DE10354826A1 - Metering valve for measuring out freezable fluids has a valve body with a valve needle, which is operated by a solenoid - Google Patents

Metering valve for measuring out freezable fluids has a valve body with a valve needle, which is operated by a solenoid Download PDF

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Abstract

A metering valve (1) for freezable fluids has a valve body (5) with a valve needle (8), which is operated by a solenoid (2). The valve needle (8) features a valve closing body (11), which forms a valve seat with a valve seat body (12). The valve body (5) and/or the valve body extension (22) feature a recess (21), which houses a compressible gasket (20). The compressible gasket (20) is able to give way to the expanding freezing fluids.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Zumeßventil für gefrierfähige Medien wie Wasser, Harnstoffwasserlösung und Alkohol-Wasserlösungen nach der Gattung des Hauptanspruchs.The The invention is based on a metering valve for freezable media such as water, urea water solution and Alcohol-water solutions according to the preamble of the main claim.

Bei Brennstoffzellenfahrzeugen, welche mit Wasserstoff oder mit einem Reformersystem betrieben werden, müssen die Brennstoffzellenmembranen mittels Dosierung von deionisiertem Wasser in den Luftpfad befeuchtet werden bzw. das Wasser für den Reformierungsprozeß muß zugemessen werden. Dies wird beim gegenwärtigen Stand der Technik aufgrund der Anforderungen für die Gefrierfestigkeit solcher Dosierventile mittels nicht kraftfahrzeugtauglicher Funktionsmuster oder über sehr kostenintensive und daher nicht serienreife Laborventile realisiert. Auch sind diese Dosierventile nur bedingt gefrierfest mit der Folge von Beschädigungen durch das gefrierende Medium und dadurch bedingte Ausfälle des Dosierventils oder des Feindosierverhaltens.at Fuel cell vehicles, which with hydrogen or with a Be operated reformer system, the fuel cell membranes moistened by dosing of deionized water in the air path or the water for the Reforming process must be measured become. This will be at the present State of the art due to the requirements for the freezing resistance of such Dosing valves by means of non-motor vehicle functional function patterns or over very cost-intensive and therefore not series-ready laboratory valves realized. Also, these metering valves are only partially freezing with the result of damage by the freezing medium and consequent failures of the Metering valve or the Feindosierverhaltens.

Ein Zumeßventil für ein Reformersystem ist z. B. aus der DE 100 02 005 A1 bekannt. Dort ist eine Zerstäubungsdüse zum Eintrag eines Gas-/Flüssigkeitsgemisches in einen chemischen Reformer zur Erzeugung von Wasserstoff beschrieben. Die Zerstäubungsdüse umfaßt mindestens eine Flüssigkeitszuleitung und mindestens eine Austrittsöffnung für das zerstäubte Gas-/Flüssigkeitsgemisch.A metering valve for a reformer system is z. B. from the DE 100 02 005 A1 known. There, a sputtering nozzle for introducing a gas / liquid mixture into a chemical reformer for the production of hydrogen is described. The atomizing nozzle comprises at least one liquid feed line and at least one outlet opening for the atomized gas / liquid mixture.

Vorteile der ErfindungAdvantages of invention

Das erfindungsgemäße Zumeßventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß im Bereich der Ventilhülse und/oder einer das Zumeßventil verlängernden Verlängerungshülse zumindest eine Ausnehmung ausgebildet ist, in welcher zumindest eine komprimierbare Dichtung angeordnet ist. Die komprimierbare Dichtung kann der Ausdehnung der gefrierenden Flüssigkeit ausweichen.The metering valve according to the invention with the characterizing features of the main claim has the Advantage that in Area of the valve sleeve and / or a metering valve lengthening Extension sleeve at least a recess is formed, in which at least one compressible Seal is arranged. The compressible seal can expand the freezing liquid dodge.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterentwicklungen des im Hauptanspruch angegebenen Zumeßventils möglich.By in the subclaims listed activities are advantageous developments of the specified in the main claim metering valve possible.

Vorteilhafterweise ist die zumindest eine Dichtung in Form eines O-Rings ausgeführt, welcher ein offenes Ringprofil oder ein geschlossenes Profil aufweisen kann. Die Dichtung ist dabei beispielsweise aus Moosgummi oder einem Elastomer hergestellt.advantageously, is the at least one seal executed in the form of an O-ring, which a may have open ring profile or a closed profile. The seal is for example made of sponge rubber or an elastomer produced.

Von Vorteil ist außerdem, daß die Ausnehmung einen entsprechenden eckigen oder rundlichen Querschnitt aufweisen kann.From Another advantage is that the Recess a corresponding square or round cross-section can have.

Die Ausnehmung dient als Ausgleichsvolumen für die Ausdehnung der das Zumeßventil durchströmenden Flüssigkeit in der Gefrierphase und als Aufnahme für die Dichtung.The Recess serves as a compensating volume for the expansion of the metering valve flowing through liquid in the freezing phase and as a receptacle for the seal.

Zeichnungdrawing

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:embodiments The invention are shown in simplified form in the drawing and explained in more detail in the following description. Show it:

1A einen schematischen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgestalteten Zumeßventils, 1A FIG. 2 shows a schematic section through a first exemplary embodiment of a metering valve designed according to the invention, FIG.

1B–1D schematische Schnitte durch den Ventilsitzträger verschiedener Ausführungsbeispiele erfindungsgemäß ausgestalteter Zumeßventile, 1B - 1D schematic sections through the valve seat carrier of various embodiments of inventively designed metering valves,

2 einen schematischen Schnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgestalteten Zumeßventils, 2 a schematic section through a further embodiment of an inventively designed metering valve,

3 einen schematischen Schnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgestalteten Zumeßventils, und 3 a schematic section through a further embodiment of an inventively designed metering valve, and

4A–4C schematische Darstellungen der Dichtungen für die erfindungsgemäß ausgestalteten Zumeßventile. 4A - 4C schematic representations of the seals for the invention designed metering valves.

Beschreibung der Ausführungsbeispieledescription the embodiments

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung beispielhaft beschrieben. Übereinstimmende Bauteile sind dabei in allen Figuren mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen.following Be exemplary embodiments of Invention described by way of example. Matching components are in all figures with matching Provided with reference numerals.

Ein in 1 dargestelltes erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Zumeßventils 1 ist insbesondere zum Zumessen von Flüssigkeit in ein nicht weiter dargestelltes Rohr geeignet.An in 1 illustrated first embodiment of a metering valve according to the invention 1 is particularly suitable for metering liquid in a not further illustrated tube.

Das Zumeßventil 1 umfaßt eine Magnetspule 2, die auf einen Spulenträger 3 gewickelt ist. Der Spulenträger 3 ist in einem Ventilgehäuse 4 gekapselt.The metering valve 1 includes a magnetic coil 2 on a coil carrier 3 is wound. The coil carrier 3 is in a valve housing 4 capsuled.

Der Spulenträger 3 wird von einer Ventilhülse 5 durchgriffen, die rohrförmig ausgestaltet ist und ein darin eingespreiztes oder verschweißtes Stützrohr 6 umfaßt, welches als Innenpol der Magnetspule 2 dient. Als Außenpol der Magnetspule 2 kann beispielsweise das Ventilgehäuse 4 in Form von bügelförmigen Leitelementen dienen. Abströmseitig des Stützrohres 6 ist ein Anker 7 angeordnet, der mit einer Ventilnadel 8 verbunden ist. In der Ventilnadel 8 sind Durchströmöffnungen 9 vorgesehen, die den das Zumeßventil 1 durchströmenden Brennstoff zu einem Dichtsitz leiten.The coil carrier 3 is from a valve sleeve 5 passed through, which is designed tubular and a therein spread or welded support tube 6 comprising, which as the inner pole of the magnetic coil 2 serves. As external pole of the magnetic coil 2 For example, the valve body 4 serve in the form of bow-shaped guide elements. Outflow side of the support tube 6 is an anchor 7 arranged with a valve needle 8th connected is. In the valve needle 8th are flow openings 9 provided that the the metering valve 1 passing fuel through to a sealing seat.

Die Ventilnadel 8 steht vorzugsweise durch Schweißen in Wirkverbindung mit einem im Ausführungsbeispiel kugelförmigen Ventilschließkörper 11, der mit einem Ventilsitzkörper 12 einen Dichtsitz bildet. Stromabwärts des Dichtsitzes ist in einer Spritzlochscheibe 13 wenigstens eine Abspritzöffnung 14 ausgebildet, aus der Flüssigkeit in das nicht weiter dargestellte Saugrohr eingespritzt wird.The valve needle 8th is preferably by welding in operative connection with a spherical valve closure member in the embodiment 11 that with a valve seat body 12 forms a sealing seat. Downstream of the sealing seat is in a spray perforated disk 13 at least one injection opening 14 formed, is injected from the liquid in the suction pipe, not shown.

Der Anker 7 ist im Ruhezustand des Zumeßventils 1 von einer Rückstellfeder 15 so beaufschlagt, daß das Zumeßventil 1 durch den Andruck des Ventilschließkörpers 11 auf den Ventilsitzkörper 12 geschlossen gehalten wird. Die Rückstellfeder 15 ist in einer Ausnehmung 16 des Ankers 7 bzw. des Stützrohres 6 angeordnet und wird durch eine Einstellhülse 17 auf Vorspannung gebracht.The anchor 7 is in the idle state of the metering valve 1 from a return spring 15 acted so that the metering valve 1 by the pressure of the valve closing body 11 on the valve seat body 12 is kept closed. The return spring 15 is in a recess 16 of the anchor 7 or of the support tube 6 arranged and is passed through an adjusting sleeve 17 brought to bias.

Zulaufseitig der Einstellhülse 17 ist ein topfförmiges Filterelement 18 in das Stützrohr 6 vorzugsweise eingepreßt. Die Flüssigkeit, die durch eine zentrale Brennstoffzufuhr 19 zugeleitet wird, durchströmt das Zumeßventil 1 durch die Ausnehmung 16 und die Durchströmöffnungen 9 zum Dichtsitz und zur Abspritzöffnung 14.Inlet side of the adjusting sleeve 17 is a cup-shaped filter element 18 in the support tube 6 preferably pressed. The liquid passing through a central fuel supply 19 is fed, flows through the metering valve 1 through the recess 16 and the flow openings 9 to the sealing seat and the injection opening 14 ,

Die Ventilhülse 5, in welche der Ventilsitzkörper 12 eingesetzt ist, ist erfindungsgemäß durch eine Dichtung 20 abgedichtet, welche in einer Ausnehmung 21 angeordnet ist. Die Funktion der Dichtung 20 ist dabei einerseits eine generelle Abdichtung des Zumeßventils 1 gegenüber der Montagelage und andererseits ein Ausgleichsvolumen im Falle des Gefrierens der durch das Zumeßventil 1 strömenden Flüssigkeit bereitzustellen, in welches die Dichtung 20 ausweichen kann, ohne zerstört zu werden. Die Dichtung 20 ist dabei vorzugsweise aus Moosgummi oder einem Elastomer hergestellt. Die Funktionsweise der Dichtung 20 in der Ausnehmung 21 wird weiter unten unter Bezugnahme auf die 4A bis 4C näher erläutert.The valve sleeve 5 , in which the valve seat body 12 is used, is according to the invention by a seal 20 sealed, which in a recess 21 is arranged. The function of the seal 20 is on the one hand a general sealing of the metering valve 1 relative to the mounting position and on the other hand, a compensating volume in the case of freezing the through the metering valve 1 provide flowing fluid into which the seal 20 can dodge without being destroyed. The seal 20 is preferably made of sponge rubber or an elastomer. The functioning of the seal 20 in the recess 21 will be explained below with reference to the 4A to 4C explained in more detail.

Die 1B bis 1D zeigen mögliche Ausführungsformen von Ventilhülsen 5 für erfindungsgemäß ausgestaltete Zumeßventile 1. Dabei können, wie in den 1B und 1D dargestellt, zwei Ausnehmungen 21 vorhanden sein, in welche, wie aus 1D ersichtlich, zwei vorzugsweise O-ringförmige Dichtungen 20 eingelegt werden, oder, wie in 1C gezeigt, nur eine, dafür aber axial höhere Ausnehmung 21, in welcher ebenfalls zwei Dichtungen 20 Platz finden können. Die Ausführungsform gemäß 1C ist am einfachsten herstellbar, jedoch ist hier eine Verschiebung und/oder Verkippung der Dichtungen 20 möglich, durch welche unter Umständen die korrekte Dichtwirkung beeinträchtigt wird.The 1B to 1D show possible embodiments of valve sleeves 5 for inventively designed metering valves 1 , It can, as in the 1B and 1D represented, two recesses 21 be present in which, how out 1D seen, two preferably O-ring seals 20 be inserted, or, as in 1C shown, only one, but axially higher recess 21 , in which also two seals 20 Can find space. The embodiment according to 1C is the easiest to produce, but here is a shift and / or tilting of the seals 20 possible, which may impair the correct sealing effect.

In den 2 und 3 sind weitere Ausführungsbeispiele erfindungsgemäß ausgestalteter Zumeßventile 1 dargestellt. Übereinstimmende Bauteile sind dabei mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen.In the 2 and 3 are further embodiments according to the invention designed metering valves 1 shown. Matching components are provided with matching reference numerals.

Hier ist die Ausnehmung 21 für die Dichtung 20 im Bereich einer Verlängerungshülse 22 angeordnet. Die Ausnehmung 21 ist dabei in einer das Zumeßventil 1 umhüllenden Kunststoffumspritzung 23 ausgebildet. Die Anordnung der Ausnehmung 21 bietet sich in den in 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispielen im Bereich der Verlängerungshülse 22 an, weil dort ausreichend Raum zur Unterbringung der Ausnehmung 21 und der zumindest einen Dichtung 20 zur Verfügung steht. Die Anordnung der Dichtung 20 und der Ausnehmung 21 kann dabei jedoch auch im Bereich der Ventilhülse 5 wie im vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel gemäß 1A erfolgen. Umgekehrt ist es ebenso möglich, in dem in 1A dargestellten Ausführungsbeispiel die Ausnehmung 21 und die Dichtung 20 im Bereich des Filterelements 18 anzuordnen. Auch eine Anordnung von zwei Dichtungen 20 in zwei Ausnehmungen 21 ist möglich, wobei jeweils eine Ausnehmung 21 mit jeweils zumindest einer Dichtung 20 im Bereich der Ventilhülse 5 und der Verlängerungshülse 22 angeordnet sein kann.Here is the recess 21 for the seal 20 in the area of an extension sleeve 22 arranged. The recess 21 is in a metering valve 1 enveloping plastic extrusion 23 educated. The arrangement of the recess 21 lends itself to the in 2 and 3 illustrated embodiments in the region of the extension sleeve 22 because there is enough space to accommodate the recess 21 and the at least one seal 20 is available. The arrangement of the seal 20 and the recess 21 However, it can also in the area of the valve sleeve 5 as in the embodiment described above 1A respectively. Conversely, it is equally possible in the in 1A illustrated embodiment, the recess 21 and the seal 20 in the area of the filter element 18 to arrange. Also an arrangement of two seals 20 in two recesses 21 is possible, each with a recess 21 each with at least one seal 20 in the area of the valve sleeve 5 and the extension sleeve 22 can be arranged.

Die Ausnehmung 21 kann einen eckigen Querschnitt aufweisen, wie in den 1A bis 1D und 2 dargestellt, kann jedoch auch durch eine Stauchung der Verlängerungshülse 22, wie in 3 dargestellt, hergestellt werden und weist dort eine gewölbte Form auf. Als geeignete Verfahren zur Einbringung der Ausnehmung sind ebenfalls spanende Bearbeitungsverfahren oder Rollierverfahren möglich.The recess 21 can have a polygonal cross-section, as in the 1A to 1D and 2 However, can also be represented by a compression of the extension sleeve 22 , as in 3 represented, and has there a curved shape. As a suitable method for introducing the recess also machining processes or rolling methods are possible.

Die 4A bis 4C stellen stark schematisiert die Anordnung und Funktionsweise der Dichtung 20 dar. In der in diesem Ausführungsbeispiel eckigen Ausnehmung 21 ist die entweder gemäß 4A und 4B massiv oder gemäß 4C in einem ringförmigen Hohlprofil ausgeführte O-ringförmige Dichtung 20 angeordnet. Ohne gefrierende Flüssigkeit liegt die Dichtung 20 in der Ausnehmung 21 dichtend ein. Wird das Zumeßventil 1 von Flüssigkeit durchströmt, welche gefriert, wird die Dichtung 20 durch die sich in der Gefrierphase ausdehnende Flüssigkeit komprimiert. Somit bietet die Ausnehmung 21 ein Ausweichvolumen für die Flüssigkeit. Eine in 4C dargestellte ringförmig profilierte Dichtung 20 wirkt in ähnlicher Weise.The 4A to 4C represent very schematically the arrangement and operation of the seal 20 In the rectangular in this embodiment recess 21 is either according to 4A and 4B solid or according to 4C in an annular hollow profile designed O-ring seal 20 arranged. Without freezing liquid, the seal lies 20 in the recess 21 sealingly. Will the metering valve 1 flowed through by liquid, which freezes, becomes the seal 20 compressed by the expanding in the freezing phase liquid. Thus, the recess offers 21 an alternate volume for the fluid. An in 4C illustrated annular profiled poetry 20 works in a similar way.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt und auch für andere Bauformen von Zumeßventilen 1, beispielsweise für Zumeßventile 1 mit piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktoren, geeignet. Insbesondere sind beliebige Kombinationen der verschiedenen Merkmale möglich.The invention is not limited to the illustrated embodiments and also for other types of metering valves 1 , For example, for metering valves 1 with piezoelectric or magnetostrictive actuators suitable. In particular, any combinations of the various features are possible.

Claims (13)

Zumeßventil (1), insbesondere zum Zumessen von gefrierfähigen Flüssigkeiten, mit einer Ventilhülse (5), in welcher eine betätigbare Ventilnadel (8) geführt ist, welche einen Ventilschließkörper (11) aufweist, der mit einem Ventilsitzkörper (12) einen Dichtsitz bildet, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ventilhülse (5) und/oder an einer die Ventilhülse (5) verlängernden Verlängerungshülse (22) eine Ausnehmung (21) ausgebildet ist, in welcher eine komprimierbare Dichtung (20) angeordnet ist.Metering valve ( 1 ), in particular for metering freezable liquids, with a valve sleeve ( 5 ), in which an actuatable valve needle ( 8th ) is guided, which a valve closing body ( 11 ) which is connected to a valve seat body ( 12 ) forms a sealing seat, characterized in that in the valve sleeve ( 5 ) and / or on one of the valve sleeve ( 5 ) lengthening extension sleeve ( 22 ) a recess ( 21 ) is formed, in which a compressible seal ( 20 ) is arranged. Zumeßventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (20) O-Ringförmig ausgebildet ist.Metering valve according to claim 1, characterized in that the seal ( 20 ) Is O-ring-shaped. Zumeßventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (20) mit einer Ausnehmung (24) offen ringförmig oder aus einem weichen Material geschlossen massiv profiliert ist.Metering valve according to claim 1 or 2, characterized in that the seal ( 20 ) with a recess ( 24 ) is open ring-shaped or made of a soft material solid massively profiled. Zumeßventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (21) einen eckigen Querschnitt aufweist.Metering valve according to one of claims 1 to 3, characterized in that the recess ( 21 ) has a polygonal cross-section. Zumeßventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (21) einen gerundeten Querschnitt aufweist.Metering valve according to one of claims 1 to 3, characterized in that the recess ( 21 ) has a rounded cross-section. Zumeßventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (21) durch Stauchung der Verlängerungshülse (22) hergestellt ist.Metering valve according to claim 5, characterized in that the recess ( 21 ) by compression of the extension sleeve ( 22 ) is made. Zumeßventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (21) durch ein Rollierverfahren hergestellt ist.Metering valve according to claim 5, characterized in that the recess ( 21 ) is produced by a Rollierverfahren. Zumeßventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (21) durch spanende Bearbeitung der Verlängerungshülse (22) hergestellt ist.Metering valve according to claim 5, characterized in that the recess ( 21 ) by machining the extension sleeve ( 22 ) is made. Zumeßventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verlängerungshülse (22) von einer Kunststoffumspritzung (23) umgeben ist und daß die Ausnehmung (21) in der Kunststoffumspritzung (23) des Zumeßventils (1) angeordnet ist.Metering valve according to one of claims 1 to 8, characterized in that the extension sleeve ( 22 ) of a plastic extrusion ( 23 ) is surrounded and that the recess ( 21 ) in the plastic extrusion ( 23 ) of the metering valve ( 1 ) is arranged. Zumeßventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (20) durch die Ausdehnung der das Zumeßventil (1) durchströmenden Flüssigkeit in deren Gefrierphase kompressibel ist.Metering valve according to one of claims 1 to 9, characterized in that the seal ( 20 ) by the extent of the metering valve ( 1 ) is fluid in its freezing phase compressible. Zumeßventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (20) aus Moosgummi besteht.Metering valve according to claim 10, characterized in that the seal ( 20 ) consists of sponge rubber. Zumeßventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (20) aus einem Elastomer besteht.Metering valve according to claim 10, characterized in that the seal ( 20 ) consists of an elastomer. Zumeßventil nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (21) ein Ausgleichsvolumen für die das Zumeßventil (1) durchströmende Flüssigkeit in deren Gefrierphase bereitstellt.Metering valve according to one of claims 1 to 12, characterized in that the recess ( 21 ) a compensating volume for the metering valve ( 1 ) provides liquid flowing through in its freezing phase.
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