DE10322918A1

DE10322918A1 - Valve for controlling a fluid

Info

Publication number: DE10322918A1
Application number: DE2003122918
Authority: DE
Inventors: Udo Hafner; Ferdinand Reiter; Waldemar Hans; Frank Miller; Heinz-Martin Krause; Günther Bantleon; Thanh-Hung Nguyen-Schäfer; Franz Thoemmes; Martin Möller; Norbert Krapp
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-05-21
Filing date: 2003-05-21
Publication date: 2004-12-16
Also published as: FR2855234A1; FR2855234B1; CN1573182A; CN100359220C

Abstract

Es wird ein Ventil zum Steuern eines Fluids, insbesondere zum Steuern eines Gases, vorgeschlagen, umfassend ein Ventilgehäuse (13), eine insbesondere elektromagnetische Betätigungseinheit (14) für ein Ventilschließglied (18), das axial verschiebbar in einer Führungshülse (15) geführt ist und mit einem Ventilsitz (21) zusammenwirkt, so daß ein Fluidstrom durch mindestens eine Öffnung (27) einer Ventilplatte (25) steuerbar ist, der ein im wesentlichen rohrförmiger Schalldämpfer (29) nachgeordnet ist. Der Schalldämpfer (29) ist von einem die Führungshülse (15) in axialer Richtung überragenden Bauteil gebildet (Figur 1).A valve for controlling a fluid, in particular for controlling a gas, is proposed, comprising a valve housing (13), an in particular electromagnetic actuating unit (14) for a valve closing member (18), which is guided axially displaceably in a guide sleeve (15) and cooperates with a valve seat (21) so that a fluid flow can be controlled through at least one opening (27) of a valve plate (25), which is followed by an essentially tubular silencer (29). The silencer (29) is formed by a component which projects beyond the guide sleeve (15) in the axial direction (FIG. 1).

Description

Die Erfindung geht von einem Ventil zum Steuern eines Fluids, insbesondere zum Steuern eines Gases, gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art aus.The Invention is based on a valve for controlling a fluid, in particular to control a gas according to the Preamble of claim 1 further defined kind.

Ein derartiges Ventil ist aus der Praxis bekannt und beispielsweise als Gassteuerventil bei einer Brennstoffzelle oder bei einem Gasmotor zur Regelung eines Wasserstoffstroms bzw. eines CNG(Compressed Natural Gas)-Stroms einsetzbar.On such valve is known from practice and for example as a gas control valve in a fuel cell or in a gas engine for controlling a hydrogen flow or a CNG (compressed natural Gas) current can be used.

Das bekannte Ventil umfaßt ein Ventilgehäuse, in dem eine elektromagnetische Betätigungseinheit für ein Ventilschließglied angeordnet ist, das axial verschiebbar in einer Führungshülse geführt ist. Das Ventilschließglied wirkt mit einem Ventilsitz zusammen, der an einer Ventilplatte als Flachsitz ausgebildet ist.The known valve includes a valve housing, in which an electromagnetic actuation unit for a valve closing element is arranged is, which is guided axially displaceably in a guide sleeve. The valve closing member also works a valve seat together on a valve plate as a flat seat is trained.

In der Ventilplatte ist ein Abströmkanal ausgebildet, der zu der Abströmseite des Ventils führt. Der Ventilplatte ist des weiteren ein Schalldämpfer nachgeordnet, der bündig mit der Führungshülse abschließt bzw. vom Endbereich derselben gebildet ist.In the valve plate is an outflow channel trained to the downstream side of the valve leads. The A silencer is also arranged downstream of the valve plate, which is flush with the guide sleeve closes or is formed by the end portion thereof.

Dieser Schalldämpfer reduziert die im Betrieb auftretenden Geräusche jedoch nachteilhafterweise nur begrenzt.This silencer disadvantageously reduces the noises occurring during operation only limited.

Vorteile der ErfindungAdvantages of invention

Das erfindungsgemäße Ventil zum Steuern eines Fluids, insbesondere zum Steuern eines Gases mit den Merkmalen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, bei welchem Ventil der Schalldämpfer von einem die Führungshülse in axialer Richtung überragenden Bauteil gebildet ist, hat den Vorteil, daß gegenüber einem Ventil nach dem Stand der Technik ein geräuschärmerer Betrieb möglich ist, da das den Schalldämpfer bildende Rohrstück mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung vorzugsweise eine Länge hat, die größer als der Durchmesser des Rohrstücks ist und der Schalldämpfer aufgrund seiner langen Bauform beträchtlich größere Dämpfungseigenschaften hat.The valve according to the invention for controlling a fluid, in particular for controlling a gas with the features according to the preamble of claim 1, in which Muffler valve from one projecting beyond the guide sleeve in the axial direction Component is formed has the advantage that compared to a valve according to the prior art Technology is a quieter operation possible is because that's the silencer forming pipe section with the configuration according to the invention preferably a length has that bigger than the diameter of the pipe section is and the silencer due to its long design has considerably greater damping properties.

Das Ventil nach der Erfindung ist insbesondere zur Massenstromregelung von Gasen wie Wasserstoff und Erdgas geeignet und kann zu diesem Zwecke beispielsweise bei einer Brenn stoffzelle für ein Kraftfahrzeug oder auch bei einem Gasmotor eingesetzt werden.The Valve according to the invention is particularly for mass flow control of gases such as hydrogen and natural gas and can be used for this purpose for example in a fuel cell for a motor vehicle or be used in a gas engine.

Der Schalldämpfer schließt sich bei einer bevorzugten Ausführung des Ventils nach der Erfindung an ein den Ventilsitz bildendes Tiefziehteil an. Der Schalldämpfer kann an dem Tiefziehteil befestigt sein oder auch einstückig mit diesem gefertigt sein.The silencer includes itself in a preferred embodiment of the valve according to the invention to a deep-drawn part forming the valve seat on. The silencer can be attached to the deep-drawn part or in one piece with this be made.

Bei der einstückigen Ausführungsform ist der Schalldämpfer aus einem Tiefziehteil gebildet, das topfförmig ausgebildet ist, und eine Bodenplatte umfaßt, die den als Flachsitz ausgebildeten Ventilsitz bildet. Die Seitenwand des topfförmigen Tiefziehteils schließt sich dann an die Bodenplatte an und bildet den rohrförmigen Schalldämpfer. Ein derartiges Tiefziehteil kann über einen Rastmechanismus, der beispielsweise aus einer Ringnut und einem korrespondierenden Ringwulst der Führungshülse für das Ventilschließglied besteht, an der Führungshülse für das Ventilschließglied fixiert sein.at the one-piece embodiment is the silencer formed from a deep-drawn part, which is cup-shaped, and one Includes base plate, which forms the valve seat designed as a flat seat. The side wall the pot-shaped Thermoformed part closes then attaches itself to the base plate and forms the tubular silencer. On such a deep-drawn part can over a locking mechanism, for example, from an annular groove and there is a corresponding annular bead of the guide sleeve for the valve closing member, fixed to the guide sleeve for the valve closing member his.

Der Schalldämpfer kann alternativ auch aus einem einfachen Rohrstück bestehen, das mit der Ventilplatte verschweißt ist. In diesem Fall ist die Ventilplatte vorzugsweise einstückig mit der ein Tiefziehteil bildenden Führungshülse für das Ventilschließglied gefertigt, was wiederum eine kompakte Bauweise darstellt. Der Schalldämpfer kann aber auch aus einem Rohrstück bestehen, das über einen Ringwulst und ein korrespondierenden Ringnut an einem Tiefziehteil verrastet ist, welches eine Ventilplatte mit einem Flachsitz für das Ventilschließglied umfaßt und an der ein wei teres Tiefziehteil bildenden Führungshülse für das Ventilschließglied fixiert ist.The silencer can alternatively consist of a simple piece of pipe that connects to the valve plate welded is. In this case, the valve plate is preferably in one piece with the guide sleeve forming a deep-drawn part for the valve closing member, which in turn represents a compact design. The silencer can but also from a piece of pipe exist that over an annular bead and a corresponding annular groove on a deep-drawn part is locked, which comprises a valve plate with a flat seat for the valve closing member and on which fixes a white thermoformed guide sleeve for the valve closing member is.

Alternativ ist es auch denkbar, daß der Schalldämpfer, der aus Kunststoff und/oder Metall gefertigt sein kann, an der Außenseite des Ventilgehäuses befestigt ist, und zwar beispielsweise über einen Klemm- oder Rastmechanismus. Wenn der Schalldämpfer an der Außenseite des Gehäuses befestigt ist, kann er beispielsweise einen Ringbund aufweisen, der in einer korrespondierenden Ausnehmung des Gehäuses verrastet ist und auf einem O-Ring aufliegt.alternative it is also conceivable that the silencer, the can be made of plastic and / or metal on the outside of the valve housing is attached, for example via a clamping or locking mechanism. If the silencer on the outside of the housing attached, it can have, for example, a ring collar, which engages in a corresponding recess in the housing and rests on an O-ring.

Zur weiteren Geräuschreduktion kann der Schalldämpfer mit einer eine Isolierschicht darstellenden Kunststoffumspritzung versehen sein.to further noise reduction can the silencer with a plastic encapsulation representing an insulating layer be provided.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes nach der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.Further Advantages and advantageous features of the subject the invention can be found in the description, the drawing and the patent claims.

Zeichnungdrawing

Vier Ausführungsbeispiele eines Ventils nach der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch vereinfacht dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigenFour embodiments of a valve according to the invention are schematic in the drawing are shown in simplified form and are described in the following description explained in more detail. It demonstrate

1 einen Längsschnitt durch ein Gasventil mit einem Schalldämpfer; 1 a longitudinal section through a gas valve with a silencer;

2 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs II in 1; 2 an enlarged view of area II in 1 ;

3 eine zweite Ausführungsform eines Schalldämpfers bei einem Ventil nach der Erfindung; 3 a second embodiment of a silencer in a valve according to the invention;

4 einen Längsschnitt durch eine dritte Ausführungsform eines Ventils nach der Erfindung; und 4 a longitudinal section through a third embodiment of a valve according to the invention; and

5 eine vierte Ausführungsform eines Schalldämpfers bei einem erfindungsgemäß ausgestalteten Ventil. 5 a fourth embodiment of a silencer in a valve designed according to the invention.

Beschreibung der Ausführungsbeispieledescription of the embodiments

In 1 ist ein Gasventil 10 dargestellt, das zum Einsatz bei einer Brennstoffzelle oder bei einem Gasmotor eines Kraftfahrzeuges ausgelegt ist und zur Regelung eines Wasserstoffstroms bzw. eines CNG(Compressed Natural Gas)-Stroms von einer Zuströmseite 11 zu einer Abströmseite 12 dient.In 1 is a gas valve 10 shown, which is designed for use in a fuel cell or in a gas engine of a motor vehicle and for regulating a hydrogen flow or a CNG (compressed natural gas) flow from an inflow side 11 to an outflow side 12 serves.

Das Ventil 10 umfaßt ein mehrteiliges Gehäuse 13, in welchem eine Magnetspule 14 angeordnet ist, die eine tiefgezogene Führungshülse 15 umgreift. In der Führungshülse 15 ist ein im wesentlichen rohrförmiger Stopfen 16 fixiert, der zur Befestigung einer als Vorspannfeder wirkenden Spiralfeder 17 dient, an deren der Zuströmseite 11 abgewandten Seite ein Magnetanker 18 befestigt ist, der in der Führungshülse 15 axial verschiebbar geführt ist.The valve 10 comprises a multi-part housing 13 in which a solenoid 14 is arranged, which is a deep-drawn guide sleeve 15 embraces. In the guide sleeve 15 is a substantially tubular plug 16 fixed, for the attachment of a coil spring acting as a preload spring 17 serves on the upstream side 11 facing away a magnetic armature 18 is attached in the guide sleeve 15 is guided axially.

Der Magnetanker 18 ist rohrförmig ausgebildet und bildet ein Ventilschließglied, das stirnseitig mit einem einen Flachsitz darstellenden Ventilsitz 21 zusammenwirkt, dessen Ausbildung in 2 näher dargestellt ist. Ferner umfaßt das Ventilschließglied 18 einen mit der Zuströmseite 11 des Ventils 10 verbundenen Innenraum 22, von dem radiale Abströmbohrungen 23 abzweigen, die mit einem radial von der Führungshülse 15 begrenzten Hochdruckraum 24 verbunden sind. In axialer Richtung des Ventilschließglieds 18 führt von dem Innenraum 22 eine Abströmbohrung 20 an die mit dem Flachsitz 21 zusammenwirkende Stirnseite des Ventilschließglieds 18.The magnetic anchor 18 is tubular and forms a valve closing member, the front with a flat seat representing a valve seat 21 cooperates, whose training in 2 is shown in more detail. Also includes the valve closing member 18 one with the upstream side 11 of the valve 10 connected interior 22 from which radial outflow bores 23 branch off with a radial of the guide sleeve 15 limited high pressure space 24 are connected. In the axial direction of the valve closing member 18 leads from the interior 22 an outflow bore 20 to the one with the flat seat 21 cooperating end face of the valve closing member 18 ,

Wie 2 in detaillierter Weise zu entnehmen ist, ist der Ventilsitz 21 an einer Bodenplatte 25 eines im wesentlichen topfförmigen Tiefziehteils 26 ausgebildet. Die Bodenplatte 25 ist mit düsenartigen Öffnungen 27 versehen, so daß bei geöffnetem Ventilschließglied 18 ein Gasstrom von dem Hochdruckraum 24 und von der Stirnseite des Ventilschließglieds 18 aus durch die düsenartigen Öffnungen 27 in Richtung der Abströmseite 12 des Ventils 10 erfolgt. Das topfartige Tiefziehteil 26 umfaßt des weiteren einen zylindrischen Bereich 28, an welchen sich ein rohrförmig ausgebildeter Schalldämpfer 29 anschließt bzw. der Teil des selben ist. Der Schalldämpfer 29 ist mithin einstückig mit dem Tiefziehteil 26 gefertigt.How 2 can be seen in detail, is the valve seat 21 on a base plate 25 an essentially pot-shaped deep-drawn part 26 educated. The bottom plate 25 is with nozzle-like openings 27 provided so that when the valve closing member is open 18 a gas flow from the high pressure room 24 and from the front of the valve closing member 18 through the nozzle-like openings 27 towards the downstream side 12 of the valve 10 he follows. The pot-like deep-drawn part 26 further includes a cylindrical portion 28 , on which there is a tubular muffler 29 connects or is part of the same. The silencer 29 is therefore in one piece with the deep-drawn part 26 manufactured.

An der Außenseite des zylindrischen Bereichs 28 ist des weiteren eine Ringnut 30 eingearbeitet, in welche ein Ringwulst 31 der Führungshülse 15 eingreift, so daß das topfförmige Tiefziehteil 26 in der Führungshülse 15 verrastet und fixiert ist. Der Schalldämpfer hat eine Länge, die etwa seinem vierfachen Durchmesser entspricht.On the outside of the cylindrical area 28 is also an annular groove 30 incorporated, in which a ring bead 31 the guide sleeve 15 engages so that the cup-shaped deep-drawn part 26 in the guide sleeve 15 is locked and fixed. The muffler has a length that is about four times its diameter.

Am Umfang der Führungshülse 15 und in dem über die Führungshülse 15 vorstehenden Bereich des Schalldämpfers 29 ist das Ventil 10 mit einer Kunststoffumspritzung 32 versehen, welche zur weiteren Geräuschminimierung bei Einsatz des Ventils 10 dient.On the circumference of the guide sleeve 15 and in the over the guide sleeve 15 protruding area of the silencer 29 is the valve 10 with a plastic coating 32 provided, which for further noise minimization when using the valve 10 serves.

In 3 ist eine alternative Ausführungsform eines Ventilsitzbereichs eines Ventils der in 1 dargestellten Art gezeigt. Dieser Ventilsitzbereich umfaßt wiederum ein topfartiges Tiefziehteil 35 mit einer Bodenplatte 25, an der ein Ventilsitz 21 sowie düsenartige Öffnungen 27 ausgebildet sind und das an der Führungshülse 15 für das Ventilschließglied 15 verrastet ist.In 3 10 is an alternative embodiment of a valve seat portion of a valve of 1 shown type shown. This valve seat area in turn comprises a pot-shaped deep-drawn part 35 with a bottom plate 25 on which a valve seat 21 as well as nozzle-like openings 27 are formed and that on the guide sleeve 15 for the valve closing element 15 is locked.

Das topfförmige Tiefziehteil 35 umfaßt hierzu einen zylindrischen Bereich 36, an dem eine Ringnut 30 eingearbeitet ist, in die ein korrespondierender Ringwulst 31 der Führungshülse 15 eingreift. An der Innenseite des zylindrischen Bereichs 36 ist korrespondierend zu der Ringnut 30 ein weiterer Ringwulst 37 ausgebildet, an dem ein aus einem Kunststofformteil gebildeter Schalldämpfer 38 bzw. 38' über eine korrespondierend ausgebildete Ringnut 39 eingerastet ist. Die Innenseite des Schalldämpfers 38 bzw. 38' ist entweder parallel zu dem zylindrischen Bereich 36 des Tiefziehteils 35, d. h. zylindrisch, oder sich in der den Öffnungen 27 abgewandten Richtung leicht aufweitend ausgebildet. Entsprechend der Ausführungsform nach den 1 und 2 ist der Schalldämpfer 38 bzw. 38' von einem Bauteil gebildet, das die Führungshülse 15 in axialer Richtung überragt.The pot-shaped deep-drawn part 35 for this purpose comprises a cylindrical region 36 with an annular groove 30 is incorporated into which a corresponding ring bead 31 the guide sleeve 15 intervenes. On the inside of the cylindrical area 36 corresponds to the ring groove 30 another ring bead 37 formed on which a muffler formed from a molded plastic part 38 respectively. 38 ' via a correspondingly designed ring groove 39 is engaged. The inside of the silencer 38 respectively. 38 ' is either parallel to the cylindrical area 36 of the deep-drawn part 35 , ie cylindrical, or in the openings 27 direction slightly widened. According to the embodiment according to the 1 and 2 is the silencer 38 respectively. 38 ' formed by a component that the guide sleeve 15 towered over in the axial direction.

In 4 ist eine weitere Ausführungsform eines Gasventils 40 dargestellt, das im wesentlichen dem Gasventil nachIn 4 is another embodiment of a gas valve 40 shown, which essentially follows the gas valve

1 entspricht, sich von diesem aber dadurch unterscheidet, daß es ein topfförmiges Tiefziehteil 41 umfaßt, dessen Rand in etwa bündig mit dem Rand der Führungshülse 15 abschließt. Das Tiefziehteil 41, das den Ventilsitz 21 bildet, ist mittels einer hier nicht näher dargestellten Rastvorrichtung in der Ventilhülse 15 befestigt. In einer als Ventilplatte dienenden Bodenplatte 42 des Tiefziehteils 41 sind mittels des Ventilschließglieds 18 verschließbare Öffnungen 27 angeordnet, durch die ein Gasstrom von dem Hochdruckraum 24 zu der Abströmseite 12 des Ventils 40 steuerbar ist. 1 corresponds, but differs from this in that it is a cup-shaped deep-drawn part 41 includes, the edge of which is approximately flush with the edge of the guide sleeve 15 concludes. The deep-drawn part 41 that the valve seat 21 forms, is by means of a locking device, not shown here, in the valve sleeve 15 attached. In a base plate serving as a valve plate 42 of the deep-drawn part 41 are by means of the valve closing member 18 closable openings 27 arranged through which a gas flow from the high pressure space 24 to the downstream side 12 of the valve 40 is controllable.

An der Außenseite des Gehäuses 13 des Ventils 40 ist in einer ringförmigen Ausnehmung 45 ein O-Ring 43 angeordnet, an dem ein Ringbund 46 eines aus einem Kunststoffspritzteil bestehenden, rohrförmigen Schalldämpfer 44 anliegt, so daß dieser an dem Gehäuse 13 aufgerastet ist. Der Schalldämpfer 44 überragt das stirnseitige Ende der Führungshülse 15 in axialer Richtung, und zwar um einen Betrag, der etwa dem dreifachen Führungshülsendurchmesser entspricht.On the outside of the case 13 of the valve 40 is in an annular recess 45 an o-ring 43 arranged on which a ring collar 46 a tubular silencer consisting of a plastic injection molded part 44 abuts so that this on the housing 13 is snapped on. The silencer 44 extends beyond the front end of the guide sleeve 15 in the axial direction, namely by an amount which corresponds approximately to three times the guide sleeve diameter.

In 5 ist eine weitere Ausführungsform eines Gasventils ausschnittsweise dargestellt. Dieses Gasventil ist entsprechend dem Gasventil nach 1 aufgebaut, unterscheidet sich von diesem aber dadurch, daß es eine aus einem Tiefziehteil gebildete, topfförmige Führungshülse 51 für das Ventilschließglied bzw. den Magnetanker 18 aufweist, deren Bodenbereich eine Ventilplatte 52 bildet, die als Ventilsitz 21 für das Ventilschließglied 18 dient. Die Bodenplatte 52 ist einstückig mit der Führungshülse 51 hergestellt.In 5 Another embodiment of a gas valve is shown in sections. This gas valve is according to the gas valve 1 constructed, but differs from this in that it is a cup-shaped guide sleeve formed from a deep-drawn part 51 for the valve closing element or the magnet armature 18 has, whose bottom region a valve plate 52 forms that as a valve seat 21 for the valve closing element 18 serves. The bottom plate 52 is in one piece with the guide sleeve 51 manufactured.

Im Randbereich der Bodenplatte 52 ist an die topfförmige Führungshülse 51 über eine Schweißnaht 54 ein rohrförmiger Schalldämpfer 53 angeschweißt, der mithin ebenfalls gegenüber der Führungshülse 51 vorsteht und eine Länge hat, die etwa seinem doppelten Durchmesser entspricht.In the edge area of the base plate 52 is on the cup-shaped guide sleeve 51 over a weld 54 a tubular silencer 53 welded, which is also opposite the guide sleeve 51 protrudes and has a length that is about twice its diameter.

Die Führungshülse 51 und der Schalldämpfer 53 sind mit einer gemeinsamen Kunststoffumspritzung 55 versehen.The guide sleeve 51 and the silencer 53 are with a common plastic encapsulation 55 Mistake.

Claims

Valve for controlling a fluid, in particular for controlling a gas, comprising a valve housing ( 13 ), in particular an electromagnetic actuation unit ( 14 ) for a valve closing element ( 18 ) that is axially displaceable in a guide sleeve ( 15 . 51 ) and with a valve seat ( 21 ) cooperates so that a fluid flow through at least one opening ( 27 ) a valve plate ( 25 . 42 . 52 ) is controllable, which is an essentially tubular silencer ( 29 . 38 . 38 ' . 44 . 53 ) is arranged downstream, characterized in that the silencer ( 29 . 38 . 38 ' . 44 . 53 ) of the guide sleeve ( 15 . 51 ) is formed in the axial direction projecting component.

Valve according to claim 1, characterized in that the silencer ( 29 . 38 . 38 ' 53 ) on the valve plate ( 25 . 52 ) forming deep-drawn part ( 26 . 35 . 53 ) connects.

Valve according to claim 2, characterized in that the silencer ( 29 ) in one piece with the deep-drawn part ( 26 ) is manufactured.

Valve according to claim 2, characterized in that the silencer ( 38 . 38 ' ) on a ring bead ( 37 ) or an annular groove in the deep-drawn part ( 35 ) is locked.

Valve according to claim 1, characterized in that the silencer ( 53 ) with the valve plate ( 52 ) is welded.

Valve according to claim 1, characterized in that the silencer ( 44 ) on the outside of the valve housing ( 13 ) is attached.

Valve according to one of claims 1 to 6, characterized in that the silencer ( 29 . 53 ) at least in some areas with plastic encapsulation ( 32 . 55 ) is provided.