DE202004021836U1

DE202004021836U1 - Sitzventil

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Publication number: DE202004021836U1
Application number: DE202004021836U
Authority: DE
Original assignee: Kendrion Binder Magnete GmbH
Current assignee: Kendrion Binder Magnete GmbH
Priority date: 2003-12-01
Filing date: 2004-11-30
Publication date: 2011-08-03
Anticipated expiration: 2014-12-01
Also published as: DE102004057873A1; DE102004057873C5; DE102004057873B4; DE10356645A1

Abstract

Sitzventil (8) mit – einem Leitungssystem (90, 91) zum Hindurchleiten eines auf einer Zuflussseite zufließenden Mediums, – einem Sitz (2) und einem verstellbaren Schließelement (7) im Leitungssystem (90, 91) zum zumindest teilweisen Verschließen und Öffnen des Leitungssystems für das Medium und – einer Stelleinrichtung (3, 5, 6, 60) zum Verstellen des Schließelements (7), – wobei das Schließelement (7) in unbetätigtem Zustand der Stelleinrichtung (3, 5, 6, 60) das Leitungssystem (90, 91) verschließt, dadurch gekennzeichnet, dass – das Schließelement (7) auf der Zuflussseite des Sitzes (2) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Sitzventil mit einem Leitungssystem zum Hindurchleiten eines Mediums, welches auf einer Zuflussseite zufließt. Das Sitzventil weist im Leitungssystem einen Sitz und ein verstellbares Schließelement zum zumindest teilweisen Verschließen und Öffnen des Leitungssystems für das Medium auf. Eine Stelleinrichtung dient zum Verschließen des Schließelements, wobei die Stelleinrichtung üblicherweise eine Spule und einen Anker aufweist. Das Schließelement dient im unbetätigten Zustand der Stelleinrichtung zum Verschließen des Leitungssystems. Es handelt sich um einen konstruktiven Aufbau eines stromlos geschlossenen Sitzventils, das proportional einen Volumenstrom oder Druck steuern kann. Bei einer derartigen Ausführung eines Sitzventils arbeitet der Proportionalmagnet, welcher durch die Spulen- und Ankeranordnung ausgebildet wird, gegen den Druck an, dies beispielsweise bei einem Aufbau mit Düse und Prallplatte. Durch eine Druckfeder sind solche Sitzventile stromlos geschlossen. Nachteilhaft bei solchen Sitzventilen kann der definierte Ventilöffnungsdruck sein, der durch die Druckfeder vorgegeben ist.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Sitzventil vorzuschlagen, welches druckunabhängig stromlos geschlossen ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Sitzventil mit den Merkmalen des Schutzanspruchs 1 gelöst.
Bevorzugt wird demgemäss ein Sitzventil mit einem Leitungssystem zum Hindurchleiten eines auf einer Zuflussseite zufließenden Mediums, mit einem Sitz und einem verstellbaren Schließelement im Leitungssystem zum zumindest teilweisen Verschließen und Öffnen des Leitungssystems für das Mediums und mit einer Stelleinrichtung zum Verstellen des Schließelements, wobei das Schließelement im unbetätigten Zustand der Stelleinrichtung das Leitungssystem verschließt und wobei das Schließelement vorteilhafterweise auf der Zuflussseite des Sitzes angeordnet ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen.
Bevorzugt wird insbesondere ein Sitzventil, bei dem das Schließelement dimensioniert, ausgebildet und angeordnet ist, im verschließenden Zustand von einem Druck des Mediums gegen den Sitz drückbar zu sein.
Bevorzugt wird insbesondere ein Sitzventil mit einem elastischen Element zum Spannen des Schließelements gegen den Sitz, wobei das elastische Element das Schließelement von der Zuflussseite aus gegen den Sitz drückt.
Bevorzugt wird insbesondere ein Sitzventil mit zumindest einem elastischen Element zum Spannen der Stelleinrichtung entgegen einer Betätigungsrichtung zum Betätigen des Schließelements.
Bevorzugt wird insbesondere ein Sitzventil mit dem elastischen Element zum Spannen des Schließelements gegen den Sitz und mit einem weiteren elastischen Element zum spannen der Stelleinrichtung entgegen der Betätigungsrichtung.
Bevorzugt wird insbesondere ein Sitzventil, wobei die Stelleinrichtung am Schließelement der Zuflussseite gegenüberliegend angeordnet ist zum Betätigen des Schließelements entgegen der Zuflussrichtung.
Bevorzugt wird insbesondere ein Sitzventil, bei dem ein Stellelement der Stelleinrichtung durch den Sitz hindurch gegen das Schließelement gefuhrt ist.
Bevorzugt wird insbesondere ein Sitzventil, bei dem die Stelleinrichtung einen elektromagnetischen Antrieb mit einem Anker aufweist.
Bevorzugt wird insbesondere ein Sitzventil, bei dem in und entgegen einer Betätigungsrichtung des Ankers jeweils ein elastisches Element bzw. ein elastisches Ausgleichselement zum Vorspannen der Stelleinrichtung gegen das Schließelement angeordnet ist.
Bevorzugt wird insbesondere ein Sitzventil, bei dem das bzw. die elastischen Elemente durch Federn ausgebildet sind.
Bevorzugt wird insbesondere ein Sitzventil, bei dem der Sitz langs einer Betätigungsachse der Stelleinrichtung angeordnet ist.
Durch das Sitzventil wird eine konstruktive Ausgestaltung vorgeschlagen, bei der das Ventil druckunabhängig stromlos geschlossen ist. Dabei wird der Dichtsitz geschlossen, indem das Schließelement durch den Druck des Mediums oder einer Feder niedergehalten wird. In diesem Fall kann der Magnet der Stelleinrichtung keine proportionale Steuerung gegen den Druck des Mediums vornehmen, da eine Stromerhöhung ein sofortiges offnen des Sitzes bewirken würden. Das proportionale Sitzventil ist entsprechend derart aufgebaut, dass der Magnet bzw. Elektromagnet gegen zumindest eine Feder arbeitet.
Die Konstruktion des Sitzventils ermöglicht vorteilhaft einen einfachen konstruktiven Aufbau, welcher fertigungstechnisch günstig gestaltet ist und dadurch leicht montiert werden kann. Insbesondere ergibt sich dadurch ein günstiger Herstellungspreis.
Das bevorzugte proportionale Sitzventil ist stromlos geschlossen. Das Schließelement befindet sich auf der Druckseite, wobei der Sitz geschlossen wird, indem der Druck des Mediums und/oder einer Feder das Schließelement gegen den Sitz abdichtet. Das proportionale Sitzventil basiert hinsichtlich der Wirkungsweise darauf, dass der Magnet gegen eine Feder arbeitet. Vorzugsweise ist der Magnetanker der Stelleinrichtung zwischen zwei Federn eingespannt, wobei anstelle beschriebener Schraubenfedern beispielsweise auch Membranfedern eingesetzt werden können. Ein Toleranzausgleich wird vorgenommen, bei dem der Ventilsitz auf der Betätigungsachse bzw. Spulenachse der Stelleinrichtung aufgesetzt ist.
Ein Ausführungsbeispiel wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
1 eine Schnittdarstellung eines bevorzugten Sitzventils.
Wie aus 1 ersichtlich, besteht ein bevorzugtes Sitzventil aus einer Vielzahl für sich bekannter Komponenten, welche nachfolgend zur Vereinfachung nicht beschrieben werden. In einem Gehäuse 0 ist eine elektromagnetische Stelleinrichtung 3, 5 angeordnet. Diese besteht aus einem Spulensystem mit zumindest einer Spule 3, welche ringförmig um einen Betatigungsraum angeordnet ist, in welchem ein Anker 5 in Richtung einer Spulenachse X verstellbar angeordnet ist.
In vorderseitiger Richtung bzw. ventilseitiger Richtung des Ankers 5 ist das Gehäuse 0 durch ein Ventil verschlossen. Durch das Ventil 8 führt ein Leitungssystem mit einer Zuleitung 91 und einer Ableitung 90. Die Zuleitung 91 dient zum Zuführen eines auf einer entsprechenden Zuflussseite zufließenden Mediums. Die Ableitung 90 dient zum Ableiten des Mediums. Das Medium kann insbesondere flüssig, gasförmig oder fluid sein und steht auf der Zuflussseite ublicherweise, jedoch nicht zwingend unter einem Druck P. Zum zumindest teilweisen Verschließen und Öffnen des Leitungssystems ist in dem Leitungssystem ein Sitz 2 als Ventilsitz bzw. Dichtsitz angeordnet. Zum vollständigen oder teilweisen Verschließen der Öffnung in dem Sitz 2 dient ein Schließelement 7, welches als Dichtelement bei der dargestellten Ausführungsform kugelförmig ausgebildet ist. Jedoch sind auch andere Formen des Dichtelements in fur sich bekannter Art und Weise einsetzbar.
Der Sitz 2 ist dabei in Stellrichtung des Spulensystems bzw. des Ankers 5 angeordnet. Durch den Anker 5 wird längs der Betätigungs- bzw. Spulenachse X, welche entsprechend auch eine Verstell- und Ventilachse ausbildet, ein Stellelement 6 in Richtung des Sitzes 2 hin und her bewegt. Ein vorderer Abschnitt 60 des Stellelements 6 ragt dabei durch die Öffnung des Sitzes 2 zum Betätigen des Schließelements 7 hindurch. Die Dimension des vorderen Abschnittes 60 des Stellelements 6 ist dabei relativ zu der Offnungsdimension des Sitzes 2 so bemessen, dass zwischen dem Umfang des vorderen Abschnitts 60 des Stellelements 6 und den Wandungen der Öffnung des Sitzes 2 das Medium im geöffneten Ventilzustand ausreichend hindurchströmen kann.
Zum Verschließen der Öffnung des Sitzes 2 wird das Schließelement 7 aus vorderseitiger Richtung, das heißt von der Zuflussseite des Mediums aus, gegen die Öffnung in den Sitz 2 gedrückt. Der Schließdruck kann dabei durch den Druck P des Mediums selber aufgebracht werden. Bevorzugt wird jedoch eine Anordnung, bei der das Schließelement 7 mittels eines elastischen Elements 1, beispielsweise einer Schraubenfeder, von der Zuflussseite aus gegen den Sitz 2 bzw. dessen Öffnung gedrückt wird. Im unbetätigten Zustand wird daher das Schließelement 7 durch den Druck P des Mediums und/oder durch die Kraft des elastischen Elements 1 gegen die Öffnung im Sitz 2 zum Verschließen des Ventils gedrückt. Im unbetätigten Zustand ragt der vordere Abschnitt 60 des Stellelements 6 entsprechend in Richtung der Zuflussseite nur so weit, dass das Schließelement 7 die Öffnung im Sitz 2 vollständig verschließen kann.
Zum teilweisen oder vollständigen Öffnen des Ventils für den Durchfluss des Mediums wird durch anlegen eines Stroms bzw. einer Spannung an die Spule 3 der Anker 5 längs der Spulenachse X in Richtung der Zuflussseite verstellt. Über den Anker 5 wird das Stellelement 6 mit dem vorderen Abschnitt 60 so weit verstellt, dass mittels des stirnseitigen Endes des vorderen Abschnitts 60 des Stellelements 6 das Schließelement 7 entgegen der dieses gegen den Sitz 2 drückenden Kraft verstellt wird, um die Öffnung in dem Sitz 2 für den Durchfluss des Mediums zu öffnen.
Der Anker 5 ist im Gehäuse 0 bzw. relativ zu der Spule 3 elastisch eingespannt. Die Einspannung besteht dabei aus einem ersten elastischen Ausgleichselement 41, insbesondere einer Schraubenfeder, welche den Anker 5 in Längsrichtung der Spulenachse X in Richtung des Ventils bzw. Sitzes 2 beaufschlagt (Kraftwirkung in Richtung der Magnetkraft). Ein weiteres elastisches Element 40 ist zwischen einer rückseitigen Wandung des Ventils 8 und der Vorderseite des Ankers 5 angeordnet und bewirkt eine elastische Gegenkraft in Gegenrichtung zum Rückstellen des Ankers 5 in unbetätigtem Zustand, so dass der Anker 5 in unbetätigtem Zustand zum Sitz 2 hin verstellt wird und dadurch der vordere Abschnitt 60 des Stellelements 6 soweit zurück gestellt wird, dass das Schließelement 7 die Öffnung im Sitz 2 verschließen kann.
Das weitere elastische Element 40 muss nicht zwingend zu einer vollständigen Rückstellung des Ankers 5 gegen die Kraft des elastischen Ausgleichselements 41 dimensioniert sein. Gegebenenfalls reicht auch eine Rückstellkraft durch Kombination der Kraft des weiteren elastischen Elements 40 und des vorderseitigen elastischen Elements 1 aus, um ein Verschließen der Öffnung im Sitz 2 durch das Schließelement 7 zu bewirken, wobei das vordere elastische Element 1 über das Schließelement 7 eine rückstellende Kraft auf den vorderseitigen Abschnitt 60 des Stellelements 6 ausübt. Über das gegenseitige Verspannen der Federelemente wird erreicht, dass die proportionale Volumenstromstellung bei Betätigung der Magnetkraft bei geringem Druckeinfluss erfolgen kann.
Das erfindungsgemäße Sitzventil wird bevorzugt in Hochdruckanwendungen verwendet, insbesondere zur Volumenstromregelung bei Hochdruckpumpen, wie sie beispielsweise in Common-Rail-Systemen von Kraftfahrzeugen Anwendung finden. Die Verwendung des erfindungsgemäßen Sitzventils ist jedoch keinesfalls auf diesen Einsatzbereich beschränkt. Vielmehr kann es auch die anderen Hoch- oder Niederdruckumgebungen vorteilhaft eingesetzt werden.
Weiterhin kann das erfindungsgemäße Sitzventil in seiner konstruktiven Ausgestaltung normal geschlossen oder normal geöffnet ausgeführt werden. Vorzugsweise ist es jedoch normal geschlossen ausgeführt.

Claims

Sitzventil (8) mit – einem Leitungssystem (90, 91) zum Hindurchleiten eines auf einer Zuflussseite zufließenden Mediums, – einem Sitz (2) und einem verstellbaren Schließelement (7) im Leitungssystem (90, 91) zum zumindest teilweisen Verschließen und Öffnen des Leitungssystems für das Medium und – einer Stelleinrichtung (3, 5, 6, 60) zum Verstellen des Schließelements (7), – wobei das Schließelement (7) in unbetätigtem Zustand der Stelleinrichtung (3, 5, 6, 60) das Leitungssystem (90, 91) verschließt, dadurch gekennzeichnet, dass – das Schließelement (7) auf der Zuflussseite des Sitzes (2) angeordnet ist.
Sitzventil (8) mit – einem Leitungssystem (90, 91) zum Hindurchleiten eines auf einer Zuflussseite zufließenden Mediums, – einem Sitz (2) und einem verstellbaren Schließelement (7) im Leitungssystem (90, 91) zum zumindest teilweisen Verschließen und Offnen des Leitungssystems für das Medium und – einer Stelleinrichtung (3, 5, 6, 60) zum Verstellen des Schließelements (7), – wobei das Schließelement (7) auf der Zuflussseite des Sitzes (2) angeordnet ist und – das Schließelement (7) in unbetätigtem Zustand der Stelleinrichtung (3, 5, 6, 60) das Leitungssystem (90, 91) verschließt, dadurch gekennzeichnet, dass – ein proportionaler Volumenstrom oder Druck dadurch unter geringer Abhängigkeit von dem Druck des einströmenden Mediums regelbar ist, dass der Magnet gegen eine Feder (1, 40) arbeitet.
Sitzventil nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem das Schließelement (7) dimensioniert, ausgebildet und angeordnet ist, im verschließenden Zustand von einem Druck (P) des Mediums gegen den Sitz (2) drückbar zu sein.
Sitzventil nach einem vorhergehenden Anspruch mit einem elastischen Element (1) zum Spannen des Schließelements (7) gegen den Sitz (2), wobei das elastische Element (1) das Schließelement (7) von der Zuflussseite aus gegen den Sitz drückt.
Sitzventil nach einem vorstehenden Anspruch mit zumindest einem elastischen Element (1, 40) zum Spannen der Stelleinrichtung (3, 5, 6) entgegen einer Betätigungsrichtung zum Betätigen des Schließelements (7).
Sitzventil nach Anspruch 4 oder 5 mit dem elastischen Element (1) zum Spannen des Schließelements (7) gegen den Sitz (2) und mit einem weiteren elastischen Element (40) zum Spannen der Stelleinrichtung (3, 5, 6) entgegen der Betatigungsrichtung.
Sitzventil nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Stelleinrichtung (3, 5, 6, 60) am Schließelement (7) der Zuflussseite gegenüberliegend angeordnet ist zum Betätigen des Schließelements (7) entgegen der Zuflussrichtung.
Sitzventil nach einem vorstehenden Anspruch, bei dem ein Stellelement (60) der Stelleinrichtung (3, 5, 6) durch den Sitz (2) hindurch gegen das Schließelement (7) geführt ist.
Sitzventil nach einem vorstehenden Anspruch, bei dem die Stelleinrichtung (3, 5, 6) einen elektromagnetischen Antrieb (3, 5) mit einem Anker (5) aufweist.
Sitzventil nach Anspruch 9, bei dem in und entgegen einer Betätigungsrichtung des Ankers (5) jeweils ein elastisches Element (1, 40) bzw. ein elastisches Ausgleichselement (41) zum Vorspannen der Stelleinrichtung (5, 6) gegen das Schließelement (7) angeordnet ist.
Sitzventil nach einem der Ansprüche 4, 5, 6 oder 10, bei dem das bzw. die elastischen Elemente (1, 40, 41) durch Federn ausgebildet sind.
Sitzventil nach einem vorstehenden Anspruch, bei dem der Sitz (2) längs einer Betätigungsachse (X) der Stelleinrichtung (3, 5, 6) angeordnet ist.
Sitzventil nach einem vorstehenden Anspruch, bei dem ein proportionaler Volumenstrom oder Druck dadurch unter geringer Abhängigkeit von dem Druck des einströmenden Mediums regelbar ist, dass der Magnet gegen eine Feder (1, 40) arbeitet.
Sitzventil nach einem vorstehenden Anspruch, das in der konstruktiven Ausgestaltung (2, 90, 91) normal geschlossen oder normal geöffnet ausgeführt ist, vorzugsweise jedoch normal geschlossen.
Sitzventil nach einem vorstehenden Anspruch, bei dem ein Toleranzausgleich vorgesehen ist, bei dem der Ventilsitz (2) auf der Betätigungsachse der Stelleinrichtung (3) aufgesetzt ist.