mittig in Bezug auf ein Breitenmaß (a, b) des Drosselquerschnitts angeordnet, so dass die Teilquerschnitte zumindest bei maximaler Drosselquerschnittsfläche gleich groß sind. Der durch die Drossel hindurchströmende Volumenstrom wird somit ferner durch die Schließelemente in zwei gleich große Teilströme geteilt, die hinter der Drossel vorzugsweise wieder zusammengeführt werden.Preferably, the closing elements are arranged centrally with respect to a width dimension (a, b) of the throttle cross-section, so that the partial cross-sections are the same size, at least at maximum throttle cross-sectional area. The flow through the throttle flow is thus further divided by the closing elements into two equal partial streams, which are preferably recombined behind the throttle.

Weiterhin bevorzugt ist an jedem Schließelement wenigstens eine gerade verlaufende Steuerkante ausgebildet, die bei einer Drossel mit mehreckigem Querschnitt vorzugsweise parallel zu einer geraden Kante des mehreckigen Querschnitts verläuft. Auf diese Weise ergeben sich einfache Geometrien, so dass die Drossel einfach und kostengünstig herstellbar ist. Sofern der mehreckige Querschnitt wenigstens zwei parallel zueinander liegende gerade Kanten aufweist, sind die Schließelemente vorzugsweise parallel zu diesen Kanten verschiebbar gelagert.Further preferably, at least one straight control edge is formed on each closing element, which preferably runs parallel to a straight edge of the polygonal cross-section in the case of a restrictor with a polygonal cross section. In this way, simple geometries result, so that the throttle is simple and inexpensive to produce. If the polygonal cross-section has at least two straight edges lying parallel to one another, the closing elements are preferably mounted displaceably parallel to these edges.

Zur Veränderung des Drosselquerschnitts, d. h. zur Verschiebung der Schließelemente quer zur Strömungsrichtung eines durch die Drossel hindurchströmenden Mediums, kann der Drossel zudem ein geeignetes Betätigungsmittel, wie beispielsweise ein Magnet- oder Piezoaktor oder ein Schrittmotor, zugeordnet sein.To change the throttle cross section, d. H. For shifting the closing elements transversely to the flow direction of a medium flowing through the throttle, the throttle can also be assigned a suitable actuating means, such as a magnetic or piezoactuator or a stepping motor.

Ein Einsatzbereich einer erfindungsgemäßen Drossel stellt der Einsatz in einem Dosiersystem für eine wässrige Harnstofflösung zur Abgasnachbehandlung dar. Die über ein solches Dosiersystem in das Abgas eingebrachte wässrige Harnstofflösung soll zur Reduktion der im Abgas enthaltenen Stickoxide beitragen. Die erfindungsgemäße Drossel kann hier einer dosiergerechten Einstellung einer Rücklaufmenge und/oder einer Erhöhung der maximalen Dosiermenge dienen. Ferner ist die vorgeschlagene Drossel zur Druckregelung einsetzbar.One application of a throttle according to the invention is the use in a metering system for an aqueous urea solution for exhaust gas aftertreatment. The introduced via such a metering system in the exhaust gas aqueous urea solution should contribute to the reduction of the nitrogen oxides contained in the exhaust gas. The throttle according to the invention can serve here for a dosing-correct setting of a return flow rate and / or an increase in the maximum dosing quantity. Furthermore, the proposed throttle for pressure control can be used.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Diese zeigen:Preferred embodiments of the invention are described below with reference to the accompanying drawings. These show:

1 einen schematischen Querschnitt durch eine aus dem Stand der Technik bekannte Drossel, 1 a schematic cross section through a known from the prior art throttle,

2–4 jeweils ein Diagramm zur Darstellung der Abhängigkeit des Drosselquerschnitts bzw. der Sensitivität des Drosselquerschnitts der Drossel der 1 vom Radius r eines den Drosselquerschnitt verringernden Stiftes, 2 - 4 in each case a diagram for illustrating the dependence of the throttle cross section or the sensitivity of the throttle cross section of the throttle 1 of radius r of a throttle reducing cross-section pin,

5 einen schematischen Querschnitt durch eine erste erfindungsgemäße Drossel, 5 a schematic cross section through a first throttle according to the invention,

6–8 jeweils ein Diagramm zur Darstellung der Abhängigkeit des Drosselquerschnitts bzw. der Sensitivität des Drosselquerschnitts der Drossel der 5 von dem Maß x, 6 - 8th in each case a diagram for illustrating the dependence of the throttle cross section or the sensitivity of the throttle cross section of the throttle 5 from measure x,

9 einen schematischen Querschnitt durch eine zweite erfindungsgemäße Drossel und 9 a schematic cross section through a second throttle according to the invention and

10–12 jeweils ein Diagramm zur Darstellung der Abhängigkeit des Drosselquerschnitts bzw. der Sensitivität des Drosselquerschnitts der Drossel der 9 von dem Maß x. 10 - 12 in each case a diagram for illustrating the dependence of the throttle cross section or the sensitivity of the throttle cross section of the throttle 9 of the measure x.

Ausführliche Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings

Im Hinblick auf die Beschreibung der 1 bis 4 wird zwecks Vermeidung von Wiederholungen auf die Beschreibungseinleitung verwiesen.With regard to the description of 1 to 4 For the avoidance of repetition, reference is made to the introduction to the description.

Der 5 ist eine erste bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Drossel 1 zu entnehmen. Diese weist eine rechteckige Querschnittsform mit den Breitenmaßen a und b auf, wobei vorliegend a = b ist. Die Querschnittsform ist vorliegend somit quadratisch. Der Drosselquerschnitt 2 der in 5 dargestellten Drossel 1 wird durch zwei mittig in Bezug auf das Breitenmaß b und in axialer Richtung hintereinander angeordnete Schließelemente 3 verringert, deren Breite b/2 beträgt und deren Länge mindestens dem Breitenmaß a des Drosselquerschnitts 2 entspricht. Die Drosselquerschnittsfläche berechnet sich somit nach der Formel: A(x) = 1 / 2ab – 2ax Of the 5 is a first preferred embodiment of a throttle according to the invention 1 refer to. This has a rectangular cross-sectional shape with the width dimensions a and b, wherein in the present case a = b. The cross-sectional shape is thus present square. The throttle cross-section 2 the in 5 illustrated throttle 1 is centered by two in relation to the width dimension b and in the axial direction one behind the other arranged closing elements 3 reduced, whose width is b / 2 and whose length is at least the width dimension a of the throttle cross-section 2 equivalent. The throttle cross-sectional area is thus calculated according to the formula: A (x) = 1 / 2ab - 2ax

Die Drossel 1 ist in der 5 in einem Betriebszustand dargestellt, in dem die beiden Schließelemente 3 in Strömungsrichtung eine die Drossel durchströmenden Mediums hintereinander liegen, so dass die verbleibende Drosselquerschnittsfläche maximal ist. Durch ein Verschieben der beiden Schließelemente 3 gegeneinander und quer zur Strömungsrichtung, kann die Drosselquerschnittsfläche verringert werden. Durch die beiden Schließelemente 3 wird der Drosselquerschnitt in die Teilquerschnitte 2.1, 2.2 unterteilt. Die den jeweiligen Teilquerschnitt 2.1, 2.2 begrenzenden geraden Kanten der Schließelemente 3 bilden Steuerkanten 4 aus. Die Sensitivität des Drosselquerschnitts in Abhängigkeit von der Stellgröße x ergibt sich wiederum aus nachfolgender Ableitung: dA(x) / d(x) = –2a The throttle 1 is in the 5 shown in an operating state in which the two closing elements 3 in the flow direction, a fluid flowing through the throttle are behind one another, so that the remaining throttle cross-sectional area is maximum. By moving the two closing elements 3 against each other and transverse to the flow direction, the throttle cross-sectional area can be reduced. Through the two closing elements 3 is the throttle cross section in the partial cross sections 2.1 . 2.2 divided. The respective partial cross section 2.1 . 2.2 limiting straight edges of the closing elements 3 form control edges 4 out. The sensitivity of the throttle cross-section as a function of the manipulated variable x again results from the following derivation: dA (x) / d (x) = -2a

Zur Darstellung der Zusammenhänge wird ferner auf die Diagramme der 6 bis 8 verwiesen, welche einen Vergleich mit den Diagrammen der 2 bis 4 der aus dem Stand der Technik bekannten Referenzdrossel zulassen.To illustrate the relationships is also on the diagrams of 6 to 8th which compares with the diagrams of the 2 to 4 allow the known from the prior art reference inductor.

Im Vergleich zur 2 weist der Graph der 6 einen linearen Verlauf auf. Die Drosselquerschnittsfläche nimmt demnach proportional mit zunehmender Verschiebung der Schließelemente 3 von innen nach außen ab. Die Veränderung der Position der Schließelemente 3 hat folglich einen linearen Einfluss auf die Drosselquerschnittsfläche. Wie zudem aus den 7 und 8 ersichtlich, ist die Sensitivität des Drosselquerschnitts in Abhängigkeit von der Stellgröße x für alle x konstant. Dies gilt entsprechend für etwaige Fertigungstoleranzen der Schließelemente 3. Durch Einsatz einer Drossel 1 mit rechteckigem Querschnitt und zwei rechteckigen Schließelementen 3 anstelle einer Drossel 1 mit rundem Querschnitt und einem konzentrisch angeordneten runden Schließelement 3, kann demnach die Robustheit der Drossel 1 gegenüber Toleranzen durch rein konstruktive Maßnahmen erhöht werden. Die konstruktiven Maßnahmen betreffen die jeweiligen Geometrien sowie die Anordnung der Schließelemente 3.In comparison to 2 the graph shows the 6 a linear course. The throttle cross-sectional area therefore increases proportionally with increasing displacement of the closing elements 3 from the inside out. The change in the position of the closing elements 3 thus has a linear influence on the throttle area cross section. As well as from the 7 and 8th can be seen, the sensitivity of the throttle cross-section as a function of the manipulated variable x is constant for all x. This applies accordingly for any manufacturing tolerances of the closing elements 3 , By using a throttle 1 with rectangular cross section and two rectangular closing elements 3 instead of a throttle 1 with a round cross section and a concentrically arranged round closing element 3 , therefore, the robustness of the throttle 1 be increased compared to tolerances by purely constructive measures. The design measures relate to the respective geometries and the arrangement of the closing elements 3 ,

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Drossel ist der 9 zu entnehmen. Die Anordnung und Ausgestaltung der Schließelemente 3 entspricht jeweils der der Ausführungsform der 5. Die Schließelemente 3 liegen in Strömungsrichtung hintereinander und sind jeweils verschiebbar gelagert. Der Drosselquerschnitt 2 wird durch die Schließelemente 3 in die beiden Teilquerschnitte 2.1, 2.2 unterteilt. Zur Verringerung der Drosselquerschnittsfläche werden die beiden Schließelemente 3 gegeneinander und quer zur Strömungsrichtung verschoben. Im Unterschied zur Ausführungsform der 5 besitzt die vorliegende Drossel 1 jedoch einen runden Querschnitt. Die Drosselquerschnittsfläche berechnet sich dabei nach folgender Formel:

Another preferred embodiment of a throttle according to the invention is the 9 refer to. The arrangement and design of the closing elements 3 corresponds to each of the embodiment of the 5 , The closing elements 3 lie in the flow direction one behind the other and are each mounted displaceably. The throttle cross-section 2 is through the closing elements 3 in the two partial cross sections 2.1 . 2.2 divided. To reduce the throttle cross-sectional area, the two closing elements 3 shifted against each other and across the flow direction. In contrast to the embodiment of 5 owns the present throttle 1 but a round cross-section. The throttle cross-sectional area is calculated using the following formula:

Die Sensitivität des Drosselquerschnitts ergibt sich wiederum aus nachfolgender Ableitung:The sensitivity of the throttle cross-section in turn results from the following derivation:

Die Zusammenhänge sind wiederum in den Diagrammen der 10 bis 12 dargestellt. Der Graph der 10 weist einen fast linearen Verlauf auf, zum Ende hin verläuft er sogar leicht regressiv. Das heißt, dass die Position der Schließelemente 3 über einen je nach Anwendung zu definierenden Bereich einen fast linearen Einfluss auf den Drosselquerschnitt hat. Weiter ist die Sensitivität des Drosselquerschnitts für einen je nach Anwendung zu definierenden Bereich x fast konstant (siehe 11 und 12), was wiederum übertragbar auf etwaige Fertigungs- und/oder Montagetoleranzen ist. Die in der 9 dargestellte Drossel kann demnach vorteilhaft eingesetzt werden, um den Einfluss auf Toleranzen einer Drossel in einem bestimmten Bereich zu reduzieren.The connections are again in the diagrams of 10 to 12 shown. The graph of 10 has a nearly linear course, towards the end it is even slightly regressive. That is, the position of the closing elements 3 has an almost linear influence on the throttle cross-section over an area to be defined depending on the application. Furthermore, the sensitivity of the throttle cross section for an area x to be defined depending on the application is almost constant (see 11 and 12 ), which in turn is transferable to any manufacturing and / or assembly tolerances. The in the 9 shown throttle can therefore be used advantageously to reduce the influence on tolerances of a throttle in a certain range.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102009026554 A1 [0006]

Claims

Throttle ( 1 ) for a flowable medium with a variable throttle cross-section ( 2 ), where the throttle ( 1 ) for changing the throttle cross section ( 2 ) at least two sliding in a direction transverse to the flow direction of the medium closing elements ( 3 ), characterized in that the closing elements ( 3 ) are arranged such that the throttle cross section ( 2 ) in several partial cross sections ( 2.1 . 2.2 ), wherein at least a partial cross section ( 2.1 . 2.2 ) by a displacement of at least one closing element ( 3 ) is changeable in a direction transverse to the flow direction.

Throttle according to claim 1, characterized in that the closing elements ( 3 ) Lammellenartig, that is, one behind the other lying in the flow direction, are arranged and are mutually slidably mounted.

Throttle according to claim 1 or 2, characterized in that the closing elements ( 3 ) centrally with respect to a width dimension (a, b) of the throttle cross-section ( 2 ) are arranged so that the partial cross sections ( 2.1 . 2.2 ) are the same size at least at maximum throttle cross-sectional area.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that on each closing element ( 3 ) at least one straight control edge ( 4 ) formed in a choke with polygonal cross-section, preferably parallel to a straight edge ( 5 ) of the polygonal cross-section.