DE102017220383A1 - Dosing valve for controlling a gaseous medium - Google Patents
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- F16K31/0655—Lift valves
Abstract
Dosierventil (100) zum Steuern eines gasförmigen Mediums, insbesondere Wasserstoff, mit einem Ventilgehäuse (12), wobei in dem Ventilgehäuse (12) ein längsbewegliches ebenes Schließelement (2) angeordnet ist, das zum Öffnen und Schließen eines Öffnungsquerschnitts von einem Zulaufbereich (7) in eine Durchlassöffnung (21) mit einem Ventilsitz (4) zusammenwirkt. Der Ventilsitz (4) ist als umlaufende Dichtkante (20) an einer dem Schließelement (10) zugewandten Sitzfläche (la) einer in dem Ventilgehäuse (12) aufgenommenen und mit diesem fest verbundenen Düse (1) ausgebildet. Darüber hinaus ist die Sitzfläche (la) der Düse (1) konisch ausgebildet, wobei das Schließelement (2) in einer geschlossenen Position des Dosierventils (100) an der umlaufenden Dichtkante (20) einen radialen Überstand (19) aufweist. Der radiale Überstand (19) begrenzt eine maximale Schrägstellung des Schließelements (2) auf der Sitzfläche (la), wobei der Öffnungswinkel β der konischen Sitzfläche (la) in einem Wertebereich zwischen 172° und 178° liegt. Dosing valve (100) for controlling a gaseous medium, in particular hydrogen, with a valve housing (12), wherein in the valve housing (12) a longitudinally movable planar closing element (2) is arranged, which is used to open and close an opening cross-section of an inlet region (7). in a passage opening (21) with a valve seat (4) cooperates. The valve seat (4) is designed as a circumferential sealing edge (20) on a seat surface (1a) facing the closing element (10) of a nozzle (1) accommodated in the valve housing (12) and firmly connected thereto. In addition, the seat surface (la) of the nozzle (1) is conical, wherein the closing element (2) in a closed position of the metering valve (100) on the peripheral sealing edge (20) has a radial projection (19). The radial projection (19) limits a maximum inclination of the closing element (2) on the seat surface (la), wherein the opening angle β of the conical seat surface (la) is in a value range between 172 ° and 178 °.
Description
Die Erfindung betrifft ein Dosierventil zum Steuern eines gasförmigen Mediums, insbesondere Wasserstoff, beispielsweise zur Anwendung in Fahrzeugen mit Brennstoffzellenantrieb.The invention relates to a metering valve for controlling a gaseous medium, in particular hydrogen, for example for use in vehicles with fuel cell drive.
Stand der TechnikState of the art
Die
Im normalen Betrieb eines Proportionalventils, insbesondere bei der Anwendung des Proportionalventils in einem Anodenbereich eines Brennstoffzellensystems treten häufige Öffnungs- und Schließvorgänge auf. Zur Optimierung von Spülvorgängen im Anodenpfad der Brennstoffzelle oder zum optimierten Betrieb einer Saugstrahlpumpe in einer Brennstoffzellenanordnung können auch zusätzliche Schaltvorgänge gewünscht sein. Häufiges Öffnen und Schließen des Proportionalventils führt jedoch zu Verschleiß am Ventilsitz und zu Verkippungen des Schließelements bezüglich des Ventilsitzes, da Winkeltoleranzen zwischen dem Schließelement und dem Ventilsitz auftreten können. Dies hat wiederum negative Auswirkungen auf die Dichtheit des gesamten Proportionalventils.During normal operation of a proportional valve, in particular when using the proportional valve in an anode region of a fuel cell system, frequent opening and closing operations occur. To optimize flushing processes in the anode path of the fuel cell or for optimized operation of a suction jet pump in a fuel cell assembly, additional switching operations may also be desired. Frequent opening and closing of the proportional valve, however, leads to wear on the valve seat and tilting of the closing element with respect to the valve seat, since angle tolerances between the closing element and the valve seat can occur. This in turn has a negative impact on the tightness of the entire proportional valve.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Das erfindungsgemäße Dosierventil zum Steuern eines gasförmigen Mediums, insbesondere Wasserstoff, weist demgegenüber Vorteil auf, dass trotz häufigen Öffnungs- und Schließvorgängen des Dosierventils die Dichtheit am Ventilsitz gewährleistet ist.The metering valve according to the invention for controlling a gaseous medium, in particular hydrogen, has the advantage over that despite frequent opening and closing operations of the metering valve, the tightness is ensured at the valve seat.
Dazu weist das Dosierventil zum Steuern eines gasförmigen Mediums, insbesondere Wasserstoff, ein Ventilgehäuse auf, in dem ein längsbewegliches, ebenes Schließelement angeordnet ist, das zum Öffnen und Schließen eines Öffnungsquerschnitts von einem Zulaufbereich in eine Durchlassöffnung mit einem Ventilsitz zusammenwirkt. Der Ventilsitz ist dabei als umlaufende Dichtkante an einer dem Schließelement zugewandten Sitzfläche einer in dem Ventilgehäuse aufgenommenen und mit diesem fest verbundenen Düse ausgebildet. Darüber hinaus ist die Sitzfläche der Düse konisch ausgebildet, wobei das Schließelement in einer geschlossenen Position des Dosierventils an der umlaufenden Dichtkante einen radialen Überstand aufweist. Der radiale Überstand begrenzt bei einem maximal ausgebildeten Schrägstand des Schließelements eine maximale Schrägstellung des Schließelements auf der Sitzfläche der Düse, wobei der Öffnungswinkel β der konischen Sitzfläche in einem Wertebereich zwischen 172° und 178° liegt.For this purpose, the metering valve for controlling a gaseous medium, in particular hydrogen, a valve housing, in which a longitudinally movable, planar closing element is arranged, which cooperates for opening and closing an opening cross section from an inlet region into a passage opening with a valve seat. The valve seat is designed as a circumferential sealing edge on a seat facing the closing element of a seat received in the valve housing and fixedly connected to this nozzle. In addition, the seat surface of the nozzle is conical, wherein the closing element in a closed position of the metering valve at the peripheral sealing edge has a radial projection. The radial projection limits at a maximum inclined position of the closing element a maximum inclination of the closing element on the seat surface of the nozzle, wherein the opening angle β of the conical seating surface is in a value range between 172 ° and 178 °.
Durch das erfindungsgemäße Dosierventil wird durch die abfallende Sitzfläche trotz Winkelfehlern zwischen dem Ventilsitz und dem Schließelement eine gleichmäßige Kraftverteilung im Schließelement erzielt, was wiederum zu einer erhöhten Dichtheit führt.By the metering valve according to the invention is achieved by the sloping seat despite angular errors between the valve seat and the closing element, a uniform force distribution in the closing element, which in turn leads to increased tightness.
In einer ersten vorteilhaften Weiterbildung ist es vorgesehen, dass sich der radiale Überstand von der Mitte der umlaufenden Dichtkante bis zu einer äußeren Umlaufkante des Schließelements erstreckt und eine Breite X von 0,2 mm bis 2 mm aufweist, vorzugsweise 0,5 mm bis 1 mm. Vorteilhafterweise weist die umlaufende Dichtkante der Düse eine Höhe R zwischen 0,04 mm und 0,2 mm auf, vorzugsweise 0,1 mm. So kann die Dichtkante vorteilhafterweise in ein elastisches Dichtelement, welches zwischen dem Ventilsitz und dem Schließelement angeordnet ist, mit geringer Kraft eintauchen, so dass bei zusätzlicher Schiefstellung des Schließelements und Auflagefläche des radialen Überstands an der Sitzfläche der Düse eine hohe Dichtheit am Ventilsitz und so eine optimale Funktionsweise des Dosierventils gewährleistet ist.In a first advantageous development, it is provided that the radial projection extends from the center of the peripheral sealing edge to an outer peripheral edge of the closing element and has a width X of 0.2 mm to 2 mm, preferably 0.5 mm to 1 mm , Advantageously, the circumferential sealing edge of the nozzle has a height R between 0.04 mm and 0.2 mm, preferably 0.1 mm. Thus, the sealing edge advantageously in an elastic sealing element, which is arranged between the valve seat and the closing element, immerse with little force, so that with additional misalignment of the closing element and bearing surface of the radial projection on the seat of the nozzle a high tightness at the valve seat and so on optimal functioning of the metering valve is ensured.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft vorgesehen, dass das Schließelement mittels eines Elektromagneten und eines mit dem Schließelement wirkverbundenen Magnetankers längsbewegbar ist. So ist das gasförmige Medium durch das Dosierventil steuerbar.In a further embodiment of the invention, it is advantageously provided that the closing element is longitudinally movable by means of an electromagnet and an armature operatively connected to the closing element. Thus, the gaseous medium is controlled by the metering valve.
In vorteilhafter Weiterbildung ist es vorgesehen, dass radial zu der Längsachse des Dosierventils in dem Ventilgehäuse Zulaufkanäle ausgebildet sind, durch welche der Zulaufbereich des Dosierventils mit gasförmigem Medium befüllbar ist.In an advantageous embodiment, it is provided that feed channels are formed radially to the longitudinal axis of the metering valve in the valve housing, through which the inlet region of the metering valve can be filled with gaseous medium.
Das beschriebene Dosierventil in vorteilhafter Weise als Proportionalventil ausgebildet, eignet sich vorzugsweise in einer Brennstoffzellenanordnung zum Steuern einer Wasserstoffzufuhr zu einem Anodenbereich einer Brennstoffzelle. Vorteile sind die geringen Druckschwankungen im Anodenpfad und ein leiser Betrieb.The metering valve described advantageously formed as a proportional valve, is preferably in a fuel cell assembly for controlling a hydrogen supply to an anode region of a fuel cell. Advantages are the low pressure fluctuations in the anode path and a quiet operation.
Figurenlistelist of figures
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Dosierventils zur Steuerung einer Gaszufuhr, insbesondere Wasserstoff, zu einer Brennstoffzelle, dargestellt. Es zeigt in
-
1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Dosierventils im Längsschnitt, -
2 ein vergrößerter Ausschnitt des erfindungsgemäßen Dosierventils aus der1 im Bereich des Ventilsitzes im Längsschnitt, -
3 ein vergrößerter Ausschnitt des erfindungsgemäßen Dosierventils aus der1 im Bereich des Ventilsitzes bei Verkippung des Schließelements am Ventilsitz im Längsschnitt.
-
1 an embodiment of a metering valve according to the invention in longitudinal section, -
2 an enlarged section of the metering valve according to the invention from the1 in the region of the valve seat in longitudinal section, -
3 an enlarged section of the metering valve according to the invention from the1 in the region of the valve seat with tilting of the closing element on the valve seat in longitudinal section.
Bauteile mit gleicher Funktion wurden mit derselben Bezugsziffer bezeichnet.Components with the same function have been designated by the same reference number.
Beschreibung des AusführungsbeispielsDescription of the embodiment
Weiterhin ist in einem von dem Innenraum
Das Ventilgehäuse
Radial zu einer Längsachse
Funktionsweise des DosierventilsFunctioning of the metering valve
Das Dosierventil
Wird die Magnetspule
Der Hub des Schließelements
Wird der Strom an der Magnetspule
Winkeltoleranzen zwischen dem Ventilsitz
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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