DE102019107268A1

DE102019107268A1 - Valve device

Info

Publication number: DE102019107268A1
Application number: DE102019107268.9A
Authority: DE
Inventors: Janusz Zurke; Oliver Paul
Original assignee: Pierburg GmbH
Current assignee: Pierburg GmbH
Priority date: 2019-03-21
Filing date: 2019-03-21
Publication date: 2020-09-24
Also published as: WO2020187673A1

Abstract

Aus dem Stand der Technik sind Ventilvorrichtungen mit einem Gehäuse (20), das einen Einlass (22) und einen Auslass (24) aufweist, einem Strömungskanal (26), der zwischen dem Einlass (22) und dem Auslass (24) ausgebildet ist, einem im Gehäuse (20) ausgebildeten Ventilsitz (28), einem Regelkörper (30), der eine Dichtfläche (32) aufweist und auf den Ventilsitz (28) absetzbar sowie von diesem abhebbar ist, Durchgangsbohrungen (40), die im Regelkörper (30) ausgebildet sind und die die dem Einlass (22) zugewandte Seite des Regelkörpers mit einem Raum (34) an der dem Einlass (22) abgewandten Seite des Regelkörpers (30) verbinden, einem Aktor (50), der einen Kern (52), eine Spule (54), einen Spulenträger (56), ein Joch (58) und einen Anker (59) aufweist, wobei der Anker (59) mit dem Regelkörper (30) gekoppelt und mit diesem bewegbar ist, bekannt. Um eine kostengünstige, einfach zu fertigende und robuste Ventilvorrichtung, die vor Verunreinigungen geschützt ist, zu erzielen, wird vorgeschlagen, dass ein Partikelschutzschirm (60) mit dem Regelkörper (30) einstückig ausgebildet ist, wobei eine Projektionsfläche (62) des Partikelschutzschirms (60) in Axialrichtung auf den Regelkörper die Enden (42) der Durchgangsbohrungen (40) im Regelkörper (30) überdeckt, und wobei die Enden (42) aller Durchgangsbohrungen (40) zumindest teilweise axial beabstandet zum Partikelschutzschirm (60) angeordnet sind.The prior art includes valve devices with a housing (20) which has an inlet (22) and an outlet (24), a flow channel (26) which is formed between the inlet (22) and the outlet (24), a valve seat (28) formed in the housing (20), a control body (30) which has a sealing surface (32) and can be placed on and lifted from the valve seat (28), through-bores (40) which are formed in the control body (30) and which connect the side of the control body facing the inlet (22) to a space (34) on the side of the control body (30) facing away from the inlet (22), an actuator (50), which has a core (52), a Coil (54), a coil carrier (56), a yoke (58) and an armature (59), the armature (59) being coupled to the regulating body (30) and being movable therewith. In order to achieve a cost-effective, easy-to-manufacture and robust valve device that is protected from contamination, it is proposed that a particle protection screen (60) be designed in one piece with the control body (30), with a projection surface (62) of the particle protection screen (60) the ends (42) of the through bores (40) in the regulating body (30) are covered in the axial direction on the regulating body, and the ends (42) of all through bores (40) are at least partially axially spaced from the particle protection screen (60).

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventilvorrichtung mit einem Gehäuse, das einen Einlass und einen Auslass aufweist, einem Strömungskanal, der zwischen dem Einlass und dem Auslass ausgebildet ist, einem im Gehäuse ausgebildeten Ventilsitz, einem Regelkörper, der eine Dichtfläche aufweist und auf den Ventilsitz absetzbar sowie von diesem abhebbar ist, Durchgangsbohrungen, die im Regelkörper ausgebildet sind und die die dem Einlass zugewandte Seite des Regelkörpers mit einem Raum an der dem Einlass abgewandten Seite des Regelkörpers verbinden, einem Aktor, der einen Kern, eine Spule, einen Spulenträger, ein Joch und einen Anker aufweist, wobei der Anker mit dem Regelkörper gekoppelt und mit diesem bewegbar ist.The invention relates to a valve device with a housing which has an inlet and an outlet, a flow channel which is formed between the inlet and the outlet, a valve seat formed in the housing, a regulating body which has a sealing surface and can be placed on the valve seat and from this can be lifted, through bores which are formed in the control body and which connect the side of the control body facing the inlet with a space on the side of the control body facing away from the inlet, an actuator, which has a core, a coil, a coil carrier, a yoke and a Having armature, wherein the armature is coupled to the control body and is movable therewith.

Aus dem Stand der Technik sind derartige Magnetventile für die Regelung eines Gasstromes bekannt. Hierbei dienen im geschlossenen Zustand des Ventils die Durchgangsbohrungen im Regelkörper dem Druckausgleich zwischen der dem Ventilsitz zugewandten und der dem Ventilsitz abgewandten Seite des Regelkörpers. Auf diese Weise wird ein ungewolltes Öffnen des Ventils im Falle eines erhöhten Totaldrucks im Einlassstutzen der Ventilvorrichtung verhindert und eine Unempfindlichkeit bei Pulsationen erreicht. Ein mit Verunreinigungen wie beispielsweise Partikeln beladener Medienstrom kann allerdings die Bohrungen des Regelkörpers durchströmen und die Verunreinigungen können sich allmählich in den Bohrungen und dem Raum hinter den Bohrungen ablagern. Schreitet ein solcher Vorgang voran, können die Bohrungen verstopfen und die Druckausgleichsfunktion des Regelkörpers versagen. Des Weiteren kann eine Schwergängigkeit des Ventils folgen, wenn sich Partikel im Gleitbereich zwischen der Führungshülse und den beweglichen Ventilteilen setzen.Such solenoid valves for regulating a gas flow are known from the prior art. In the closed state of the valve, the through bores in the regulating body serve to equalize pressure between the side of the regulating body facing the valve seat and the side facing away from the valve seat. In this way, unwanted opening of the valve in the event of an increased total pressure in the inlet connector of the valve device is prevented and insensitivity to pulsations is achieved. A media stream loaded with contaminants such as particles can, however, flow through the bores of the control body and the contaminants can gradually be deposited in the bores and the space behind the bores. If such a process progresses, the bores can clog and the pressure compensation function of the regulating body can fail. Furthermore, the valve can become stiff if particles settle in the sliding area between the guide sleeve and the movable valve parts.

In der Patentliteratur sind verschiedene druckausgeglichene Ventile beschrieben. So wird beispielsweise in der DE 10 2012 010 140 A1 ein Ventil offenbart, dessen Ventilglied mit Strömungsdurchgängen versehen ist, die einen Durchtritt des Gasstroms zur Herstellung eines Druckausgleichs zwischen der dem Dichtsitz zugewandten und der dem Dichtsitz abgewandten Seite des Ventilglieds erlauben. In der DE 10 2016 120 551 B4 wird ebenfalls ein mit Druckausgleichsbohrungen ausgeführtes Magnetventil für eine Verbrennungskraftmaschine beschrieben.Various pressure compensated valves are described in the patent literature. For example, in the DE 10 2012 010 140 A1 discloses a valve, the valve member of which is provided with flow passages which allow a passage of the gas flow to produce a pressure equalization between the side of the valve member facing the sealing seat and the side facing away from the sealing seat. In the DE 10 2016 120 551 B4 a solenoid valve for an internal combustion engine designed with pressure compensation bores is also described.

Des Weiteren sind aus dem Stand der Technik Ventilvorrichtungen bekannt, deren Stellglieder mehrteilig ausgeführt sind. Insbesondere sind die Stellglieder mit einer zusätzlichen Dichtung versehen, um den Einlassstutzen des Ventils effizient vom Auslassstutzen im geschlossenen Zustand zu trennen. So wird beispielsweise in der DE 10 2015 202 477 A1 ein Gasventil offenbart, das einen Dichtungsträger aufweist, an welchem eine Elastomerdichtung angeordnet ist, die auf den Ventilsitz aufsetzbar ist.Furthermore, valve devices are known from the prior art, the actuators of which are designed in several parts. In particular, the actuators are provided with an additional seal in order to efficiently separate the inlet port of the valve from the outlet port in the closed state. For example, in the DE 10 2015 202 477 A1 discloses a gas valve having a seal carrier on which an elastomer seal is arranged, which can be placed on the valve seat.

Bei den bekannten Ausführungen besteht der Nachteil, dass das Eindringen von Verunreinigungen in die Durchgangsbohrungen des Regelkörpers nicht zuverlässig reduziert wird. Hierdurch ist die Druckausgleichsfunktion des Regelkörpers gefährdet. Dies wiederum kann darin resultieren, dass die Ventilvorrichtung ihre Funktionsfähigkeit einbüßt, was durch Leckage von der Einlass- zur Auslassseite der Ventilvorrichtung oder eine eingeschränkte Beweglichkeit zum Tragen kommt. Darüber hinaus sind die bekannten Ausführungsformen von Regelkörpern produktionsaufwendig, da sie die Herstellung mehrerer Regelkörperkomponenten aus unterschiedlichen Materialien erfordern, welche anschließend in einem gesonderten Fertigungs- oder Montageprozess miteinander verbunden werden. Die Vielzahl der Produktionsschritte geht mit erhöhten Kosten einher. Ferner sind diese Regelkörper im Ventilbetrieb wenig robust, da zwischen den einzelnen Komponenten eines mehrteiligen Regelkörpers mögliche Leckagepfade entstehen und einzelne Bestandteile bei höheren Drücken abgelöst werden können.The known designs have the disadvantage that the penetration of contaminants into the through-bores of the control body is not reliably reduced. This jeopardizes the pressure compensation function of the control body. This, in turn, can result in the valve device losing its functionality, which comes into play through leakage from the inlet to the outlet side of the valve device or a restricted mobility. In addition, the known embodiments of control bodies are production-intensive, since they require the production of several control body components from different materials, which are then connected to one another in a separate manufacturing or assembly process. The large number of production steps is associated with increased costs. Furthermore, these control bodies are not very robust in valve operation, since possible leakage paths arise between the individual components of a multi-part control body and individual components can be detached at higher pressures.

Es stellt sich daher die Aufgabe, eine robuste und kostengünstige Ventilvorrichtung zu schaffen, die die Funktionsfähigkeit, insbesondere die Druckausgleichsfunktion und Beweglichkeit des Regelkörpers aufrechterhält, indem das Eindringen von Verunreinigungen in und durch die Durchgangsbohrungen des Regelkörpers reduziert wird.The object is therefore to create a robust and inexpensive valve device which maintains the functionality, in particular the pressure equalization function and mobility of the control body, by reducing the penetration of contaminants into and through the through bores of the control body.

Diese Aufgabe wird durch eine Ventilvorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs 1 gelöst. Dadurch, dass ein Partikelschutzschirm mit dem Regelkörper einstückig ausgebildet ist, wobei eine Projektionsfläche des Partikelschutzschirms in Axialrichtung auf den Regelkörper die Enden der Durchgangsbohrungen im Regelkörper überdeckt, und wobei die Enden aller Durchgangsbohrungen zumindest teilweise axial beabstandet zum Partikelschutzschirm angeordnet sind, wird ein robuster Regelkörper geschaffen, der einfach und kostengünstig in einem einzelnen Produktionsschritt hergestellt werden kann. Ferner reduziert der Partikelschutzschirm das Eindringen und die Ablagerung von Verunreinigungen in den Durchgangsbohrungen im Regelkörper, indem er eine direkte Anströmung der Bohrungen verhindert.This object is achieved by a valve device with the features of main claim 1. The fact that a particle protection screen is formed in one piece with the control body, with a projection surface of the particle protection screen in the axial direction on the control body covering the ends of the through-holes in the control body, and with the ends of all through-holes being at least partially axially spaced from the particle protection screen, a robust control body is created , which can be produced easily and inexpensively in a single production step. Furthermore, the particle protection screen reduces the penetration and deposition of impurities in the through-holes in the control body by preventing a direct flow against the holes.

Vorzugsweise besteht der Regelkörper aus einem Elastomer. Dieser Kunststoff erlaubt eine einfache Herstellung in einem Vulkanisationsverfahren. Zudem gewährleisten Elastomere aufgrund ihrer elastischen Verformbarkeit eine zuverlässige Abdichtung zwischen der Dichtfläche des Regelkörpers und dem Ventilsitz im Gehäuse.The regulating body preferably consists of an elastomer. This plastic allows simple production in a vulcanization process. In addition, thanks to their elastic deformability, elastomers ensure reliable Sealing between the sealing surface of the control body and the valve seat in the housing.

In einer besonders bevorzugten Ausführung handelt es sich bei dem Elastomer um Ethylen-Propylen-Dien-Monomer-Kautschuk (EPDM). EPDM ist durch eine sehr große Temperaturbeständigkeit gekennzeichnet. Der Einsatztemperaturbereich des Elastomers erstreckt sich von -60 °C bis +160 °C. Des Weiteren weist EPDM eine gute Beständigkeit gegenüber Chemikalien auf. Damit ist dieser Kunststoff auch gegen Wasserdampf und heißes Wasser sowie Kältemittel widerstandsfähig.In a particularly preferred embodiment, the elastomer is ethylene-propylene-diene monomer rubber (EPDM). EPDM is characterized by a very high temperature resistance. The operating temperature range of the elastomer extends from -60 ° C to +160 ° C. EPDM also has good resistance to chemicals. This plastic is therefore also resistant to steam and hot water as well as refrigerants.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung weist eine Bewegungseinheit auf, die aus dem Anker des Aktors und dem Regelkörper besteht, und im geschlossenen Zustand der Ventilvorrichtung auf der dem Einlass zugewandten Seite die gleiche in Axialrichtung druckwirksame Fläche aufweist wie auf der dem Einlass abgewandten Seite des Regelkörpers. Das durch die Ventilvorrichtung zu fördernde Medium gelangt sowohl im geschlossenen, als auch im geöffneten Zustand des Ventils durch die Durchgangsbohrungen des Regelkörpers in einen volumenveränderlichen Raum, der auf der dem Aktor zugewandten Seite des Regelkörpers ausgebildet ist. Insbesondere im geschlossenen Zustand der Ventilvorrichtung ist jedoch von Bedeutung, dass sich das Medium innerhalb einer Hülse, die den Anker hermetisch umschließt, weiter ausbreitet und diesen ebenfalls mit dem Mediendruck beaufschlägt. So ergibt sich, dass die druckwirksame Fläche der Bewegungseinheit aus Anker und Regelkörper in Axialrichtung im geschlossenen Zustand der Ventilvorrichtung derart gestaltet ist, dass sich die rein aus dem Mediendruck resultierenden Axialkräfte auf die Bewegungseinheit aufheben. Zusammenfassend ergibt sich bei Nichtbestromung des Elektromagneten lediglich eine durch eine Schraubenfeder ausgeübte Axialkraft auf den Regelkörper, dessen Dichtfläche durch die Federkraft auf den Ventilsitz gepresst wird, wodurch der Strömungskanal verschlossen wird.An advantageous embodiment of the invention has a movement unit which consists of the armature of the actuator and the control body, and in the closed state of the valve device on the side facing the inlet has the same pressure-effective surface in the axial direction as on the side of the control body facing away from the inlet. Both in the closed and in the open state of the valve, the medium to be conveyed by the valve device passes through the through bores of the control body into a volume-variable space which is formed on the side of the control body facing the actuator. In particular in the closed state of the valve device, however, it is important that the medium spreads further within a sleeve which hermetically encloses the armature and that the medium pressure also acts on it. The result is that the pressure-effective surface of the movement unit made up of armature and regulating body in the axial direction in the closed state of the valve device is designed in such a way that the axial forces on the movement unit that result purely from the media pressure cancel each other out. In summary, when the electromagnet is not energized, there is only an axial force exerted by a helical spring on the regulating body, the sealing surface of which is pressed onto the valve seat by the spring force, thereby closing the flow channel.

Weiterhin ist es vorteilhaft, dass ein Abschnitt des Regelkörpers als Dichtung zwischen dem Raum auf der dem Aktor zugewandten Seite des Regelkörpers und dem Auslass der Ventilvorrichtung dient. Diese Dichtung liegt auf der Innenseite einer Führungshülse translatorisch bewegbar gegen diese an und verhindert, dass im geschlossenen Zustand des Regelkörpers eine Leckage von der Einlassseite des Ventils zur Auslassseite erfolgt.Furthermore, it is advantageous that a section of the control body serves as a seal between the space on the side of the control body facing the actuator and the outlet of the valve device. This seal rests against the inside of a guide sleeve so that it can move in translation and prevents leakage from the inlet side of the valve to the outlet side when the control body is closed.

In einer besonders bevorzugten Ausführung ist die obengenannte Dichtung einstückig mit dem Regelkörper ausgebildet. Hierbei handelt es sich um einen lokal radial hervorstehenden und umlaufenden Bereich am Umfang des Regelkörpers, der auf der Innenseite der Führungshülse anliegt und auf diese Weise die Abdichtung zwischen dem Auslassstutzen und dem dem Aktor zugewandten Raum des Regelkörpers gewährleistet.In a particularly preferred embodiment, the aforementioned seal is formed in one piece with the control body. This is a locally radially protruding and circumferential area on the circumference of the control body, which rests on the inside of the guide sleeve and in this way ensures the seal between the outlet connection and the space of the control body facing the actuator.

Vorzugsweise verlaufen die Durchgangsbohrungen im Regelkörper axial. Diese Konstruktion gestattet einen guten Schutz gegen das Eindringen von mit dem Medienstrom geführten Verunreinigungen in die Bohrungen, da der stromaufwärts der Bohrungen angeordnete Partikelschutzschirm parallel zu den Enden der Durchgangsbohrungen verläuft. Zudem sind gerade und axial verlaufende Bohrungen einfach herstellbar.The through bores preferably run axially in the regulating body. This construction allows good protection against the penetration of contaminants carried with the media flow into the bores, since the particle protection screen arranged upstream of the bores runs parallel to the ends of the through bores. In addition, straight and axially extending bores are easy to produce.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden der Anker des Aktors und der Regelkörper unmittelbar mittels eines Koppelglieds miteinander verbunden. Das Koppelglied ist hierbei mit dem elektromagnetisch betätigten Anker translatorisch bewegbar und überträgt seine Bewegungsenergie auf den Regelkörper, um den Öffnungsquerschnitt des Ventils am Ventilsitz und damit die Durchflussmenge des Mediums zu regeln.In an advantageous embodiment of the invention, the armature of the actuator and the control body are connected to one another directly by means of a coupling element. The coupling element can be moved in a translatory manner with the electromagnetically actuated armature and transfers its kinetic energy to the control body in order to regulate the opening cross section of the valve on the valve seat and thus the flow rate of the medium.

In einer hierauf aufbauenden und bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Befestigung zwischen dem Koppelglied und dem Regelkörper über eine als Kugelgelenk ausgebildete Verbindung. Der Vorteil dieser Ausführung liegt darin, dass mögliche Schiefstellungen des Regelkörpers und damit einhergehend Leckageverluste zwischen dem Ein- und Auslassstutzen verhindert werden, da die kugelgelenkige Verbindung in Verbindung mit der axial-translatorischen Bewegung des Koppelglieds stets ein optimales Aufsitzen der Dichtfläche des Regelkörpers auf dem Ventilsitz gewährleistet. In a preferred embodiment based on this, the attachment between the coupling element and the control body takes place via a connection designed as a ball joint. The advantage of this design is that possible misalignments of the control body and the associated leakage losses between the inlet and outlet nozzles are prevented, since the ball-and-socket connection in connection with the axial-translational movement of the coupling element always ensures that the sealing surface of the control body sits optimally on the valve seat guaranteed.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführung sind die Enden der Durchgangsbohrungen auf der dem Einlass zugewandten Seite des Regelkörpers radial innerhalb des Ventilsitzes positioniert. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass das Medium im geschlossenen Zustand des Ventils durch die Bohrungen gelangen und der Regelkörper hierdurch seine Druckausgleichsfunktion wahrnehmen kann.In a further advantageous embodiment, the ends of the through bores are positioned radially inside the valve seat on the side of the regulating body facing the inlet. In this way it is ensured that the medium can pass through the bores when the valve is closed and that the control body can thereby perform its pressure compensation function.

In einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der Partikelschutzschirm kegelförmig ausgebildet. Dabei ist die Kegelspitze dem Einlass der Ventilvorrichtung zugewandt, sodass die Strömungsführung von den Bohrungen abgelenkt wird und der Druckverlust infolge Fluidströmung aufgrund der Kegelform gering ist. Insbesondere unterbindet der Partikelschutzschirm das direkte Eindringen von Verunreinigungen in die Durchgangsbohrungen und in den volumenveränderlichen Raum, welcher sich auf der dem Aktor zugewandten Seite des Regelkörpers befindet, da der Partikelschutzschirm die Durchgangsbohrungen in axialer und somit Strömungsrichtung überdeckt.In a particularly preferred embodiment of the invention, the particle protection screen is conical. The tip of the cone faces the inlet of the valve device, so that the flow guidance is deflected from the bores and the pressure loss due to fluid flow is low due to the conical shape. In particular, the particle protection screen prevents the direct penetration of contaminants into the through-holes and into the volume-variable space, which is located on the side of the control body facing the actuator, since the particle protection screen covers the through-holes in the axial and thus flow direction.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der Anker innerhalb einer Hülse angeordnet und in dieser translatorisch bewegbar ist. Die besagte Hülse dichtet den Elektromagneten gegen das Medium ab, um Schäden am Elektromagneten zu verhindern. Des Weiteren schützt sie den Aktor und seine Bestandteile vor den eventuellen thermischen und chemischen Eigenschaften des Mediums und dient als Gleitfläche für den Anker.Furthermore, it is advantageous if the armature is arranged within a sleeve and can be moved in a translatory manner therein. Said sleeve seals the electromagnet against the medium in order to prevent damage to the electromagnet. Furthermore, it protects the actuator and its components from the possible thermal and chemical properties of the medium and serves as a sliding surface for the armature.

Vorzugsweise befindet sich zwischen einem axialen Vorsprung des Gehäuses und einer Führungshülse des Regelkörpers ein O-Ring. Dieser fungiert als Dichtung und trennt den Aktor vom Medium, um etwaige Schäden an Aktorbestandteilen beispielsweise durch Korrosion zu unterbinden. Wie üblich sollte der O-Ring hierbei aus einem elastischen Material gefertigt sein, um eine möglichst optimale Abdichtung zu gewährleisten.An O-ring is preferably located between an axial projection of the housing and a guide sleeve of the control body. This acts as a seal and separates the actuator from the medium in order to prevent any damage to actuator components, for example due to corrosion. As usual, the O-ring should be made of an elastic material in order to ensure the best possible seal.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Führungshülse des Regelkörpers und die den Anker umgebende Hülse einstückig ausgebildet. So wird der Produktionsaufwand verringert, da ein Bauteil weniger gefertigt wird. Außerdem wird der Montageprozess erleichtert und beschleunigt sowie die Dichtigkeit erhöht.In a preferred embodiment of the invention, the guide sleeve of the control body and the sleeve surrounding the armature are formed in one piece. This reduces the production effort because one less component is manufactured. In addition, the assembly process is simplified and accelerated and the tightness is increased.

Es wird somit eine robuste Ventilvorrichtung geschaffen, die einfach und kostengünstig zu fertigen ist. Die Montage des erfindungsgemäßen Regelkörpers wird vereinfacht und seine Betriebseigenschaften werden verbessert. Die Durchgangsbohrungen des Regelkörpers werden vor Verstopfung bewahrt und so wird durch die Erfindung insgesamt die Funktionalität der Ventilvorrichtung verbessert. Darüber hinaus wird über die gesamte Lebensdauer ein zuverlässiges Schließen, auch bei Druckschwankungen, gewährleistet.A robust valve device is thus created that is simple and inexpensive to manufacture. The assembly of the control body according to the invention is simplified and its operational properties are improved. The through bores of the regulating body are prevented from clogging, and so the functionality of the valve device is improved overall by the invention. In addition, reliable closing is guaranteed over the entire service life, even in the event of pressure fluctuations.

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung ist in den Figuren dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.

1 zeigt eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung in geschnittener Darstellung.
2 zeigt eine Seitenansicht eines Regelkörpers der erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung aus 1 in geschnittener Darstellung.

An embodiment of a valve device according to the invention is shown in the figures and is described below.

1 shows a side view of a valve device according to the invention in a sectional illustration.
2 shows a side view of a control body of the valve device according to the invention 1 in cut representation.

Die in 1 dargestellte Ventilvorrichtung 10 besteht aus einem Gehäuse 20, das seinerseits aus einem Strömungsgehäuse 21 und einem Aktorgehäuse 23 besteht, in dem ein Aktor 50 angeordnet ist.In the 1 illustrated valve device 10 consists of a housing 20th , which in turn consists of a flow housing 21st and an actuator housing 23 consists in which an actuator 50 is arranged.

Der Aktor 50 weist einen im Aktorgehäuse 23 angeordneten Kern 52, eine Spule 54, einen Spulenträger 56, ein Joch 58 und einen Anker 59 auf. Hierbei ist der Regelkörper 30 mittels eines Koppelglieds 70 mit dem Anker 59 verbunden und mit diesem bewegbar ausgeführt. Über einen Stecker 91 kann die Spule 54 bestromt werden, wodurch ein magnetisches Feld erzeugt wird. Infolge einer elektromagnetisch induzierten Kraft wird der Anker 59 hierdurch vom Kern 52 angezogen, wodurch die translatorische und axiale Bewegung des Koppelglieds 70 und somit auch des Regelkörpers 30 verursacht wird.The actuator 50 has one in the actuator housing 23 arranged core 52 , a coil 54 , a bobbin 56 , a yoke 58 and an anchor 59 on. Here is the rule body 30th by means of a coupling link 70 with the anchor 59 connected and designed to be movable with this. Via a plug 91 can the coil 54 be energized, whereby a magnetic field is generated. As a result of an electromagnetically induced force, the anchor 59 thereby from the core 52 tightened, whereby the translational and axial movement of the coupling link 70 and thus also of the body of rules 30th caused.

Das Strömungsgehäuse 21 weist einen Einlass 22 und einen Auslass 24 auf, über die ein Medium 11 der Ventilvorrichtung 10 zu- und von dieser wieder abgeführt werden kann. Hierbei ist der Einlass 22 mit dem Auslass 24 fluidisch über einen Strömungskanal 26 verbunden. Der Strömungskanal 26 wird indessen weitgehend durch den Einlassstutzen 25 und den Auslassstutzen 27 des Strömungsgehäuses 21 ausgebildet.The flow housing 21st has an inlet 22nd and an outlet 24 on over which a medium 11 the valve device 10 can be supplied and discharged from this again. Here is the inlet 22nd with the outlet 24 fluidically via a flow channel 26th connected. The flow channel 26th is, however, largely through the inlet port 25th and the outlet port 27 of the flow housing 21st educated.

Am stromabwärts liegenden Ende des Einlassstutzens 25 und am Übergang zum Auslassstutzen 27 der Ventilvorrichtung 10 ist ein in Bezug auf eine Regelkörperachse 38 axial hervorstehender Vorsprung ausgebildet, welcher als Ventilsitz 28 dient und einen regelbaren Durchströmungsquerschnitt 31 radial begrenzt. Der Ventilsitz 28 ist zudem vollumfänglich radial umlaufend, um ein effizientes Verschließen der Ventilvorrichtung 10 zu gewährleisten.At the downstream end of the inlet port 25th and at the transition to the outlet nozzle 27 the valve device 10 is a with respect to a rule body axis 38 axially protruding projection formed, which as a valve seat 28 serves and a controllable flow cross-section 31 radially limited. The valve seat 28 is also completely radially circumferential in order to efficiently close the valve device 10 to guarantee.

Auf den Ventilsitz 28 kann ein translatorisch bewegbarer Regelkörper 30 bzw. eine Dichtfläche 32 des Regelkörpers 30 aufgesetzt werden. Durch den Kontakt des Ventilsitzes 28 mit der Dichtfläche 32 des Regelkörpers 30 kann die Ventilvorrichtung 10 geschlossen und die Strömung des Mediums 11 unterbunden werden. Ausgehend vom geschlossenen Zustand der Ventilvorrichtung 10 kann durch Betätigung des Aktors 50 und die daraus folgende axiale Bewegung des Ankers 59 der Regelkörper 30 vom Ventilsitz 28 abgehoben werden. Auf diese Weise kann der Durchströmungsquerschnitt 31 freigegeben werden, wobei durch das Ausmaß der axialen Bewegung des Regelkörpers 30 der Massen- bzw. Volumenstrom des Mediums 11 geregelt werden kann. Ausgehend vom offenen Zustand der Ventilvorrichtung 10 kann der Regelkörper 30 erneut auf den Ventilsitz 28 aufgesetzt werden.On the valve seat 28 can be a translationally movable control body 30th or a sealing surface 32 of the body of rules 30th be put on. Through the contact of the valve seat 28 with the sealing surface 32 of the body of rules 30th can the valve device 10 closed and the flow of the medium 11 be prevented. Starting from the closed state of the valve device 10 can by operating the actuator 50 and the consequent axial movement of the armature 59 the rule body 30th from the valve seat 28 be lifted off. In this way, the flow cross-section 31 be released, whereby by the extent of the axial movement of the control body 30th the mass or volume flow of the medium 11 can be regulated. Starting from the open state of the valve device 10 can the rule body 30th again on the valve seat 28 be put on.

Der aus einem Elastomer 33 gefertigte Regelkörper 30 ist einstückig und materialeinheitlich ausgebildet und weist Durchgangsbohrungen 40 auf. Das Besondere am Regelkörper 30, das gleichzeitig Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, ist ein kegelförmiger Partikelschutzschirm 60, welcher ebenfalls einstückig mit dem Regelkörper 30 ausgebildet ist und die Durchgangsbohrungen 40 in Axialrichtung betrachtet verdeckt. Hierbei sind der Partikelschutzschirm 60 und seine Kegelspitze 61 dem Einlass 22 der Ventilvorrichtung 10 zugewandt. Diese Form gewährleistet eine optimale Strömungsumlenkung und einen sanfteren Übergang des vom Einlassstutzen 25 anströmenden Mediums 11 samt den Partikeln in Richtung Auslassstutzen 27, da die Geometrie des Regelkörpers 30 hin zu einer stromlinienförmigeren Geometrie angepasst ist. Des Weiteren wird der Medienstrom von den Durchgangsbohrungen 40 weggelenkt. Auf diese Weise wird der Strömungswiderstand des Regelkörpers 30 im geöffneten Zustand der Ventilvorrichtung 10 in Abgrenzung zum gleichen Regelkörper 30 ohne Partikelschutzschirm 60 verbessert. Durch diese Geometrie kann der Energieaufwand eines das Medium 11 fördernden Verdichters oder einer Pumpe geringfügig aber messbar gesenkt werden. Zudem kann durch eine weitere Optimierung der Geometrie des kegelförmigen Partikelschutzschirms 60 im Bedarfsfall der Energieverbrauch des Verdichters oder der Pumpe weiter reduziert werden.The one made of an elastomer 33 manufactured control bodies 30th is formed in one piece and of the same material and has through bores 40 on. The special thing about the control body 30th which is also the subject of the present invention is a conical particle protection screen 60 , which is also integral with the control body 30th is formed and the through holes 40 covered in the axial direction. Here are the particle protection screen 60 and its cone tip 61 the inlet 22nd the valve device 10 facing. This shape ensures optimal flow deflection and a smoother transition from the inlet port 25th flowing medium 11 including the particles in the direction of the outlet port 27 , since the geometry of the rule field 30th is adapted to a more streamlined geometry. Furthermore, the media flow is from the through holes 40 steered away. In this way, the flow resistance of the control body 30th in the open state of the valve device 10 in contrast to the same body of rules 30th without particle protection screen 60 improved. Through this geometry, the energy expenditure of the medium 11 conveying compressor or a pump can be reduced slightly but measurably. In addition, by further optimizing the geometry of the conical particle protection screen 60 If necessary, the energy consumption of the compressor or the pump can be further reduced.

Der Regelkörper 30 ist darüber hinaus auf seiner dem Einlass 22 abgewandten Seite mit dem Koppelglied 70 verbunden. Das dem Regelkörper 30 zugewandte Ende des Koppelglieds 70 ist weitgehend kugelig ausgeführt, wobei der Durchmesser des kugeligen Endes größer ist als die übrigen Durchmesser des Koppelglieds 70 in seinen sich axial erstreckenden Bereichen. Korrespondierend zur Form des weitgehend kugelig ausgeführten Endes des Koppelglieds 70 ist der Befestigungsbereich im Regelkörper 30 ausgestaltet. Dieser ist konkav bzw. ausgehöhlt und nimmt das kugelige Ende des Koppelglieds 70 auf, um eine formschlüssige Verbindung herzustellen. Dabei ist am Regelkörper 30 ein sich radial nach innen erstreckender Vorsprung 37 ausgebildet, welcher ein schadenfreies Einschnappen des Koppelglieds 70 in den elastischen Regelkörper 30 während des Montagevorgangs sicherstellt.The rule body 30th is also on its the inlet 22nd remote side with the coupling link 70 connected. That the rule body 30th facing end of the coupling link 70 is designed largely spherical, the diameter of the spherical end is larger than the other diameter of the coupling member 70 in its axially extending areas. Corresponding to the shape of the largely spherical end of the coupling link 70 is the fastening area in the control body 30th designed. This is concave or hollowed out and takes the spherical end of the coupling link 70 to create a positive connection. It is on the control body 30th a radially inwardly extending protrusion 37 formed, which a damage-free snapping of the coupling member 70 in the elastic body 30th ensures during the assembly process.

Sowohl in die Durchgangsbohrungen 40 des Regelkörpers 30, als auch durch die Durchgangsbohrungen 40 des Regelkörpers hindurch zu einem auf der dem Einlass 22 abgewandten Seite des Regelkörpers 30 ausgebildeten und angeordneten volumenveränderlichen Raum 34 kann zu jedem Zeitpunkt das Medium 11 gelangen. Die Größe des Raums 34 korreliert hierbei mit der axialen Position des Regelkörpers 30. Dabei liegt ein als Dichtung 36 wirkender Abschnitt des Regelkörpers 30 radial innerhalb einer Führungshülse 82 an und gleitet entlang dieser in Axialrichtung. Die Dichtung 36 verhindert hierbei eine Leckage vom Einlassstutzen 25 in den Auslassstutzen 27.Both in the through holes 40 of the body of rules 30th , as well as through the through holes 40 the control body through to one on the inlet 22nd remote side of the control body 30th trained and arranged volume-variable space 34 can at any time the medium 11 reach. The size of the room 34 correlates here with the axial position of the control body 30th . There is a seal 36 acting section of the rule body 30th radially inside a guide sleeve 82 and slides along this in the axial direction. The seal 36 prevents leakage from the inlet port 25th in the outlet port 27 .

In 1 ist die Führungshülse 82 mit einer im Aktorgehäuse 23 angeordneten Hülse 84 einstückig ausgebildet. Das Medium 11, das in den Raum 34 gelangt, kann über Spalte in die Hülse 84 im Aktorgehäuse 23 gelangen. Die gleichmäßige Verteilung des Mediums 11 innerhalb der Führungshülse 82, der Hülse 84, des Raums 34, der Durchgangsbohrungen 40 des Regelkörpers 30 sowie im Strömungskanal 26 stellt die Druckausgleichfunktion einer Bewegungseinheit 90, die aus dem Anker 59 und dem Regelkörper 30 besteht, sicher. Hierfür sind die in Axialrichtung druckwirksamen Flächen der Bewegungseinheit 90 derart konstruiert, dass der Regelkörper 30 im geschlossenen Zustand der Ventilvorrichtung 10 keine Axialkraft infolge des Mediums 11 erfährt. Lediglich eine ursprünglich durch den Aktor 50 induzierte und durch eine Schraubenfeder 55 ausgeübte Axialkraft auf den Regelkörper 30, dessen Dichtfläche 32 hierdurch auf den Ventilsitz 28 gepresst werden kann, verschließt den Strömungskanal 26 vollständig und verhindert so eine Strömung bzw. Förderung des Mediums 11. Als axial druckwirksame Flächen im geschlossenen Zustand des Regelkörpers 30 dienen dabei auf der dem Einlass 22 zugewandten Seite des Regelkörpers 30 die gesamte dem Einlass zugewandte Oberfläche des Partikelschutzschirms 60 sowie derjenige radial innenliegende Teil der Dichtfläche 32 des Regelkörpers 30, welcher durch den umlaufend angeordneten Ventilsitz 28 begrenzt wird. Auf der dem Aktor 50 zugewandten Seite des Regelkörpers 30 hingegen dienen alle radial innerhalb der durch die Dichtung 36 definierten Kreisfläche liegenden Flächen des Regelkörpers 30, welche eine senkrecht zur Regelkörperachse 38 verlaufende Komponente besitzen, als axial druckwirksame Flächen. Als zusätzliche, axial druckwirksame Fläche auf der dem Aktor 50 zugewandten Seite des Regelkörpers 30 ist die kreisförmige Grundfläche des Koppelglieds 70 zu berücksichtigen, auf der der hydrostatische Druck des Mediums 11 wirkt, das sich durch Spalte zum Anker 50 ausbreitet.In 1 is the guide sleeve 82 with one in the actuator housing 23 arranged sleeve 84 integrally formed. The medium 11 that in the room 34 can enter the sleeve via a gap 84 in the actuator housing 23 reach. The even distribution of the medium 11 inside the guide sleeve 82 , the sleeve 84 , of space 34 , the through holes 40 of the body of rules 30th as well as in the flow channel 26th provides the pressure compensation function of a movement unit 90 coming off the anchor 59 and the rule body 30th exists, sure. For this purpose, the surfaces of the movement unit that are pressure-effective in the axial direction 90 constructed in such a way that the control body 30th in the closed state of the valve device 10 no axial force due to the medium 11 learns. Only one originally by the actuator 50 induced and by a coil spring 55 axial force exerted on the control body 30th , its sealing surface 32 thereby on the valve seat 28 can be pressed, closes the flow channel 26th completely and thus prevents a flow or conveyance of the medium 11 . As axially pressure-effective surfaces when the control body is closed 30th serve on the of the inlet 22nd facing side of the control body 30th the entire surface of the particle protection screen facing the inlet 60 as well as that radially inner part of the sealing surface 32 of the body of rules 30th , which by the circumferentially arranged valve seat 28 is limited. On the actuator 50 facing side of the control body 30th however, all serve radially inwardly through the seal 36 defined circular area lying surfaces of the rule body 30th which one perpendicular to the rule body axis 38 Have running components, as axially pressure-effective surfaces. As an additional, axially pressure-effective surface on the actuator 50 facing side of the control body 30th is the circular base of the coupling link 70 to take into account the hydrostatic pressure of the medium 11 acts through the column to the anchor 50 spreads.

Partikel, die durch Spalte innerhalb der Führungshülse 82 ins Aktorgehäuse 23 gelangen, können sich auch hier ablagern. Die Folgen hiervon können vielfältiger Natur sein. Zunächst können sich die Partikel zwischen zwei relativ zu einander bewegbar angeordneten Bauteilen, wie beispielsweise dem Anker 59 und der Führungshülse 82, festsetzen und Schwergängigkeit der bewegbaren Bauteile nach sich ziehen. Ferner kann es zu Riefenbildung an den Bauteilen mit anschließenden Funktionseinschränkungen kommen. In Extremfällen mit einem beispielsweise stark verschmutztem Medium 11 mit größeren Partikeln ist ein vollständiges Festklemmen und damit einhergehend ein Funktionsausfall bestimmter Bauteile der Ventilvorrichtung 10 nicht auszuschließen. Diese Gefahr wird durch die Anordnung des Partikelschutzschirms zu den Durchgangsbohrungen deutlich reduziert.Particles passing through gaps within the guide sleeve 82 into the actuator housing 23 can also be deposited here. The consequences of this can be varied. First of all, the particles can move between two components, such as the armature, which are arranged to be movable relative to one another 59 and the guide sleeve 82 , fix and cause sluggishness of the movable components. Furthermore, scoring can occur on the components with subsequent functional restrictions. In extreme cases, for example with a heavily soiled medium 11 with larger particles, there is a complete jamming and, associated with this, a functional failure of certain components of the valve device 10 not be ruled out. This risk is significantly reduced by the arrangement of the particle protection screen in relation to the through-holes.

Um eine Abdichtung des Mediums 11 gegen Bestandteile des Aktors 50 zu gewährleisten, ist darüber hinaus zwischen dem radial äußeren Bereich der Führungshülse 82 und dem axial angeordneten Gehäusevorsprung 29 ein O-Ring 80 angeordnet. So wird der Aktor 50 vor chemischen und physikalischen Eigenschaften des Mediums 11 geschützt.To seal the medium 11 against components of the actuator 50 must also be ensured between the radially outer area of the guide sleeve 82 and the axially arranged housing projection 29 an O-ring 80 arranged. So becomes the actor 50 chemical and physical properties of the medium 11 protected.

Die Ventilvorrichtung 10 im Gehäuse 20 kann mittels der in 1 dargestellten Befestigungsaugen 92 an umgebenden Bauteilen befestigt werden.The valve device 10 in the housing 20th can use the in 1 shown fastening eyes 92 be attached to surrounding components.

Die erfindungsgemäße Ventilvorrichtung ist kostengünstig in der Herstellung und robust im Betrieb. Sie erhält die Druckausgleichsfunktion des Regelkörpers aufrecht, indem das Eindringen von Verunreinigungen in den Regelkörper deutlich reduziert wird.The valve device according to the invention is inexpensive to manufacture and robust in operation. It maintains the pressure equalization function of the control body by significantly reducing the penetration of contaminants into the control body.

Es sollte deutlich sein, dass der Schutzbereich des vorliegenden Hauptanspruchs nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt ist. Beispielsweise kann die Kopplung zwischen dem Anker und dem Regelkörper anders ausgeführt sein.It should be clear that the scope of protection of the present main claim is not limited to the exemplary embodiment described. For example, the coupling between the armature and the regulating body can be designed differently.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102012010140 A1 [0003]
DE 102016120551 B4 [0003]
DE 102015202477 A1 [0004]

Claims

Valve device (10) with a housing (20) which has an inlet (22) and an outlet (24), a flow channel (26) which is formed between the inlet (22) and the outlet (24), one in the housing (20) formed valve seat (28), a control body (30) which has a sealing surface (32) and can be placed on the valve seat (28) and lifted from it, through bores (40) which are formed in the control body (30) and which connect the side of the regulating body facing the inlet (22) with a space (34) on the side of the regulating body (30) facing away from the inlet (22), an actuator (50), a core (52), a coil (54) ), a coil carrier (56), a yoke (58) and an armature (59), the armature (59) being coupled to the control body (30) and movable therewith, characterized in that a particle protection screen (60) with the control body (30) is formed in one piece, with a projection surface (62) of the particle protection screen (60) in Axia In the direction of the control body, the ends (42) of the through bores (40) in the control body (30) are covered, and the ends (42) of all through bores (40) are at least partially axially spaced from the particle protection screen (60).

Valve device (10) according to Claim 1 , characterized in that the control body (30) consists of an elastomer (33).

Valve device (10) according to Claim 2 , characterized in that the elastomer (33) is an ethylene-propylene-diene (monomer) rubber (35).

Valve device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that a movement unit (90), consisting of the armature (59) and the control body (30), in the closed state of the valve device (10) on the one facing the inlet (22) Side has the same pressure-effective area in the axial direction as on the side of the control body (30) facing away from the inlet (22).

Valve device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that a section of the control body (30) acts as a seal (36) between the space (34) on the side of the control body (30) facing away from the inlet (22) and the outlet ( 24) of the valve device (10) is used.

Valve device (10) after a Claim 5 , characterized in that the seal (36) is formed in one piece with the control body (30).

Valve device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the through bores (40) run axially.

Valve device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the armature (59) is connected to the regulating body (30) by means of a coupling member (70).

Valve device (10) according to Claim 8 , characterized in that the connection between the coupling member (70) and the control body (30) is designed as a ball joint.

Valve device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the ends (42) of the through bores (40) in the control body (30) on the side of the control body (30) facing the inlet (22) radially inside the valve seat (28) are arranged.

Valve device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the particle protection screen (60) is conical, the cone tip facing the inlet (22).

Valve device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the armature (59) is arranged within a sleeve (84) such that it can be moved translationally.

Valve device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the valve device (10) has an O-ring (80) between a guide sleeve (82) of the control body (30) and an axially arranged housing projection (29).

Valve device (10) according to Claim 13 , characterized in that the guide sleeve (82) of the control body (30) and the sleeve (84) at least partially surrounding the armature (59) are formed in one piece.