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GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Ventil mit variablem Durchfluss und ein verbundenes Verfahren zur Herstellung eines Ventils mit variablem Durchfluss.
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HINTERGRUND
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Dieser Abschnitt liefert Hintergrundinformationen, die sich auf die vorliegende Offenbarung beziehen und die nicht notwendigerweise Stand der Technik sind.
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US 3 833 015 A offenbart ein elektromagnetisches Ventil mit einem sphärischen Ventilelement, das an einem Stößel befestigt ist und in einem Fluidströmungsweg bewegt werden kann.
US 4 756 331 A offenbart ein elektromagnetisches Ventil, in dem ein Stößel verwendet wird, um ein Kugelelement wahlweise zu bewegen, um das Ventil zu schließen.
DE 697 09 473 T2 offenbart eine EIN/AUS-Magnetventilanordnung, die einen großen Anteil an universellen Komponenten verwendet, die für den Zusammenbau entweder eines im Ruhezustand offenen elektromagnetischen Ventils oder eines im Ruhezustand geschlossenen elektromagnetischen Ventils geeignet sind. Die Magnetventilanordnung erfordert dabei nur eine minimale Anzahl von nicht austauschbaren Komponenten, um ein normalerweise geschlossenes elektromagnetisches Ventil in ein im Ruhezustand offenes elektromagnetisches Ventil vice versa zu verwandeln.
DE 19 34 212 A offenbart ein impulsgesteuertes Doppelsitzmagnetventil mit einem innerhalb des Ventilgehäuses angeordneten, druckausgeglichenen Steuerkolben und einem von diesem beeinflussbaren Ventilkörper. Der Ventilkörper stellt in der einen Dichtlage eine Verbindung von einer Druckmittelleitung zu einem Verbraueher und in der anderen eine Verbindung vom Verbraucher zu einem Rücklauf her.
AT 395 347 B offenbart ein Einschraubventil mit einem im wesentlichen rohrförmigen Einschraubteil, der ein Außengewinde zum Einschrauben in eine Ventilaufnahme aufweist, und mit einem an den Einschraubteil angrenzenden, mit diesem einstückigen Flanschteil, der mit einer zentralen Bohrung zum Durchtritt einer Ventilspindel versehen ist.
US 2011/0 001 071 A1 offenbart ein Einschraub-Wege-Sitzventil. Das Einschraub-Mehrwege-Sitzventil umfasst ein Einschraubgehäuse, in dem axial mindestens eine Hülse angeordnet ist, wobei die Hülse einen Ventilsitz bildet, und ein innenseitig vorgesehenes Ventilglied mit einer Sitzfläche mit einem größeren Außendurchmesser als der Innendurchmesser des Ventilsitzes. Bei dem Einschraub-Mehrwege-Sitzventil ist die Hülse im Einschraubgehäuse durch eine Gewindeverbindung axial positioniert und gleichzeitig durch eine Preßsitzzone abgedichtet. Dabei bildet die Preßsitzzone einen Verdrehschutz für die Gewindeverbindung. Während solche Ventile für deren beabsichtigten Zweck befriedigend sind, verbleibt ein Bedarf im Stand der Technik für ein verbessertes elektromagnetisches Ventil, das als ein Ventil mit einem variablen Durchfluss betrieben werden kann.
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ZUSAMMENFASSUNG
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In einer Form stellt die vorliegende Lehre ein Ventil mit variablem Durchfluss bereit, das eine Ventilkörperanordnung und einen Aktuator umfasst. Die Ventilkörperanordnung hat einen Ventilkörper, eine Ventilelementführung, ein Ventilelement, eine Ventilaktuatorführung, eine erste Dichtung und eine zweite Dichtung. Der Ventilkörper hat einen Abschnitt mit Außengewinde, eine Ventilelementkammer, einen Auslassanschluss und einen Einlassanschluss. Die Ventilelementkammer definiert einen Ventilsitz. Der Auslassanschluss ist durch ein erstes axiales Ende des Ventilkörpers gebildet und schneidet die Kammer radial außerhalb des Ventilsitzes. Der Einlassanschluss hat einen ersten Abschnitt, der den Ventilsitz schneidet, und einen zweiten Abschnitt, der in Fluidverbindung mit dem ersten Abschnitt ist und der sich in Querrichtung zu einer Längsachse des Ventilkörpers erstreckt. Die Ventilelementführung ist in der Ventilelementkammer aufgenommen und definiert einen Ventilelementkanal und einen Stangenkanal, die mit der Längsachse des Ventilkörpers zusammenfallen. Das Ventilelement ist in dem Ventilelementkanal aufgenommen und ist entlang der Längsachse zwischen einer ersten Position, in der das Ventilelement an dem Ventilsitz anliegt, und einer zweiten Position beweglich, in der das Ventilelement von dem Ventilsitz um einen vorgegebenen Abstand beabstandet ist. Die Ventilaktuatorführung ist in dem Ventilkörper aufgenommen und liegt an der Ventilelementführung an. Die Ventilaktuatorführung definiert eine Führungsbohrung, die mit der Längsachse zusammenfällt. Die erste Dichtung ist aufgenommen an dem und greift dichtend ein mit dem Ventilkörper in einer ersten Dichtungsposition, die axial zwischen dem zweiten Abschnitt des Einlassanschlusses und dem ersten axialen Ende des Ventilkörpers ist. Die zweite Dichtung ist aufgenommen an dem und greift dichtend ein mit dem Ventilkörper in einer zweiten Dichtungsposition, die axial beabstandet von dem zweiten Abschnitt des Einlassanschlusses ist, so dass der Einlassabschnitt axial zwischen der ersten und zweiten Dichtung angeordnet ist. Der Aktuator hat eine Abdeckung, eine Stößelanordnung und eine Spule. Die Abdeckung ist um die Stößelanordnung angeordnet und fest mit dem Ventilkörper verbunden. Die Stößelanordnung umfasst eine Stange, die durch den Stangenkanal und die Führungsbohrung aufgenommen ist, und einen Anker, der mit der Stange verbunden ist. Die Stößelanordnung ist in der Abdeckung entlang der Längsachse beweglich, um das Ventilelement von der zweiten Position in die erste Position zu bewegen. Die Spule ist um die Abdeckung angeordnet und aufgebaut, ein Magnetfeld zu erzeugen, um den Anker zu bewegen.
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In einer anderen Form stellt die vorliegende Lehre ein Verfahren zur Herstellung eines Ventils mit variablem Durchfluss bereit. Das Verfahren umfasst: Bereitstellen eines Ventilkörpers mit einem Abschnitt mit Außengewinde, einer Ventilelementkammer, einem Auslassanschluss und einem Einlassanschluss, wobei die Ventilelementkammer einen Ventilsitz definiert, wobei der Auslassanschluss durch ein erstes axiales Ende des Ventilkörpers gebildet ist und die Ventilelementkammer radial außerhalb des Ventilsitzes schneidet, wobei der Einlassanschluss einen ersten Abschnitt hat, der den Ventilsitz schneidet, und einen zweiten Abschnitt, der in Fluidverbindung mit dem ersten Abschnitt ist und sich in Querrichtung zu einer Längsachse des Ventilkörpers erstreckt; Bereitstellen einer Ventilelementführung, die einen Ventilelementkanal und einen Stangenkanal bildet; Installieren eines Ventilelements an dem Ventilelementkanal in der Ventilelementführung; Installieren der Ventilelementführung in der Ventilelementkammer, so dass das Ventilelement entlang der Längsachse zwischen einer ersten Position, in der das Ventilelement an dem Ventilsitz anliegt, und einer zweiten Position beweglich ist, in der das Ventilelement von dem Ventilsitz um einen vorgegebenen Abstand beabstandet ist; Installieren einer Ventilaktuatorführung in dem Ventilkörper und in Anlage mit der Ventilelementführung, wobei die Ventilaktuatorführung eine Führungsbohrung umfasst, die dadurch zusammenfallend mit der Längsachse ausgebildet ist; Bereitstellen einer Stößelanordnung mit einer Stange und einem Anker; Anordnen der Stange durch die Führungsbohrung und den Stangenkanal, so dass die Stange an dem Ventilelement anliegt und das Ventilelement an dem Ventilsitz anliegt; Bewegen des Ankers an der Stange, so dass eine erste Oberfläche des Ankers von einer zweiten Oberfläche der Ventilaktuatorführung um einen vorgegebenen Abstand beabstandet ist; und Sichern der Stange an dem Anker.
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Figurenliste
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Die hierin beschriebenen Zeichnungen sind nur zu Darstellungszwecken von ausgewählten Ausführungsbeispielen und nicht aller möglichen Implementierungen und nicht vorgesehen, den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung zu begrenzen.
- 1 ist eine Querschnittsansicht in Längsrichtung eines Ventils mit variablem Durchfluss, das gemäß der Lehre der vorliegenden Offenbarung aufgebaut ist; und
- 2 ist eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts des Ventils mit variablem Durchfluss aus 1, die einen Ventilkörper detallierter darstellt.
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Entsprechende Bezugszeichen bezeichnen entsprechende Teile in den verschiedenen Ansichten der Zeichnungen.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Mit Bezug auf 1 wird ein Ventil mit variablem Durchfluss, das gemäß der vorliegenden Lehre aufgebaut ist, allgemein durch das Bezugszeichen 10 bezeichnet. Das Ventil mit variablem Durchfluss 10 kann eine Ventilkörperanordnung 12 und einen Aktuator 14 umfassen.
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In den 1 und 2 kann die Ventilkörperanordnung 12 einen Ventilkörper 20, eine Ventilelementführung 22, ein Ventilelement 24, eine Aktuatorführung 26, eine erste Dichtung 30 und eine zweite Dichtung 32 umfassen. Der Ventilkörper 20 kann einen Abschnitt mit Außengewinde 36, eine Werkzeugeingriffsfläche 38, eine Ventilelementkammer 40, wenigstens einen Auslassanschluss 42 und einen Einlassanschluss 44 aufweisen. Der Abschnitt mit Außengewinde 36 kann bemessen sein, um dem Ventil mit variablem Durchfluss 10 zu erlauben, in ein Gehäuse (nicht dargestellt) eingeschraubt zu werden, das einen Teil eines Hydraulikkreises (nicht dargestellt) bildet. Die Werkzeugeingriffsfläche 38 kann aufgebaut sein, um durch ein Werkzeug (nicht dargestellt) gegriffen zu werden, um das Ventil mit variablem Durchfluss 10 in dem Gehäuse festzuziehen. Die Werkzeugeingriffsfläche 38 kann eine nicht-runde Querschnittsform haben, die in jeder gewünschten Weise geformt sein kann, wie beispielsweise als ein Polygon. In dem besonderen bereitgestellten Ausführungsbeispiel ist die nicht-runde Querschnittsform der Werkzeugeingriffsfläche 38 ein Hexagon.
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Die Ventilelementkammer 40 kann einen Ventilsitz 50 definieren, der in einer gewünschten Weise geformt sein kann. In dem bereitgestellten Beispiel hat der Ventilsitz 50 eine Sitzfläche, die durch einen sphärischen Radius definiert ist, aber es ist klar, dass andere Formen, einschließlich einer konischen Form, anstelle eines sphärischen Radius verwendet werden können. Der Auslassanschluss 42 kann durch ein axiales Ende 52 des Ventilkörpers gebildet sein und kann die Ventilelementkammer 40 radial außerhalb des Ventilsitzes 50 schneiden. In dem bereitgestellten Beispiel sind zwei Auslassanschlüsse 42 vorgesehen. Der Einlassanschluss 44 kann einen ersten Abschnitt 56, der den Ventilsitz 50 schneiden kann und mit einer Längsachse A des Ventilkörpers 20 zusammenfallend angeordnet sein kann, und einen zweiten Abschnitt 58 aufweisen, der in Fluidverbindung mit dem ersten Abschnitt 56 ist und der sich in Querrichtung zu der Längsachse A erstrecken kann. In dem bereitgestellten Beispiel ist der Einlassanschluss 44 senkrecht zu der Längsachse A ausgebildet.
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Die Ventilelementführung 22 kann in der Ventilelementkammer 40 aufgenommen sein und kann einen Ventilelementkanal 60 und einen Stangenkanal 62 definieren, die mit der Längsachse A des Ventilkörpers 20 zusammenfallen. In dem bereitgestellten Beispiel ist die Ventilelementführung 22 ein allgemein hohles zylindrisches Element, das in einer ersten Senkbohrung 64 aufgenommen ist, die in dem Ventilkörper 20 ausgebildet ist.
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Das Ventilelement 24 kann in dem Ventilelementkanal 60 aufgenommen sein und kann entlang der Längsachse A zwischen einer ersten Position, in der das Ventilelement 24 an dem Ventilsitz 50 anliegt, und einer zweiten Position beweglich sein, in der das Ventilelement 24 von dem Ventilsitz 50 um einen vorgegebenen Abstand beabstandet ist. Das Ventilelement 24 kann in einer Weise geformt sein, die der Sitzfläche des Ventilsitzes 50 entspricht. In dem speziellen bereitgestellten Beispiel ist das Ventilelement 24 eine sphärische Kugel.
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Die Aktuatorführung 26 kann in dem Ventilkörper 20 aufgenommen sein und kann an der Ventilelementführung 22 anliegen. In dem bereitgestellten Beispiel ist die Aktuatorführung 26 in einer zweiten Senkbohrung 66 aufgenommen, die in dem Ventilkörper 20 ausgebildet ist. Die Aktuatorführung 26 kann eine Führungsbohrung 68 definieren, die durch die Aktuatorführung 26 zusammenfallend mit der Längsachse A ausgebildet sein kann.
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Die erste Dichtung 30 kann an dem Ventilkörper 20 in einer ersten Dichtungsposition aufgenommen sein und dichtend damit eingreifen, die axial (d. h. entlang der Längsachse A) zwischen dem zweiten Abschnitt 58 des Einlassanschlusses 44 und dem ersten axialen Ende 52 des Ventilkörpers 20 angeordnet ist. Die zweite Dichtung 32 kann an dem Ventilkörper 20 in einer zweiten Dichtungsposition aufgenommen sein und dichtend damit eingreifen, die axial beabstandet (d. h. entlang der Längsachse A) von dem zweiten Abschnitt 58 des Einlassanschlusses 44 ist, so dass der Einlassanschluss 44 axial zwischen der ersten und zweiten Dichtung 30 und 32 angeordnet ist. Die zweite Dichtung 32 kann so angeordnet sein, dass der Abschnitt mit Außengewinde 36 axial zwischen der zweiten Dichtung 32 und dem zweiten Abschnitt 58 des Einlassanschlusses 44 angeordnet ist.
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Der Aktuator 14 kann eine Abdeckung 70, eine Stößelanordnung 72 und eine Spule 74 aufweisen. Die Abdeckung 70 kann um die Stößelanordnung angeordnet sein und kann fest mit der Aktuatorführung 26 verbunden sein. Die Stößelanordnung 72 kann eine Stange 80, die durch den Stangenkanal 62 und die Führungsbohrung 68 aufgenommen sein kann, und einen Anker 82 aufweisen, der mit der Stange 80 verbunden sein kann. Die Stö-ßelanordnung 72 ist in der Abdeckung entlang der Längsachse A beweglich, um das Ventilelement 24 von der zweiten Position zu der ersten Position zu bewegen. Die Spule 74 ist um die Abdeckung 70 angeordnet und aufgebaut, um ein Magnetfeld zu erzeugen (wenn die Spule 74 durch eine Quelle für elektrische Leistung versorgt wird), um den Anker 82 zu bewegen.
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Im Betrieb kann ein Fluidstrom in das Ventil mit variablem Durchfluss 10 über den Einlassanschluss 44 eingeführt werden, der das Ventilelement weg von dem Ventilsitz 50 drücken kann. Der Fluidstrom kann in die Ventilelementkammer 40 eintreten, an dem Ventilelement 24 vorbei und durch den Auslassanschluss 42 laufen. Abhängig von dem maximalen Ausmaß, um das das Ventilelement 24 von dem Ventilsitz 50 beabstandet sein kann, kann es eine kleine Verengung (d. h. in einer Situation, wo das maximale Ausmaß oder der Abstand zwischen dem Ventilelement 24 und der Sitzfläche des Ventilsitzes 50 relativ groß ist) oder eine relativ große Verengung (d. h. in einer Situation, wo das maximale Ausmaß oder der Abstand zwischen dem Ventilelement 24 und der Sitzfläche des Ventilsitzes 50 relativ klein ist) geben. Das Ventil mit variablem Durchfluss 10 kann durch Bereitstellen elektrischer Leistung für die Spule 74 geschlossen werden, die die Stößelanordnung 72 veranlasst, sich entlang der Längsachse A zu bewegen, um das Ventilelement 24 in Kontakt mit der Sitzfläche des Ventilsitzes 50 zu treiben und das Ventilelement 24 in dieser Position (d. h. der ersten Position) zu halten. In Situationen, wo eine Durchflussrate, die zwischen den zwei zuvor beschriebenen Durchflussraten ist, gewünscht ist, kann elektrische Leistung für die Spule 74 in einer Weise bereitgestellt werden, die entweder die Kraft, die auf die Stößelanordnung 72 an dem Ventilelement 24 wirkt, variiert, oder die das Ventilelement 24 zwischen seiner ersten und zweiten Position in einem gewünschten Betriebszyklus hin und her bewegt. Eine Variation der Kraft, die durch die Stößelanordnung 72 auf das Ventilelement 24 ausgeübt wird, kann durch eine entsprechende Veränderung in der Spannung erreicht werden, die an die Spule 74 angelegt wird, oder durch eine Verwendung einer pulsweiten Modulationstechnik. Die benachbarten Enden des Ankers 82 und der Aktuatorführung 26 können in einer gewünschten Weise geformt sein, um die Haltekraft anzupassen, die (magnetisch) erzeugt wird, wenn die Spule 74 betätigt wird. Zum Beispiel können benachbarte Enden 86a und 86b des Ankers 82 und der Aktuatorführung 26 mit entsprechenden konischen Flächen geformt sein. Anders ausgedrückt, kann eines der benachbarten Enden 86a und 86b eine Kegelstumpfaußenform haben, und das andere aus den benachbarten Enden 86a und 86b kann eine Kegelstumpfinnenform haben, die der Kegelstumpfaußenform entspricht.
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Das Ventil mit variablem Durchfluss 10 kann als ein normalerweise offenes Ventil arbeiten, in dem keine elektrische Leistung an die Spule 74 geliefert wird, und Fluidstrom, der in das Ventil mit variablem Durchfluss 10 über den Einlassanschluss 44 eintritt, das Ventilelement 24 weg von dem Ventilsitz 50 drücken kann und durch den Auslassanschluss 42 austreten kann. Alternativ kann der Strom umgekehrt werden (so dass ein Fluidstrom in das Ventil mit variablem Durchfluss 10 über den Auslassanschluss 42 eingebracht wird und über den Einlassanschluss 44 austritt), was dazu neigen würde, den Strom zu begrenzen, da der Fluidstrom durch das Ventil mit variablem Durchfluss 10 dazu neigen würde, das Ventilelement 24 gegen den Ventilsitz 50 zu bewegen. Wenn in Hydraulikkreisen verwendet, die bei relativ niedrigen Drücken arbeiten (d. h. <500 psi), benötigt die Ventilkörperanordnung 12 keine extrem engen Toleranzen, und als solches sind ihr Aufbau vereinfacht und ihre Kosten verringert im Vergleich mit herkömmlichen Ventilen mit variablem Durchfluss. Darüber hinaus ist es klar, dass die effektive Länge der Stößelanordnung 72 zusammen mit dem Durchmesser des Auslass- und Einlassanschlusses 42 und 44 variiert werden kann, um den Strömungswiderstand und den Druckverlust durch das Ventil mit variablem Durchfluss 10 anzupassen.
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Ein Verfahren zum Herstellen des Ventils mit variablem Durchfluss 10 kann umfassen: Bereitstellen eines Ventilkörpers mit einem Abschnitt mit Außengewinde, einer Ventilelementkammer, einem Auslassanschluss und einem Einlassanschluss, wobei die Ventilelementkammer einen Ventilsitz definiert, wobei der Auslassanschluss durch ein erstes axiales Ende des Ventilkörpers gebildet ist und die Ventilelementkammer radial außerhalb des Ventilsitzes schneidet, wobei der Einlassanschluss einen ersten Abschnitt aufweist, der den Ventilsitz schneidet, und einen zweiten Abschnitt, der in Fluidverbindung mit dem ersten Abschnitt ist und der sich in Querrichtung zu einer Längsachse des Ventilkörpers erstreckt; Bereitstellen einer Ventilelementführung, die einen Ventilelementkanal und einen Stangenkanal definiert; Installieren eines Ventilelements an dem Ventilelementkanal in der Ventilelementführung; Installieren der Ventilelementführung in der Ventilelementkammer, so dass das Ventilelement entlang der Längsachse zwischen einer ersten Position, in der das Ventilelement an dem Ventilsitz anliegt, und einer zweiten Position beweglich ist, in der das Ventilelement von dem Ventilsitz um einen vorgegebenen Abstand beabstandet ist; Installieren einer Ventilaktuatorführung in dem Ventilkörper und in Anlage mit der Ventilelementführung, wobei die Ventilaktuatorführung eine Führungsbohrung umfasst, die dadurch zusammenfallend mit der Längsachse ausgebildet ist; Bereitstellen einer Stößelanordnung mit einer Stange und einem Anker; Anordnen der Stange durch die Führungsbohrung und den Stangenkanal, so dass die Stange an dem Ventilelement anliegt und das Ventilelement an dem Ventilsitz anliegt; Bewegen des Ankers an der Stange, so dass eine erste Fläche an dem Anker beabstandet von einer zweiten Fläche an der Ventilaktuatorführung um einen vorgegebenen Abstand ist; und Befestigen der Stange an dem Anker.
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Das Verfahren kann optional ein Verpressen der Stange mit dem Anker, ein Verkleben der Stange mit dem Anker, ein Installieren einer Abdeckung an der Ventilaktuatorführung, wobei die Abdeckung einen Hohlraum bildet, in dem der Anker aufgenommen ist, und/oder ein Koppeln einer Spule mit der Abdeckung umfassen.
