DE19807503A1 - Valve arrangement for tank venting systems in motor vehicles - Google Patents
Valve arrangement for tank venting systems in motor vehiclesInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung geht aus von einer Ventileinrichtung, insbesondere zur Tankentlüftung in Kraftfahrzeugen, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention is based on a valve device, in particular for tank ventilation Motor vehicles, according to the preamble of claim 1.
Eine solche Ventileinrichtung dient z. B. der Regenerierung der Aktivkohle in dem Brennstoffverdunstungs-Rückhaltesystem für Brennstoffkreisläufe in Kraftfahrzeugen, wie sie beispielsweise in der Druckschrift Bosch - Technische Unterrichtung, Motormanagement Motronic, 2. Ausgabe, August 1993, auf den Seiten 48 und 49 beschrieben ist. Brennstoffrückhaltesysteme begrenzen die HC-Emissionen und sind mit einem Aktivkohlebehälter ausgerüstet, in dem eine Entlüftungsleitung aus dem Brennstoffbehälter endet. Die Aktivkohle hält den Brennstoffdampf zurück und läßt nur die Luft in die Umgebung entweichen, wodurch gleichzeitig für einen Druckausgleich gesorgt wird. Um die Aktivkohle immer wieder zu regenerieren, führt eine weitere Leitung vom Aktivkohlebehälter zu einem Ansaugrohr, in dem bei Motorbetrieb ein Unterdruck entsteht, der bewirkt, daß Luft aus der Umgebung durch die Aktivkohle in das Ansaugrohr strömt. Dabei werden die zwischengespeicherten Brennstoffdämpfe mitgerissen und der Verbrennung im Motor zugeführt. Der Regenerierstrom wird durch eine Ventileinrichtung der eingangs genannten Art in der Leitung zum Ansaugrohr dosiert.Such a valve device is used, for. B. the regeneration of the activated carbon in the Fuel evaporation retention system for fuel circuits in motor vehicles, such as they, for example, in the Bosch technical briefing, Motor management Motronic, 2nd edition, August 1993, on pages 48 and 49 is described. Fuel retention systems limit HC emissions and are included an activated carbon canister, in which a ventilation line from the Fuel tank ends. The activated carbon holds back the fuel vapor and only lets The air escapes to the environment, which at the same time ensures pressure equalization is taken care of. To regenerate the activated carbon again and again, another leads Pipe from the activated carbon canister to an intake pipe, in which an engine runs Vacuum is created, which causes air from the environment through the activated carbon in the Intake pipe flows. The temporarily stored fuel vapors carried away and fed to the combustion in the engine. The regeneration flow is through metered a valve device of the type mentioned in the line to the intake pipe.
Der Regenerierstrom ist ein Luft-Brennstoff-Gemisch, dessen Zusammensetzung aus mit Brennstoffdampf angereicherter Luft besteht. Wegen seiner nicht bzw. nur sehr aufwendig meßbaren Zusammensetzung stellt der Regenerierstrom für die Lambda-Regelung eine beachtliche Störung dar, da zudem die spezifische Dichte von Brennstoffdampf etwa doppelt so hoch ist wie die von Luft. Die Ventileinrichtung wird deshalb so angesteuert, daß der Aktivkohlebehälter ausreichend gespült wird und die Lambda-Abweichungen möglichst minimal sind. Damit die Gemischadaption unabhängig von Tankentlüftungseinflüssen arbeiten kann, wird das Regenerierventil in regelmäßigen Zeitabständen geschlossen.The regeneration stream is an air-fuel mixture, the composition of which consists of There is fuel vapor enriched air. Because of its not or only very expensive The regeneration current for the lambda control sets a measurable composition considerable disruption, since the specific density of fuel vapor, for example is twice that of air. The valve device is therefore controlled that the activated carbon canister is flushed sufficiently and the lambda deviations are as minimal as possible. So that the mixture adaptation is independent of Tank venting can work, the regeneration valve will be regular Intervals closed.
Eine Ventileinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist in der DE 297 17 078 U1 offenbart. Bei diesem Tankentlüftungsventil ist ein elektromagnetisch betätigbarer Anker mit einem scheibenförmigen Schließkörper verbunden, mittels dem eine freie Querschnittsfläche zwischen einem Zuströmstutzen und einem Abströmstutzen von einer Dichtstellung bis zu einer Maximalstellung stetig veränderbar ist. Der Schließkörper wird aus einer Dichtscheibe mit einer Durchgangsöffnung gebildet, die auf einem Dichtsitz des Abströmstutzens aufliegt. Die Dichtscheibe wird über eine Feder mit einem geringen Anpreßdruck an den Dichtsitz angedrückt, so daß die Dichtscheibe dichtend an diesem anliegt, jedoch beweglich gelagert bleibt. Die Feder wird dabei durch Zapfen an der Dichtscheibe einerseits und an einem Sieb im Zuströmstutzen andererseits geführt. Bei dieser Ausführungsform muß die Feder den Ventilhub mit durchlaufen, so daß sie dabei durch ihre Verformung in einer Richtung radial zu ihrer Längsachse ungewollte Querkräfte auf den Dichtsitz ausübt. Außerdem kann dadurch die Dichtscheibe in ihrer vorgesehenen Halterung verkanten und es entstehen Dichtheitsprobleme am Dichtsitz dieses Tankentlüftungsventils. Durch den begrenzten vertikalen Hub der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung ist der maximale Durchfluß durch die Ventileinrichtung begrenzt.A valve device according to the preamble of claim 1 is in DE 297 17 078 U1 revealed. This tank ventilation valve has an electromagnetically operated one Anchor connected to a disc-shaped closing body, by means of which a free Cross-sectional area between an inflow nozzle and an outflow nozzle of one Sealing position is continuously changeable up to a maximum position. The closing body will formed from a sealing washer with a through hole, which on a sealing seat of Abströmstutzen lies. The sealing washer has a low spring Contact pressure is pressed against the sealing seat so that the sealing washer seals against it is applied, but remains movable. The spring is held by pins on the Sealing washer on the one hand and on a sieve in the inflow nozzle on the other hand. At In this embodiment, the spring has to pass through the valve lift, so that it does so due to their deformation in a direction radial to their longitudinal axis unwanted transverse forces exerts on the sealing seat. This also allows the sealing washer in its intended Tilt the bracket and there are tightness problems at the sealing seat Tank vent valve. Due to the limited vertical stroke of the electromagnetic Actuating device, the maximum flow through the valve device is limited.
Eine andere Ventileinrichtung zur Tankentlüftung ist aus der DE 195 40 021 A1 bekannt. Auch bei dieser Ventileinrichtung erfolgt die Betätigung des Schließkörpers durch die Hubbewegung eines Elektromagneten. Die Ansteuerung des Elektromagneten erfolgt mittels eines puls-breiten-modulierten Erregerstroms. Auch bei dieser Ventileinrichtung ist daher der maximale Durchfluß durch die Ventileinrichtung durch den maximalen Öffnungshub des Elektromagneten begrenzt. In der Praxis besteht bei bestimmten Anwendungsfällen jedoch die Anforderung, relative große Durchflußmengen mit der Ventileinrichtung stetig zuzumessen. Für diese Anwendungsfälle sind die aus der DE 297 17 078 U1 und DE 195 40 021 A1 bekannten Ventileinrichtungen daher nur bedingt geeignet.Another valve device for tank ventilation is known from DE 195 40 021 A1. In this valve device, too, the closing body is actuated by Stroke movement of an electromagnet. The solenoid is activated by means of a pulse-width-modulated excitation current. Also with this valve device hence the maximum flow through the valve device through the maximum Opening stroke of the electromagnet limited. In practice, there are certain Use cases, however, the requirement to use relatively large flow rates with the Constantly measure the valve device. For these use cases, they are from the Valve devices known from DE 297 17 078 U1 and DE 195 40 021 A1 therefore only suitable to a limited extent.
Die erfindungsgemäße Ventileinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß auch große Durchflußmengen durch die Ventileinrichtung exakt und stetig zugemessen werden können. Dadurch, daß die Dichtscheibe nicht einer Translationsbewegung sondern einer Drehbewegung unterworfen ist, ergibt sich ein wesentlich größerer Variationsbereich des Öffnungsquerschnitts. Sowohl geringe Öffnungsquerschnitte als auch große Öffnungsquerschnitte sind mit der erfindungsgemäßen Ventileinrichtung zuverlässig und reproduzierbar einstellbar. Durch das nur geringe Trägheitsmoment der Dichtscheibe ist die Öffnungs- und Schließzeit dennoch relativ kurz. Der Öffnungsquerschnitt ist über den Verdrehungswinkel der Dichtscheibe mit relativ hoher Genauigkeit einstellbar.The valve device according to the invention with the characterizing features of Claim 1 has the advantage that even large flow rates through the Valve device can be measured accurately and continuously. Because the Sealing disc not subjected to a translational movement but a rotary movement there is a much larger variation range of the opening cross-section. Both small opening cross sections and large opening cross sections are with the Valve device according to the invention can be set reliably and reproducibly. By the only small moment of inertia of the sealing washer is the opening and closing time nevertheless relatively short. The opening cross section is over the twist angle of the Sealing disc adjustable with relatively high accuracy.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen Ventileinrichtung möglich.The measures listed in the subclaims are advantageous Further developments of the valve device specified in claim 1 are possible.
In der Dichtscheibe kann eine einzige, längliche Durchgangsöffnung vorgesehen sein, deren radiale Breite sich mit zunehmendem Verdrehungswinkel der Dichtscheibe erweitert. Der Vorteil bei dieser Ausbildung besteht in der stufenlosen Einstellbarkeit jedes Öffnungsquerschnitts der Ventileinrichtung. Alternativ können in der Dichtscheibe mehrere Durchgangsöffnungen mit unterschiedlichem Öffnungsquerschnitt versetzt zueinander angeordnet sein. Die Positionen der einzelnen Durchgangsöffnungen können insbesondere mit einem Schrittmotor rasch eingestellt werden. Der Vorteil dieser Ausbildung besteht insbesondere in der hohen Reproduziergenauigkeit der einzelnen Öffnungsquerschnitte. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Durchgangsöffnungen einen konstanten Versetzungswinkel zueinander aufweisen, so daß die einzelnen Positionen der verschiedenen Durchgangsöffnungen insbesondere mit einem Schrittmotor in einfacher Weise angefahren werden können.A single, elongated passage opening can be provided in the sealing washer, the radial width increases with increasing angle of rotation of the sealing washer. The advantage of this training is the infinitely variable adjustability Opening cross section of the valve device. Alternatively, in the sealing washer several through openings with different opening cross-sections be arranged to each other. The positions of the individual through openings can can be set quickly, especially with a stepper motor. The advantage of this Training consists in particular in the high reproductive accuracy of the individual Opening cross-sections. It is advantageous if the through openings are one have constant offset angles to each other, so that the individual positions of the Different through openings in particular with a stepper motor in a simple way Way can be approached.
Die Betätigungseinrichtung, insbesondere ein von der Betätigungseinrichtung umfaßter Elektromotor, kann die Dichtscheibe entsprechend einer einfachen und kostengünstigen Ausbildung unmittelbar antreiben. Alternativ ist es möglich, die Dichtscheibe über ein Antriebsgetriebe anzutreiben, das in einfacher Weise durch ein Antriebsrad gebildet wird, das eine Verzahnung hat, welche mit einer Verzahnung der Dichtscheibe kämmt. Auf diese Weise kann die Hysterese des Motors minimiert werden. Ferner ergibt sich die Möglichkeit einer geeigneten Über- und Untersetzung.The actuating device, in particular one encompassed by the actuating device Electric motor, the sealing washer can be simple and inexpensive Drive training directly. Alternatively, it is possible to use a sealing washer To drive a drive gear, which is formed in a simple manner by a drive wheel that has a toothing that meshes with a toothing of the sealing washer. On in this way the hysteresis of the motor can be minimized. Furthermore, the Possibility of a suitable step-up and step-down.
Die Dichtscheibe ist vorzugsweise in radialer Richtung nahezu spielfrei und in axialer Richtung beweglich angeordnet und wird mittels einer Feder an dem Dichtsitz axial in Anlage gehalten. Dabei ergibt sich der Vorteil, daß Fertigungstoleranzen der Dichtscheibe und des Dichtsitzes ausgeglichen werden können, so daß sich eine zuverlässige Abdichtung des Dichtsitzes ergibt. Vorzugsweise dreht die Feder mit der Dichtscheibe mit, so daß keine radiale Relativbewegung zwischen der Feder und der Dichtscheibe besteht. Somit werden die Gefahr des Verhakens der Feder oder durch Reibungseffekte hervorgerufene Störungen des Bewegungsablaufs vermieden.The sealing washer is preferably almost free of play in the radial direction and in the axial direction Arranged movably and is axially in by means of a spring on the sealing seat Plant held. This has the advantage that manufacturing tolerances of the sealing washer and the sealing seat can be compensated, so that there is a reliable seal of the sealing seat results. Preferably, the spring rotates with the sealing washer, so that there is no radial relative movement between the spring and the sealing washer. Consequently the danger of the spring getting caught or caused by friction effects Disruptions to the movement sequence avoided.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention are shown in simplified form in the drawing and in the following description explained. Show it:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ventileinrichtung, Fig. 1 shows a longitudinal section through a first embodiment of a valve device according to the invention,
Fig. 2 eine Draufsicht auf die Dichtscheibe einer erfindungsgemäßen Ventileinrichtung entsprechend einer ersten Ausbildung, Fig. 2 is a plan view of the gasket of a valve device according to the invention according to a first embodiment,
Fig. 3 eine Draufsicht auf die Dichtscheibe einer erfindungsgemäßen Ventileinrichtung entsprechend einer zweiten Ausbildung, Fig. 3 is a plan view of the gasket of a valve device according to the invention according to a second embodiment,
Fig. 4 einen ausschnittsweisen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Ventileinrichtung entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel, und Fig. 4 shows a partial section through a valve device according to a further embodiment, and
Fig. 5 eine Draufsicht auf die Dichtscheibe und ein Antriebsrad entsprechend dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel. Fig. 5 is a plan view of the sealing washer and a drive wheel according to the embodiment shown in Fig. 4.
Die in Fig. 1 im Längsschnitt dargestellte Ventileinrichtung 1 dient beispielsweise zur dosierten Einleitung von aus einem nicht dargestellten Brennstofftank einer insbesondere gemischverdichteten, fremdgezündeten Brennkraftmaschine verflüchtigten Brennstoffdampf in ein ebenfalls nicht dargestelltes Ansaugrohr der Brennkraftmaschine. Die Ventileinrichtung 1 ist bei dieser Anwendung Teil eines Brennstoffverdunstungs- Rückhaltesystems der Brennkraftmaschine.The valve device 1 shown in Fig. 1 in longitudinal section is, for example, for the dosed introduction of a non-illustrated fuel tank of a particular mixture compacted, spark-ignition internal combustion engine volatilized fuel steam into a likewise not shown intake pipe of the internal combustion engine. In this application, the valve device 1 is part of a fuel evaporation retention system of the internal combustion engine.
Die Ventileinrichtung hat in dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ein aus zwei Teilen bestehendes Ventilgehäuse. Das in Fig. 1 obere Gehäuseteil 2 dient der Aufnahme einer Betätigungseinrichtung, die im dargestellten Ausführungsbeispiel einen Elektromotor 3, vorzugsweise in Form eines Schrittmotors, umfaßt. Eine Antriebswelle 4 des Elektromotors 3 ist in dem oberen Gehäuseteil 2 und vorzugsweise auch in dem unteren Gehäuseteil 5 konzentrisch zu einer Drehachse 6 gelagert. In dem oberen Gehäuseteil 2 ist ferner ein Anschlußstecker 7 vorgesehen, der zur Verbindung des Elektromotors 3 mit einem elektrischen Steuergerät dient. Dazu weist der Verbindungsstecker 7 entsprechende Kontaktstifte 8 auf. Die beiden Gehäuseteile 2 und 7 können z. B. mittels eines Kunststoff- Spritzgußverfahrens hergestellt sein, wobei der Gehäusestecker 7 an das obere Gehäuseteil 2 mit angespritzt ist.In the exemplary embodiment shown in FIG. 1, the valve device has a valve housing consisting of two parts. The upper housing part 2 in FIG. 1 serves to accommodate an actuating device which, in the exemplary embodiment shown, comprises an electric motor 3 , preferably in the form of a stepping motor. A drive shaft 4 of the electric motor 3 is mounted in the upper housing part 2 and preferably also in the lower housing part 5 concentrically with an axis of rotation 6 . In the upper housing part 2 , a connector 7 is also provided, which serves to connect the electric motor 3 to an electrical control unit. For this purpose, the connector 7 has corresponding contact pins 8 . The two housing parts 2 and 7 can, for. B. be produced by means of a plastic injection molding process, the housing connector 7 being molded onto the upper housing part 2 .
An dem unteren Gehäuseteil 5 ist ein Zuströmstutzen 9, welcher bei der oben genannten Anwendung z. B. über ein Schlauchstück mit dem Brennstofftank verbunden ist, und ein Abströmstutzen 10, welcher bei der oben genannten Anwendung mit dem Ansaugrohr der Brennkraftmaschine beispielsweise ebenfalls über ein Schlauchstück verbunden ist, ausgebildet. Ferner ist an dem unteren Gehäuseteil 5 ein Führungsring 11 vorgesehen, der zur Aufnahme eines zylindrischen Abschnitts 12 des oberen Gehäuseteils 2 dient.On the lower housing part 5 is an inflow 9 , which in the above application z. B. is connected via a piece of hose to the fuel tank, and an outflow nozzle 10 , which is also connected to the intake pipe of the internal combustion engine, for example, also via a piece of hose in the above application. Furthermore, a guide ring 11 is provided on the lower housing part 5 , which serves to receive a cylindrical section 12 of the upper housing part 2 .
Das die erfindungsgemäße Ventileinrichtung 1 durchströmende Medium gelangt über den rohrförmigen Zuströmstutzen 9 zunächst zu einem z. B. flächig ausgebildeten Filter 13. Nach Durchtritt durch den Filter 13 gelangt das strömende Medium in eine Ausnehmung 14 in dem oberen Gehäuseteil 2. Zwischen dem Abströmstutzen 10 und der Ausnehmung 14 befindet sich eine Dichtscheibe 15, die an einem an dem anströmseitigen Ende des Abströmstutzens 10 ausgebildeten Dichtsitz 16 mittels einer Feder 17 in dichtender Anlage gehalten wird. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Feder 17 zwischen der Dichtscheibe 15 und einem Flansch 18 des Elektromotors 3 eingespannt. Die Feder 17 drückt mit einer so dosierten Kraft gegen die Dichtscheibe 15, daß einerseits eine sichere Abdichtung zwischen der Dichtscheibe 15 und dem Dichtsitz 16 gewährleistet ist und andererseits die Beweglichkeit der Dichtscheibe 15 in Rotationsrichtung nicht eingeschränkt ist.The medium flowing through the valve device 1 according to the invention first passes through the tubular inflow nozzle 9 to a z. B. flat filter 13 . After passing through the filter 13 , the flowing medium reaches a recess 14 in the upper housing part 2 . Between the outflow connector 10 and the recess 14 there is a sealing washer 15 which is held in a sealing contact with a sealing seat 16 formed on the upstream end of the outflow connector 10 by means of a spring 17 . In the illustrated embodiment, the spring 17 is clamped between the sealing washer 15 and a flange 18 of the electric motor 3 . The spring 17 presses with a so dosed force against the sealing disc 15, on the one hand a reliable seal between the sealing disc 15 and the sealing seat is ensured 16 and on the other hand the mobility of the sealing disc is not limited in the rotational direction 15 °.
Die Dichtscheibe 15 ist um die Drehachse 6 beweglich angeordnet und mit der Antriebswelle 4 kraftschlüssig verbunden. Die Dichtscheibe 15 kann auch mit der Antriebswelle 4 einstückig ausgebildet und mittels eines geeigneten Kupplungsstücks mit einer Abtriebswelle des Elektromotors 3 verbunden sein.The sealing disk 15 is arranged so as to be movable about the axis of rotation 6 and is non-positively connected to the drive shaft 4 . The sealing disk 15 can also be formed in one piece with the drive shaft 4 and connected to an output shaft of the electric motor 3 by means of a suitable coupling piece.
Die Strömungsrichtung des die Ventileinrichtung durchströmenden Mediums ist zur besseren Veranschaulichung der Erfindung durch Pfeile gekennzeichnet. In der in Fig. l dargestellten Ruhestellung der erfindungsgemäßen Ventileinrichtung 1 ist der Dichtsitz 16 durch die Dichtscheibe 15 verschlossen. Eine in der Nähe des Dichtsitzes 16 erkennbare Durchgangsöffnung 19a befindet sich außerhalb der von dem Dichtsitz 16 umgebenen Öffnung 20 und insbesondere außerhalb der in Fig. 1 dargestellten Schnittebene. Die Durchgangsöffnung 19a ist daher in Fig. 1 gestrichelt gezeichnet. Durch Verdrehen der Dichtscheibe 15 wird die Durchgangsöffnung 19a oder eine andere an der Dichtscheibe 15 vorgesehene Durchgangsöffnung 19b-19k so verdreht, daß sie mit der von dem Dichtsitz 16 umgebenen Öffnung 20 überlappt und somit ein Durchgang zwischen der Ausnehmung 14 und dem Abströmstutzen 10 geschaffen wird. Die Querschnittsfläche zwischen einem Zuströmanschluß 21 an dem Zuströmstutzen 9 und einem Abströmanschluß 22 an dem Abströmstutzen 10 ist daher durch den Querschnitt derjenigen Durchgangsöffnung 19a-19k festgelegt, die durch Verdrehen der Dichtscheibe 15 mit der von dem Dichtsitz 16 umgebenen Öffnung 20 zur Überlappung gebracht wird.The direction of flow of the medium flowing through the valve device is indicated by arrows for better illustration of the invention. In the rest position of the valve device 1 according to the invention shown in FIG. 1 , the sealing seat 16 is closed by the sealing disk 15 . A through opening 19 a recognizable in the vicinity of the sealing seat 16 is located outside the opening 20 surrounded by the sealing seat 16 and in particular outside the sectional plane shown in FIG. 1. The through opening 19 a is therefore drawn in dashed lines in FIG. 1. By turning the sealing washer 15 , the through opening 19 a or another provided on the sealing washer 15 through opening 19 b- 19 k is rotated so that it overlaps with the opening 20 surrounded by the sealing seat 16 and thus a passage between the recess 14 and the outflow nozzle 10 is created. The cross-sectional area between an inflow connection 21 on the inflow connection piece 9 and an outflow connection 22 on the outflow connection piece 10 is therefore defined by the cross section of the through opening 19 a- 19 k which overlap by rotating the sealing disk 15 with the opening 20 surrounded by the sealing seat 16 becomes.
Zum besseren Verständnis der Erfindung ist in Fig. 2 eine Draufsicht auf die Dichtscheibe 15 des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels dargestellt. Wie aus Fig. 2 erkennbar, sind in der Dichtscheibe 15 mehrere versetzt zueinander angeordnete Durchgangsöffnungen 19a-19k vorgesehen. Die Durchgangsöffnungen 19a-19k weisen im dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils einen kreisförmigen Querschnitt auf, wobei sich der Durchmesser der Durchgangsöffnungen 19a-19k mit zunehmendem Verdrehungswinkel α der Dichtscheibe 15 gegenüber einer mit dem Bezugszeichen 30 bezeichneten Ruhestellung kontinuierlich erhöht. In Fig. 1 ist die der Ruhestellung 30 gegenüberliegende Durchgangsöffnung 19f erkennbar.For a better understanding of the invention, FIG. 2 shows a top view of the sealing washer 15 of the embodiment shown in FIG. 1. As seen from Fig. 2, in the sealing plate 15, a plurality arranged mutually offset through holes 19 a-19 k provided. The through holes 19 a-19 k have in the illustrated embodiment each have a circular cross-section, wherein the diameter of the through holes 19 a-19 k with increasing twist angle 15 α of the sealing disk with respect to a direction indicated by reference numeral 30 rest continuously increased. The through opening 19 f opposite the rest position 30 can be seen in FIG .
Die Mittelpunkte der kreisförmigen Durchgangsöffnungen 19a bis 19k sind im in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel auf einer Kreislinie 31, deren Mittelpunkt mit der Drehachse 6 zusammenfällt, versetzt zueinander angeordnet. Die Mittelpunkte der Durchgangsöffnungen 19a bis 19k sind vorzugsweise mit einem konstanten Versetzungswinkel auf der Kreislinie 31 versetzt zueinander angeordnet. In dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt der konstante Versetzungswinkel 30°. In der mit dem Bezugszeichen 30 bezeichneten Ruhestellung ist keine Durchgangsöffnung vorgesehen, so daß in der Ruhestellung die Verbindung zwischen dem Zuströmanschluß 21 und dem Abströmanschluß 22 durch die Dichtscheibe 15 unterbrochen ist. Bei Verdrehen der Dichtscheibe 15 durch die im Ausführungsbeispiel einen Elektromotor 3 in Form eines Schrittmotors umfassende Betätigungseinrichtung wird eine der Durchgangsöffnungen 19a-19k der Dichtscheibe 15 in Überlappung mit der durch den Dichtsitz 16 umgebenen Öffnung 20 gebracht.In the exemplary embodiment shown in FIG. 2, the centers of the circular through openings 19 a to 19 k are arranged offset on one another on a circular line 31 , the center of which coincides with the axis of rotation 6 . The center points of the through openings 19 a to 19 k are preferably arranged offset from one another with a constant offset angle on the circular line 31 . In the embodiment shown in Fig. 2, the constant offset angle is 30 °. In the rest position designated by reference numeral 30 , no through opening is provided, so that in the rest position the connection between the inflow connection 21 and the outflow connection 22 is interrupted by the sealing washer 15 . When the sealing disk 15 is rotated by the actuating device, which in the exemplary embodiment comprises an electric motor 3 in the form of a stepping motor, one of the through openings 19 a- 19 k of the sealing disk 15 is brought into overlap with the opening 20 surrounded by the sealing seat 16 .
Zur besseren Veranschaulichung ist in Fig. 2 der Dichtsitz 16 und die von dem Dichtsitz 16 umgebene Öffnung 20 für die Ruhestellung 30 eingezeichnet. Die Schrittweite des als Schrittmotor ausgebildeten Elektromotors beträgt dabei im Ausführungsbeispiel 30°, so daß jeweils eine der Durchgangsöffnungen 19a-19k reproduzierbar in Überlappung mit der von dem Dichtsitz 16 umgebenen Öffnungen 20 gebracht wird. Jedem Schritt des Elektromotors 3 ist dabei einer Durchgangsöffnung 19a-19k mit in Verdrehungsrichtung zunehmendem Öffnungsquerschnitt zugeordnet, so daß durch Vorgabe der Schrittweite des als Schrittmotor ausgebildeten Elektromotors 3 der Öffnungsquerschnitt der Ventileinrichtung 1 einfach und reproduzierbar eingestellt werden kann. Die Dichtscheibe 15 ist dazu z. B. mittels einer Nut 32 drehfest und nahezu spielfrei mit der Antriebswelle 4 verbunden.For a better illustration, the sealing seat 16 and the opening 20 surrounded by the sealing seat 16 for the rest position 30 are shown in FIG. 2. The step size of the electric motor designed as a stepper motor is 30 ° in the exemplary embodiment, so that one of the through openings 19 a- 19 k is reproducibly brought into overlap with the openings 20 surrounded by the sealing seat 16 . Each step of the electric motor 3 is assigned a through opening 19 a- 19 k with an increasing opening cross section in the direction of rotation, so that the opening cross section of the valve device 1 can be adjusted easily and reproducibly by specifying the step width of the electric motor 3 designed as a stepping motor. The sealing washer 15 is z. B. by means of a groove 32 rotatably and almost free of play with the drive shaft 4 .
In Fig. 3 ist eine alternative Ausbildung der Dichtscheibe 15 dargestellt. Das in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch, daß anstatt mehrerer, versetzt zueinander angeordneter Durchgangsöffnungen 19a-19k mit unterschiedlichem Öffnungsquerschnitt eine einzige Durchgangsöffnung 34 vorgesehen ist, deren radiale Breite a sich mit zunehmendem Verdrehungswinkel α gegenüber der Ruhestellung 30 vergrößert. Im dargestellten Ausführungsbeispiel erstreckt sich die längliche Durchgangsöffnung 34 nur über einen Winkelbereich von etwa 90°. Es ist jedoch möglich zur Verbesserung der Einstellgenauigkeit einen größeren Winkelbereich, insbesondere einen Winkelbereich von nahezu 360° auszunutzen und die radiale Breite a der Durchgangsöffnung 34 über den gesamten Winkelvariationsbereich kontinuierlich zu erhöhen.An alternative embodiment of the sealing disk 15 is shown in FIG. 3. The embodiment shown in Fig. 3 differs from the embodiment shown in Fig. 2 in that instead of several, offset staggered through openings 19 a- 19 k with different opening cross-section, a single through opening 34 is provided, the radial width a increases with increasing angle of rotation α enlarged compared to the rest position 30 . In the exemplary embodiment shown, the elongated through opening 34 extends only over an angular range of approximately 90 °. However, in order to improve the setting accuracy, it is possible to use a larger angular range, in particular an angular range of almost 360 °, and to continuously increase the radial width a of the through opening 34 over the entire angular variation range.
Der Vorteil des in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiels besteht darin, daß die Überlappungsfläche, die die Durchgangsöffnung 34 der Dichtscheibe 15 mit der von dem Dichtsitz 16 umgebenen Öffnung 20 bildet, stufenlos, bzw. bei Verwendung eines feinrasternden Schrittmotors in feinen Rasterstufen eingestellt werden kann.The advantage of the embodiment shown in FIG. 3 is that the overlap area which forms the through opening 34 of the sealing washer 15 with the opening 20 surrounded by the sealing seat 16 can be adjusted continuously or in fine raster steps when using a finely rastering stepping motor.
Die Dichtscheibe 15 ist zwar in Rotationsrichtung nahezu spielfrei mit der Antriebswelle 4 verbunden. Jedoch ist es vorteilhaft, die Dichtscheibe 15 in axialer Richtung in gewissen Grenzen beweglich anzuordnen, so daß die Dichtscheibe 15 durch die Feder 17 gegen den Dichtsitz 16 in der bereits beschriebenen Weise angedrückt werden kann und sich eine zuverlässige Abdichtung des Dichtsitzes 16 ergibt.The sealing disk 15 is connected to the drive shaft 4 almost without play in the direction of rotation. However, it is advantageous to arrange the sealing disk 15 in the axial direction within certain limits movable so that the sealing disc can be pressed 15 by the spring 17 against the sealing seat 16 in the manner already described and a reliable seal of the sealing seat 16 is obtained.
Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ventileinrichtung. Die Ventileinrichtung 1 ist in Fig. 4 nur auszugsweise insoweit dargestellt, als Änderungen gegenüber dem anhand von Fig. 1 bereits beschriebenen Ausführungsbeispiel betroffen sind. Bereits beschriebene Elemente sind mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen, so daß sich insoweit eine wiederholende Beschreibung erübrigt. Fig. 4 shows another embodiment of the valve device according to the invention. The valve device 1 is only partially shown in FIG. 4 insofar as changes compared to the embodiment already described with reference to FIG. 1 are affected. Elements which have already been described are provided with the same reference numerals, so that a repetitive description is unnecessary.
Im Gegensatz zu dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Dichtscheibe 15 durch die Betätigungseinrichtung, d. h. im Ausführungsbeispiel durch den Elektromotor 3, nicht direkt sondern indirekt angetrieben. Die Antriebswelle 4 ist daher nicht koaxial zu der Drehachse 6 der Dichtscheibe 15 angeordnet, sondern versetzt dazu. Der Elektromotor 3 treibt über die in dem unteren Gehäuseteil 5 gelagerte Antriebswelle 4 zunächst ein Antriebsrad 40 an. Die Dichtscheibe 15 und das Antriebsrad 40 sind zur besseren Veranschaulichung in Fig. 5 in einer Draufsicht dargestellt.In contrast to the exemplary embodiment shown in FIG. 1, the sealing disk 15 is not driven directly but indirectly by the actuating device, ie in the exemplary embodiment by the electric motor 3 . The drive shaft 4 is therefore not arranged coaxially to the axis of rotation 6 of the sealing disk 15 , but offset to it. The electric motor 3 first drives a drive wheel 40 via the drive shaft 4 mounted in the lower housing part 5 . The sealing disk 15 and the drive wheel 40 are shown in a top view for better illustration in FIG. 5.
Wie aus Fig. 5 zu erkennen, weisen sowohl das Antriebsrad 40 als auch die Dichtscheibe 15 zumindest über einen Teilbereich ihres Umfangs jeweils eine Verzahnung 41 bzw. 42 auf, die miteinander kämmen. Der Antrieb des Antriebsrads 40 bewirkt daher ein Verdrehen der Dichtscheibe 15 in umgekehrter Drehrichtung. Die Dichtscheibe 15 ist entsprechend dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ausgebildet und weist eine längliche Durchgangsöffnung 34 auf, deren radiale Breite a sich mit zunehmendem Verdrehungswinkel α der Dichtscheibe 15 erweitert. Selbstverständlich ist es auch möglich, eine Dichtscheibe 15 entsprechend dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel mit dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4 zu kombinieren und auch diese Dichtscheibe 15 indirekt anzutreiben.As can be seen from FIG. 5, both the drive wheel 40 and the sealing disk 15 each have a toothing 41 or 42 , which mesh with one another, at least over part of their circumference. The drive of the drive wheel 40 therefore causes the sealing disk 15 to rotate in the opposite direction of rotation. The sealing disk 15 is designed in accordance with the exemplary embodiment shown in FIG. 3 and has an elongated through-opening 34 , the radial width a of which widens as the angle of rotation α of the sealing disk 15 increases. Of course, it is also possible to combine a sealing washer 15 in accordance with the exemplary embodiment shown in FIG. 2 with the exemplary embodiment of FIG. 4 and also to drive this sealing washer 15 indirectly.
Das durch die Ventileinrichtung 1 strömende Medium tritt über den Zuströmanschluß 21 in die Ventileinrichtung 1 ein, wobei der nicht weiter dargestellte Zuströmstutzen bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel sich senkrecht zu der Zeichenebene erstreckt. Die Strömungsrichtung des Mediums ist zur besseren Veranschaulichung wiederum durch Pfeile kenntlich gemacht. Das strömende Medium tritt zunächst durch den Filter 13 hindurch. In dem Antriebsrad 40 sind Durchgangsöffnungen 43 vorgesehen. In ähnlicher Weise sind in der Dichtscheibe 15 weitere Durchgangsöffnungen 44 vorgesehen, die in diesem Bereich einen ungehinderten Durchtritt des strömenden Mediums durch die Dichtscheibe 15 und das Antriebsrad 40 in Anströmrichtung zu bewirken. Die Durchgangsöffnungen 44 wirken daher im Gegensatz zu der Durchgangsöffnung 34 nicht mit dem Dichtsitz 16 zusammen. Die Durchgangsöffnungen 44 könnten ggf. auch entfallen, sofern die Anzahl der Durchgangsöffnungen 43 in dem Antriebsrad 40 ausreichend ist. Die Führung des strömenden Mediums könnte in Anströmrichtung auch in anderer Weise als durch das Antriebsrad 40 und die Dichtscheibe 15 hindurch erfolgen. Die Durchgangsöffnungen 43 und 44 tragen auch zu einer Reduzierung des Trägheitsmoments des Antriebsrads 40 und der Dichtscheibe 15 bei, wodurch das Ansprechverhalten, d. h. die Öffnungszeit und die Schließzeit der Ventileinrichtung 1 verbessert wird. Während der Dichtsitz 16 in der in Fig. 4 dargestellten Grundstellung verschlossen ist, wird der Dichtsitz 16 mit zunehmender Verdrehung der Dichtscheibe 15 geöffnet. Flowing through the valve device 1, fluid enters through the inflow connection 21 a in the valve device 1, wherein the inlet fitting, not shown in the illustrated in Fig. 4 embodiment, extends perpendicularly to the drawing plane. The direction of flow of the medium is again indicated by arrows for better illustration. The flowing medium first passes through the filter 13 . Through openings 43 are provided in the drive wheel 40 . In a similar manner, further through openings 44 are provided in the sealing disk 15 , which in this region cause the flowing medium to pass freely through the sealing disk 15 and the drive wheel 40 in the direction of flow. In contrast to the through opening 34 , the through openings 44 therefore do not interact with the sealing seat 16 . The through openings 44 could possibly also be omitted if the number of through openings 43 in the drive wheel 40 is sufficient. The flowing medium could also be guided in the flow direction in a different way than through the drive wheel 40 and the sealing disk 15 . The through openings 43 and 44 also contribute to a reduction in the moment of inertia of the drive wheel 40 and the sealing disk 15 , as a result of which the response behavior, ie the opening time and the closing time, of the valve device 1 is improved. While the sealing seat 16 is closed in the basic position shown in FIG. 4, the sealing seat 16 is opened with increasing rotation of the sealing disk 15 .
Die Feder 17 ist bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel zwischen der Dichtscheibe 15 und einem Federteller 46 eingespannt. Der Federteller 46 ist an einem Holm 45 befestigt, welcher koaxial zu der Drehachse 6 der Dichtscheibe 15 angeordnet ist. Der Holm 45, der Federteller 46 und die Feder 17 drehen daher mit der Dichtscheibe 15 mit. Durch die Mitbewegung der Feder 17 wird der Gefahr des Verhakens der Feder 17 und einer Störung des Bewegungsablaufs durch Reibungseffekte begegnet.In the exemplary embodiment shown in FIG. 4, the spring 17 is clamped between the sealing disk 15 and a spring plate 46 . The spring plate 46 is fastened to a spar 45 which is arranged coaxially with the axis of rotation 6 of the sealing disk 15 . The spar 45 , the spring plate 46 and the spring 17 therefore rotate with the sealing washer 15 . Due to the co-movement of the spring 17 , the risk of the spring 17 getting caught and a disruption of the movement sequence due to friction effects are countered.
Das in Fig. 4 dargestellte Ausführungsbeispiel hat gegenüber dem einfacheren Ausführungsbeispiel der Fig. 1 den Vorteil, daß durch die Verzahnung die Hysterese des Elektromotors 3 minimiert werden kann. Ferner kann die Winkelgeschwindigkeit der Dichtscheibe 15 durch eine geeignete Über- oder Untersetzung variiert werden und somit das dynamische Verhalten der Ventileinrichtung 1 an den Anwendungsfall angepaßt werden.The embodiment shown in FIG. 4 has the advantage over the simpler embodiment of FIG. 1 that the hysteresis of the electric motor 3 can be minimized by the toothing. Furthermore, the angular velocity of the sealing disk 15 can be varied by a suitable step-up or step-down and thus the dynamic behavior of the valve device 1 can be adapted to the application.
Allen Ausführungsbeispielen ist gemeinsam, daß die erfindungsgemäße Ventileinrichtung 1 auch zum Zumessen sehr großer maximaler Durchflußmengen geeignet ist. Durch die relativ genaue Einstellung des Drehwinkels ergibt sich eine relativ genaue Zumessung. Das Steuersignal für den vorzugsweise als Schrittmotor ausgebildeten Elektromotor 3 ist verglichen mit einem puls-weiten-modulierten Steuersignal, wie es für die Ansteuerung der bekannten Ventileinrichtung erforderlich ist, vergleichsweise einfach.All of the exemplary embodiments have in common that the valve device 1 according to the invention is also suitable for metering very large maximum flow rates. The relatively precise setting of the angle of rotation results in a relatively precise metering. The control signal for the electric motor 3, which is preferably designed as a stepper motor, is comparatively simple compared to a pulse-width-modulated control signal, as is required for the control of the known valve device.
Claims (12)
einem Ventilgehäuse (2, 5), das einen Zuströmanschluß (21) und einen Abströmanschluß (22) aufweist,
einem durch eine Dichtscheibe (15) verschließbaren Dichtsitz (16), und
einer Betätigungseinrichtung (3, 4) zur Betätigung der Dichtscheibe (15), wobei die Dichtscheibe (15) zumindest eine Durchgangsöffnung (19a-19k; 34) aufweist, die bei Betätigung der Betätigungseinrichtung (3, 4) mit einer von dem Dichtsitz (16) umgebenen Öffnung (20) überlappt, und die Querschnittsfläche zwischen dem Zuströmanschluß (21) und dem Abströmanschluß (22) durch die Überlappungsfläche, die die Durchgangsöffnung (19a-19k; 34) der Dichtscheibe (15) mit der von dem Dichtsitz (16) umgebenen Öffnung (20) bildet, gegeben ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Dichtscheibe (15) um eine Drehachse (6) drehbar gelagert ist und durch die Betätigungseinrichtung (3, 4) in eine Drehbewegung versetzbar ist und
daß die Überlappungsfläche, die die zumindest eine Durchgangsöffnung (19a-19k; 34) der Dichtscheibe (15) mit der von dem Dichtsitz (16) umgebenen Öffnung (20) bildet, von dem Verdrehungswinkel (α) der Dichtscheibe (15) gegenüber einer Ruhestellung (30) abhängt.1. Valve device ( 1 ), in particular for tank ventilation in motor vehicles, with
a valve housing ( 2 , 5 ) which has an inflow connection ( 21 ) and an outflow connection ( 22 ),
a sealing seat ( 16 ) which can be closed by a sealing disk ( 15 ), and
an actuating device ( 3 , 4 ) for actuating the sealing washer ( 15 ), the sealing washer ( 15 ) having at least one through opening ( 19 a- 19 k; 34 ) which, when the actuating device ( 3 , 4 ) is actuated, has one of the sealing seats ( 16 ) overlaps the opening ( 20 ), and the cross-sectional area between the inflow connection ( 21 ) and the outflow connection ( 22 ) through the overlap area which the through opening ( 19 a- 19 k; 34 ) of the sealing washer ( 15 ) with that of Sealing seat ( 16 ) forms the surrounding opening ( 20 ),
characterized by
that the sealing disc ( 15 ) is rotatably mounted about an axis of rotation ( 6 ) and can be set into a rotary movement by the actuating device ( 3 , 4 ) and
that the overlap area which forms the at least one through opening ( 19 a- 19 k; 34 ) of the sealing washer ( 15 ) with the opening ( 20 ) surrounded by the sealing seat ( 16 ) from the angle of rotation (α) of the sealing washer ( 15 ) depends on a rest position ( 30 ).
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