-
Stand der Technik
-
Die Erfindung geht aus von einem Ventil zum Zumessen von Fluid nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wobei der für ein strömendes oder fließendes Medium stehende übergeordnete Begriff Fluid in Übereinstimmung mit der Strömungslehre für Gase und Flüssigkeiten verwendet wird.
-
Ein bekanntes Brennstoffeinspritzventil (
DE 10 2005 061 424 A1 ) weist einen Anschlussstutzen mit einem Einströmkanal für den Brennstoff auf, der sich in einen durch einen hohlen Magnetkern eines Elektromagneten und durch eine hohle Ventilnadel mit einem Schließkopf zum Steuern einer Zumessöffnung verlaufenden Strömungskanal des Brennstoffs fortsetzt. Zur Herausfilterung von Brennstoffbestandteilen, die aufgrund ihrer Größe im Einspritzventil Verstopfungen oder Beschädigungen verursachen können, ist im Einströmkanal des Anschlussstutzens ein Brennstofffilter angeordnet. Der Brennstofffilter ist ein Hohlzylinder mit einer Filterstruktur, wie Filtergewebe, Gitter oder Sieb, dessen in Strömungsrichtung hintere Zylinderöffnung mit einem für das Fluid nicht durchströmbaren Boden verschlossen ist. Im Bereich der Einströmöffnung ist der Hohlzylinder von einem radial über den Hohlzylinder vorspringenden Bund umschlossen, der an der Kanalwand des Einströmkanals dicht anliegt. Der Brennstoff tritt axial in den Brennstofffilter ein und radial durch den Hohlzylinder wieder aus dem Brennstofffilter aus.
-
Bei solchen Zumessventilen werden der Ventilhub und das Ventilverhalten, wie Fluiddurchfluss, Federkraft der Ventilschließfeder etc., beim Montageprozess eingestellt. Dabei wird bei jedem Einstellvorgang der Hub der Ventilnadel und das Ventilverhalten quasi kontinuierlich gemessen, indem die Bewegung der Ventilnadel mit einem optischen Messgerät erfasst und ausgewertet wird. Dabei blickt das Messgerät durch den Fluidzulauf auf die vom Schließkopf abgekehrte Rückseite der Ventilnadel. Die optische Messung ist jedoch nur möglich, wenn der die optische Sicht zur Rückseite der Ventilnadel versperrende Filter für das Fluid noch nicht montiert ist oder zur Ventilein- oder Ventilnacheinstellung vorübergehend entfernt wird. Ein Betreiben des Ventils ohne Filter steigert jedoch die Gefahr der Verschmutzung, verbunden mit einer frühzeitigen Disfunktion oder gar einem Ausfall des Ventils.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Das erfindungsgemäße Ventil zum Zumessen von Fluid mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass infolge der optischen Transparenz des den Hohlraum im Filterkörper absperrenden Abdeckelements im Wellenlängenbereich des optischen Messsystems die optische Messung des Ventilnadelhubs und des Ventilverhaltens durch den Filter hindurch durchgeführt werden kann. Dies macht es möglich, den Filter im Montageprozess des Ventils sehr früh einzusetzen, wodurch einer Verschmutzungsgefahr des Ventils frühzeitig entgegengewirkt wird. Zudem ist ein Messen des Ventilverhaltens sowie ein Ein- oder Nachstellen des Ventils jederzeit – auch später – möglich, ohne dass der Filter demontiert werden muss und damit das Ventil erneut einer Verschmutzungsgefahr ausgesetzt wird. Die permanent mögliche optische Messung ermöglicht abschließende Qualitätskontrollen, damit eine Verringerung des Ausschusses und somit eine Qualitätssteigerung, weiterhin zerstörungsfreie Messungen, z. B. bei Dauerlaufversuchen oder Feldrückläufen.
-
Bei der optischen Messung der Ventilnadelbewegung wird vorteilhaft ein Lasermesssystem, das als sog. Laservibrometer, bekannt ist, eingesetzt. Das für das Abdeckelement verwendete Material ist dann ein lasertransparenter Kunststoff mit einem hohen Transmissionskoeffizienten im Wellenlängenbereich des zur Messung verwendeten Lasers. Beispiele eines solchen lasertransparenten Kunststoffs sind Bergamid (PA6.6-GF30), Polybutylenterephthalat (PBT), Ultramid® (B3WG6LT). Das Abdeckelement kann dabei im Hohlraum des Filterkörpers an einer beliebigen Stelle längs der Achse des Filterkörpers angeordnet sein, z. B. mittig im Filterkörper oder an oder nahe seinen beiden Stirnseiten.
-
Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Ventils möglich.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Filterkörper ein Hohlzylinder und das Abdeckelement eine planparallele, kreisförmige Scheibe, die um einen kleinen spitzen Winkel gegenüber der Orthogonalen zur Achse des Filterkörpers geneigt ist, wobei der Neigungswinkel vorzugsweise kleiner 10° ist, z. B. 5° beträgt. Durch die Verkippung des scheibenförmigen Abdeckelements fällt der reflektierte Lichtanteil nicht in das Messgerät zurück. Dadurch wird insbesondere bei interferrometrisch arbeitenden Messverfahren, wie z. B. mit dem Laservibrometer, sichergestellt, dass es nicht durch Indifferenzen zu Fehlmessungen oder Messartefakten kommt. Weiterhin wird so ein möglichst hoher und rauschfreier Signalpegel gesichert. Das ins Ventilinnere transmittierte Licht wird von der Rückseite der Ventilnadel reflektiert und transmittiert wieder durch das Abdeckelement zurück in das Messgerät, welches die empfangene Information in Messwerte umsetzt.
-
Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist der Filterkörper ein Hohlzylinder und das Abdeckelement ein gegen die Strömungsrichtung des Fluids gerichteter konvexer, hohler Rotationskörper, dessen Wandstärke variiert. Durch die konvexe Gestalt der Oberfläche des Abdeckelements wird das Licht stark gestreut, so dass ebenfalls ein nur sehr geringer Anteil des Lichts zurück in das Messsystem reflektiert wird. Die konvexe Gestalt des Abdeckelements verbessert zugleich die Aufnahme von Druckschwingungen im Fluid und vermindert durch den dadurch optimierten Kraftfluss das Risiko des Ausbrechens des Abdeckelements aus dem Filter. Durch die Variation der Wandstärke wird die Linsenwirkung der von dem Rotationskörper gebildeten konvexen Linse kompensiert und der optische Messstrahl quasi nicht beeinflusst.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist der Filterkörper eine hohe axiale Steifigkeit auf. Diese hohe Steifigkeit ermöglicht ein Einpressen des Filters in einen Strömungskanal für das Fluid im Ventil.
-
Kann eine ausreichende Steifigkeit des Filterkörpers nicht erzielt werden, so wird gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung der Filter mit einer den Filterkörper umschließenden Verstärkungshülse mit hoher axialer Steifigkeit versehen.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Filter in einem von einem Fluidzulauf zu einer Zumessöffnung führenden Strömungskanal des Fluids so angeordnet, dass der Filterkörper in mindestens einem axial sich erstreckenden Körperabschnitt von der Kanalwand abgedeckt ist. Je nach Lage und Größe des abgedeckten Körperabschnitts und der axialen Lage des Abdeckelements innerhalb des Filterkörpers wird der Filterkörper mehr oder weniger radial und weniger und mehr axial durchströmt, wobei im Bereich des Abdeckelements immer eine axiale Durchströmung des Filterkörpers herrscht.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Filter im Strömungskanal an oder nahe dem Fluidzulauf angeordnet. Vorzugsweise wird dabei der Filter in einen einen eingangsseitigen Kanalabschnitt des Strömungskanals bildenden Anschlussstutzen eingepresst.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist ein Kanalabschnitt des Strömungskanals von einem hohlzylindrischen Magnetkern eines Elektromagneten gebildet und der Filter axial zumindest teilweise in den Magnetkern eingepresst. Üblicherweise ist in den hohlen Magnetkern eine auf die Rückseite einer Ventilnadel wirkende, als Druckfeder ausgebildete Ventilschließfeder eingesetzt, deren auf die Ventilnadel wirkende Federkraft durch eine im Hohlraum des Magneten festgelegte Einstellhülse eingestellt ist. Zur Einstellung der Federkraft wird mittels einer Einstellspindel die Einstellhülse mehr oder weniger tief in den Magnetkern eingepresst. Bei erfindungsgemäß in den Magnetkern eingesetztem Filter mit ausreichend hoher axialer Steifigkeit kann die Einstellspindel über den Filter auf die Einstellhülse wirken. Durch die optische Transparenz des Abdeckelements kann nach jedem Einstellschritt die Bewegung der Ventilnadel gemessen und durch mehrere aufeinanderfolgende Einstellschritte optimiert werden.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Die Erfindung ist anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
-
1 einen Längsschnitt eines Ventils zum Zumessen von Fluid,
-
2 eine gleiche Darstellung eines modifizierten Ventils,
-
3 eine vergrößerte Darstellung eines Filters im Ventil gemäß 1 und 2, im Längsschnitt,
-
4 eine gleiche Darstellung wie in 3 eines modifizierten Filters,
-
5 eine Draufsicht der Filter in 3 und 4,
-
6 einen Längsschnitt eines Filters gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
-
Das in 1 im Längsschnitt dargestellte Ventil zum Zumessen von Fluid wird beispielsweise bei Brennkraftmaschinen als Einspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff in das Saugrohr oder als Dosierventil zum Zumessen einer Harnstoff-Wasser-Lösung in das Abgasrohr eingesetzt. Auch in mit Heizöl oder Gas betriebenen Heizungsanlagen und in Gasmotoren findet das Ventil Anwendung.
-
Das in 1 im Längsschnitt dargestellte Ventil zum Zumessen von Fluid weist ein rohrförmiges Ventilgehäuse 11 auf, in dessen einem Stirnende ein Anschlussstutzen 12 mit Fluidzulauf 13 und in dessen anderem Stirnende ein hohler Ventilsitzträger 14 eingesetzt ist. Anschlussstutzen 12 und Ventilsitzträger 14 sind mit dem Ventilgehäuse 11 stoffschlüssig verbunden. Der Stoffschluss ist jeweils durch Schweißen hergestellt, wie es in 1 durch die Schweißnähte 15 bzw. 16 angedeutet ist. Im Ventilsitzträger 14 ist eine Zumessöffnung 17 und ein die Zumessöffnung 17 umschließender Ventilsitz 18 ausgebildet. Ein von einer Ventilschließfeder 19 und einem Elektromagneten 20 betätigtes Ventilglied 21 weist eine langgestreckte, massive Ventilnadel 22 und einen an dem der Zumessöffnung 17 zugekehrten Ende der Ventilnadel 22 fest angeordneten Schließkopf 23 auf, der zum Schließen und Freigeben der Zumessöffnung 17 mit dem Ventilsitz 18 zusammenwirkt. Die Ventilschließfeder 19 wirkt auf die vom Schließkopf 23 abgekehrte, flanschartig verbreitete Rückseite der Ventilnadel 22, und unmittelbar an diesem Ende der Ventilnadel 22 ist auf dieser ein Magnetanker 24 des Elektromagneten 20 befestigt, der mindestens eine Durchtrittsbohrung 25 für das Fluid aufweist.
-
Der Elektromagnet 20 weist in bekannter Weise einen Magnettopf 26, eine Magnetspule 27, bestehend aus einem Spulenträger und einer auf den Spulenträger aufgewickelte Erregerspule, und einen Magnetkern 28 auf. Der Magnettopf 26 ist mittels einer Ausnehmung im Topfboden auf das Ventilgehäuse 11 aufgesetzt und am Topfboden mit dem Ventilgehäuse 11 verschweißt, wie es durch die Schweißnaht 29 angedeutet ist. Die im Magnettopf 26 aufgenommene Magnetspule 27 ist mit ihrem Spulenträger unmittelbar auf das Ventilgehäuse 11 aufgesetzt, und die Erregerwicklung der Magnetspule 27 ist mit den Kontaktstiften 31 eines elektrischen Steckanschlusses 30 verbunden. Dabei sind die Kontaktstifte 31 in einem Steckergehäuse 32 aufgenommen, das in einer Kunststoffumspritzung 33 ausgeformt ist. Die Kunststoffumspritzung 33 ist auf einen Teil des Anschlussstutzens 12 und auf einen Teil des Ventilgehäuses 11 aufgespritzt, übergreift teilweise den Magnettopf 26 und füllt das Innere des Magnettopfes 26 um die Magnetspule 27 herum aus. Der hohle Magnetkern 28 ist im Bereich des Magnettopfes 26 koaxial im Ventilgehäuse 11 festgelegt und schließt mit seiner einen Stirnseite zusammen mit der Stirnseite des Magnetankers 24 einen Arbeitsluftspalt 34 des Elektromagneten 30 ein.
-
Im Ventil ist ein vom Fluidzulauf 13 zur Zumessöffnung 17 führender Strömungskanal 35 vorhanden, dessen Kanalwände in unterschiedlichen Kanalabschnitten von Anschlussstutzen 12, Magnetkern 28, Magnetanker 24 mit Durchtrittsbohrungen 25, Ventilgehäuse 11 und Ventilsitzträger 14 gebildet sind. Um Verunreinigungen aus dem den Strömungskanal 35 durchströmenden Fluids herauszufiltern, ist ein Filter 40 vorgesehen, der im Ausführungsbeispiel der 1 nahe dem Fluidzulauf 13 angeordnet und in dem Anschlussstutzen 12 axial unverschieblich eingesetzt ist. Der vergrößert in 3 im Schnitt und in 5 in Draufsicht dargestellte Filter 40 weist einen vom Fluid durchströmbaren hohlen Filterkörper 41 mit einem längsdurchgehenden, zentralen Hohlraum 43 und ein im Hohlraum 43 angeordnetes Abdeckelement 42 auf, das gegenüber dem Fluid nicht permeabel ist, also vom Fluid nicht durchdrungen werden kann, und somit eine axiale Durchströmung des Hohlraums 43 unterbindet. Um bei montiertem Filter 40 optische Messungen an der Ventilnadel 22 zu ermöglichen, besteht das Abdeckelement 42 aus einem für die Messstrahlen eines optischen Messsystems transparenten Kunststoff, so dass das optische Messsystem durch den Filter 40 hindurch auf die Rückseite der Ventilnadel 22 blicken kann. Wird als optisches Messsystem ein Laser-Messsystem, z. B. ein Laservibrometer, verwendet, so ist der Kunststoff lasertransparent mit einem hohen Transmissionskoeffizienten im Wellenlängenbereich des verwendeten Lasers. Beispiele für einen solchen lasertransparenten Kunststoff sind Bergamid® (PA6.6-GF30), Polybutylenterephthalat (PBT) und Ultramid® (B3WG6LT). Der Filterkörper 41, der vorzugsweise eine hohe axiale Steifigkeit aufweist, um das Filter 40 in den Anschlussstutzen 12 einpressen zu können, ist mit einer üblichen Filterstruktur aus Kunststoff oder Metall hergestellt, besteht z. B. aus einem üblichen Filtergewebe aus Kunststoff oder Metall. Das Abdeckelement 42 kann im Hohlraum 43 an einer beliebigen Stelle längs der Achse des Filterkörpers 41 angeordnet werden. In 1 und 3 ist das Abdeckelement 42 an der Anströmseite des Filters 40 angeordnet, kann aber ebenso an der gegenüberliegenden Stirnseite des Filters 40 den Hohlraum 43 abschließen. In einem modifizierten Beispiel des Filters 40 gemäß 4 ist das Abdeckelement 42 etwa mittig im Filterkörper 41 platziert.
-
Der Filter 40 ist im Strömungskanal 35 des Ventils so angeordnet, dass der Filterkörper 41 in mindestens einem axialen Körperabschnitt von der Kanalwand abgedeckt ist. Im Ausführungsbeispiel der 1 liegt der Filterkörper 41 dicht an der inneren Stutzenwand des einen Teil des Strömungskanals 35 bildenden Anschlussstutzens 12 an, so dass der Filterkörper 41 über seine gesamte axiale Länge von der Kanalwand abgedeckt ist. Das Fluid tritt somit an der ringförmigen Stirnfläche des Filterkörpers 41 in diesen ein und verlässt den Filter 40 unter Durchströmung des Filterkörpers 41 in axialer und radialer Richtung. Im Ausführungsbeispiel des Filters 40 gemäß 4 kann das Fluid auch innerhalb des Hohlraums 43 in Strömungsrichtung vor dem Abdeckelement 42 radial in den Filterkörper 41 einströmen und in Strömungsrichtung hinter dem Abdeckelement 42 wieder in radialer Richtung in den Hohlraum 43 ausströmen. Die Durchströmung des Filterkörpers 41 im Bereich des Abdeckelements 42 erfolgt axial.
-
In dem Ausführungsbeispiel der 1 und 3 und in dem Ausführungsbeispiel der 4 ist der Filterkörper 41 ein Hohlzylinder und das Abdeckelement 42 eine planparallele, kreisförmige Scheibe 44, die um einen kleinen spitzen Winkel α (3) gegenüber der Orthogonalen zur Achse des Filterkörpers 41 geneigt ist. Der Neigungswinkel α ist kleiner als 10° und beträgt beispielhaft 5°. Durch diese Verkippung der Scheibe 44 fällt der reflektierte Anteil des Laserlichts bzw. der reflektierte Anteil der optischen Messstrahlen des optischen Messsystems nicht ins Messgerät zurück, so dass es nicht zu Fehlmessungen oder Messartefakten kommt und ein möglichst hoher und rauschfreier Signalpegel gesichert ist.
-
Das in 2 im Längsschnitt dargestellte Ventil ist gegenüber dem in 1 dargestellten und zuvor beschriebenen Ventil insoweit modifiziert, als der Filter 40 nicht in den Anschlussstutzen 12, sondern in den hohlen Magnetkern 28 eingepresst ist. Im Übrigen stimmt das in 2 dargestellte Ventil mit dem in 1 dargestellten Ventil überein, so dass gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Der Filter 40 ist axial teilweise in den Magnetkern 28 eingepresst und sitzt stirnseitig auf der Einstellhülse 36 zur Einstellung der auf das Ventilglied 21 wirkenden Schließkraft der Ventilschließfeder 19 auf. Der Filterkörper 41 ist dadurch nur in dem in den Magnetkern 28 eintauchenden unteren Körperabschnitt von der Kanalwand des Strömungskanals 35 abgedeckt, so dass das Fluid auch radial den aus dem Magnetkern 28 herausragenden Körperabschnitt des Filterkörpers 41 durchströmt. Zur Einstellung der Schließkraft der Ventilschließfeder 19 setzt die Einstellspindel nicht mehr unmittelbar an der Einstellhülse 36, sondern an der von der Einstellhülse 36 abgekehrten Stirnseite des Filters 40 an. Infolge der hohen Steifigkeit des Filterkörpers 41 wird die Kraft der Einstellspindel auf die Einstellhülse 36 übertragen und die Einstellhülse 36 entsprechend verschoben. Nach jedem Einstellschritt der Einstellspindel kann durch den Filter 40 hindurch die Rückseite der Ventilnadel 22 von den Messstrahlen des optischen Messsystems, z. B. des Laservibrometers, beaufschlagt und so der Ventilnadelhub und das Ventilverhalten erfasst und ausgewertet werden.
-
Anstelle des Filters 40 gemäß den Ausführungsbeispielen in 3 und 4 kann auch der Filter 40 gemäß dem Ausführungsbeispiel in 6 in das Ventil gemäß 1 oder 2 eingesetzt werden. Dieser Filter 40 weist ebenfalls einen hohlzylindrischen Filterkörper 41 auf, dessen Innendurchmesser zur Bildung einer ringförmigen Stützschulter für das Abdeckelement 42 im Durchmesser gestuft ist, wobei die Stützschulter etwa mittig im Filterkörper 41 ausgebildet ist. Das aus dem gleichen Kunststoff wie das Abdeckelement 42 in 1 bis 5 bestehende Abdeckelement 42 ist ein konvexer, hohler Rotationskörper 45. Der Filter 40 ist dabei so in den Strömungskanal 35 einzubauen, dass die Konvexität des Rotationskörpers 45 gegen die Strömungsrichtung des Fluids gerichtet ist. In 6 ist die Strömungsrichtung des Fluids durch Pfeil 37 angedeutet. Da der konvexe Rotationskörper 45 für die Messstrahlen des optischen Messsystems eine konvexe optische Linse bildet, variiert die Wandstärke des hohlen Rotationskörpers 45 in einer solchen Weise, dass die Linsenwirkung kompensiert ist, also die durch das Abdeckelement 42 hindurchtretenden optischen Messstrahlen von dem Abdeckelement 42 nahezu unbeeinflusst bleiben. Zur Erhöhung der axialen Steifigkeit des Filters 40 weist dieser noch eine Verstärkungshülse 46 von hoher axialer Steifigkeit auf, die beim Einpressen des Filters 40 in den Anschlussstutzen 12 gemäß 1 oder in den Magnetkern 28 gemäß 2 die Einpresskräfte aufnimmt und im Falle der 2 auf die Einstellhülse 36 überträgt.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102005061424 A1 [0002]
