DE102015202477A1 - Gasventil mit verbessertem Dichtverhalten - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gasventil zum Steuern eines gasförmigen Mediums, umfassend ein bewegbares Ventilschließelement (2) zum Freigeben und Verschließen wenigstens einer Durchlassöffnung (3), einen Dichtsitz (4) zwischen einem ortsfesten Ventilbauteil (5) und dem Ventilschließelement (2), eine Elastomerdichtung (6), einen Dichtungsträger (7), an welchem die Elastomerdichtung (6) angeordnet ist, wobei der Dichtungsträger (7) mit dem Ventilschließelement (2) verbunden ist, und ein separates Einstellelement (8), welches am Dichtungsträger (7) angeordnet ist, im geschlossenen Zustand des Ventils als Anschlag vorgesehen ist und im geöffneten Zustand des Ventils einen in Axialrichtung (X-X) vorstehenden Überstand der Elastomerdichtung (6) über eine Anschlagfläche (82) des Einstellelements (8) definiert.

Description

  • Stand der Technik
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gasventil mit einem Einstellelement und einer Elastomerdichtung, um eine verbesserte Dichtheit des Gasventils im geschlossenen Zustand bereitzustellen.
  • Gasventile sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Im Kraftfahrzeugbereich werden in jüngster Zeit verstärkt neben flüssigen Kraftstoffen auch gasförmige Kraftstoffe, wie z.B. Erdgas oder Wasserstoff, verwendet. Häufig werden hierbei die bekannten Einspritzventile für flüssige Kraftstoffe einfach unverändert für den Einsatz von gasförmigen Medien verwendet. Allerdings genügen die Ventile für flüssige Medien häufig nicht den spezifischen Anforderungen an gasförmige Medien. Zur Abdichtung von gasförmigen Medien sind insbesondere Elastomerdichtungen besonders gut geeignet. Diese werden üblicherweise mittels eines Spritzvorgangs hergestellt. Hierbei kommt es jedoch fertigungsbedingt zu relativ großen Toleranzen, insbesondere in einer Öffnungs- und Schließrichtung des Ventils. Dies führt jedoch zu einer unerwünschten großen Streuung bei dem Dichtheitsverhalten der Gasventile, was zu einem sehr hohen Ausschussanteil in der Fertigung führt. Aus der DE 10 2007 006 934 A1 ist ein speziell für gasförmige Medien ausgelegtes Gasventil bekannt, welches insbesondere eine verbesserte Kaltstartfähigkeit aufweist. Hierzu ist ein einstückig mit einem Magnetanker ausgebildetes Anschlagelement vorgesehen. Hierdurch können allerdings nicht fertigungsbedingte Maßabweichungen der Elastomerdichtung ausgeglichen werden.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Ventil zum Steuern eines gasförmigen Mediums mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass trotz herstellungsbedingter Toleranzen einer Elastomerdichtung im geöffneten Ventilzustand ein konstanter Elastomerüberstand über eine Anschlagfläche und damit ein sicheres Schließen des Ventils möglich ist. Dabei kann eine sichere Abdichtung mittels der Elastomerdichtung erreicht werden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Elastomerdichtung an einem Dichtungsträger angeordnet ist, welcher mit einem bewegbaren Ventilschließelement zum Freigeben und Verschließen einer Durchlassöffnung verbunden ist. Erfindungsgemäß ist ein separates Einstellelement vorgesehen, welches am Dichtungsträger angeordnet ist und im geschlossenen Zustand des Ventils als Anschlag dient. Durch das separate Einstellelement kann ein in Axialrichtung vorbestimmter Überstand der Elastomerdichtung definiert werden und somit toleranzbedingte Abweichungen der Elastomerdichtung durch das separate Einstellelement ausgeglichen werden, so dass ein konstanter Überstand der Elastomerdichtung über das Einstellelement vorliegt. Somit weisen alle Ventile einen gleichen Elastomerüberstand und somit auch ein gleiches Öffnungs- und Schließverhalten auf. Dadurch kann erfindungsgemäß ein Herstellungsvorgang deutlich verbessert werden und insbesondere auch die in der Produktion auftretenden Toleranzen bei der Herstellung der Elastomerdichtung durch das verstellbare Einstellelement ausgeglichen werden.
  • Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung. Vorzugsweise ist das separate Einstellelement ein Einstellring. Dadurch kann eine einfache und sichere Befestigung des Einstellrings am Dichtungsträger vorgenommen werden. Ferner ist auch eine leichte Verstellung des separaten Einstellelements zur Definition eines Überstands der Elastomerdichtung möglich.
  • Für eine besonders schnelle und einfache Einstellung des Überstands der Elastormerdichtung ist zwischen dem Einstellring und dem Dichtungsträger vorzugsweise eine erste Presspassverbindung ausgebildet.
  • Ferner ist bevorzugt eine Schweißverbindung zwischen dem Einstellring und dem Dichtungsträger vorgesehen. Durch die Fixierung des Einstellrings mittels der Schweißverbindung kann somit eine eingestellte Relativposition des Einstellrings relativ zum Dichtungsträger sicher fixiert werden.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist der Einstellring einen nach innen gerichteten Bereich auf, welcher an einem Außenrandbereich der Elastomerdichtung anliegt, oder auch einen Montagespalt zulässt, und wobei der insbesondere nach innen gerichtete Bereich einen Umgriff bereitstellt. Der nach innen gerichtete Bereich dient als flächiger Anschlag, der die Elastomerdichtung vor Überbelastung und Zerstörung schützt. Zwischen Elastomeredichtung und Anschlagring kann auch ein radialer Montagespalt vorgesehen werden.
  • Bevorzugt schlägt das Einstellelement an einem ortsfesten Ventilbauteil, welches die Durchlassöffnung aufweist, die mittels des Ventilschließelements geöffnet und verschlossen wird, an.
  • Vorzugsweise weist der Dichtungsträger einen äußeren zylindrischen Mantelbereich und einen inneren, nach innen vorstehenden Haltebereich auf. Der Einstellring ist dabei am äußeren Mantelbereich angeordnet und die Elastomerdichtung ist am nach innen vorgestehenden Haltebereich angeordnet. Dadurch kann einerseits eine sichere Fixierung der Elastomerdichtung und andererseits eine leichte Einstellung des Einstellrings am äußeren Mantelbereich des Dichtungsträgers ermöglicht werden.
  • Weiter bevorzugt ist das ortsfeste Ventilbauteil, welches die Durchlassöffnung aufweist, eine Dichtscheibe. Die Durchlassöffnungen sind vorzugsweise nierenförmig vorgesehen und weiter bevorzugt gleichmäßig in Umfangsrichtung voneinander beabstandet angeordnet.
  • Das Ventilschließelement, an welchem der Dichtungsträger angeordnet ist, ist vorzugsweise ein Magnetanker.
  • Besonders bevorzugt ist zwischen dem Ventilschließelement und dem Magnetanker eine zweite Presspassverbindung ausgebildet. Zusätzlich oder alternativ kann auch eine Schweißverbindung vorgesehen sein.
  • Bevorzugterweise ist der Dichtsitz als Flachdichtsitz ausgebildet. Das Dichtelement ist vorzugsweise im Schnitt C-förmig und umgreift den Dichtungsträger zumindest teilweise.
  • Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Brennkraftmaschine, umfassend ein erfindungsgemäßes Ventil. Das erfindungsgemäße Ventil ist dabei besonders bevorzugt als Zumessventil zum Zumessen einer vorbestimmten Menge gasförmigen Kraftstoffs vorgesehen.
  • Zeichnung
  • Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung sind gleiche bzw. funktional gleiche Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. In der Zeichnung ist:
  • 1 eine schematische Schnittansicht eines Ventils gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung im geschlossenen Zustand,
  • 2 eine schematische Schnittansicht eines Ventils gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung im geschlossenen Zustand,
  • 3 eine schematische Schnittansicht eines Ventils gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung im geschlossenen Zustand, und
  • 4 eine schematische Schnittansicht eines Ventils gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung im geschlossenen Zustand.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
  • Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 1 ein Ventil 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
  • Wie aus 1 ersichtlich ist, umfasst das Ventil 1 ein bewegbares Ventilschließelement 2, welches in diesem Ausführungsbeispiel ein Magnetanker ist. Das Ventilschließelement 2 ist hohlzylindrisch ausgebildet, so dass gasförmiger Kraftstoff sowohl im Inneren als auch außen am Ventilschließelement 2 geführt werden kann.
  • Das Ventilschließelement 2 ist in einem Ventilkörper 10 angeordnet, welcher durch eine Dichtscheibe 5, die einen Ventilsitz bereitstellt, abgeschlossen ist. Der Ventilkörper 10 ist ein hohlzylindrisches Bauteil und die Dichtscheibe 5 schließt am freien Ende des Ventilkörpers 10 ab. In der Dichtscheibe 5 sind mehrere nierenförmige Durchlassöffnungen 3 vorgesehen, welche mittels des Ventilschließelements 2 freigegeben und verschlossen werden. 1 zeigt den geschlossenen Zustand des Ventils.
  • Um eine sichere Abdichtung des gasförmigen Mediums zu erreichen, ist erfindungsgemäß eine Elastomerdichtung 6 vorgesehen. Die Elastomerdichtung 6 ist über einen Dichtungsträger 7 am Ventilschließelement 2 angeordnet. Der Dichtungsträger 7 ist ein im Wesentlichen ringförmiges Bauteil, welches einen äußeren zylindrischen Mantelbereich 70 und einen inneren Haltebereich 71 zum Halten der Elastomerdichtung 6 aufweist. Der zylindrische Mantelbereich 70 des Dichtungsträgers 7 dient zur Fixierung eines Einstellelements 8.
  • Die Elastomerdichtung 6 weist im Schnitt eine C-Form auf, welche über den inneren Haltebereich 71 des Dichtungsträgers 7 übergestülpt ist. Die Elastomerdichtung 6 kann beispielsweise mittels eines Spritzgussverfahrens direkt auf den Dichtungsträger 7 aufgespritzt werden. Das Überstülpen (Umgriff) des Elastomers verbessert die Haftung am Dichtungsträger.
  • Wie aus 1 ersichtlich ist, liegt die Elastomerdichtung 6 im geschlossenen Zustand des Ventils über den Durchlassöffnungen 3 und dichtet diese an einem Dichtsitz 4 ab. Der Dichtsitz 4 umfasst genauer zwei ringförmige Dichtbereiche 40, 41, welche einmal radial innerhalb und einmal radial außerhalb der Durchlassöffnungen 3 vorgesehen sind.
  • Weiter umfasst das erfindungsgemäße Ventil das Einstellelement 8, welches in diesem Ausführungsbeispiel ein Einstellring ist. Das Einstellelement 8 umfasst einen Hülsenbereich 80 und einen nach innen gerichteten Bereich 81. Der Hülsenbereich 80 dient zur Fixierung des Einstellelements 8 am Dichtungsträger 7. Der nach innen gerichtete Bereich 81 dient als Anschlagfläche und schützt damit die Elastomerdichtung vor Verschleiß aufgrund zu hoher Flächenpressung, und zur Abstützung der Elastomerdichtung 6 an einem Außenrandbereich 60 in radialer Richtung. Zwischen dem Einstellelement 8 und dem Dichtungsträger 7 ist eine Presspassverbindung 9 ausgebildet.
  • Erfindungsgemäß kann nun nach einem Aufspritzen der Elastomerdichtung 6 auf den Dichtungsträger 7 das ringförmige Einstellelement 8 montiert werden. Aufgrund der Presspassverbindung 9 zwischen dem Einstellelement 8 und dem Dichtungsträger 7 kann eine Position des Einstellelements 8 in Axialrichtung X-X relativ zum Dichtungsträger 7 verändert werden. Dabei kann die Position des Einstellelements 8 derart gewählt werden, dass ein Überstand der Elastomerdichtung 6 über eine Anschlagfläche 82 am Einstellelement 8 immer konstant ist. Dadurch können unterschiedliche Dicken der Elastomerdichtung 6, welche aufgrund des Spritzvorgangs auftreten können, durch eine entsprechende Positionierung des Einstellelements 8 am Dichtungsträger 7 ausgeglichen werden. Somit kann ein Elastomerüberstand, mit welchem die Elastomerdichtung 6 über die Anschlagfläche 82 in Axialrichtung X-X vorsteht, jeweils individuell auf ein konstantes Maß eingestellt werden. Dadurch kann ein Ausschussanteil der mit Elastomerdichtung versehenem Ventil signifikant reduziert werden.
  • Zur Fixierung der Relativposition des Einstellelements 8 am Dichtungsträger 7 ist ferner eine erste Schweißverbindung 11 vorgesehen.
  • Weiter bevorzugt ist zur Fixierung des Dichtungsträgers 7 am Ventilschließelement 2 eine zweite Schweißverbindung 12 ausgebildet. Die beiden Schweißverbindungen 11, 12 können dabei in einem Arbeitsschritt ausgeführt werden.
  • Erfindungsgemäß können somit herstellungsbedingte Dickenunterschiede der Elastomerdichtung durch den verschiebbaren Einstellring am Dichtungsträger 7 (mit Spielpassung oder Presspassung) ausgeglichen werden. Hierzu wird erfindungsgemäß zuerst die Elastomerdichtung 6 auf den Dichtungsträger 7 aufgebracht und anschließend ein Elastomerüberstand, z.B. ausgehend von einer Endfläche des Dichtungsträgers 7, in Axialrichtung X-X gemessen. Anschließend wird der Einstellring am Dichtungsträger 7 aufgebracht und der Elastomerüberstand, ausgehend von der Anschlagfläche 82 des Einstellrings, gemessen. Gegebenenfalls können dann noch Korrekturen vorgenommen werden. Aufgrund der Presspassverbindung 9 zwischen dem Einstellring und dem Dichtungsträger 7 muss nicht zwingend eine Verschweißung vorgenommen werden. Zur sicheren Fixierung des Einstellrings am Dichtungsträger 7 kann jedoch die erste Schweißnaht 11 ausgebildet werden.
  • 2 zeigt ein Ventil 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist beim zweiten Ausführungsbeispiel zwischen dem Einstellelement 8 und dem Dichtungsträger 7 keine Presspassverbindung oder eine Spielpassung vorgesehen, sondern lediglich die erste Schweißverbindung 11. Dadurch kann eine besonders einfache Verstellung des Einstellelements 8 relativ zum Dichtungsträger 7 in Axialrichtung X-X ermöglicht werden, da keine Presspassung überwunden werden muss.
  • 3 zeigt ein Ventil 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist beim dritten Ausführungsbeispiel das Einstellelement 8 nur mittels einer Presspassverbindung 9 mit dem Dichtungsträger 7 verbunden. Hierbei ist keine Schweißverbindung zwischen dem Einstellelement 8 an dem Dichtungsträger 7 vorgesehen. Somit kann bei diesem Ausführungsbeispiel auf eine Schweißverbindung zwischen Einstellelement 8 und Dichtungsträger 7 verzichtet werden. Ferner ist beim dritten Ausführungsbeispiel auch eine zweite Presspassverbindung 13 zwischen dem Dichtungsträger 7 und dem Ventilschließelement 2 vorgesehen. Das dritte Ausführungsbeispiel kommt somit vollständig ohne Schweißnähte aus, so dass die Herstellung deutlich vereinfacht werden kann.
  • 4 zeigt ein Ventil 1 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das vierte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei beim vierten Ausführungsbeispiel die Schweißverbindungen unterschiedlich ausgestaltet sind. Beim vierten Ausführungsbeispiel sind die erste und zweite Schweißverbindung 11, 12 als Radialschweißverbindungen vorgesehen. Beim ersten Ausführungsbeispiel war die zweite Schweißverbindung als stumpfe Schweißverbindung vorgesehen. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel den vorhergehenden Ausführungsbeispielen, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102007006934 A1 [0002]

Claims (11)

  1. Gasventil zum Steuern eines gasförmigen Mediums, umfassend: – ein bewegbares Ventilschließelement (2) zum Freigeben und Verschließen wenigstens einer Durchlassöffnung (3), – einen Dichtsitz (4) zwischen einem ortsfesten Ventilbauteil (5) und dem Ventilschließelement (2), – eine Elastomerdichtung (6), – einen Dichtungsträger (7), an welchem die Elastomerdichtung (6) angeordnet ist, wobei der Dichtungsträger (7) mit dem Ventilschließelement (2) verbunden ist, und – ein separates Einstellelement (8), welches am Dichtungsträger (7) angeordnet ist, im geschlossenen Zustand des Ventils als Anschlag vorgesehen ist und im geöffneten Zustand des Ventils einen in Axialrichtung (X-X) vorstehenden Überstand der Elastomerdichtung (6) über eine Anschlagfläche (82) des Einstellelements (8) definiert.
  2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Einstellelement (8) ein Einstellring ist.
  3. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Einstellelement (8) und dem Dichtungsträger (7) eine erste Presspassverbindung (9) ausgebildet ist.
  4. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Einstellelement (8) und dem Dichtungsträger (7) eine erste Schweißverbindung (11) ausgebildet ist.
  5. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einstellelement (8) einen nach innen gerichteten Bereich (81) aufweist, welcher an einem Außenrandbereich (60) der Elastomerdichtung (6) anliegt, oder auch einen Montagespalt zulässt, und wobei insbesondere der nach innen gerichtete Bereich einen Umgriff bereitstellt.
  6. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einstellelement (8) im geschlossenen Zustand des Ventils am ortsfesten Ventilbauteil (5) anschlägt.
  7. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtungsträger (7) einen äußeren zylindrischen Mantelbereich (70) und einen inneren Haltebereich (71) aufweist, wobei das Einstellelement (8) am Mantelbereich (70) angeordnet ist und die Elastomerdichtung (6) am Haltebereich (71) angeordnet ist.
  8. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das ortsfeste Ventilbauteil (5) eine Dichtscheibe ist.
  9. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilschließelement (2) ein Magnetanker ist.
  10. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtsitz (4) ein Flachdichtsitz ist.
  11. Brennkraftmaschine, umfassend ein Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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