DE102016014432A1

DE102016014432A1 - Schaltend betätigtes Ventil

Info

Publication number: DE102016014432A1
Application number: DE102016014432.7A
Authority: DE
Inventors: Axel Müller; Michael Müller; Thomas Rolland; Mike Heck
Original assignee: Thomas Magnete GmbH
Current assignee: Thomas Magnete GmbH
Priority date: 2016-12-05
Filing date: 2016-12-05
Publication date: 2018-06-07

Abstract

Aufgabe: Das erfindungsgemäße Ventil mit einem Elektromagneten (2) zur Betätigung einer Membran (3) soll einfacher und kostengünstiger zu montieren sein und eine hohe Zuverlässigkeit bei der Abdichtung aufweisen. Weiterhin soll der Durchflusswiderstand bei offenem Ventil vermindert werden.Lösung: Die Membran (3) weist einen umlaufenden Wulst (4) auf, der in eine Nut (5) gefügt ist, wobei die Nut (5) in dem Magnetpol (6) des Elektromagneten (2) angeordnet ist.Anwendung: Der bevorzugte Anwendungsbereich der erfindungsgemäßen Ventile ist in Systemen zur Abgasnachbehandlung von Verbrennungsmotoren.

Description

Die Erfindung betrifft ein schaltend betätigtes Ventil entsprechend dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs.
Stand der Technik:
Ein schaltend betätigtes Druckbegrenzungsventil mit einer Membran zur Medientrennung und als Dichtkörper ist aus den Druckschriften EP 2 699 829 B1 und DE 10 2013 012 818 A1 bekannt. Aus der Druckschrift DE 10062790 A1 ist ein Membranventil mit Kunststoffkörper bekannt.
Bei den bekannten Ventilen muss die Zuverlässigkeit bei der Abdichtung mit einem hohen Montageaufwand erkauft werden.
Aufgabe:
Das erfindungsgemäße Ventil soll einfacher und kostengünstiger zu montieren sein und eine hohe Zuverlässigkeit bei der Abdichtung aufweisen. Weiterhin soll der Durchflusswiderstand bei offenem Ventil vermindert werden.
Lösung:
Die Aufgaben werden durch die Merkmale des ersten Anspruchs gelöst, Lösungen für Teilaufgaben und vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Das erfindungsgemäße Ventil wird durch eine gegen eine Federkraft wirkende Druckdifferenz zwischen einer ersten Leitung A und einer zweiten Leitung B geöffnet. Die Leitungen A und B sind jeweils mit Druckräumen verbunden, deren Drücke auf eine Membran wirken.
Ist die genannte Kraft der Druckdifferenz größer als die Federkraft, hebt die Membran von einem Dichtsitz ab und die mit den Leitungen A und B verbundenen Druckräume werden miteinander verbunden.
Die Federkraft wird durch einen Stößel auf die Membran übertragen.
Ein Elektromagnet beeinflusst die Größe der Federkraft, indem der Anker des Elektromagneten das von dem Stößel abgewandte Federlager verschiebt. Durch die Verschiebung des Federlagers wird die Vorspannkraft der Feder verändert.
Durch die von dem Elektromagneten bewirkte Veränderung der Federkraft wird auch die auf die Membran wirkende Kraft verändert, und dadurch wird die Kraftbilanz, die eine Öffnung des Ventils bewirkt, ebenfalls verändert.
Da der Elektromagnet als schaltender Magnet betrieben wird, ergibt sich aus der Wirkung des Elektromagneten auf die Membran und damit auf die Ventilfunktion insgesamt ein schaltbares Ventil, dessen Öffnungsdruckdifferenz schaltend zwischen einem oberen und einem unteren Wert veränderlich ist.
Die beiden Leitungen und die mit ihnen verbundenen Druckräume müssen gegen die Umgebung des Druckbegrenzungsventils abgedichtet sein.
Im Fall der zweiten Leitung B übernimmt die oben genannte Membran auch diese Abdichtung.
Zusätzlich kann die Membran auch den Ankerraum des Elektromagneten gegen die Umgebung und gegen die beiden mit den Druckräumen verbundenen Leitungen A und B abdichten.
Erfindungsgemäß werden diese Abdichtfunktionen dadurch verbessert, dass die Membran an ihrem äußeren Rand wulstförmig ausgeführt ist, also im Vergleich zu den inneren Zonen erheblich verdickt ist.
Die genannte Wulst wird in eine Nut gefügt, die beispielsweise in dem Magnetpol des Elektromagneten angeordnet ist. Der Magnetpol ist auch ein Verbindungsbauteil zwischen dem Elektromagnet und der Führung der Membran und er führt auch den oben genannten Stößel.
Wenn diese Funktionen (Magnetpol, Führung des Stößels und Führung der Membran) auf mehrere miteinander verbundene Bauteile aufgeteilt werden, ist die genannte Nut in der Führung der Membran vorzusehen.
Die in der Nut geführte Wulst erleichtert die Montage des Druckbegrenzungsventils.
Der Ankerraum des Elektromagneten ist nicht mit der Flüssigkeit gefüllt, die auch in den Leitungen A und B fließt, sondern er ist gasgefüllt, vorzugsweise mit Luft, damit die Flüssigkeit die Bewegung des Ankers nicht behindert und keine Verschmutzungspartikel in den Ankerraum einträgt.
Bei einer Erwärmung des Gases im Ankerraum erhöht sich der Druck im Gas, und diese Druckänderung kann mindestens zeitweise die Kraft des Stößels auf die Membran verändern.
Diese Kraftänderung wird vorteilhafterweise vermindert, indem zwischen der Membran und der Lagerung der Membran in dem Magnetpol ein Gaspolster angeordnet ist, das über einen Ringspalt oder eine Nut zwischen dem Stößel und seiner Führung im Magnetpol mit dem Ankerraum des Elektromagneten verbunden ist.
Dieses Gaspolster dämpft auch die Bewegung der Membran, wenn diese das Ventil öffnet. Die Membran liegt mit ihrer mittleren Zone auf dem Dichtsitz auf, wenn das Ventil geschlossen ist. Auf diese mittlere Zone wirkt auch die Kraft des Stößels. Damit die Stößelkraft gleichmäßig und sicher über die Membran auf den Dichtsitz übertragen wird, ist die Membran in ihrer mittleren Zone dicker ausgeführt als in der benachbarten Zone, die bei einer Bewegung der Membran gewalkt wird. Die mittlere Zone wird auch als Dichtzone bezeichnet. Sie weist einen größeren Durchmesser auf als der Stößel, damit sie den Dichtsitz gleichmäßig beaufschlagt. Der Übergang von der Dichtzone zu der Walkzone ist so geformt, dass eine Strömung der Flüssigkeit bei einem Öffnen des Druckbegrenzungsventils wenig Widerstand findet.
Damit das Druckbegrenzungsventil zuverlässig arbeitet und eine ausreichende Lebensdauer erreicht, sind alle Bauteile, die von der Flüssigkeit berührt werden, die durch die Leitungen A und B fließt, aus solchen Werkstoffen hergestellt, die gegen wässrige Harnstofflösungen beständig sind, denn der bevorzugte Anwendungsbereich der erfindungsgemäßen Druckbegrenzungsventile ist in Systemen zur Abgasnachbehandlung von Verbrennungsmotoren. Insbesondere die Membran muss hinsichtlich der Werkstoffauswahl auf die wässrigen Harnstofflösungen hin ausgelegt werden, als Werkstoff kann beispielsweise NBR oder HNBR gewählt werden.
Figurenliste

1 zeigt das erfindungsgemäße Druckbegrenzungsventil

Beispielhafte Ausführung:
Das schaltend betätigte Ventil (1) gemäß 1 weist einen Elektromagneten (2) auf, der eine Membran (3) betätigt, die mit einem Dichtsitz (14) zusammenwirkt, indem sie eine erste Leitung A gegen eine zweite Leitung B abhängig von der Kraftbilanz an der Membran versperrt oder verbindet.
Die Membran (3) weist einen umlaufenden Wulst (4) auf, der in eine Nut (5) gefügt ist.
Die Nut (5) ist vorzugsweise in dem Magnetpol (6) des Elektromagneten (2) angeordnet.
Die Wulst (4) der Membran (3) dichtet vorzugsweise die Druckräume, die mit der ersten Leitung A oder der zweiten Leitung B verbunden sind, gegen die Umgebung des Ventils ab.
Die Membran (3) bildet vorteilhafterweise in einem axialen Spalt zwischen der Membran (3) und ihrer Lagerung im Magnetpol (6) oder in einem damit verbundenen Bauteil wegen des durch den Spalt erzeugten Gaspolsters (8) für die Bewegung der Membran (3) eine Dämpfung aus, und eine temperaturbedingte Druckänderung im Ankerraum (7) des Elektromagneten (2) wird durch das Gaspolster (8) vermindert, wobei das Gaspolster (8) über einen Ringspalt (9) zwischen einem Stößel (10) und dem Magnetpol (6) mit dem Ankerraum (7) fluidisch verbunden ist.
Die Membran (3) ist vorzugsweise in ihrer mittleren, die Abdichtung des Dichtsitzes (14) bewirkenden Dichtzone (11) dicker ausgeführt als in der benachbarten leichter verformbaren Walkzone (12), wobei die Dichtzone (11) der Membran einen größeren Durchmesser aufweist als der Stößel (10).
Vorzugsweise wirkt Druck in der Leitung A auf die Membran (3) das Ventil öffnend, gegen den Druck in der Leitung B und gegen die Kraft einer Feder (13).
Vorteilhafterweise ist die Membran (3) gegen wässrige Lösungen von Reagenzien, vorzugsweise gegen wässrige Harnstofflösungen beständig.
Ein System zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors enthält vorteilhafterweise ein schaltbares Ventil (1) mit einem Elektromagneten (2), wobei der Elektromagnet (2) eine Membran (3) betätigt, die mit einem Dichtsitz (14) zusammenwirkt, indem sie eine erste Leitung A gegen eine zweite Leitung B versperrt oder verbindet, wobei die Membran (3) einen umlaufenden Wulst (4) aufweist, der in eine Nut (5) gefügt ist, und wobei die Nut (5) in dem Magnetpol (6) des Elektromagneten (2) angeordnet ist.
Bezugszeichenliste

1.: Ventil
2.: Elektromagnet
3.: Membran
4.: Wulst
5.: Nut
6.: Magnetpol
7.: Ankerraum
8.: Gaspolster
9.: Ringspalt
10.: Stößel
11.: Dichtzone
12.: Walkzone
13.: Feder
14.: Dichtsitz
A.: Erste Leitung
B.: Zweite Leitung

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

EP 2699829 B1 [0002]
DE 102013012818 A1 [0002]
DE 10062790 A1 [0002]

Claims

Schaltend betätigtes Ventil (1) mit einem Elektromagneten (2) zur Betätigung einer Membran (3), die mit einem Dichtsitz (14) zusammenwirkt, indem sie eine erste Leitung A gegen eine zweite Leitung B abhängig von der Kraftbilanz an der Membran (3) versperrt oder verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (3) einen umlaufenden Wulst (4) aufweist, der in eine Nut (5) gefügt ist.
Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (5) in dem Magnetpol (6) des Elektromagneten (2) oder in einem mit dem Magnetpol (6) verbundenen Bauteil angeordnet ist.
Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wulst (4) der Membran (3) die mit den Leitungen A und/oder B verbundenen Druckräume zur Umgebung abdichtet.
Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein axialer Spalt zwischen der Membran (3) und ihrer Lagerung im Magnetpol (6) oder in einem damit verbundenen Bauteil wegen des durch den Spalt erzeugten Gaspolsters (8) für die Bewegung der Membran (3) dämpfend wirkt und eine temperaturbedingte Druckänderung im Ankerraum (7) des Elektromagneten (2) vermindert, wobei das Gaspolster (8) über einen Ringspalt (9) zwischen einem Stößel (10) und dem Magnetpol (6) mit dem Ankerraum (7) fluidisch verbunden ist.
Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (3) in ihrer mittleren, die Abdichtung des Dichtsitzes (14) bewirkenden Dichtzone (11) dicker ausgeführt ist als in der benachbarten leichter verformbaren Walkzone (12), wobei die Dichtzone (11) der Membran einen größeren Durchmesser aufweist als der Stößel (10).
Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (3) gegen wässrige Lösungen von Reagenzien, vorzugsweise gegen wässrige Harnstofflösungen beständig ist.
Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck in der Leitung A auf die Membran (3) gegen den Druck in der Leitung B und gegen die Kraft einer Feder (13) das Ventil öffnend wirkt.
System zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors, dadurch gekennzeichnet, dass es ein schaltend betätigtes Ventil (1) mit einem Elektromagneten (2) enthält, wobei der Elektromagnet (2) eine Membran (3) betätigt, die mit einem Dichtsitz (14) zusammenwirkt, indem sie eine erste Leitung A gegen eine zweite Leitung B versperrt oder verbindet, wobei die Membran (3) einen umlaufenden Wulst (4) aufweist, der in eine Nut (5) gefügt ist.