EP3235033A1 - Ventilvorrichtung in einem kraftfahrzeug - Google Patents

Ventilvorrichtung in einem kraftfahrzeug

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EP3235033A1
EP3235033A1 EP15816419.4A EP15816419A EP3235033A1 EP 3235033 A1 EP3235033 A1 EP 3235033A1 EP 15816419 A EP15816419 A EP 15816419A EP 3235033 A1 EP3235033 A1 EP 3235033A1
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EP
European Patent Office
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flap
seal
axis
valve device
axle
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Withdrawn
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EP15816419.4A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Rainer Johannes MONTIGNY
Peter Kohlen
Stefan Kopp
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Aumovio Germany GmbH
Original Assignee
Continental Automotive Technologies GmbH
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Publication date
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    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D9/00—Controlling engines by throttling air or fuel-and-air induction conduits or exhaust conduits
    • F02D9/08—Throttle valves specially adapted therefor; Arrangements of such valves in conduits
    • F02D9/10—Throttle valves specially adapted therefor; Arrangements of such valves in conduits having pivotally-mounted flaps
    • F02D9/1005—Details of the flap
    • F02D9/1025—Details of the flap the rotation axis of the flap being off-set from the flap center axis
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16K1/16—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces with pivoted closure-members
    • F16K1/18—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces with pivoted closure-members with pivoted discs or flaps
    • F16K1/22—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces with pivoted closure-members with pivoted discs or flaps with axis of rotation crossing the valve member, e.g. butterfly valves
    • F16K1/226—Shaping or arrangements of the sealing
    • F16K1/2268—Sealing means for the axis of rotation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/02—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the invention relates to a valve device for a fuel cell assembly in a motor vehicle with a running in a housing flow channel, one in the
  • Flow channel is arranged, wherein the flap is fixed to an axle, the axis is rotatably mounted in the housing and in the flow passage a valve seat is arranged, which in
  • valve devices have long been known and thus state of the art. Due to the flowing media, as in ⁇ example air, the actuators must allow a high tightness when closing the flow channel. In addition, they should ensure a good controllability of the flow cross-section of the flow channel and thus the mass flow of the flowing medium. This has the consequence that such valve ⁇ devices built consuming and thus are relatively expensive. It is known to use solenoid valves as shut-off valves, since these allow a relatively good tightness with appropriate effort, a continuous control of the flowing medium is not possible. However, the closing of the flow channel has a high importance, since the permissible leak rates are 10 to 20 times smaller than those in conventional intake manifold throttle valves of
  • the object of the invention is therefore to provide a valve device of the type mentioned, which allows a continuous control of the medium in a fuel cell assembly he ⁇ allows.
  • the object is achieved in that a seal is arranged in the bore for the axis between the flap and the axis.
  • Another advantage is that the sealing effect is not generated via the fit pairing of axis and bore and therefore can be manufactured with greater tolerances and thus more cost-effective.
  • a further advantageous embodiment is to arrange the seal between the screw hole and the opening of the bore, which leads to the flap side with only one opening. In this way, with the arrangement of only one seal both flow paths can reliably seal.
  • the seal is arranged radially on the axis or in the bore for the axis
  • Seal is that seals against the respective opposite component.
  • the seal is an O-ring.
  • the seal In order to ensure a defined seat of the seal, it has been found to be advantageous to arrange the seal in a receptacle, preferably a groove of the axis or the bore.
  • a weakening of the components axis or flap through the groove of the seal is avoided according to another advantageous embodiment in that the seal is a bonding of the flap with the axis bonding.
  • the advantage of such a seal is that no additional changes to already existing components, such as axle and flap, must be made, so that even existing valve ⁇ devices for these changed conditions can be converted without much effort.
  • the seal is a weld connecting the flap with the axis.
  • a weld as a seal has the advantage that the density of composite components is generated solely by the axis and the flap and can be disregarded, the chemical Be ⁇ permanence of the adhesive Partners the advantage compared to a bond.
  • the drive of the flap takes place in the simplest embodiment by means of an electric motor, the axis via a gear drives.
  • an electric motor By the gearbox an exact adjustment of the flap movement is possible.
  • FIG. 2 the valve device in section.
  • Figure 1 shows a throttle body with a housing 1, located in the housing 1 flow channel 2, in which a disk-shaped flap 3 is arranged.
  • the flap 3 is fixedly connected to an axle 4 and the axle 4 is rotatably mounted in the housing 1.
  • the axis 4 is driven by a housing 1 arranged in the electric motor 5, wherein between the axle 4 and the electric motor 5, a transmission 6 is interposed.
  • FIG. 2 shows a portion of the flow channel 2 of Figure 1 in section.
  • the disk-shaped flap 3 is rotatably connected by means of a screw connection 7 shown schematically.
  • the flap 3 has a bore 8 in which the axis 4 is arranged, so that the axis 4 penetrates the flap 3 at an angle.
  • the flap 3 closes the flow channel 2.
  • To seal the flow channel 2 is at the radially peripheral edge
  • the fluid prevents the flow around the flap 3.
  • the fluid also has the ability to flow through the flap 3 through the bore 8.
  • This Mauströmungspfad is formed due to tolerances in the fit between axis 4 and 3 flap.
  • the axis 4 has a radially encircling groove 11 in which a seal 12 formed as an O-ring is arranged.
  • the seal 12 is arranged closer to the opening 13 than the opening 14 of the bore 8. Since the axis 4 is mounted on the opening 13 with the flap 3, thus resulting in a simpler installation.
  • the valve device of Figure 3 differs from the valve device of FIG. 2 in that it can be used for even low leakage rates.
  • a second secondary flow path is formed through the bore 15 of the screw connection, through which fluid the flap 3 can flow.
  • the flap underside thus has two openings 13, 15, while the flap top has only one opening 14.

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Abstract

Gegenstand der Erfindung ist eine Ventilvorrichtung für eine Brennstoffzellenanordnung in einem Kraftfahrzeug mit einem in einem Gehäuse (1) verlaufenden Strömungskanal (2), einer in dem Strömungskanal (2) angeordneten Klappe (3) zum Verschließen des Strömungskanals (2) angeordnet ist, wobei die Klappe (3) an einer Achse (4) befestigt ist, die Achse (4) drehbar in dem Gehäuse (1) gelagert ist und im Strömungskanal (2) ein Ventilsitz angeordnet ist, der in Schließstellung der Klappe (3) mit dieser in Kontakt steht und dass die Achse (4) die Klappe (3) in einem Winkel durchdringt und die Klappe (3) hierzu eine Bohrung (8) besitzt, deren Öffnungen (13, 14) zu je einer Klappenseite führen. In der Bohrung (8) für die Achse (4) ist zwischen der Klappe (3) und der Achse (4) eine Dichtung (2) angeordnet.

Description

Beschreibung
Ventilvorrichtung in einem Kraftfahrzeug
Gegenstand der Erfindung ist eine Ventilvorrichtung für eine BrennstoffZeilenanordnung in einem Kraftfahrzeug mit einem in einem Gehäuse verlaufenden Strömungskanal, einer in dem
Strömungskanal angeordneten Klappe zum Verschließen des
Strömungskanals angeordnet ist, wobei die Klappe an einer Achse befestigt ist, die Achse drehbar in dem Gehäuse gelagert ist und im Strömungskanal ein Ventilsitz angeordnet ist, der in
Schließstellung der Klappe mit dieser in Kontakt steht und dass die Achse die Klappe in einem Winkel durchdringt und die Klappe hierzu eine Bohrung besitzt, deren Öffnungen zu je einer Klappenseite führen.
Derartige Ventilvorrichtungen sind seit langem bekannt und somit Stand der Technik. Aufgrund der strömenden Medien, wie bei¬ spielsweise Luft, müssen die Stellglieder eine hohe Dichtheit beim Verschließen des Strömungskanals ermöglichen. Zudem sollen sie eine gute Regelbarkeit des Strömungsquerschnitts des Strömungskanals und damit des Massenflusses des strömenden Mediums gewährleisten. Das hat zur Folge, dass solche Ventil¬ vorrichtungen aufwändig gebaut und damit relativ kostenintensiv sind. Es ist bekannt, Magnetventile als Absperrventile zu verwenden, da diese mit entsprechendem Aufwand eine relativ gute Dichtheit ermöglichen, eine kontinuierliche Regelung des strömenden Mediums ist jedoch nicht möglich. Allerdings besitzt das Verschließen des Strömungskanals eine hohe Bedeutung, da die zulässigen Leckraten 10- bis 20-mal kleiner sind als die bei herkömmlichen Drosselklappenstellern im Ansaugtrakt von
Kraftfahrzeugen .
Gegenstand der Erfindung ist es daher, eine Ventilvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche eine kontinuierliche Regelung des Mediums in einer BrennstoffZeilenanordnung er¬ möglicht . Gelöst wird die Aufgabe dadurch, dass in der Bohrung für die Achse zwischen der Klappe und der Achse eine Dichtung angeordnet ist.
Es wurde gefunden, dass durch die Bohrung, auch bei eingesetzter Welle, ein Überströmen des Fluids von einer Klappenseite zur anderen Klappenseite möglich ist. Mit der Anordnung der Dichtung in der Bohrung wird der einzig noch verbliebene Strömungspfad verschlossen, über den ein Fluid von einer Klappenseite zur anderen Klappenseite im Strömungskanal strömen kann. Eine derartig angeordnete Dichtung ist insbesondere bei sehr hohen Anforderungen an die Dichtheit der Ventilvorrichtung, wie sie bei BrennstoffZeilenanordnungen auftreten, von Vorteil, da die dortigen erlaubten Leckraten 10- bis 20-mal kleiner sind als bei herkömmlichen Drosselklappenstellern im Ansaugtrakt in
Kraftfahrzeugen . Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Dichtwirkung nicht über die Passungspaarung von Achse und Bohrung erzeugt wird und daher mit größeren Toleranzen und somit kostengünstiger gefertigt werden kann.
Zur Befestigung der Klappe an der Achse ist es vorteilhaft die Klappe mit der Achse mit mindestens einer Schraube zu ver- schrauben. Auf diese Weise wird eine einfache Montage der Klappe ermöglicht .
Die Montage der Dichtung wird erleichtert, wenn die Dichtung näher zu der Öffnung der Bohrung angeordnet ist, durch die die Achse bei der Montage eintritt.
Sofern die Klappe mit der Achse zusätzlich verschraubt ist, führt die Anordnung der Schraubenbohrung aufgrund der damit ein¬ hergehenden zweiten Öffnung auf einer Klappenseite, zu einem weiteren Strömungspfad. Über diesen kann Fluid, wenn auch nur im besonders geringem Maße, von einer Klappenseite zur gegen¬ überliegenden Klappenseite strömen. Für die meisten Anwendungen auch mit hohen Dichtigkeitsanforderungen ist dieser besonders geringe Massendurchsatz eines Fluids mit der oben genannten Dichtungsanordnung akzeptabel. Sofern auch solche geringe Massendurchsätze über den zweiten Strömungspfad nicht akzeptabel sind, besteht eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung darin, die Dichtung zwischen der Schraubenbohrung und der Öffnung der Bohrung anzuordnen, die zu der Klappenseite mit nur einer Öffnung führt. Auf diese Weise lassen sich mit der Anordnung nur einer Dichtung beide Strömungspfade zuverlässig abdichten.
In besonders einfacher Ausgestaltung ist die Dichtung eine radial auf der Achse oder in der Bohrung für die Achse angeordnete
Dichtung ist, die gegen das jeweils gegenüberliegende Bauteil abdichtet. Im einfachsten Fall ist die Dichtung ein O-Ring.
Um einen definierten Sitz der Dichtung zu gewährleisten, hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, die Dichtung in einer Aufnahme, vorzugsweise einer Nut der Achse oder der Bohrung anzuordnen .
Eine Schwächung der Bauteile Achse oder Klappe durch die Nut der Dichtung wird gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung dadurch vermieden, dass die Dichtung eine die der Klappe mit der Achse verbindende Verklebung ist. Der Vorteil einer derartigen Dichtung besteht darin, dass keine zusätzlichen Veränderungen an bereits existierenden Bauteilen, wie Achse und Klappe, vor- genommen werden muss, so dass auch bereits bestehende Ventil¬ vorrichtungen für diese geänderten Einsatzbedingungen ohne großen Aufwand umgerüstet werden können.
In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung ist die Dichtung eine die der Klappe mit der Achse verbindende Verschweißung. Eine Verschweißung als Dichtung hat gegenüber einer Verklebung den Vorteil, dass der dichte Verbund ausschließlich durch die Bauteile Achse und Klappe erzeugt wird und die chemische Be¬ ständigkeit des Klebepartners nicht beachtet werden muss.
Der Antrieb der Klappe erfolgt in einfachster Ausgestaltung mittels eines Elektromotors, der über ein Getriebe die Achse antreibt. Durch das Getriebe ist eine exakte Anpassung der Klappenbewegung möglich.
An einem Ausführungsbeispiel wird die Erfindung näher erläutert . Es zeigen in
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Ventilvorrichtung,
Fig. 2, 3 die Ventilvorrichtung im Schnitt. Figur 1 zeigt einen Drosselklappenstutzen mit einem Gehäuse 1, einem in dem Gehäuse 1 befindlichen Strömungskanal 2, in dem eine scheibenförmige Klappe 3 angeordnet ist. Die Klappe 3 ist fest mit einer Achse 4 verbunden und die Achse 4 ist in dem Gehäuse 1 drehbar gelagert. Die Achse 4 wird von einem im Gehäuse 1 angeordneten Elektromotor 5 angetrieben, wobei zwischen Achse 4 und Elektromotor 5 ein Getriebe 6 zwischengeschaltet ist.
Figur 2 zeigt einen Teil des Strömungskanals 2 nach Figur 1 im Schnitt. An der Achse 4 ist die scheibenförmige Klappe 3 mittels einer schematisch dargestellten Schraubverbindung 7 drehfest verbunden. Zur Aufnahme der Achse 4 besitzt die Klappe 3 eine Bohrung 8, in der die Achse 4 angeordnet ist, so dass die Achse 4 die Klappe 3 in einem Winkel durchdringt. In der gezeigten Darstellung verschließt die Klappe 3 den Strömungskanal 2. Zur Abdichtung des Strömungskanals 2 ist am radial umlaufenden Rand
9 der Klappe 3 eine Dichtung 10 angeordnet. Diese erste Dichtung
10 verhindert das Umströmen der Klappe 3. Neben dem Umströmen der Klappe 3 auf dem Hauptstromungspfad hat das Fluid auch noch die Möglichkeit die Klappe 3 durch die Bohrung 8 zu durchströmen. Dieser Nebenströmungspfad bildet sich aufgrund von Toleranzen in der Passung zwischen Achse 4 und Klappe 3 aus. Um ein Durchströmen der Klappe 3 durch die Bohrung 8 zu verhindern, weist die Achse 4 eine radial umlaufende Nut 11 auf, in der eine als O-Ring ausgebildete Dichtung 12 angeordnet ist. Die Dichtung 12 ist dabei näher zu der Öffnung 13 als der Öffnung 14 der Bohrung 8 angeordnet. Da die Achse 4 über die Öffnung 13 mit der Klappe 3 montiert wird, ergibt sich somit eine einfachere Montage. Die Ventilvorrichtung nach Figur 3 unterscheidet sich von der Ventilvorrichtung nach Fig. 2 dadurch, dass sie für noch geringe Leckraten eingesetzt werden kann. Zusätzlich zu dem ersten Nebenströmungspfad, der durch die gesamte Bohrung 8 verläuft, bildet sich durch die Bohrung 15 der Schraubverbindung ein zweiter Nebenströmungspfad aus, über den Fluid die Klappe 3 durchströmen kann. In der gezeigten Darstellung besitzt die Klappenunterseite somit zwei Öffnungen 13, 15, während die Klappenoberseite nur eine Öffnung 14 aufweist. Mit der Anordnung der Dichtung 12 zwischen der Schraubenbohrung 15 und der Öffnung 14 der Bohrung 8, wobei die Öffnung 14 diejenige Öffnung ist, die zu der Klappenseite mit nur einer Öffnung führt, lassen sich beide Nebenströmungspfade abdichten.

Claims

Ventilvorrichtung für eine BrennstoffZeilenanordnung in einem Kraftfahrzeug mit einem in einem Gehäuse verlaufenden Strömungskanal, einer in dem Strömungskanal angeordneten Klappe zum Verschließen des Strömungskanals angeordnet ist, wobei die Klappe an einer Achse befestigt ist, die Achse drehbar in dem Gehäuse gelagert ist und im Strömungskanal ein Ventilsitz angeordnet ist, der in Schließstellung der Klappe mit dieser in Kontakt steht und dass die Achse die Klappe in einem Winkel durchdringt und die Klappe hierzu eine Bohrung besitzt, deren Öffnungen zu je einer Klap¬ penseite führen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h ¬ n e t , dass in der Bohrung (8) für die Achse (4) zwischen der Klappe (3) und der Achse (4) eine Dichtung (12) an¬ geordnet ist.
Ventilvorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h
g e k e n n z e i c h n e t , dass die Dichtung (12) eine radial auf der Achse (4) oder in der Bohrung (8) für die Achse (4) angeordnete Dichtung (12) ist, die gegen das jeweils gegenüberliegende Bauteil (3) abdichtet.
Ventilvorrichtung nach Anspruch 2, d a d u r c h
g e k e n n z e i c h n e t , dass die Dichtung (12) in einer Aufnahme (11), vorzugsweise einer Nut der Achse (4) oder der Bohrung (8) angeordnet ist.
Ventilvorrichtung nach Anspruch 2, d a d u r c h
g e k e n n z e i c h n e t , dass die Dichtung (12) zwi¬ schen einer Schraubenbohrung (15) zum Befestigen der Klappe (3) an der Achse (4) und einer Öffnung (14) der Bohrung (8) in der Klappe (3) anzuordnen, wobei die Öffnung (14) diejenige Öffnung ist, die zu der Klappenseite mit nur einer Öffnung (14) führt.
5. Ventilvorrichtung nach Anspruch 2, d a d u r c h
g e k e n n z e i c h n e t , dass die Dichtung eine die Klappe (3) mit der Achse (4) verbindende Verklebung ist.
6. Ventilvorrichtung nach Anspruch 2, d a d u r c h
g e k e n n z e i c h n e t , dass die Dichtung eine die Klappe (3) mit der Achse (4) verbindende Verschweißung ist.
7. Ventilvorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Antrieb ein Elektromotor (5) mit einem Getriebe (6) ist.
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