WO2018108347A1 - Schieberventil - Google Patents

Schieberventil Download PDF

Info

Publication number
WO2018108347A1
WO2018108347A1 PCT/EP2017/075178 EP2017075178W WO2018108347A1 WO 2018108347 A1 WO2018108347 A1 WO 2018108347A1 EP 2017075178 W EP2017075178 W EP 2017075178W WO 2018108347 A1 WO2018108347 A1 WO 2018108347A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
valve
closing body
fluidic connection
seat
outlet channel
Prior art date
Application number
PCT/EP2017/075178
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Francois Brusset
Frank Scholz
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Publication of WO2018108347A1 publication Critical patent/WO2018108347A1/de

Links

Classifications

    • 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
    • F16K31/12—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid
    • F16K31/122—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid the fluid acting on a piston
    • F16K31/1221—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid the fluid acting on a piston one side of the piston being spring-loaded
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N5/00—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy
    • F01N5/02—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy the devices using heat
    • 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
    • F16K11/00—Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves
    • F16K11/02—Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves with all movable sealing faces moving as one unit
    • 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
    • F16K11/00—Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves
    • F16K11/02—Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves with all movable sealing faces moving as one unit
    • F16K11/04—Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves with all movable sealing faces moving as one unit comprising only lift valves
    • F16K11/044—Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves with all movable sealing faces moving as one unit comprising only lift valves with movable valve members positioned between valve seats
    • 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
    • F16K11/00—Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves
    • F16K11/02—Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves with all movable sealing faces moving as one unit
    • F16K11/06—Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves with all movable sealing faces moving as one unit comprising only sliding valves, i.e. sliding closure elements
    • F16K11/065—Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves with all movable sealing faces moving as one unit comprising only sliding valves, i.e. sliding closure elements with linearly sliding closure members
    • F16K11/07—Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves with all movable sealing faces moving as one unit comprising only sliding valves, i.e. sliding closure elements with linearly sliding closure members with cylindrical slides
    • F16K11/0716—Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves with all movable sealing faces moving as one unit comprising only sliding valves, i.e. sliding closure elements with linearly sliding closure members with cylindrical slides with fluid passages through the valve member
    • 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
    • F16K39/00—Devices for relieving the pressure on the sealing faces
    • F16K39/02—Devices for relieving the pressure on the sealing faces for lift valves
    • F16K39/024—Devices for relieving the pressure on the sealing faces for lift valves using an auxiliary valve on the main valve
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2240/00—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being
    • F01N2240/02—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being a heat exchanger
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a slide valve.
  • the slide valve according to the invention can be used in particular in a waste heat recovery system of an internal combustion engine.
  • Valves are known in various designs from the prior art.
  • a known slide valve comprises a valve housing and a longitudinally movably arranged in the valve housing substantially axially symmetrical closing body.
  • an inlet channel, a first outlet channel and a second outlet channel are arranged in the valve housing.
  • the closing body cooperates with a first valve seat formed on the valve housing and thus opens and closes a first fluidic connection to the first outlet channel.
  • the closing body cooperates by its longitudinal movement with a formed on the valve housing second valve seat and opens and closes a second fluidic connection to the second outlet channel.
  • Such a valve is known for example from the patent application DE 10 2014 224979 AI.
  • the closing body of the known slide valve requires comparatively high forces for controlling the closing body.
  • the slide valve according to the invention can be actuated with very low forces.
  • the slide valve comprises a valve housing and a longitudinally movably arranged in the valve housing substantially axially symmetrical closing body.
  • an inlet channel, a first outlet channel and a second outlet channel are formed in the valve housing.
  • the closing body cooperates with a first valve seat formed in the valve housing and thereby opens and closes a first fluidic connection between the inlet channel and the first outlet channel.
  • the closing body continues to act through its longitudinal movement with a second valve seat formed in the valve housing and thereby opens and closes a second fluidic connection between the inlet channel and the second outlet channel.
  • the closing body can be actuated by means of a valve piston of an actuator unit.
  • valve housing, the closing body and the valve piston define a compensation chamber.
  • the valve piston cooperates with the closing body for opening and closing a third fluidic connection from the compensation chamber to the second outlet channel.
  • the third fluidic connection is preferably open, even if the second fluidic connection is open, and the third fluidic connection is closed, even if the second fluidic connection is closed.
  • the slide valve is almost pressure-balanced, in particular when the second fluidic connection is open, that is to say the resulting fluidic forces in the axial direction are virtually zero.
  • the force required for the actuator unit for switching from open second fluidic connection to closed second fluidic connection is very low.
  • this circuit takes place with activation of the actuator unit.
  • In the expansion chamber creates a pressure build-up, which supports the direction of movement of the closing body.
  • the circuit back to the opened second fluidic connection then takes place by deactivating the actuator unit, which results in a pressure reduction in the expansion chamber.
  • the first valve seat is designed as a sliding valve seat.
  • no high contact pressures, such as in a poppet valve required.
  • the valve positions of the spool valve with respect to the first valve seat also require no high closing forces.
  • the design as a sliding valve seat means that even with the first fluidic connection closed, a certain amount of leakage flows from the inlet channel to the first outlet channel. The components downstream of the first outlet channel can thus be kept at temperature during operation.
  • this is advantageous in order to keep the expansion machine at a minimum temperature.
  • the second valve seat is designed as a conical valve seat.
  • the second fluidic connection can be closed leak-free.
  • this is advantageous to be able to operate the expansion machine with a high efficiency when the first fluidic connection is open.
  • an inner bore is formed as a third fluidic connection in the closing body. Consequently, the compensation chamber and the second outlet channel are formed at different ends of the closing body, so that the fluidic pressure of the compensation chamber acts on the closing body in the direction of the second outlet channel, ie in the direction of the closed second fluidic connection.
  • the resulting fluidic force is applied to the closing body in the axial direction. almost zero.
  • the spool valve quasi pressure balanced.
  • the required driving force through the actuator unit is thus very low, it can be used a comparatively small and inexpensive actuator.
  • the compensation space and the second valve seat have almost the same diameter for this purpose.
  • the oppositely directed surfaces of the closing body are almost of the same size, which, when the second fluidic connection is open-and at the same time the third fluidic connection is open-are subjected to the pressure of the second outlet channel.
  • a valve spring acts on the closing body, preferably counter to the effective direction of the actuator unit. Accordingly, the valve spring can reset the closing body in a simple manner when the actuator unit is deactivated.
  • the valve spring in this case the closing body so that the second fluidic connection is open.
  • the actuator unit sets the closing body such that the first fluidic connection is opened.
  • the second fluidic connection is the bypass operation, ie past the expansion machine. This is advantageous for safety reasons, so that in case of failure of the actuator unit overheating of the expansion machine is prevented.
  • the valve spring braces the closing body when the first fluidic connection is open against the valve piston.
  • the third fluidic connection is thereby closed.
  • a bore seat surrounding the inner bore is advantageously formed on the closing body, with which the valve piston cooperates for opening and closing the third fluidic connection.
  • a fluid pressure can build up in the compensation chamber, which acts in such a way that the closing force of the closing body on the second valve seat is increased.
  • the sealing effect for closing the second fluidic connection is thus increased by the fluid pressure in the compensation chamber.
  • the valve spring braces the closing body when the first fluidic connection is closed against a stop. In this position, the valve piston is lifted from the bore seat, so the third fluidic connection open. The expansion chamber is thus pressure relieved, it adjusts the pressure of the second outlet channel.
  • an actuator spring acts on the valve piston in the opposite direction to the closing body. That is, the actuator spring moves in the deactivated state of the actuator unit, the valve piston in a simple manner away from the bore seat and thereby opens the third hydraulic connection.
  • a leakage seat connects the first outlet channel to the compensation chamber.
  • the fluid pressure is raised to the pressure level of the first outlet channel or of the inlet channel when the third fluidic connection is closed.
  • the temporal pressure build-up takes place depending on the strength of the throttle effect of the leakage seat.
  • the leakage seat is designed as a sliding seat, in particular between the valve housing and the closing body.
  • the leakage seat can simultaneously assume the function of a slide bearing so that the closing body is guided very well in the axial direction.
  • the actuator unit is pneumatically controllable, for example via the compressed air supply of trucks.
  • the actuator can be designed to save space and low.
  • a very small actuator unit can be used for this purpose.
  • the slide valve according to the invention is arranged in a waste heat recovery system of an internal combustion engine.
  • the waste heat recovery system comprises a circuit carrying a working medium, wherein the circuit in the flow direction of the working medium comprises a pump, an evaporator, a bypass valve, an expansion machine and an NEN capacitor comprises.
  • Parallel to the expansion machine a bypass line is arranged, wherein the bypass valve controls the mass flow of the working medium to the expansion machine and the bypass line.
  • the bypass valve is the slide valve according to the invention.
  • the first outlet channel of the slide valve open into the expansion machine and the second outlet channel into the bypass line.
  • a slide valve then has a sliding valve seat as the first valve seat, so that the expansion machine can be kept at a minimum temperature even in the bypass mode.
  • Fig.l shows a longitudinal section of an embodiment of the slide valve according to the invention, wherein only the essential areas are shown.
  • FIG. 2 shows schematically the slide valve according to the invention Fig.l in a further valve position.
  • FIG. 3 schematically shows a waste heat recovery system with a berventil.
  • Description Fig.l and Fig.2 show a longitudinal section of a slide valve 1 according to the invention, wherein only the essential areas are shown.
  • 2 shows a second end position of the slide valve 1.
  • the slide valve 1 comprises a valve housing 4, arranged therein, for example, pressed, valve sleeve 2 and a closing body 3 and is through an actuator 20 driven.
  • many alternative drives are possible, for example a pneumatic actuator unit, an electromechanical actuator unit or a piezoelectric actuator unit.
  • valve housing 4 an inlet channel 5, a first outlet channel 6 and a second outlet channel 7 are formed, so that the slide valve 1 is formed in this embodiment as a 3-way valve.
  • the valve housing 4 comprises a first housing part 4a and a second housing part 4b, which are firmly connected to each other and thereby clamp or fix the valve sleeve 2 in the axial direction.
  • the inlet channel 5 and the first outlet channel 6 are volute-shaped and formed in the first housing part 4a.
  • the second outlet channel 7 is designed in the shape of a hole and formed in the second housing part 4b.
  • a guide bore 10 is formed, in which the substantially cylindrical closing body 3 is guided longitudinally movable.
  • the valve sleeve 2 can also be omitted or executed in one piece with the valve housing 4; for this case, the guide bore 10 would then be formed in the valve housing 4.
  • Fig.l shows an opened first fluidic connection from the inlet channel 5 to the first outlet channel 6.
  • a first valve seat 11 is opened.
  • a second fluidic connection from the inlet channel 5 to the second outlet channel 7 is closed.
  • a second valve seat 12 is closed.
  • the actuator unit 20 biases the Closing body 3 against the second valve seat 12 and at the same time against a valve spring 9 before.
  • the first valve seat 11 is designed as a sliding valve seat on the valve housing 4 and cooperates with a taper 31 formed on the closing body 3 or a lateral surface 32 formed on the closing body 3, the lateral surface 32 being arranged adjacent to the taper 31.
  • the taper 31 is arranged opposite the first valve seat 11, so that working medium can flow between the first valve seat 11 and the taper 31 from the inlet channel 5 to the first outlet channel 6.
  • the closing body 3 is displaced axially, and thus the lateral surface 32 adjacent the taper 31 is arranged opposite to the first valve seat 11, so that apart from the leakage, no working medium is left from the inlet channel 5 can flow to the first outlet channel 6.
  • the second valve seat 12 is also designed as a sliding valve seat or a conical seat or a combination of both. For the execution of the second valve seat
  • a guide surface 34 is formed on the closing body 3, which cooperates with the guide bore 10 and slides in this in the axial direction.
  • a continuous inner bore 38 is formed in the axial direction.
  • at least one connecting bore 39 is formed in the radial direction in the closing body 3; in the present example of Fig.l and Fig.2 there are two connecting holes 39th
  • connection holes 39 branch off from the inner bore 38 and can be concealed on the outside of the closing body 3 by the guide bore 10. In the valve position of Fig.l are the connection holes
  • the closed second fluidic connection is leak-free.
  • the second valve seat 12 is formed as a conical surface or as a conical valve seat on an end face of the valve sleeve 2 and cooperates with a formed on the closing body 3 also conical closing surface 33 together.
  • the closing surface 33 is arranged between the guide surface 34 and the lateral surface 32.
  • the valve seat 12 and the closing surface 33 have a slightly different angle, so that in the closed state of the second fluidic connection, a sealing edge between the closing body 3 and the valve sleeve 2 is idealized.
  • the conical valve seat can also be formed on the valve housing 4.
  • the slide valve 1 is pressure balanced at an open third fluidic connection - and thus also when the second fluidic connection is open.
  • the inner bore 38 opens into a compensating space 29 formed in the first housing part 4a third fluidic connection with the inner bore 38 and connected to the second outlet channel 7.
  • the compensation chamber 29, the inner bore 38 and the spring chamber 8 are acted upon with open third fluidic connection to the fluid pressure of the second outlet channel 7.
  • the valve spring 9 is arranged to save space in the spring chamber 8.
  • the compensation chamber 29 is delimited by a leakage seat 13 formed on the first housing part 4a, which cooperates with a slide surface 35 formed on the closing body 3.
  • the leakage seat 13 thus separates the compensation chamber 29 from the first outlet channel 6 in the form of a strong restriction. If now the leakage seat 13 and the second valve seat 12 have approximately the same diameter, then the closing body 3 is in the second end position of the slide valve 3 (Fig.2), so with open third fluidic connection, pressure balanced.
  • the inlet channel 5 When the first fluidic connection is open, the inlet channel 5 is connected to the first outlet channel 6, ie, a comparatively high pressure is established in the first outlet channel 6.
  • the second fluidic connection is closed at the same time, but the inner bore 38 is nevertheless subjected to the comparatively low fluid pressure of the second outlet channel 7.
  • a valve piston 21 of the actuator unit 20 cooperates with a bore seat 14 formed on the closing body 3, thereby closing the third fluidic connection from the inner bore 38 to the compensation chamber 29.
  • the bore seat 14, the inner bore 38 is arranged surrounding.
  • the valve piston 21 presses the closing body 3 in this state against the spring force of the valve spring 9 in the second valve seat 12th
  • the first fluidic connection In the first end position (FIG. 1), the first fluidic connection is thus opened and the second fluidic connection and the third fluidic connection are closed.
  • the first fluidic connection is closed and the second fluidic connection and the third fluidic connection are opened.
  • the valve piston 21 is lifted off the bore seat 14.
  • the stopper 36 can, as shown in FIGS. 1 and 2, be formed on a separate component, which is arranged in the valve housing 4.
  • the stopper 36 may alternatively be formed on the valve housing 4 itself.
  • the compensation chamber 29 is limited by means of a sealing element 28 through which the valve piston 21 is guided.
  • the actuator spring 22 and other components the actuator unit 20 are preferably arranged outside of the compensation chamber 29, only the valve piston 21 projects into the compensation chamber 29.
  • the third fluidic connection between the spring chamber 8 and the compensation chamber 9 is opened. That is, the pressures on both sides of the closing body 3 are equal, and correspond to the comparatively low pressure of the second outlet channel 7.
  • the only forces that hold the closing body 3 in position are in the case of a pressure-balanced embodiment of the slide valve 1 the Force of the valve spring 9 and the pressure force resulting from the fluid pressure of the inlet channel 5, which acts on the closing surface 33.
  • the working medium flows through the connecting bores 39.
  • the connecting bores 39 simultaneously represent the throttle bores which reduce the pressure from the inlet duct 5 to the second outlet duct 7. It can also be used more than one connection hole 39.
  • the actuator unit 20 is activated, that is, for example, the valve piston 21 is acted upon by compressed air, so that the valve piston 21 is pressed into the bore seat 14.
  • the valve piston 21 then presses the closing body 3 counter to the force of the valve spring 9 in the second valve seat 12.
  • the third fluidic connection between the spring chamber 8 and the expansion chamber 29 is thus closed, and through the leakage seat 13, a pressure builds up in the expansion chamber 29 which after some time corresponds to the pressure of the first outlet channel 6 and the inlet channel 5, respectively.
  • FIG 3 shows a waste heat recovery system 100 of an internal combustion engine 110, not shown.
  • the waste heat recovery system 100 has a working medium leading circuit 100 a, which in the flow direction of the working medium idis pump 102, an evaporator 103, an expansion machine 104 and a condenser 105 includes.
  • the working medium can be used as required via a
  • Stem and a valve assembly 101a are fed from a collecting container 101 in the circuit 100a.
  • the collecting container 101 may alternatively be incorporated into the circuit 100a.
  • the evaporator 103 is connected to an exhaust pipe of the internal combustion engine, thus uses the heat energy of the exhaust gas of the internal combustion engine.
  • a bypass line 106 is arranged parallel to the expansion machine 104.
  • the working medium of the expansion machine 104 is supplied or passed by the bypass line 106 to the expansion machine 104.
  • a temperature sensor 107 is arranged in front of the condenser 105.
  • the temperature sensor 107 determines the Temperature of the working medium in front of the condenser 105 and transmits a corresponding signal to a control unit 108.
  • the control unit 108 controls the actuator unit 20 of the slide valve in dependence on various data, such as the temperature of the working medium in front of the condenser 105 via the two electrical connections 61, 62 1 on.
  • the slide valve 1 is switched by the valve piston 21 of the actuator unit 20 so that the working medium is guided either by the expansion machine 104, or by the bypass line 106.
  • the mass flow of the working medium can also be divided, so that a part of the working medium of the expansion machine 104 supplied and another part of the bypass line 106.
  • the embodiments of the slide valve 1 according to the invention are very suitable for use within a waste heat recovery system 100 of an internal combustion engine, since the mass flow of the working medium can be quickly and energy-saving depending on the operating state on the expansion machine 104 and the bypass line 106 can be divided. Thus, the efficiency of the entire waste heat recovery system 100 is increased.
  • the second outlet channel 7 open into the bypass line 106 and the first outlet channel 6 in the expansion machine 104.
  • the leakage is advantageously designed by the designed as a sliding seat valve seat 11 so that even in the second end position of the slide valve 1 by the first Valve seat 11 flowing leakage amount, the expansion machine 104 is kept at temperature.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Multiple-Way Valves (AREA)

Abstract

Schieberventil (1) mit einem Ventilgehäuse (4) und einem längsbeweglich in dem Ventilgehäuse (4) angeordneten im Wesentlichen axialsymmetrischen Schließkörper (3). In dem Ventilgehäuse (4) sind ein Einlasskanal (5), ein erster Auslasskanal (6) und ein zweiter Auslasskanal (7) ausgebildet. Der Schließkörper (3) wirkt durch seine Längsbewegung mit einem im Ventilgehäuse (4) ausgebildeten ersten Ventilsitz (11) zusammen und öffnet und schließt dadurch eine erste fluidische Verbindung zwischen dem Einlasskanal (5) und dem ersten Auslasskanal (6). Weiterhin wirkt der Schließkörper (3) durch seine Längsbewegung mit einem im Ventilgehäuse (4) ausgebildeten zweiten Ventilsitz (12) zusammen und öffnet und schließt dadurch eine zweite fluidische Verbindung zwischen dem Einlasskanal (5) und dem zweiten Auslasskanal (7). Der Schließkörper (3) ist mittels eines Ventilkolbens (21) einer Aktoreinheit (20) ansteuerbar. Das Ventilgehäuse (4), der Schließkörper (3) und der Ventilkolben (21) begrenzen einen Ausgleichsraum (29). Der Ventilkolben (21) wirkt mit dem Schließkörper (3) zum Öffnen und Schließen einer dritten fluidischen Verbindung von dem Ausgleichsraum (29) zu dem zweiten Auslasskanal (7) zusammen.

Description

Beschreibung Titel
Schieberventil Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Schieberventil. Das erfindungsgemäße Schieberventil kann insbesondere in einem Abwärmerückgewinnungssystem einer Brennkraftmaschine verwendet werden.
Stand der Technik
Ventile sind in vielfältigen Ausführungen aus dem Stand der Technik bekannt.
Ein bekanntes Schieberventil umfasst ein Ventilgehäuse und einen längsbeweglich in dem Ventilgehäuse angeordneten im Wesentlichen axialsymmetrischen Schließkörper. In dem Ventilgehäuse sind ein Einlasskanal, ein erster Auslasskanal und ein zweiter Auslasskanal angeordnet. Der Schließkörper wirkt durch seine Längsbewegung mit einem an dem Ventilgehäuse ausgebildeten ersten Ventilsitz zusammen und öffnet und schließt so eine erste fluidische Verbindung zu dem ersten Auslasskanal. Weiterhin wirkt der Schließkörper durch seine Längsbewegung mit einem an dem Ventilgehäuse ausgebildeten zweiten Ventilsitz zusammen und öffnet und schließt so eine zweite fluidische Verbindung zu dem zweiten Auslasskanal. Ein derartiges Ventil ist beispielsweise aus der Patentanmeldung DE 10 2014 224979 AI bekannt.
Der Schließkörper des bekannten Schieberventils erfordert vergleichsweise hohe Kräfte zur Ansteuerung des Schließkörpers.
Offenbarung der Erfindung Das erfindungsgemäße Schieberventil kann demgegenüber mit sehr geringen Kräften angesteuert werden. Dazu umfasst das Schieberventil ein Ventilgehäuse und einen längsbeweglich in dem Ventilgehäuse angeordneten im Wesentlichen axialsymmetrischen Schließkörper. In dem Ventilgehäuse sind ein Einlasskanal, ein erster Auslasskanal und ein zweiter Auslasskanal ausgebildet. Der Schließkörper wirkt durch seine Längsbewegung mit einem im Ventilgehäuse ausgebildeten ersten Ventilsitz zu- sammen und öffnet und schließt dadurch eine erste fluidische Verbindung zwischen dem Einlasskanal und dem ersten Auslasskanal. Der Schließkörper wirkt weiterhin durch seine Längsbewegung mit einem im Ventilgehäuse ausgebildeten zweiten Ventilsitz zusammen und öffnet und schließt dadurch eine zweite fluidische Verbindung zwischen dem Einlasskanal und dem zweiten Auslasskanal. Der Schließkörper ist mittels eines Ventilkolbens einer Aktoreinheit ansteuerbar.
Das Ventilgehäuse, der Schließkörper und der Ventilkolben begrenzen einen Ausgleichsraum. Der Ventilkolben wirkt mit dem Schließkörper zum Öffnen und Schließen einer dritten fluidischen Verbindung von dem Ausgleichsraum zu dem zweiten Auslasskanal zusammen.
Durch das Öffnen und Schließen der dritten fluidischen Verbindung ist der Ausgleichsraum, je nach Position des Schließkörpers, mit unterschiedlichen Drücken beaufschlagt, welche unter anderem auch auf den Schließkörper wirken. Vorzugsweise ist dabei die dritte fluidische Verbindung geöffnet, wenn auch die zweite fluidische Verbindung geöffnet ist, und die dritte fluidische Verbindung ist geschlossen, wenn auch die zweite fluidische Verbindung geschlossen ist.
Dadurch ist das Schieberventil insbesondere bei geöffneter zweiter fluidischer Verbindung nahezu druckausgeglichen, das heißt die resultierenden fluidischen Kräfte in axialer Richtung sind nahezu Null.
Damit ist der Kraftaufwand für die Aktoreinheit zur Schaltung von geöffneter zweiter fluidischer Verbindung zu geschlossener zweiter fluidischer Verbindung sehr gering. Idealerweise erfolgt diese Schaltung mit Aktivierung der Aktoreinheit. Im Ausgleichsraum entsteht ein Druckaufbau, welcher die Bewegungsrichtung des Schließkörpers unterstützt. Die Schaltung zurück zur geöffneten zweiten fluidischen Verbindung erfolgt dann durch Deaktivierung der Aktoreinheit, was einen Druckabbau in dem Ausgleichsraum zur Folge hat.
In vorteilhaften Ausführungen ist der erste Ventilsitz als Schiebeventilsitz ausgeführt. Dadurch sind keine hohen Kontaktpressungen, wie beispielsweise bei einem Tellerventil, erforderlich. Somit erfordern die Ventilstellungen des Schieberventils bzgl. des ersten Ventilsitzes auch keine hohen Schließkräfte. Weiterhin führt die Ausbildung als Schiebeventilsitz dazu, dass auch bei geschlossener erster fluidischer Verbindung eine gewisse Leckagemenge von dem Einlasskanal zu dem ersten Auslasskanal fließt. Die dem ersten Auslasskanal nachgeschalteten Komponenten können so während des Betriebs auf Temperatur gehalten werden. Insbesondere für die Anwendung des Schieberventils als ein Bypass-Ventil für eine Expansionsmaschine in einem Abwärmerückgewinnungssystem ist dies von Vorteil, um die Expansionsmaschine auf einer Mindesttemperatur halten zu können.
In vorteilhaften Ausführungen ist der zweite Ventilsitz als Kegelventilsitz ausgeführt. Dadurch kann die zweite fluidische Verbindung leckagefrei geschlossen werden. Insbesondere für die Anwendung des Schieberventils als ein Bypass- Ventil für eine Expansionsmaschine in einem Abwärmerückgewinnungssystem ist dies von Vorteil, um die Expansionsmaschine bei geöffneter erster fluidischer Verbindung mit einem hohen Wirkungsgrad betreiben zu können.
In vorteilhaften Weiterbildungen ist in dem Schließkörper eine Innenbohrung als dritte fluidische Verbindung ausgebildet. Demzufolge sind der Ausgleichsraum und der zweite Auslasskanal an unterschiedlichen Enden des Schließkörpers ausgebildet, so dass der fluidische Druck des Ausgleichsraums den Schließkörper in Richtung des zweiten Auslasskanals beaufschlagt, also in Richtung der geschlossenen zweiten fluidischen Verbindung.
In vorteilhaften Ausführungen ist bei geschlossener erster fluidischer Verbindung die resultierende fluidische Kraft auf den Schließkörper in axialer Richtung na- hezu Null. Damit ist in dieser Ventilstellung das Schieberventil quasi druckausgeglichen. Die erforderliche Ansteuerkraft durch die Aktoreinheit ist dadurch sehr gering, es kann eine vergleichsweise kleine und kostengünstige Aktoreinheit verwendet werden.
Vorteilhafterweise weisen dazu der Ausgleichsraum und der zweite Ventilsitz nahezu den gleichen Durchmesser auf. Dadurch sind die entgegengerichteten Flächen des Schließkörpers nahezu gleich groß, die bei geöffneter zweiter fluidischer Verbindung - und gleichzeitig geöffneter dritter fluidischer Verbindung - mit dem Druck des zweiten Auslasskanals beaufschlagt sind.
In vorteilhaften Weiterbildungen beaufschlagt eine Ventilfeder den Schließkörper, vorzugsweise entgegen der Wirkrichtung der Aktoreinheit. Die Ventilfeder kann demzufolge bei deaktivierter Aktoreinheit den Schließkörper auf einfache Art und Weise zurückstellen. Vorzugsweise stellt die Ventilfeder dabei den Schließkörper so, dass die zweite fluidische Verbindung geöffnet ist. Demzufolge stellt die Aktoreinheit den Schließkörper so, dass die erste fluidische Verbindung geöffnet ist. In der Anwendung in einem Abwärmerückgewinnungssystem ist die zweite fluidische Verbindung der Bypass-Betrieb, also an der Expansionsmaschine vorbei. Dies ist aus Sicherheitsaspekten vorteilhaft, so dass bei einem Ausfall der Aktoreinheit ein Überhitzen der Expansionsmaschine verhindert wird.
In vorteilhaften Weiterbildungen verspannt die Ventilfeder den Schließkörper bei geöffneter erster fluidischer Verbindung gegen den Ventilkolben. Vorzugsweise wird dadurch die dritte fluidische Verbindung geschlossen. Vorteilhafterweise ist dazu an dem Schließkörper ein die Innenbohrung umgebender Bohrungssitz ausgebildet, mit welchem der Ventilkolben zum Öffnen und Schließen der dritten fluidischen Verbindung zusammenwirkt. Bei geschlossener dritter fluidischer Verbindung kann sich in dem Ausgleichsraum ein Fluiddruck aufbauen, der so wirkt, dass die Schließkraft des Schließkörpers auf den zweiten Ventilsitz erhöht wird. Die Dichtwirkung zum Schließen der zweiten fluidischen Verbindung wird damit durch den Fluiddruck im Ausgleichsraum erhöht. In vorteilhaften Ausführungen verspannt die Ventilfeder den Schließkörper bei geschlossener erster fluidischer Verbindung gegen einen Anschlag. In dieser Position ist der Ventilkolben von dem Bohrungssitz abgehoben, die dritte fluidische Verbindung also geöffnet. Der Ausgleichsraum wird damit druckentlastet, es stellt sich der Druck des zweiten Auslasskanals ein.
In vorteilhaften Weiterbildungen beaufschlagt eine Aktorfeder den Ventilkolben in Gegenrichtung zu dem Schließkörper. Das heißt die Aktorfeder bewegt im deaktivierten Zustand der Aktoreinheit den Ventilkolben auf einfache Art und Weise von dem Bohrungssitz weg und öffnet dadurch die dritte hydraulische Verbindung.
In vorteilhaften Ausführungen verbindet bei geschlossener dritter fluidischer Verbindung, vorzugsweise aber in jeder Position des Schließkörpers, ein Leckagesitz den ersten Auslasskanal mit dem Ausgleichsraum. Dadurch wird der Fluid- druck bei geschlossener dritter fluidischer Verbindung auf das Druckniveau des ersten Auslasskanals bzw. des Einlasskanals gehoben. Der zeitliche Druckaufbau erfolgt dabei je nach Stärke der Drosselwirkung des Leckagesitzes.
In vorteilhaften Weiterbildungen ist der Leckagesitz als Schiebesitz ausgebildet, insbesondere zwischen dem Ventilgehäuse und dem Schließkörper. Dadurch kann der Leckagesitz gleichzeitig die Funktion einer Gleitlagerung übernehmen, so dass der Schließkörper in axialer Richtung sehr gut geführt ist.
In vorteilhaften Ausführungen ist die Aktoreinheit pneumatisch ansteuerbar, beispielsweise über die Druckluftversorgung von Lastkraftwagen. Dadurch kann die Aktoreinheit sehr bauraumsparend und günstig ausgeführt werden. Im Falle eines druckausgeglichenen Schieberventils kann dafür eine sehr kleine Aktoreinheit verwendet werden.
In einer vorteilhaften Ausführung ist das erfindungsgemäße Schieberventil in einem Abwärmerückgewinnungssystem einer Brennkraftmaschine angeordnet. Das Abwärmerückgewinnungssystem umfasst einen ein Arbeitsmedium führenden Kreislauf, wobei der Kreislauf in Flussrichtung des Arbeitsmediums eine Pumpe, einen Verdampfer, ein Bypass-Ventil, eine Expansionsmaschine und ei- nen Kondensator umfasst. Parallel zur Expansionsmaschine ist eine Bypassleitung angeordnet, wobei das Bypass-Ventil den Massenstrom des Arbeitsmediums zur Expansionsmaschine und zur Bypassleitung steuert. Das Bypass-Ventil ist das erfindungsgemäße Schieberventil. Dadurch kann der Massenstrom des Arbeitsmediums beliebig zwischen der Expansionsmaschine und der Bypassleitung aufgeteilt werden. Dies kann beispielsweise in Abhängigkeit des Verdampfungsgrads des Arbeitsmediums oder der Temperatur des Arbeitsmediums erfolgen.
Um eine hohe Effizienz des Abwärmerückgewinnungssystems zu erzielen, ist es notwendig lediglich verdampftes Arbeitsmedium zur Expansionsmaschine zu fördern. Flüssiges Arbeitsmedium muss durch die Bypassleitung gefördert werden. Gegebenenfalls ist also ein schnelles Umschalten zwischen erster und zweiter fluidischer Verbindung erforderlich; dies kann mit dem erfindungsgemäßen, vorzugsweise druckausgeglichenen, Schieberventil vollzogen werden. Der niedrige Energieverbrauch des Schieberventils erhöht gleichzeitig die Effizienz des gesamten Abwärmerückgewinnungssystems.
Vorteilhafterweise münden der erste Auslasskanal des Schieberventils in die Expansionsmaschine und der zweite Auslasskanal in die Bypassleitung. Vorzugsweise weist ein derartiges Schieberventil dann als ersten Ventilsitz einen Schiebeventilsitz auf, so dass die Expansionsmaschine auch im Bypass- Betrieb auf einer Mindesttemperatur gehalten werden kann.
Zeichnungen
Fig.l zeigt einen Längsschnitt eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Schieberventils, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind.
Fig.2 zeigt schematisch das erfindungsgemäße Schieberventil der Fig.l in einer weiteren Ventilstellung.
Fig.3 zeigt schematisch ein Abwärmerückgewinnungssystem mit einem berventil. Beschreibung Fig.l und Fig.2 zeigen einen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Schieberventils 1, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind. Dabei zeigt die Fig.l eine erste Endstellung des Schieberventils 1, und die Fig.2 zeigt eine zweite Endstellung des Schieberventils 1. Das Schieberventil 1 umfasst ein Ventilgehäuse 4, eine darin angeordnete, beispielsweise eingepresste, Ventilhülse 2 und einen Schließkörper 3 und wird durch eine Aktoreinheit 20 angetrieben. Dabei sind viele alternative Antriebe möglich, beispielsweise eine pneumatische Aktoreinheit, eine elektromechani- sche Aktoreinheit oder eine piezoelektrische Aktoreinheit.
In dem Ventilgehäuse 4 sind ein Einlasskanal 5, ein erster Auslasskanal 6 und ein zweiter Auslasskanal 7 ausgebildet, so dass das Schieberventil 1 in dieser Ausführung als 3-Wege-Ventil ausgebildet ist. Das Ventilgehäuse 4 umfasst ein erstes Gehäuseteil 4a und ein zweites Gehäuseteil 4b, welche fest miteinander verbunden sind und dadurch die Ventilhülse 2 in axialer Richtung verspannen bzw. fixieren. Der Einlasskanal 5 und der erste Auslasskanal 6 sind volutenförmig gestaltet und im ersten Gehäuseteil 4a ausgebildet. Der zweite Auslasskanal 7 ist bohrungsförmig gestaltet und im zweiten Gehäuseteil 4b ausgebildet. In der Ventilhülse 2 ist eine Führungsbohrung 10 ausgebildet, in der der im Wesentlichen zylinderförmige Schließkörper 3 längsbeweglich geführt ist. Alternativ kann die Ventilhülse 2 auch weggelassen bzw. mit dem Ventilgehäuse 4 einstückig ausgeführt werden; für diesen Fall wäre die Führungsbohrung 10 dann in dem Ventilgehäuse 4 ausgebildet.
Fig.l zeigt eine geöffnete erste fluidische Verbindung von dem Einlasskanal 5 zu dem ersten Auslasskanal 6. Dazu ist ein erster Ventilsitz 11 geöffnet. Weiterhin ist eine zweite fluidische Verbindung von dem Einlasskanal 5 zu dem zweiten Auslasskanal 7 geschlossen. Dazu ist ein zweiter Ventilsitz 12 geschlossen. In dieser ersten Endstellung des Schieberventils 1 spannt die Aktoreinheit 20 den Schließkörper 3 gegen den zweiten Ventilsitz 12 und gleichzeitig gegen eine Ventilfeder 9 vor.
Der erste Ventilsitz 11 ist als Schiebeventilsitz an dem Ventilgehäuse 4 ausgebil- det und wirkt mit einer an dem Schließkörper 3 ausgebildeten Verjüngung 31 bzw. einer an dem Schließkörper 3 ausgebildeten Mantelfläche 32 zusammen, wobei die Mantelfläche 32 benachbart zu der Verjüngung 31 angeordnet ist. Bei geöffneter erster fluidischer Verbindung (Fig.l) ist die Verjüngung 31 gegenüberliegend zu dem ersten Ventilsitz 11 angeordnet, so dass Arbeitsmedium zwi- sehen dem ersten Ventilsitz 11 und der Verjüngung 31 von dem Einlasskanal 5 zu dem ersten Auslasskanal 6 strömen kann. Bei geschlossener erster fluidischer Verbindung (Fig.2) ist der Schließkörper 3 axial verschoben und so die der Verjüngung 31 benachbarte Mantelfläche 32 gegenüberliegend zu dem ersten Ventilsitz 11 angeordnet, so dass - abgesehen von der Leckage - kein Arbeitsme- dium mehr von dem Einlasskanal 5 zu dem ersten Auslasskanal 6 strömen kann.
In dieser zweiten Endstellung des Schieberventils 1 ist die Aktoreinheit 20 nicht aktiviert und die Ventilfeder 9 stellt den Schließkörper 3 zurück.
Der zweite Ventilsitz 12 ist ebenfalls als Schiebeventilsitz oder als Kegelsitz oder als Kombination aus beidem ausgeführt. Zur Ausführung des zweiten Ventilsitzes
12 als Schiebeventilsitz ist an dem Schließkörper 3 eine Führungsfläche 34 ausgebildet, welche mit der Führungsbohrung 10 zusammenwirkt und in dieser in axialer Richtung abgleitet. In dem Schließkörper 3 ist in axialer Richtung eine durchgängige Innenbohrung 38 ausgebildet. Weiterhin ist in dem Schließkörper 3 zumindest eine Verbindungsbohrung 39 in radialer Richtung ausgebildet; im vorliegenden Beispiel der Fig.l und Fig.2 sind es zwei Verbindungsbohrungen 39.
Die Verbindungsbohrungen 39 zweigen dabei von der Innenbohrung 38 ab und können auf der Außenseite des Schließkörpers 3 von der Führungsbohrung 10 verdeckt werden. In der Ventilstellung der Fig.l sind die Verbindungsbohrungen
39 von der Fläche der Führungsbohrung 10 überdeckt, der zweite Ventilsitz 12 bzw. die zweite fluidische Verbindung ist damit geschlossen. In der zweiten Endstellung der Fig.2 sind die Verbindungsbohrungen 39 außerhalb der Führungsbohrung 10 positioniert und münden dadurch in den Eingangskanal 5; in dieser Ventilstellung ist die zweite fluidische Verbindung von dem Eingangskanal 5 über die Verbindungsbohrungen 39 und die Innenbohrung 38 zu dem zweiten Auslasskanal 7 geöffnet, die Ventilfeder 9 hat den Schließkörper 3 aus dem zweiten Ventilsitz 12 gedrückt.
In der Ausführung der Fig.l und Fig.2 ist die geschlossene zweite fluidische Verbindung jedoch leckagefrei. Dazu ist der zweite Ventilsitz 12 als konische Fläche bzw. als Kegelventilsitz an einer Stirnseite der Ventilhülse 2 ausgebildet und wirkt mit einer an dem Schließkörper 3 ausgebildeten ebenfalls konischen Schließfläche 33 zusammen. Die Schließfläche 33 ist zwischen der Führungsfläche 34 und der Mantelfläche 32 angeordnet. Vorzugsweise weisen der Ventilsitz 12 und die Schließfläche 33 dabei einen leicht unterschiedlichen Winkel auf, so dass sich im geschlossenen Zustand der zweiten fluidischen Verbindung idealisiert eine Dichtkante zwischen dem Schließkörper 3 und der Ventilhülse 2 ergibt. Alternativ kann der Kegelventilsitz dabei auch an dem Ventilgehäuse 4 ausgebildet sein.
Das erfindungsgemäße Schieberventil 1 ist bei einer geöffneten dritten fluidischen Verbindung - und damit auch bei geöffneter zweiter fluidischer Verbindung - druckausgeglichen. Dazu mündet die Innenbohrung 38 in einen im zweiten Gehäuseteil 4b ausgebildeten Federraum 8 und von dort weiter in den zweiten Auslasskanal 7. Am entgegengesetzten Ende des Schließkörpers 3 mündet die Innenbohrung 38 in einen im ersten Gehäuseteil 4a ausgebildeten Ausgleichsraum 29. Der Ausgleichsraum 29 ist über die dritte fluidische Verbindung mit der Innenbohrung 38 bzw. mit dem zweiten Auslasskanal 7 verbunden. Der Ausgleichsraum 29, die Innenbohrung 38 und der Federraum 8 sind bei geöffneter dritter fluidischer Verbindung mit dem Fluiddruck des zweiten Auslasskanals 7 beaufschlagt. Vorteilhafterweise ist die Ventilfeder 9 dabei bauraumsparend in dem Federraum 8 angeordnet.
Der Ausgleichsraum 29 wird durch einen am ersten Gehäuseteil 4a ausgebildeten Leckagesitz 13 begrenzt, welcher mit einer an dem Schließkörper 3 ausgebildeten Schieberfläche 35 zusammenwirkt. Der Leckagesitz 13 trennt so den Ausgleichsraum 29 von dem ersten Auslasskanal 6 in Form einer starken Drosselung. Weisen nun der Leckagesitz 13 und der zweite Ventilsitz 12 in etwa den gleichen Durchmesser auf, so ist der Schließkörper 3 in der zweiten Endstellung des Schieberventils 3 (Fig.2), also bei geöffneter dritter fluidischer Verbindung, druckausgeglichen.
Bei geöffneter erster fluidischer Verbindung ist der Einlasskanal 5 mit dem ersten Auslasskanal 6 verbunden, es stellt sich also ein vergleichsweise hoher Druck im ersten Auslasskanal 6 ein. Die zweite fluidische Verbindung ist gleichzeitig geschlossen, die Innenbohrung 38 aber dennoch mit dem vergleichsweise niedrigen Fluiddruck des zweiten Auslasskanals 7 beaufschlagt.
Vorteilhafterweise wirkt in dieser ersten Endstellung ein Ventilkolben 21 der Aktoreinheit 20 derart mit einem an dem Schließkörper 3 ausgebildeten Bohrungssitz 14 zusammen, dass dadurch die dritte fluidische Verbindung von der Innenbohrung 38 zu dem Ausgleichsraum 29 geschlossen wird. Dazu ist der Bohrungssitz 14 die Innenbohrung 38 umgebend angeordnet. Der Ventilkolben 21 drückt den Schließkörper 3 in diesem Zustand entgegen der Federkraft der Ventilfeder 9 in den zweiten Ventilsitz 12.
In der ersten Endstellung (Fig.l) sind somit die erste fluidische Verbindung geöffnet und die zweite fluidische Verbindung und die dritte fluidische Verbindung geschlossen.
In der zweiten Endstellung (Fig.2) sind die erste fluidische Verbindung geschlossen und die zweite fluidische Verbindung und die dritte fluidische Verbindung geöffnet. Zur Öffnung der dritten fluidischen Verbindung wird der Ventilkolben 21 von dem Bohrungssitz 14 abgehoben. Dies ist dadurch realisiert, dass die Ventilfeder 9 den Schließkörper 3 gegen einen Anschlag 36 drückt und gleichzeitig eine Aktorfeder 22 den Ventilkolben 21 weg vom Schließkörper 3 drückt. Beide Federn 9, 22 wirken dabei in derselben Richtung. Der Anschlag 36 kann dabei, wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt, an einem eigenen Bauteil ausgebildet sein, welches in dem Ventilgehäuse 4 angeordnet ist. Der Anschlag 36 kann alternativ aber auch am Ventilgehäuse 4 selbst ausgebildet sein.
Der Ausgleichsraum 29 ist mittels eines Dichtelements 28, durch welches der Ventilkolben 21 geführt ist, begrenzt. Die Aktorfeder 22 und weitere Bestandteile der Aktoreinheit 20 sind vorzugsweise außerhalb des Ausgleichsraums 29 angeordnet, lediglich der Ventilkolben 21 ragt in den Ausgleichsraum 29 hinein.
Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Schieberventils 1 ist wie folgt:
Wenn sich das Schieberventil in der zweiten Endstellung befindet (siehe Fig.2), ist die dritte fluidische Verbindung zwischen dem Federraum 8 und dem Ausgleichsraum 9 geöffnet. Das heißt, die Drücke auf beide Seiten des Schließkörpers 3 sind gleich groß, und entsprechen dem vergleichsweise niedrigen Druck des zweiten Auslasskanals 7. Die einzigen Kräfte, die den Schließkörper 3 in seiner Position halten, sind für den Fall einer druckausgeglichenen Ausführung des Schieberventils 1 die Kraft der Ventilfeder 9 und die Druckkraft resultierend aus dem Fluiddruck des Einlasskanals 5, welche auf die Schließfläche 33 wirkt. Das Arbeitsmedium fließt durch die Verbindungsbohrungen 39. Die Verbindungsboh- rungen 39 stellen gleichzeitig die Drosselbohrungen dar, die den Druck vom Einlasskanal 5 zum zweiten Auslasskanal 7 abbauen. Es können dazu auch mehr als eine Verbindungsbohrung 39 verwendet werden.
Um das Schieberventil 1 in seine erste Endstellung (Fig.l) umzuschalten, wird die Aktoreinheit 20 aktiviert, also beispielsweise der Ventilkolben 21 mit Druckluft beaufschlagt, so dass der Ventilkolben 21 in den Bohrungssitz 14 gedrückt wird. Der Ventilkolben 21 drückt dann den Schließkörper 3 entgegen der Kraft der Ventilfeder 9 in den zweiten Ventilsitz 12. Die dritte fluidische Verbindung zwischen dem Federraum 8 und dem Ausgleichsraum 29 wird somit geschlossen, und durch den Leckagesitz 13 baut sich ein Druck in dem Ausgleichsraum 29 auf, der nach einiger Zeit dem Druck des ersten Auslasskanals 6 bzw. des Einlasskanals 5 entspricht. Befindet sich der Schließkörper 3 im zweiten Ventilsitz 12, stellt sich somit also ein stationärer Druck im Ausgleichsraum 29 ein, wodurch der Schließkörper 3 stärker in den zweiten Ventilsitz 12 gedrückt wird und somit eine bessere Dichtwirkung der zweiten fluidischen Verbindung erzielt wird. Der Volumenstrom des Arbeitsmediums vom Einlasskanal 5 zum ersten Auslasskanal 6 ist damit quasi leckagefrei. Um das Schieberventil 1 wieder in die zweite Endstellung umzuschalten, wird die Aktivierung der Aktoreinheit 20 aufgehoben, also beispielsweise die Druckluftversorgung ausgeschaltet. Die Aktorfeder 22 bewegt den Ventilkolben 21 zurück, so dass der Ventilkolben 21 von dem Bohrungssitz 14 abhebt und die dritte fluidi- sehe Verbindung freigibt. Daraufhin baut sich der Druck in dem Ausgleichsraum
29 über die dritte fluidische Verbindung wieder ab und der Schließkörper 3 bewegt sich aufgrund der Kraft durch die Ventilfeder 9 und den Fluiddruck auf die Schließfläche 33 wieder zurück gegen den Anschlag 36. Der Ventilkolben 21 durchläuft jedoch einen größeren Hub als der Schließkörper 3, so dass die dritte fluidische Verbindung geöffnet bleibt. Durch das Abheben des Schließkörpers 3 vom zweiten Ventilsitz 12 werden die Verbindungsbohrungen 39 wieder freigegeben und dadurch die zweite fluidische Verbindung geöffnet.
Fig.3 zeigt ein Abwärmerückgewinnungssystem 100 einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine 110.
Das Abwärmerückgewinnungssystem 100 weist einen ein Arbeitsmedium führenden Kreislauf 100a auf, der in Flussrichtung des Arbeitsmediums eine Speiseflu- idpumpe 102, einen Verdampfer 103, eine Expansionsmaschine 104 und einen Kondensator 105 umfasst. Das Arbeitsmedium kann nach Bedarf über eine
Stichleitung und eine Ventilanordnung 101a aus einem Sammelbehälter 101 in den Kreislauf 100a eingespeist werden. Der Sammelbehälter 101 kann dabei alternativ auch in den Kreislauf 100a eingebunden sein. Der Verdampfer 103 ist an eine Abgasleitung der Brennkraftmaschine angeschlossen, nutzt also die Wärmeenergie des Abgases der Brennkraftmaschine.
Erfindungsgemäß wird das als 3-Wege-Ventil ausgebildete Schieberventil 1 als ein Bypassventil für die Expansionsmaschine 104 verwendet. Dazu ist eine By- passleitung 106 parallel zur Expansionsmaschine 104 angeordnet. Je nach Betriebszustand der Brennkraftmaschine und daraus resultierender Größen, beispielsweise Temperaturen des Arbeitsmediums, wird das Arbeitsmedium der Expansionsmaschine 104 zugeführt oder durch die Bypassleitung 106 an der Expansionsmaschine 104 vorbeigeführt. Beispielhaft ist ein Temperatursensor 107 vor dem Kondensator 105 angeordnet. Der Temperatursensor 107 ermittelt die Temperatur des Arbeitsmediums vor dem Kondensator 105 und übermittelt ein entsprechendes Signal an ein Steuergerät 108. Das Steuergerät 108 steuert in Abhängigkeit verschiedener Daten, wie beispielsweise der Temperatur des Arbeitsmediums vor dem Kondensator 105, über die beiden elektrischen Anschlüsse 61, 62 die Aktoreinheit 20 des Schieberventils 1 an.
Das Schieberventil 1 wird durch den Ventilkolben 21 der Aktoreinheit 20 so geschaltet, dass das Arbeitsmedium entweder durch die Expansionsmaschine 104 geführt wird, oder durch die Bypassleitung 106. Der Massenstrom des Arbeitsmediums kann auch aufgeteilt werden, so dass ein Teil des Arbeitsmediums der Expansionsmaschine 104 zugeführt wird und ein weiterer Teil der Bypassleitung 106.
Die Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Schieberventils 1 eignen sich sehr gut für die Verwendung innerhalb eines Abwärmerückgewinnungssystems 100 einer Brennkraftmaschine, da der Massenstrom des Arbeitsmediums schnell und energiesparend je nach Betriebszustand auf die Expansionsmaschine 104 und die Bypassleitung 106 aufgeteilt werden kann. Somit wird die Effizienz des gesamten Abwärmerückgewinnungssystems 100 erhöht.
Vorzugsweise münden der zweite Auslasskanal 7 in die Bypassleitung 106 und der erste Auslasskanal 6 in die Expansionsmaschine 104. Dabei ist vorteilhafterweise die Leckage durch den als Schiebesitz ausgeführten ersten Ventilsitz 11 so ausgelegt, dass auch in der zweiten Endstellung des Schieberventils 1 durch die durch den ersten Ventilsitz 11 fließende Leckagemenge die Expansionsmaschine 104 auf Temperatur gehalten wird.

Claims

Ansprüche
1. Schieberventil (1) mit einem Ventilgehäuse (4) und einem längsbeweglich in dem Ventilgehäuse (4) angeordneten im Wesentlichen axialsymmetrischen Schließkörper (3), wobei in dem Ventilgehäuse (4) ein Einlasskanal (5), ein erster Auslasskanal (6) und ein zweiter Auslasskanal (7) ausgebildet sind, wobei der Schließkörper (3) durch seine Längsbewegung mit einem im Ventilgehäuse (4) ausgebildeten ersten Ventilsitz (11) zusammenwirkt und dadurch eine erste fluidische Verbindung zwischen dem Einlasskanal (5) und dem ersten Auslasskanal (6) öffnet und schließt, wobei der Schließkörper (3) weiterhin durch seine Längsbewegung mit einem im Ventilgehäuse (4) ausgebildeten zweiten Ventilsitz (12) zusammenwirkt und dadurch eine zweite fluidische Verbindung zwischen dem Einlasskanal (5) und dem zweiten Auslasskanal (7) öffnet und schließt, wobei der Schließkörper (3) mittels eines Ventilkolbens (21) einer Aktoreinheit (20) ansteuerbar ist, wobei das Ventilgehäuse (4), der Schließkörper (3) und der Ventilkolben (21) einen Ausgleichsraum (29) begrenzen,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Ventilkolben (21) mit dem Schließkörper (3) zum Öffnen und Schließen einer dritten fluidischen Verbindung von dem Ausgleichsraum (29) zu dem zweiten Auslasskanal (7) zusammenwirkt.
2. Schieberventil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Ventilsitz (11) als Schiebeventilsitz ausgeführt ist.
3. Schieberventil (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Ventilsitz (12) als Kegelventilsitz ausgeführt ist.
4. Schieberventil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Schließkörper (3) eine Innenbohrung (38) als dritte fluidische Verbindung ausgebildet ist.
5. Schieberventil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei geschlossener erster fluidischer Verbindung die resultierende fluidische Kraft auf den Schließkörper (3) in axialer Richtung nahezu Null ist.
6. Schieberventil (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Aus- gleichsraum (29) und der zweite Ventilsitz (12) nahezu den gleichen Durchmesser aufweisen.
7. Schieberventil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ventilfeder (9) den Schließkörper (3) beaufschlagt.
8. Schieberventil (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilfeder (9) den Schließkörper (3) bei geöffneter erster fluidischer Verbindung gegen den Ventilkolben (21) verspannt.
9. Schieberventil (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilfeder (9) den Schließkörper (3) bei geschlossener erster fluidischer Verbindung gegen einen Anschlag (36) verspannt.
10. Schieberventil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aktorfeder (22) den Ventilkolben (21) in Gegenrichtung zu dem Schließkörper (3) beaufschlagt.
11. Schieberventil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei geschlossener dritter fluidischer Verbindung ein Leckagesitz (13) den ersten Auslasskanal (6) mit dem Ausgleichsraum (29) verbindet.
12. Schieberventil (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Leckagesitz (13) als Schiebesitz, insbesondere zwischen dem Ventilgehäuse (4) und dem Schließkörper (3), ausgebildet ist.
13. Schieberventil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktoreinheit (20) pneumatisch ansteuerbar ist.
14. Abwärmerückgewinnungssystem (100) mit einem ein Arbeitsmedium führenden Kreislauf (100a), wobei der Kreislauf (100a) in Flussrichtung des Arbeitsmediums eine Pumpe (102), einen Verdampfer (103), ein Bypass-Ventil (1), eine Expansionsmaschine (104) und einen Kondensator (105) umfasst, wobei parallel zur Expansionsmaschine (104) eine Bypassleitung (106) angeordnet ist und wobei das Bypass-Ventil (1) den Massenstrom des Arbeitsmediums zur Expansionsmaschine (104) und zur Bypassleitung (106) steuert, dadurch gekennzeichnet, dass das Bypass-Ventil (1) ein Schieberventil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 ist.
PCT/EP2017/075178 2016-12-14 2017-10-04 Schieberventil WO2018108347A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016224944.4 2016-12-14
DE102016224944.4A DE102016224944A1 (de) 2016-12-14 2016-12-14 Schieberventil

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018108347A1 true WO2018108347A1 (de) 2018-06-21

Family

ID=60043184

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2017/075178 WO2018108347A1 (de) 2016-12-14 2017-10-04 Schieberventil

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102016224944A1 (de)
WO (1) WO2018108347A1 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113236789B (zh) * 2021-04-30 2022-12-27 华能海南发电股份有限公司东方电厂 一种防断裂汽轮机调节阀阀杆结构

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160091101A1 (en) * 2014-09-29 2016-03-31 Robert Bosch Gmbh Pressure Reducing Valve with Separate Radial Bores for Different Fluid Flow Paths
DE102014224979A1 (de) 2014-12-05 2016-06-09 Robert Bosch Gmbh Ventil mit Metallbalg-Zylinder-Einheit

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160091101A1 (en) * 2014-09-29 2016-03-31 Robert Bosch Gmbh Pressure Reducing Valve with Separate Radial Bores for Different Fluid Flow Paths
DE102014224979A1 (de) 2014-12-05 2016-06-09 Robert Bosch Gmbh Ventil mit Metallbalg-Zylinder-Einheit

Also Published As

Publication number Publication date
DE102016224944A1 (de) 2018-06-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102008001330A1 (de) Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen
EP1860328A1 (de) Einrichtung zur Steuerung eines pneumatischen, insbesondere doppelwirkenden, Zylinders
EP2867517B1 (de) Kraftstoffeinspritzventil für brennkraftmaschinen
DE102014109097A1 (de) Hydraulikventil
DE19919432C2 (de) Common Rail Injektor
DE102007010213B3 (de) Elektromagnetisches Regelventil und Verfahren zu dessen Steuerung
DE10143959A1 (de) Hydraulisch gesteuerter Aktuator zur Betätigung eines Ventils
EP3087279B1 (de) Ventilanordnung
EP3230618B1 (de) Verstellbare dämpfventileinrichtung
EP2469137B1 (de) Druckminderer
EP3189289B1 (de) Elektromagnetisch betätigbares expansionsventil
EP2690327B1 (de) Hydraulisches Wegeventil
WO2018108347A1 (de) Schieberventil
WO2017194260A1 (de) Kraftstoffeinspritzventil für brennkraftmaschinen
WO2017162435A1 (de) Schieberventil
EP1983239A1 (de) Ventil
DE102004048071A1 (de) Ventiltrieb für ein nockenbetätigtes Hubventil
DE102005020419A1 (de) Doppelsicherheitsabsperrventil
EP1722143B1 (de) Differenzdruckventil
DE19512429A1 (de) Differentialzylinder als Betätigungsorgan insbesondere für zangenartige Brechwerkzeuge
DE102005012851A1 (de) Coaxialventil mit selbstdichtendem Ventilsitz
WO2016134930A1 (de) Teildruckausgeglichenes druckregelventil für einen hochdruckspeicher
WO2018095622A1 (de) Bypassventil, expandereinheit mit einem bypassventil und abwärmerückgewinnungssystem mit einer expandereinheit
WO2006079315A1 (de) Wegeventilanordnung und kraftstoffeinspritzsystem
WO2003014576A1 (de) Steuereinrichtung für die kontinuierliche bewegung eines hydraulischen stellmotors

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17781074

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17781074

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1