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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ventil zum Steuern eines gasförmigen Mediums, insbesondere mit elektromagnetischem Antrieb, und insbesondere ein Einblasventil zum Einblasen eines gasförmigen Brennstoffs in einen Brennraum, insbesondere für ein verbessertes Kaltstartverhalten.
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Aufgrund der Kostenvorteile gibt es in jüngster Zeit eine steigende Tendenz der Nutzung von Kraftfahrzeugen, welche gasförmige Brennstoffe, wie beispielsweise Erdgas, verwenden. Theoretisch können hierbei zwar die für flüssige Kraftstoffe entwickelten Einspritzventile benutzt werden, jedoch haben diese gewisse Nachteile bei der Verwendung von gasförmigen Brennstoffen, so dass verstärkt Einblasventile entwickelt werden. Ein derartiges Ventil ist beispielsweise aus der
DE 10 2007 003 214 A1 bekannt. Die bisher vorgeschlagenen Einblasventile weisen üblicherweise ein Elastomerdichtelement auf, welches direkt als Formteil auf das Schließelement anvulkanisiert ist. Hierdurch wird eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Dichtelement und dem Schließelement erreicht. Hierbei ergeben sich jedoch einige Nachteile bzw. Probleme. Die Anhaftung zwischen Elastomer und Metallteil ist häufig unzuverlässig und am Schließelement nicht normgerecht prüfbar. Ferner müssen die durch die Anvulkanisierung bzw. Anspritzung des Elastomermaterials an das Schließelement auftretenden Trenngrate und Elastomerüberläufe sauber entfernt werden. Zur Herstellung muss ferner ein Werkzeug verwendet werden, welches nach einer gewissen hergestellten Teilezahl ersetzt werden muss. Ein weiterer großer Nachteil liegt darin, dass eine hohe Ausschussrate der hergestellten Einblasventile existiert, da die Elastomeroberfläche durch Schmutz und Werkzeugverschleiß eine ungenügende Oberflächenbeschaffenheit aufweisen kann. Hierdurch können insbesondere bei Temperaturen unter 0°C bei stillstehendem Fahrzeug Dichtigkeitsprobleme auftreten. Ein weiterer Problemkreis derartiger Einblasventile betrifft das Kaltstartverhalten. Bei Temperaturen insbesondere unter 0°C tritt Schrumpfen des Elastomerelements auf, wodurch ein Problem derart auftritt, dass sich das Elastomerelement auf einen Dichtsitz aufschrumpft und an diesem klemmt bzw. festkrallt. Dadurch wird ein Starten der Brennkraftmaschine (Öffnen des Ventils) verhindert.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Ventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass es hervorragende Kaltstarteigenschaften aufweist. Ferner kann das erfindungsgemäße Ventil sehr einfach und kostengünstig hergestellt werden, wobei insbesondere eine geringe Ausschussrate realisierbar ist. Weiterhin können verschiedene aufwändige Schritte bei der Herstellung, wie beispielsweise Entgratung von Elastomerteilen und Reinigung von Werkzeugen, entfallen. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass das Gasventil ein Dichtelement zur Abdichtung an einem Dichtsitz aufweist, welches als separates Bauteil vorgesehen ist. Das Dichtelement ist dabei an einer Hinterschneidung angeordnet und wird mittels der Hinterschneidung gehalten. Somit kann das Dichtelement als einzelnes, separates Bauteil ausgebildet werden und kann im Voraus produziert werden. Bevorzugt wird dabei das Dichtelement als einfach herzustellendes Standardbauteil ausgeführt. Anschließend muss das Dichtelement lediglich noch an der Hinterschneidung montiert werden, wobei insbesondere die elastischen Eigenschaften des Dichtelements eine leichte Montage ermöglichen. Eine weitere Befestigung des Dichtelements ist nicht mehr notwendig, da die Hinterschneidung ein Verlieren des Dichtelements verhindert.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Vorzugsweise ist das separate Dichtelement zumindest teilweise, bevorzugt vollständig, formschlüssig an der Hinterschneidung angeordnet. D.h., eine geometrische Form der Hinterschneidung entspricht dabei zumindest teilweise einer geometrischen Form des Dichtelements, um das Dichtelement zu halten.
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Um hervorragende Kaltstarteigenschaften des erfindungsgemäßen Gasventils bereitzustellen, ist zwischen dem Dichtelement und dem Dichtsitz im geschlossenen Zustand des Ventils eine Dichtlinie ausgebildet. Besonders bevorzugt ist genau eine einzige Dichtlinie zwischen Dichtelement und Dichtsitz im geschlossenen Zustand vorhanden. Alternativ sind zwei Dichtlinien zwischen Dichtelement und Dichtsitz vorhanden, welche bevorzugt koaxial zu einer Ventilmittelachse verlaufen, um einen größeren Gasdurchsatz zu ermöglichen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist jede Verbindungslinie zwischen einer Dichtlinie und einem geometrischen Schwerpunkt des Dichtelements ausschließlich durch das Dichtelement verlaufend vorgesehen. Hierdurch wird sichergestellt, dass bei einem Absinken der Temperatur, welche ein Schrumpfen des Dichtelements bewirkt, eine Hauptschrumpfrichtung des Dichtelements in Richtung des geometrischen Schwerpunkts des Dichtelements ist. Hierdurch kann insbesondere ein Verkrallen des Dichtelements auf dem Dichtsitz bei Temperaturen, insbesondere Temperaturen unter 0°C, verhindert werden. Besonders bevorzugt ist die Geometrie des Dichtelements dabei symmetrisch.
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Um ein besonders kostengünstiges Dichtelement bereitzustellen, ist das Dichtelement vorzugsweise ein O-Ring. Der O-Ring weist bevorzugt einen kreisförmigen Querschnitt oder einen ovalen Querschnitt auf. Weiter bevorzugt sind die Durchlassöffnungen im Düsenkörper schlitzförmig vorgesehen. Besonders bevorzugt sind dabei mehrere Durchlassöffnungen entlang eines Umfangs vorgesehen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist die Hinterschneidung im Schnitt eine Trapezform auf. Mittels der trapezförmigen Hinterschneidung kann insbesondere ein O-Ring sehr gut gehalten werden.
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Besonders bevorzugt ist die Hinterschneidung ausschließlich am Schließelement ausgebildet. Alternativ könnte die Hinterschneidung auch am Düsenkörper vorgesehen sein, so dass das Dichtelement am Düsenkörper angeordnet ist. Ein Dichtsitz wäre dann am Schließelement vorgesehen.
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Alternativ ist die Hinterschneidung durch ein erstes Bauteil, beispielsweise einen Magnetanker, und ein zweites Bauteil, beispielsweise ein Anschlagring, gebildet, die miteinander verbunden sind, insbesondere durch einen Pressverbund. Der Anschlagring dient vorzugsweise dabei zur Begrenzung der Eintauchtiefe des Dichtelements. Über den Aufpressvorgang des Anschlagrings auf den Anker kann der Dichtelementüberstand eingestellt werden. Dies hat insbesondere fertigungstechnische Vorteile, da die Hinterschneidung dann an zwei verschiedenen Bauteilen jeweils teilweise vorgesehen werden kann und keine aufwändigen Fräsarbeiten oder dergleichen zur Erzeugung der Hinterschneidung notwendig sind.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Brennkraftmaschine, umfassend ein erfindungsgemäßes Ventil zum Steuern einer Gaszufuhr zu einem Brennraum der Brennkraftmaschine. Das Ventil ist dabei besonders bevorzugt ein Einblasventil, insbesondere zum Einblasen von Erdgas.
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Zeichnung
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Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben, wobei gleiche bzw. funktional gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. In der Zeichnung ist:
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1 eine schematische Teil-Schnittansicht eines Ventils gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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2 eine vergrößerte Darstellung eines Teils von 1, und
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3 eine schematische Teil-Schnittansicht eines Ventils gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 und 2 ein Ventil 1 im Detail beschrieben.
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Das in 1 gezeigte erfindungsgemäße Ventil ist ein Einblasventil für Erdgas, um das Erdgas in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine einzublasen. Das erfindungsgemäße Ventil 1 umfasst einen Düsenkörper 2 mit mehreren schlitzförmigen Durchlassöffnungen 3, wobei die Durchlassöffnungen 3 entlang eines Umfangs angeordnet sind. Das Ventil 1 umfasst ferner Schließelement 4, an welchem ein Dichtelement 5 in Form eines O-Ringes angeordnet ist. Das Schließelement 4 ist in Richtung des Doppelpfeils A bewegbar. X-X bezeichnet eine Längsachse des Ventils 1.
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Im Schließelement 4 ist ferner eine Hinterschneidung 8 vorgesehen, welche im Schnitt eine Trapezform aufweist. Das Dichtelement 5 ist dabei in der trapezförmigen Hinterschneidung 8 angeordnet und wird durch die freien Kanten 81, 82 der Hinterschneidung gehalten. Hierbei steht ein Teilbereich des Dichtelements 5 aus der Hinterschneidung 8 vor. Am Düsenkörper 2 sind ferner eine erste umlaufende Wulst 9 und eine zweite umlaufende Wulst 10 vorgesehen. Im in 1 gezeigten geschlossenen Zustand des Ventils 1 dichtet dabei das Dichtelement 5 an einer ersten Dichtlinie 6 an der ersten umlaufenden Wulst 9 ab und an einer zweiten Dichtlinie 7 an der zweiten umlaufenden Wulst 10 ab. Hierdurch werden zwei kreisförmige Linienabdichtungen zwischen dem Dichtelement 5 und jeweils einer Wulst erhalten.
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Das Dichtelement 5 ist ein symmetrischer O-Ring mit kreisförmigem Querschnitt und weist einen geometrischen Mittelpunkt 13 auf (vergleiche 2). Dabei verläuft eine erste Verbindungslinie 11, welche den geometrischen Mittelpunkt 13 mit der ersten Dichtlinie 6 verbindet, im Bereich zwischen der ersten Dichtlinie 6 und dem geometrischen Mittelpunkt 13 immer innerhalb des Dichtelements (siehe 2). Ebenfalls verläuft eine zweite Verbindungslinie 12, welche den geometrischen Mittelpunkt 13 mit der zweiten Dichtlinie 7 verbindet, ebenfalls immer innerhalb des Dichtelements 5 (vergleiche 2). Hierdurch kann bei tiefen Temperaturen unter 0°C sichergestellt werden, dass eine Hauptschrumpfrichtung des Dichtelements 5 bei einem Abkühlen immer in Richtung des geometrischen Mittelpunkts 13 erfolgt, wobei kein Festkrallen des Dichtelements 5 am Dichtsitz am Düsenkörper 3 möglich ist. Die Hauptschrumpfrichtung ist durch die Pfeile B und C angedeutet. Diese Gefahr bestünde beispielsweise, wenn als Dichtelement eine Dichtscheibe vorgesehen wäre, welche teilweise die wulstartigen Dichtsitze umschließen würde.
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Erfindungsgemäß sind jedoch die Verbindungslinien 11, 12 zwischen den Dichtlinien und dem geometrischen Mittelpunkt derart, dass sie ausschließlich durch das Dichtelement 5 verlaufen.
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Somit kann erfindungsgemäß ein einfach aufgebautes Ventil bereitgestellt werden, welches auch hervorragende Kaltstarteigenschaften aufweist. Zwischen Dichtelement und Dichtsitz ist jeweils eine Liniendichtung (Dichtlinien 6 und 7) vorgesehen, wobei die Liniendichtungen derart angeordnet sind, dass ein Schrumpfen des Dichtelements 5 kein Festkrallen des Dichtelements am Dichtsitz hervorruft. Weiterhin kann das Dichtelement 5 als separates, einzelnes Bauteil vorgesehen werden und einfach in die trapezförmige Hinterschneidung 8 aufgrund seiner Elastizität montiert werden. Somit kann das Dichtelement 5 als einfaches Standarddichtelement (O-Ring) bereitgestellt werden und eine Montage sehr kostengünstig erfolgen. Dabei ist auch eine fehlerhafte Montage bzw. eine Beschädigung des Dichtelements oder Verunreinigung des Dichtelements bei der Montage sehr unwahrscheinlich.
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Es sei angemerkt, dass anstatt nur der Anordnung des separaten Dichtelements hinter der Hinterschneidung das Dichtelement auch zusätzlich noch beispielsweise durch Kleben oder dergleichen am Schließelement 4 fixiert werden kann.
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3 zeigt ein Ventil 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Ventil 1 des zweiten Ausführungsbeispiels ist im Wesentlichen wie das Ventil des ersten Ausführungsbeispiels aufgebaut, wobei im Unterschied dazu ein ebenfalls als O-Ring ausgebildetes Dichtelement 5 durch zwei Bauteile gehalten ist. Hierzu sind beim zweiten Ausführungsbeispiel ein Magnetanker 40 und ein Anschlagring 41 vorgesehen. Der Anschlagring 41 ist am Magnetanker 40 fixiert. Hierbei ist im Bereich zum Düsenkörper 2 eine trapezförmige Ausnehmung 8 gebildet, wobei eine Seite des Trapezes durch den Magnetanker 40 gebildet ist und eine andere Seite des Trapezes durch den Anschlagring 41 (vergleiche 3). In der so gebildeten zweiteiligen Hinterschneidung 8 ist dann dass Dichtelement 5 angeordnet. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem ersten Ausführungsbeispiel, so dass auf die dort geschriebene Beschreibung verwiesen werden kann.
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Das erfindungsgemäße Gasventil ist insbesondere zum Einblasen von Erdgas in die Maschine geeignet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007003214 A1 [0002]
