EP2820291B1 - Ventil zum zumessen von fluid - Google Patents

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EP2820291B1
EP2820291B1 EP13701450.2A EP13701450A EP2820291B1 EP 2820291 B1 EP2820291 B1 EP 2820291B1 EP 13701450 A EP13701450 A EP 13701450A EP 2820291 B1 EP2820291 B1 EP 2820291B1
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EP
European Patent Office
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valve
pot
piston
cap
coupler
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EP13701450.2A
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English (en)
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Dietmar Schmieder
Thomas Koch
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • F02M63/0012—Valves
    • F02M63/0014—Valves characterised by the valve actuating means
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    • F02M2200/70—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger
    • F02M2200/703—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger hydraulic
    • F02M2200/705—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger hydraulic with means for filling or emptying hydraulic chamber, e.g. for compensating clearance or thermal expansion
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    • F02M2200/703—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger hydraulic
    • F02M2200/707—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger hydraulic with means for avoiding fuel contact with actuators, e.g. isolating actuators by using bellows or diaphragms

Definitions

  • the invention is based on a valve for metering fluid according to the preamble of claim 1, wherein the standing for a flowing or flowing medium superordinate term fluid is used in accordance with the fluid flow theory for gases and liquids.
  • a known fuel injection valve ( DE 10 2004 002 134 A1 ) has a hydraulic coupler, which is arranged in a received in a valve housing valve assembly consisting of an injection opening controlling valve needle and the valve needle actuated piezoelectric or magnetostrictive actuator, and is supported non-positively via one gimbal bearing on the valve needle and actuator.
  • the hydraulic coupler is used to compensate for differences in length, resulting from temperature changes due to different expansions of valve housing or valve needle and actuator, so that no gap can form between the valve needle and actuator and is always guaranteed that the full stroke of the actuator 1: 1 on the Valve needle is transferred.
  • the hydraulic coupler has a housing pot with pot bottom, pot casing and pot opening and a piston axially displaceably guided in the housing pot, wherein between piston and bottom of the pot a liquid-filled coupler gap and between the piston and pot shell an annular gap is present.
  • An annular first membrane is fixed with its outer edge of the membrane on the pot shell and with its inner edge of the membrane on the piston and seals in the pot opening the annular gap between the pot shell and piston to include a first fluid-filled expansion chamber.
  • One on the piston arranged on the opposite side of the pot bottom second diaphragm includes, together with the housing pot a liquid-filled second compensation chamber, which is on the one hand via a throttle bore with the coupler gap and on the other hand via an axially extending through the piston connecting channel with the first compensation chamber in combination.
  • the metering valve according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that the cup wall of the membrane which at least partially covers the pot wall can deform so strongly under pressure due to its elastic deformation areas that the compensation space enclosed between the membrane and the housing pot has a sufficiently high volume has to absorb the ejected under pressure load of the piston from the coupler gap coupler fluid.
  • the pressure force generated by the elastically deformed cap jacket of the membrane is sufficiently high to push back the volume of liquid stored in the compensation chamber via the annular gap into the coupler gap and to increase the coupler gap again.
  • the elastic deformation regions of circumferentially successive, radially inwardly directed and axially extending indentations are formed, whereby the elastic deformation regions can be realized with the required large compensation volume in production technology simple manner. Due to the existing by the elastic deformation regions in the cap jacket larger equalizing volume between the membrane and housing pot can thus compared to the coupler described in the known fuel injection valve on a usually made of steel second membrane with a second compensation space between the pot bottom and second membrane are omitted, which means a significant reduction in manufacturing costs for the metering valve. The elimination of a second membrane on the bottom of the pot pot also opens up more design options for technical improvement and simplification of the valve.
  • the filling of the coupler gap with liquid e.g. Hydraulic oil
  • liquid e.g. Hydraulic oil
  • the filling opening can be reliably closed after filling the Kopplerspalts.
  • a gimbal bearing of the coupler between a valve assembly and a housing part or between two components of the valve assembly can be made directly on the pot bottom of the housing pot, which significantly simplifies the constructive and manufacturing execution of the storage.
  • the housing pot is accommodated in a frontal cavity in a valve housing final fitting and supported on a formed between the bottom of the pot and bottom of the recess gimbal bearing on the connector, while the piston is rigidly connected to the valve assembly.
  • the housing pot is formed by a between the bottom of the pot and a component forming an actuator formed first gimbal bearing on the actuator and the piston via a second gimbal bearing supported on a valve member forming the other component.
  • the piston is supported via a gimbal bearing on the valve assembly.
  • valve for metering fluid is used for example as an injection valve for injecting fuel in a fuel injection system of internal combustion engines.
  • the valve has a valve assembly that senses the fluid and a hydraulic coupler 11 associated with the valve assembly.
  • Valve assembly and hydraulic coupler 11 are received in a valve housing 12 which is closed at one end face with a connecting piece 13 and at the other end face with a valve body 14 each fluid-tight.
  • the connecting piece 13 is provided with a feed 15 for the fluid and the valve body 14 with an orifice 16 for the fluid.
  • a hollow cylindrical flow channel 17 is guided from the inlet 15 to the orifice 16 and connected via at least one bore 13 introduced in the connection piece 13 with the inlet 15 and via a radial bore 19 inserted into the valve body 14 with a valve chamber 20 upstream of the orifice 16.
  • the flow channel 17 is bounded on the outside by the valve housing 132 and on the inside by a sleeve 21, which is fixed in fluid-tight manner on the one hand to the connecting piece 13 and on the other hand to the valve body 14.
  • the valve assembly has a valve needle 22 for controlling the orifice 16 and a piezoelectric or magnetostrictive actuator 23 for confirming the valve needle 22.
  • valve needle 22 To open and close the orifice 16, the valve needle 22 carries a closing head 24 which is pressed onto a valve seat 26 surrounding the orifice 16 under the action of a valve needle 22 acting on the valve body 14 and supporting valve closing spring 25.
  • the actuator 23 When energized, the actuator 23 moves the valve needle 22 against the force of the valve closing spring 25, so that the closing head 24 lifts outwardly from the valve seat 26 and the orifice 16 releases.
  • the actuator 23 For energizing the actuator 23 is connected via a contact bridge 27 with a molded on the valve housing 12 connector 28. Valve closing spring 25, actuator 23 and hydraulic coupler 11 are received in the sleeve 21.
  • the coupler 11 is frictionally clamped between the valve assembly and the connector 13, wherein the actuator 23 is applied via a gimbal bearing 29 to the Schellerkopfferne end of the valve needle 22 and the coupler 11 via a cardan bearing 45 on the connector 13.
  • the in FIG. 2 shown enlarged hydraulic coupler 11 has a housing pot 30 with pot bottom 301, pot wall 302 and pot opening 303, a Piston 31 and a cap-shaped membrane 32 with cap bottom 321 and cap jacket 322 on.
  • the piston 31 is guided axially displaceably in the housing pot 30 and bounded to the bottom of the pot 301 with a liquid, eg hydraulic oil, filled coupler gap 33 and the pot wall 302 an annular gap 34.
  • Coupler fluid As hydraulic oil, via an existing in the pot bottom 301 of the housing pot 30 filling opening 36, which is designed as an axial stepped bore, the bore portion opens with the smaller diameter in the coupler gap 33 and the bore portion with the larger diameter for receiving a sealing plug 37 is used. How out FIG.
  • the cap-shaped membrane 32 is shown enlarged in side view, end view and section.
  • the cap jacket 322 is not formed smooth-surfaced but provided with elastic deformation areas, which are realized by circumferentially successive, radially inwardly directed and axially extending indentations 39.
  • the membrane 32 as usual made of steel, the indentations 39 are embossed in the cap jacket 322.
  • the membrane 32 may also be made of an elastomer, wherein the indentations 39 are molded in during manufacture.
  • the cap base 321 of the membrane 32 has a central opening 40 and a the opening 40 enclosing, projecting into the cap interior, funnel-shaped bottom portion 41 (FIG. FIG. 3 and 4 ).
  • front side of the piston 31 of the funnel-shaped bottom portion 41 dives into a piston in the 31st formed central recess 42 a ( FIG. 2 ) And is firmly connected by a pressed into the recess 42 bolt 43 with the piston 31.
  • the bottom region 41 can also be welded to the piston 31 in the recess 42.
  • the housing pot 20 is received with clearance in a present in the connector 13, the frontally open cavity 44 and is supported on the gimbal bearing 29, which is formed between the bottom of the pot 301 and cavity floor 441, on the connector 13.
  • the piston 31 is rigidly connected to the actuator 23, which carries for this purpose an axially projecting pin 231 which is pressed into a front-side recess of the recess 42 protruding bolt 43.
  • the pressure of the piston 31 increases to the coupler gap 33.
  • the increased pressure in the coupler gap 33 causes a displacement of the coupler fluid from the Coupler gap 33 which is inserted over the annular gap 34 in the completed by the membrane 32 compensation chamber 35.
  • the indentations 39 in the cap jacket 322 of the membrane 32 deform so strongly that the liquid displaced from the coupler gap 33 is completely absorbed in the equalization chamber 35.
  • FIG. 6 partially illustrated as a further embodiment valve is so far modified from the valve described above, as the housing pot 30 is integral with the connector 13, so that the pot bottom of the housing pot 30 formed by the connector 13 and the coupler gap 33 of the piston 31 and connector 13 is limited ,
  • the gimbal bearing on the bottom of the pot is eliminated and replaced by a gimbal bearing 46 between pin 231 of the actuator 23 and the piston 31, including the pin 231 with a rounded head dips into the recess 42 in the piston 31 and is frictionally supported there.
  • FIG. 7 partially shown valve is modified in so far as the hydraulic coupler 11 is clamped within the valve assembly, between the valve needle 22 and the actuator 23, frictionally.
  • the housing pot 30 is supported on the actuator 23 via a cardan bearing 47 formed between its pot base 301 and the actuator 23 and on the valve needle 22 via a cardan bearing 48 formed between the bolt 43 and the end of the valve needle 22.
  • the arrangement of the hydraulic coupler 11 within the valve assembly according to FIG. 7 has opposite to the arrangement of the hydraulic coupler 11 between the valve assembly and the fitting 13 according to FIG. 1 the advantage that the contact bridge 27 from the connector 28 to the actuator 23 does not have to be performed via the hydraulic coupler 11.
  • the diameter of the hydraulic coupler 11 can be sized much larger.

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Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einem Ventil zum Zumessen von Fluid nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wobei der für ein strömendes oder fließendes Medium stehende übergeordnete Begriff Fluid in Übereinstimmung mit der Strömungslehre für Gase und Flüssigkeiten verwendet wird.
  • Ein bekanntes Kraftstoffeinspritzventil ( DE 10 2004 002 134 A1 ) besitzt einen hydraulischen Koppler, der in einer in einem Ventilgehäuse aufgenommenen Ventilbaugruppe, bestehend aus einer eine Einspritzöffnung steuernden Ventilnadel und einem die Ventilnadel betätigenden piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktor, angeordnet und über je ein kardanisches Lager an Ventilnadel und Aktor kraftschlüssig abgestützt ist. Der hydraulische Koppler dient zum Ausgleich von Längendifferenzen, die aus durch Temperaturänderungen bedingten unterschiedlichen Dehnungen von Ventilgehäuse oder Ventilnadel und Aktor resultieren, damit sich zwischen Ventilnadel und Aktor kein Spalt bilden kann und immer gewährleistet ist, dass der volle Hub des Aktors 1:1 auf die Ventilnadel übertragen wird. Der hydraulische Koppler weist einen Gehäusetopf mit Topfboden, Topfmantel und Topföffnung und einen im Gehäusetopf axial verschieblich geführten Kolben auf, wobei zwischen Kolben und Topfboden ein flüssigkeitsgefüllter Kopplerspalt und zwischen Kolben und Topfmantel ein Ringspalt vorhanden ist. Eine ringförmige erste Membran ist mit ihrem äußeren Membranrand auf dem Topfmantel und mit ihrem inneren Membranrand auf dem Kolben festgelegt und dichtet in der Topföffnung den Ringspalt zwischen Topfmantel und Kolben unter Einschließung eines ersten flüssigkeitsgefüllten Ausgleichsraums ab. Eine auf der vom Kolben abgewandten Seite des Topfbodens angeordnete zweite Membran schließt zusammen mit dem Gehäusetopf einen flüssigkeitsgefüllten zweiten Ausgleichsraum ein, der einerseits über eine Drosselbohrung mit dem Kopplerspalt und andererseits über einen axial den Kolben durchziehenden Verbindungskanal mit dem ersten Ausgleichsraum in Verbindung steht. Die Befüllung des Kopplerspalts und der Ausgleichsräume mit Flüssigkeit, z.B. Hydrauliköl, erfolgt über einen hermetisch verschließbaren Befüllkanal, der beispielsweise durch eine in den Topfmantel eingebrachte Radialbohrung realisiert ist, die in den Verbindungskanal zwischen dem ersten und zweiten Ausgleichsraum mündet.
  • Auch in dem Dokument DE 10 2004 002 081 A1 wird ein Ventil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 gezeigt.
  • Offenbarung der Erfindung Das erfindungsgemäße Zumessventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass der die Topfwand zumindest teilweise überdeckende Kappenmantel der Membran aufgrund seiner elastischen Verformungsbereiche sich unter Druck so stark verformen kann, dass der zwischen Membran und Gehäusetopf eingeschlossene Ausgleichsraum ein ausreichend hohes Volumen besitzt, um die bei Druckbelastung des Kolbens aus dem Kopplerspalt ausgeschobene Koppler-Flüssigkeit aufzunehmen. Bei Druckentlastung des Kolbens ist die von dem elastisch verformten Kappenmantel der Membran erzeugte Druckkraft ausreichend hoch, um das im Ausgleichsraum gespeicherte Flüssigkeitsvolumen über den Ringspalt in den Kopplerspalt zurückzudrücken und den Kopplerspalt wieder zu vergrößern.
  • Gemäß der Erfindung sind die elastischen Verformungsbereiche von in Umfangsrichtung aufeinanderfolgenden, radial nach innen gerichteten und axial sich erstreckenden Einwölbungen gebildet, wodurch sich die elastischen Verformungsbereiche mit dem erforderlich großen Ausgleichsvolumen in fertigungstechnisch einfacher Weise realisieren lassen.
    Aufgrund des durch die elastischen Verformungsbereiche im Kappenmantel vorhandenen größeren Ausgleichvolumens zwischen Membran und Gehäusetopf kann somit im Vergleich zu dem eingangs beschriebenen Koppler in dem bekannten Kraftstoffeinspritzventil auf eine üblicherweise aus Stahl hergestellte zweite Membran mit einem zweiten Ausgleichsraum zwischen Topfboden und zweiter Membran verzichtet werden, was eine deutliche Senkung der Fertigungskosten für das Zumessventil bedeutet. Der Wegfall einer zweiten Membran am Topfboden des Gehäusetopfes eröffnet zudem weitere konstruktive Möglichkeiten zur technischen Verbesserung und Vereinfachung des Ventils.
  • So kann gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung die zur Füllung des Kopplerspalts mit Flüssigkeit, z.B. Hydrauliköl, erforderliche Einfüllöffnung als einfache Axialbohrung, vorzugsweise Stufenbohrung, im Topfboden des Gehäusetopfes vorgesehen werden. Durch Einpressen eines Verschlusses in die Axialbohrung, vorzugsweise in den durchmessergrößeren Bohrungsabschnitt der Stufenbohrung, kann die Einfüllöffnung nach Befüllung des Kopplerspalts zuverlässig verschlossen werden.
  • Ebenso kann gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung eine kardanische Lagerung des Kopplers zwischen einer Ventilbaugruppe und einem Gehäuseteil oder zwischen zwei Bauteilen der Ventilbaugruppe direkt am Topfboden des Gehäusetopfes vorgenommen werden, was die konstruktive und fertigungstechnische Ausführung der Lagerung deutlich vereinfacht.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist hierzu der Gehäusetopf in einem stirnseitigen Hohlraum in einem das Ventilgehäuse abschließenden Anschlussstück aufgenommen und über ein zwischen Topfboden und Boden der Ausnehmung ausgebildetes kardanisches Lager am Anschlussstück abgestützt, während der Kolben starr mit der Ventilbaugruppe verbunden ist.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung, bei welcher der Koppler innerhalb der Ventilbaugruppe angeordnet und über jeweils ein kardanisches Lager an einem Bauelement der Ventilbaugruppe abgestützt ist, ist der Gehäusetopf über ein zwischen Topfboden und einem das eine Bauelement bildenden Aktor ausgebildetes erstes kardanisches Lager am Aktor und der Kolben über ein zweites kardanisches Lager an einer das andere Bauelement bildenden Ventilnadel abgestützt. Die Anordnung des Kopplers zwischen den zwei Bauelementen der Ventilbaugruppe, und zwar zwischen der Ventilnadel und dem die Ventilnadel betätigenden Aktor, hat zudem den Vorteil, dass die elektrischen Anschlüsse des Aktors, die zu einem im Bereich des Anschlussstücks am Ventilgehäuse ausgebildeten elektrischen Stecker geführt sind, nicht über den Koppler hinweg geführt werden müssen. Dadurch kann der Außendurchmesser des Kopplers größer gemacht und somit die Volumenänderung über Druck durch den Kappenmantel der Membran nochmals deutlich verbessert werden.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann durch das Fehlen einer den Topfboden überspannenden zweiten Membran der Gehäusetopf fest und mit einem das Ventilgehäuse abschließenden Anschlussstück verbunden, vorzugsweise einstückig mit dem Anschlussstück ausgeformt werden, was zu einer fertigungstechnischen Vereinfachung des Ventilzusammenbaus führt. Hierbei ist der Kolben über ein kardanisches Lager an der Ventilbaugruppe abgestützt.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die Erfindung ist anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
    • Figur 1 einen Längsschnitt eines Ventils zum Zumessen von Fluid ,
    • Figur 2 eine vergrößerte Darstellung des Ausschnitts II in Figur 1,
    • Figur 3 eine Seitenansicht einer Membran eines Kopplers im Zumessventil gemäß Figur 1,
    • Figur 4 eine Stirnansicht der Membran in Richtung IV in Figur 3,
    • Figur 5 einen Schnitt der Membran längs der Linie V - V in Figur 3,
    • Figur 6 eine gleiche Darstellung wie in Figur 2 mit einem modifizierten hydraulischen Koppler,
    • Figur 7 ausschnittweise eine Seitenansicht eines Zumessventils gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, teilweise geschnitten.
  • Das in Figur 1 im Längsschnitt dargestellte Ventil zum Zumessen von Fluid, wird beispielsweise als Einspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff in einer Kraftstoffeinspritzanlage von Brennkraftmaschinen eingesetzt. Das Ventil weist eine das Fluid zumessende Ventilbaugruppe und einen der Ventilbaugruppe zugeordneten, hydraulischen Koppler 11 auf. Ventilbaugruppe und hydraulischer Koppler 11 sind in einem Ventilgehäuse 12 aufgenommen, das an einer Stirnseite mit einem Anschlussstück 13 und an der anderen Stirnseite mit einem Ventilkörper 14 jeweils fluiddicht abgeschlossen ist. Das Anschlussstück 13 ist mit einem Zulauf 15 für das Fluid und der Ventilkörper 14 mit einer Zumessöffnung 16 für das Fluid versehen. Ein hohlzylindrischer Strömungskanal 17 ist vom Zulauf 15 zur Zumessöffnung 16 geführt und über mindestens eine im Anschlussstück 13 eingebrachte Bohrung 18 mit dem Zulauf 15 und über eine in den Ventilkörper 14 eingebrachter Radialbohrung 19 mit einer der Zumessöffnung 16 vorgelagerten Ventilkammer 20 verbunden. Der Strömungskanal 17 wird außen von dem Ventilgehäuse 132 und innen von einer Hülse 21 begrenzt, die einerseits am Anschlussstück 13 und andererseits am Ventilkörper 14 jeweils fluiddicht festgelegt ist. Die Ventilbaugruppe weist eine Ventilnadel 22 zum Steuern der Zumessöffnung 16 und eine piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktor 23 zur Bestätigung der Ventilnadel 22 auf. Zum Öffnen und Schließen der Zumessöffnung 16 trägt die Ventilnadel 22 einen Schließkopf 24, der unter der Wirkung einer an der Ventilnadel 22 angreifenden und am Ventilkörper 14 sich abstützenden Ventilschließfeder 25 auf einen die Zumessöffnung 16 umgebenden Ventilsitz 26 aufgepresst ist. Bei Bestromung verschiebt der Aktor 23 die Ventilnadel 22 gegen die Kraft der Ventilschließfeder 25, so dass der Schließkopf 24 nach außen vom Ventilsitz 26 abhebt und die Zumessöffnung 16 freigibt. Zur Bestromung ist der Aktor 23 über eine Kontaktbrücke 27 mit einem am Ventilgehäuse 12 angeformten Anschlussstecker 28 verbunden. Ventilschließfeder 25, Aktor 23 und hydraulischer Koppler 11 sind in der Hülse 21 aufgenommen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Koppler 11 zwischen der Ventilbaugruppe und dem Anschlussstück 13 kraftschlüssig eingespannt, wobei der Aktor 23 über ein kardanisches Lager 29 an das schließkopfferne Ende der Ventilnadel 22 und der Koppler 11 über ein kardanisches Lager 45 an dem Anschlussstück 13 angelegt ist.
  • Der in Figur 2 vergrößert dargestellte hydraulische Koppler 11 weist einen Gehäusetopf 30 mit Topfboden 301, Topfwand 302 und Topföffnung 303, einen Kolben 31 sowie eine kappenförmige Membran 32 mit Kappenboden 321 und Kappenmantel 322 auf. Der Kolben 31 ist axial verschieblich im Gehäusetopf 30 geführt und begrenzt zum Topfboden 301 einen mit Flüssigkeit, z.B. Hydrauliköl, gefüllten Kopplerspalt 33 und zur Topfwand 302 einen Ringspalt 34. Die Membran 32 überdeckt mit ihrem Kappenboden 321 an der Topföffnung 303 den Ringspalt 34 und übergreift mit ihrem Kappenmantel 322 die Topfwand 302 des Gehäusetopfes 30 und ist an Kolben 31 und Topfwand 302 jeweils flüssigkeitsdicht festgelegt. Dadurch ergibt sich zwischen Membran 32 einerseits und Kolben 31 und Gehäusetopf 30 andererseits ein Ausgleichsraum 35, der über den Ringspalt 34 mit dem Kopplerspalt 33 in Verbindung steht. Die Füllung des Kopplerspalts 33 und des Ausgleichsraums 35 mit Flüssigkeit, der sog. Koppler-Flüssigkeit, z. B. Hydrauliköl, erfolgt über eine im Topfboden 301 des Gehäusetopfes 30 vorhandene Einfüllöffnung 36, die als axiale Stufenbohrung ausgeführt ist, deren Bohrungsabschnitt mit dem kleineren Durchmesser in den Kopplerspalt 33 mündet und deren Bohrungsabschnitt mit dem größeren Durchmesser zur Aufnahme eines Verschlussstopfens 37 dient. Wie aus Figur 2 ersichtlich ist, erstreckt sich der die Topfwand 302 übergreifende Kappenmantel 322 über mehr als die halbe Axiallänge der Topfwand 302 des Gehäusetopfes 30 und ist an oder nahe seines Mantelrands auf der Topfwand 302 befestigt, hier durch eine umlaufende Schweißnaht 38.
  • In Figur 3, 4 und 5 ist die kappenförmige Membran 32 in Seitenansicht, Stirnansicht und Schnitt vergrößert dargestellt. Der Kappenmantel 322 ist nicht glattflächig ausgebildet sondern mit elastischen Verformungsbereichen versehen, die durch in Umfangsrichtung aufeinanderfolgende, radial nach innen gerichtete und sich axial erstreckende Einwölbungen 39 realisiert sind. Besteht die Membran 32 wie üblich aus Stahl, sind die Einwölbungen 39 in den Kappenmantel 322 eingeprägt. Die Membran 32 kann aber auch aus einem Elastomer hergestellt sein, wobei die Einwölbungen 39 bei der Herstellung mit eingeformt werden.
  • Der Kappenboden 321 der Membran 32 weist eine zentrale Öffnung 40 und einen die Öffnung 40 umschließenden, in das Kappeninnere vorspringenden, trichterförmigen Bodenbereich 41 auf (Figur 3 und 4). Zur Festlegung des Kappenbodens 321 auf der vom Kopplerspalt 33 abgekehrten Stirnseite des Kolbens 31 taucht der trichterförmige Bodenbereich 41 in eine im Kolben 31 ausgebildete zentrale Ausnehmung 42 ein (Figur 2) und ist durch einen in die Ausnehmung 42 eingepressten Bolzen 43 mit dem Kolben 31 fest verbunden. Alternativ oder zusätzlich kann der Bodenbereich 41 auch in der Ausnehmung 42 mit dem Kolben 31 verschweißt sein.
  • Der Gehäusetopf 20 ist mit Spiel in einem im Anschlussstück 13 vorhandenen, stirnseitig offenen Hohlraum 44 aufgenommen und stützt sich über das kardanische Lager 29, das zwischen Topfboden 301 und Hohlraumboden 441 ausgebildet ist, am Anschlussstück 13 ab. Der Kolben 31 ist starr mit dem Aktor 23 verbunden, der hierzu einen axial abstehenden Zapfen 231 trägt, der in eine stirnseitige Vertiefung des aus der Ausnehmung 42 vorstehenden Bolzens 43 eingepresst ist.
  • Bewirkt eine Temperaturänderung eine unterschiedliche Ausdehnung von Aktor 23 oder Ventilgehäuse 12 mit unterschiedliche Dehnungen von Aktor 23 und Ventilgehäuse 12, so vergrößert sich der Druck des Kolbens 31 auf den Kopplerspalt 33. Der erhöhte Druck im Kopplerspalt 33 bewirkt eine Verdrängung der Koppler-Flüssigkeit aus dem Kopplerspalt 33, die über den Ringspalt 34 in den von der Membran 32 abgeschlossenen Ausgleichsraum 35 eingeschoben wird. Unter dem Druck der verdrängten Flüssigkeit verformen sich die Einwölbungen 39 im Kappenmantel 322 der Membran 32 so stark, dass die aus dem Kopplerspalt 33 verdrängte Flüssigkeit vollständig in dem Ausgleichstraum 35 aufgenommen wird. Verringert sich infolge Temperaturänderung der Kolbendruck auf den Kopplerspalt 33 wieder, so erzeugen die verformten Einwölbungen 39 des Kappenmantel 322 eine ausreichende Druckkraft, um die Flüssigkeit aus dem Ausgleichsraum 35 über den Ringspalt 34 wieder in den Kopplerspalt 33 bei gleichzeitigem Verschieben des Kolbens 31 zurückzudrücken.
  • Das in Figur 6 ausschnittweise als weiteres Ausführungsbeispiel dargestellte Ventil ist insoweit gegenüber dem vorstehend beschriebenen Ventil modifiziert, als der Gehäusetopf 30 einstückig mit dem Anschlussstück 13 ausgeführt ist, so dass der Topfboden des Gehäusetopfes 30 vom Anschlussstück 13 gebildet und der Kopplerspalt 33 von Kolben 31 und Anschlussstück 13 begrenzt ist. Die kardanische Lagerung am Topfboden ist entfallen und durch ein kardanisches Lager 46 zwischen Zapfen 231 des Aktors 23 und dem Kolben 31 ersetzt, wozu der Zapfen 231 mit einem gerundeten Kopf in die Ausnehmung 42 im Kolben 31 eintaucht und sich dort kraftschlüssig abstützt.
  • Das in Figur 7 ausschnittweise dargestellte Ventil ist insoweit modifiziert, als der hydraulische Koppler 11 innerhalb der Ventilbaugruppe, und zwar zwischen der Ventilnadel 22 und dem Aktor 23, kraftschlüssig eingespannt ist. Der Gehäusetopf 30 stützt sich über ein zwischen seinem Topfboden 301 und dem Aktor 23 ausgebildetes kardanisches Lager 47 am Aktor 23 und über ein zwischen dem Bolzen 43 und dem schließkopffernen Ende der Ventilnadel 22 ausgebildetes kardanisches Lager 48 an der Ventilnadel 22 ab. Die Anordnung des hydraulischen Kopplers 11 innerhalb der Ventilbaugruppe gemäß Figur 7 hat gegenüber der Anordnung des hydraulischen Kopplers 11 zwischen der Ventilbaugruppe und dem Anschlussstück 13 gemäß Figur 1 den Vorteil, dass die Kontaktbrücke 27 vom Anschlussstecker 28 zum Aktor 23 nicht über den hydraulischen Koppler 11 geführt werden muss. Damit kann der Durchmesser des hydraulischen Kopplers 11 deutlich größer bemessen werden. Im Weiteren ist das in Figur 7 gezeigte Ventil baugleich mit dem in Figur 1 und 2 dargestellten Ventil, so das gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.

Claims (14)

  1. Ventil zum Zumessen von Fluid, mit einer das Fluid zumessenden Ventilbaugruppe, mit einem der Ventilbaugruppe zuordneten hydraulischen Koppler (11), der einen Gehäusetopf (30) mit Topfboden (301), Topfwand (302) und Topföffnung (303), einen im Gehäusetopf (30) axial verschieblich geführten, mit dem Topfboden (301) einen flüssigkeitsgefüllten Kopplerspalt (33) und mit der Topfwand (302) einen Ringspalt (34) begrenzenden Kolben (31) und eine kappenförmige Membran (32) mit einem Kappenboden (321) und einem Kappenmantel (322) aufweist, die mit dem Kappenboden (321) an der Topföffnung (303) den Ringspalt (34) überdeckt und mit dem Kappenmantel (322) die Topfwand (302) des Gehäusetopfs (30) übergreift und an Kolben (31) und Topfwand (302) jeweils flüssigkeitsdicht festgelegt ist, wobei der Kappenmantel (322) mit elastischen Verformungsbereichen ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet,
    dass die elastischen Verformungsbereiche von in Umfangsrichtung aufeinanderfolgenden, radial nach innen gerichteten und sich axial erstreckenden Einwölbungen (39) gebildet sind.
  2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (32) aus Stahl besteht und die Einwölbungen (39) in den Kappenmantel (322) eingeprägt sind.
  3. Ventil nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kappenmantel (322) sich über mehr als die halbe Axiallänge der Topfwand (302) des Gehäusetopfs (30) erstreckt.
  4. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Festlegung der Membran (32) auf der Topfwand (30) des Gehäusetopfs (30) an oder nahe dem Mantelrand des Kappenmantels (322), vorzugsweise durch Schweißen, vorgenommen ist.
  5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kappenboden (321) eine zentrale Öffnung (40) und einen die Öffnung (40) umschließenden, ins Kappeninnere vorspringenden, trichterförmigen Bodenbereich (41) und der Kolben (31) eine stirnseitig eingebrachte, zentrale Ausnehmung (42) aufweist und dass die Festlegung der Membran (32) auf dem Kolben (31) durch Befestigung des Bodenbereichs (41) in der Ausnehmung (42), vorzugsweise durch Schweißen, vorgenommen ist.
  6. Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Topfboden (301) eine im Kopplerspalt (33) mündende Einfüllöffnung (36) für die Flüssigkeit vorhanden ist, die flüssigkeitsdicht verschließbar ist.
  7. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Ventilbaugruppe und Koppler (11) in einem Ventilgehäuse (12) angeordnet und der Koppler (11) zwischen der Ventilbaugruppe und einem das Ventilgehäuse (12) abschließenden Anschlussstück (13) kraftschlüssig eingespannt ist.
  8. Ventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusetopf (30) in einem stirnseitig offenen Hohlraum (44) im Anschlussstück (13) aufgenommen und über ein zwischen Topfboden (301) und Hohlraumboden (441) ausgebildetes kardanisches Lager (29) am Anschlussstück (13) abgestützt und der Kolben (31) starr mit der Ventilbaugruppe verbunden ist.
  9. Ventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilbaugruppe eine Ventilnadel (22) und einen die Ventilnadel (22) betätigenden, piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktor (23) aufweist und dass sich der Aktor (23) über ein kardanisches Lager (45) an der Ventilnadel (22) abstützt und starr mit dem Kolben (31) des Kopplers (11) verbunden ist.
  10. Ventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusetopf (30) fest, vorzugsweise einstückig, mit dem Anschlussstück (13) verbunden ist.
  11. Ventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilbaugruppe eine Ventilnadel (22) und einen die Ventilnadel (22) betätigenden piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktor (23) aufweist und dass der Aktor (23) sich über ein erstes kardanisches Lager (45) an der Ventilnadel (22) und über ein zweites kardanisches Lager (46) an dem Kolben (31) abstützt.
  12. Ventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (23) einen in die Ausnehmung (42) des Kolbens (31) eintauchenden Zapfen (231) aufweist und dass das zweite kardanische Lager (46) zwischen Zapfen (231) und Ausnehmung (42) ausgebildet ist.
  13. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Koppler (11) in der Ventilbaugruppe eingespannt und über jeweils ein kardanisches Lager (47, 48) an einem Bauelement der Ventilbaugruppe abgestützt ist.
  14. Ventil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilbaugruppe eine Ventilnadel (22) und einen die Ventilnadel (22) betätigenden piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktor (23) aufweist und dass der Gehäusetopf (30) über ein zwischen Topfboden (301) und Aktor (23) ausgebildetes erstes kardanisches Lager (47) am Aktor (23) und der Kolben (31) über ein zweites kardanisches Lager (48) an der Ventilnadel (22) abgestützt ist.
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