WO2020187673A1 - Ventilvorrichtung - Google Patents

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WO2020187673A1
WO2020187673A1 PCT/EP2020/056583 EP2020056583W WO2020187673A1 WO 2020187673 A1 WO2020187673 A1 WO 2020187673A1 EP 2020056583 W EP2020056583 W EP 2020056583W WO 2020187673 A1 WO2020187673 A1 WO 2020187673A1
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WO
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valve device
control body
inlet
bores
armature
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PCT/EP2020/056583
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Janusz Zurke
Oliver Paul
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Pierburg GmbH
Original Assignee
Pierburg GmbH
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    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/02—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
    • F16K31/06—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a magnet, e.g. diaphragm valves, cutting off by means of a liquid
    • F16K31/0686—Braking, pressure equilibration, shock absorbing
    • F16K31/0693—Pressure equilibration of the armature
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16K1/00—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
    • F16K1/32—Details
    • F16K1/34—Cutting-off parts, e.g. valve members, seats
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16K1/32—Details
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    • 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
    • F16K39/022—Devices for relieving the pressure on the sealing faces for lift valves using balancing surfaces

Definitions

  • the invention relates to a valve device with a housing which has an inlet and an outlet, a flow channel which is formed between the inlet and the outlet, a valve seat formed in the housing, a regulating body which has a sealing surface and can be placed on the valve seat and from this can be lifted, through bores which are formed in the control body and which connect the side of the control body facing the inlet with a space on the side of the control body facing away from the inlet, an actuator, which has a core, a coil, a coil carrier, a yoke and a Having armature, wherein the armature is coupled to the control body and is movable therewith.
  • valve can become stiff if particles settle in the sliding area between the guide sleeve and the movable valve parts.
  • Various pressure compensated valves are described in the patent literature.
  • DE 10 2012 010 140 A1 discloses a valve, the valve member of which is provided with flow passages which allow the gas flow to pass through to produce pressure equalization between the side of the valve member facing the sealing seat and the side facing away from the sealing seat.
  • DE 10 2016 120 551 B4 also describes a solenoid valve designed with pressure compensation bores for an internal combustion engine
  • valve devices are known from the prior art, the actuators of which are designed in several parts.
  • the actuators are provided with an additional seal in order to efficiently separate the inlet port of the valve from the outlet port in the closed state.
  • DE 10 2015 202 477 A1 discloses a gas valve which has a seal carrier on which an elastomer seal is arranged which can be placed on the valve seat.
  • control bodies are production-intensive, since they require the production of several control body components from different materials, which are then connected to one another in a separate manufacturing or assembly process. The large number of production steps is associated with increased costs.
  • these regulating bodies are not very robust in valve operation, since possible between the individual components of a multi-part regulating body Leakage paths arise and individual components can be detached at higher pressures.
  • the object is therefore to create a robust and inexpensive valve device which maintains the functionality, in particular the pressure equalization function and mobility of the control body, by reducing the penetration of contaminants into and through the through bores of the control body.
  • This object is achieved by a valve device with the features of main claim 1.
  • a particle protection screen is formed in one piece with the control body, with a projection surface of the particle protection screen in the axial direction on the control body covering the ends of the through-holes in the control body, and with the ends of all through-holes being at least partially axially spaced from the particle protection screen, a robust control body is created , which can be produced easily and inexpensively in a single production step.
  • the particle protection screen reduces the penetration and deposition of impurities in the through-holes in the control body by preventing a direct flow against the holes.
  • the regulating body preferably consists of an elastomer.
  • This plastic allows simple production in a vulcanization process.
  • elastomers ensure a reliable seal between the sealing surface of the control body and the valve seat in the housing.
  • the elastomer is ethylene-propylene-diene monomer rubber (EPDM).
  • EPDM is characterized by a very high temperature resistance. The operating temperature range of the elastomer extends from -60 ° C to + 160 ° C. EPDM also has good resistance to chemicals. This plastic is therefore also resistant to steam and hot water as well as refrigerants.
  • An advantageous embodiment of the invention has a movement unit which consists of the armature of the actuator and the control body, and in the closed state of the valve device on the side facing the inlet has the same pressure-effective surface in the axial direction as on the side of the control body facing away from the inlet.
  • the medium to be conveyed by the valve device passes through the through bores of the control body into a volume-variable space which is formed on the side of the control body facing the actuator.
  • the medium spreads further within a sleeve which hermetically encloses the armature and that the medium pressure also acts on it.
  • the pressure-effective surface of the movement unit made up of armature and regulating body is designed in the axial direction in the closed state of the valve device in such a way that the axial forces on the movement unit resulting purely from the media pressure cancel each other out.
  • the electromagnet when the electromagnet is not energized, there is only an axial force exerted by a helical spring on the regulating body, the sealing surface of which is pressed onto the valve seat by the spring force, thereby closing the flow channel.
  • a section of the control body serves as a seal between the space on the side of the control body facing the actuator and the outlet of the valve device.
  • This seal rests against the inside of a guide sleeve so that it can move in translation and prevents leakage from the inlet side of the valve to the outlet side when the control body is closed.
  • the aforementioned seal is formed in one piece with the control body. This is a locally radially protruding and circumferential area on the circumference of the control body, which rests on the inside of the guide sleeve and in this way ensures the seal between the outlet connection and the space of the control body facing the actuator.
  • the through-bores in the regulating body preferably run axially. This construction permits good protection against the penetration of contaminants carried with the media flow into the bores, since the particle protection screen arranged upstream of the bores runs parallel to the ends of the through-bores. In addition, straight and axially extending bores are easy to produce.
  • the armature of the actuator and the control body are connected to one another directly by means of a coupling element.
  • the coupling element can be moved in a translatory manner with the electromagnetically actuated armature and transfers its kinetic energy to the control body in order to regulate the opening cross section of the valve on the valve seat and thus the flow rate of the medium.
  • the attachment between the coupling element and the control body takes place via a connection designed as a ball joint.
  • the advantage of this design is that possible misalignments of the control body and the associated leakage losses between the inlet and outlet nozzles are prevented, since the ball-and-socket connection in connection with the axial-translational movement of the coupling element always ensures that the sealing surface of the control body sits optimally on the valve seat guaranteed.
  • the ends of the through bores are positioned radially inside the valve seat on the side of the regulating body facing the inlet. In this way it is ensured that the medium can pass through the bores when the valve is closed and that the control body can thereby perform its pressure compensation function.
  • the particle protection screen is conical.
  • the tip of the cone faces the inlet of the valve device, so that the flow guidance is deflected from the bores and the pressure loss due to fluid flow is low due to the conical shape.
  • the particle protection screen prevents the direct penetration of contaminants into the through-holes and into the volume-variable space, which is located on the side of the control body facing the actuator, since the particle protection screen covers the through-holes in the axial and thus flow direction.
  • the armature is arranged within a sleeve and can be moved in a translatory manner therein.
  • Said sleeve seals the electromagnet against the medium in order to prevent damage to the electromagnet. Furthermore, it protects the actuator and its components from the possible thermal and chemical properties of the medium and serves as a sliding surface for the armature.
  • An O-ring is preferably located between an axial projection of the housing and a guide sleeve of the control body. This acts as a seal and separates the actuator from the medium in order to prevent any damage to actuator components, for example due to corrosion.
  • the O-ring should be made of an elastic material in order to ensure the best possible seal.
  • the guide sleeve of the control body and the sleeve surrounding the armature are formed in one piece. This reduces the production effort because one less component is manufactured. In addition, the assembly process is simplified and accelerated and the tightness is increased.
  • a robust valve device is thus created that is simple and inexpensive to manufacture.
  • the assembly of the control body according to the invention is simplified and its operational properties are improved.
  • the through bores of the regulating body are prevented from clogging, and so the functionality of the valve device is improved overall by the invention.
  • reliable closing is guaranteed over the entire service life, even in the event of pressure fluctuations.
  • Figure 1 shows a side view of a valve device according to the invention in a sectional view.
  • FIG. 2 shows a side view of a control body of the valve device according to the invention from FIG. 1 in a sectional illustration.
  • the valve device 10 shown in Figure 1 consists of a housing 20, which in turn consists of a flow housing 21 and an actuator housing 23 in which an actuator 50 is arranged.
  • the actuator 50 has a core 52 arranged in the actuator housing 23, a coil 54, a coil carrier 56, a yoke 58 and an armature 59.
  • the control body 30 is connected to the armature by means of a coupling member 70 59 connected and made movable with this.
  • the coil 54 can be energized via a plug 91, whereby a magnetic field is generated.
  • the armature 59 is attracted by the core 52, causing the translational and axial movement of the coupling element 70 and thus also of the control body 30.
  • the flow housing 21 has an inlet 22 and an outlet 24, via which a medium 11 can be supplied to and removed from the valve device 10.
  • the inlet 22 is fluidically connected to the outlet 24 via a flow channel 26.
  • the flow channel 26 is, however, largely formed by the inlet connector 25 and the outlet connector 27 of the flow housing 21.
  • a projection protruding axially with respect to a control body axis 38 is formed, which serves as a valve seat 28 and radially delimits a controllable flow cross section 31.
  • the valve seat 28 is also completely circumferential radially in order to ensure efficient closing of the valve device 10.
  • a translationally movable regulating body 30 or a sealing surface 32 of the regulating body 30 can be placed on the valve seat 28.
  • the valve device 10 can be closed and the flow of the medium 11 can be prevented.
  • the control body 30 can be lifted off the valve seat 28 by actuating the actuator 50 and the resulting axial movement of the armature 59. In this way, the flow cross-section 31 can be released, whereby the extent of the axial movement of the control body 30 of the mass or Volume flow of the medium 11 can be regulated.
  • the regulating body 30 can be placed on the valve seat 28 again.
  • the regulating body 30 made of an elastomer 33 is formed in one piece and made of the same material and has through bores 40.
  • the special feature of the control body 30, which is also the subject of the present invention, is a conical particle protection screen 60, which is also formed in one piece with the control body 30 and covers the through bores 40 when viewed in the axial direction.
  • the particle protective screen 60 and its cone tip 61 face the inlet 22 of the valve device 10. This shape ensures an optimal flow deflection and a smoother transition of the medium 11 flowing from the inlet connector 25, including the particles, in the direction of the outlet connector 27, since the geometry of the control body 30 is adapted to a more streamlined geometry. Furthermore, the flow of media is directed away from the through bores 40.
  • the flow resistance of the control body 30 in the open state of the valve device 10 is improved in contrast to the same control body 30 without a particle protection screen 60.
  • the energy expenditure of a compressor or a pump conveying the medium 11 can be reduced slightly but measurably.
  • the energy consumption of the compressor or the pump can be further reduced if necessary.
  • the regulating body 30 is also connected to the coupling member 70 on its side facing away from the inlet 22.
  • the end of the coupling member 70 facing the regulating body 30 is largely spherical, the diameter of the spherical end being greater than the other diameters of the coupling member 70 in its axially extending regions.
  • the fastening area in the control body 30 is configured. This is concave or hollowed out and receives the spherical end of the coupling member 70 in order to produce a positive connection.
  • a radially inwardly extending projection 37 is formed on the regulating body 30, which ensures that the coupling member 70 snaps into the elastic regulating body 30 during the assembly process.
  • the medium 11 can get into the through bores 40 of the regulating body 30 as well as through the through bores 40 of the regulating body to a volume-variable space 34 formed and arranged on the side of the regulating body 30 facing away from the inlet 22.
  • the size of the space 34 correlates here with the axial position of the regulating body 30.
  • a section of the regulating body 30 acting as a seal 36 lies radially inside a guide sleeve 82 and slides along this in the axial direction.
  • the seal 36 prevents leakage from the inlet connector 25 into the outlet connector 27.
  • the guide sleeve 82 is designed in one piece with a sleeve 84 arranged in the actuator housing 23.
  • the medium 11 that enters the space 34 can enter the sleeve 84 in the actuator housing 23 via gaps.
  • the even distribution of the medium 11 within the guide sleeve 82, the sleeve 84, the space 34, the through bores 40 of the control body 30 and in the flow channel 26 ensures the pressure equalization function of a movement unit 90, which consists of the armature 59 and the control body 30.
  • the surfaces of the movement unit 90 that are pressure-effective in the axial direction are designed in such a way that the control body 30 does not experience any axial force as a result of the medium 11 when the valve device 10 is closed.
  • Particles that get into the actuator housing 23 through gaps within the guide sleeve 82 can also be deposited here.
  • the consequences of this can be varied.
  • the particles can get stuck between two components that are arranged so as to be movable relative to one another, such as the armature 59 and the guide sleeve 82, and result in the movable components becoming stiff.
  • scoring can occur on the components with subsequent functional restrictions. In extreme cases with, for example, a heavily soiled medium 11 with larger particles, complete jamming and the associated functional failure of certain components of the valve device 10 cannot be ruled out. This risk is significantly reduced by the arrangement of the particle protection screen in relation to the through-holes.
  • an O-ring 80 is also arranged between the radially outer region of the guide sleeve 82 and the axially arranged housing projection 29. The actuator 50 is thus protected from chemical and physical properties of the medium 11.
  • valve device 10 in the housing 20 can be fastened to surrounding components by means of the fastening eyes 92 shown in FIG.
  • the valve device according to the invention is inexpensive in the lowering position and robust in operation. It maintains the pressure equalization function of the control body by significantly reducing the penetration of contaminants into the control body.

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Aus dem Stand der Technik sind Ventilvorrichtungen mit einem Gehäuse (20), das einen Einlass (22) und einen Auslass (24) aufweist einem Strömungskanal (26), der zwischen dem Einlass (22) und dem Auslass (24) ausgebildet ist, einem im Gehäuse (20) ausgebildeten Ventilsitz (28), einem Regelkörper (30), der eine Dichtfläche (32) aufweist und auf den Ventilsitz (28) absetzbar sowie von diesem abhebbar ist, Durchgangsbohrungen (40), die im Regelkörper (30) ausgebildet sind und die die dem Einlass (22) zugewandte Seite des Regelkörpers mit einem Raum (34) an der dem Einlass (22) abgewandten Seite des Regelkörpers (30) verbinden, einem Aktor (50), der einen Kern (52), eine Spule (54), einen Spulenträger (56), ein Joch (58) und einen Anker (59) aufweist, wobei der Anker (59) mit dem Regelkörper (30) gekoppelt und mit diesem bewegbar ist, bekannt. Um eine kostengünstige, einfach zu fertigende und robuste Ventilvorrichtung, die vor Verunreinigungen geschützt ist, zu erzielen, wird vorgeschlagen, dass ein Partikelschutzschirm (60) mit dem Regelkörper (30) einstückig ausgebildet ist, wobei eine Projektionsfläche (62) des Partikelschutzschirms (60) in Axialrichtung auf den Regelkörper die Enden (42) der Durchgangsbohrungen (40) im Regelkörper (30) überdeckt, und wobei die Enden (42) aller Durchgangsbohrungen (40) zumindest teilweise axial beabstandet zum Partikelschutzschirm (60) angeordnet sind.

Description

B E S C H R E I B U N G Ventilvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Ventilvorrichtung mit einem Gehäuse, das einen Einlass und einen Auslass aufweist, einem Strömungskanal, der zwischen dem Einlass und dem Auslass ausgebildet ist, einem im Gehäuse ausgebildeten Ventilsitz, einem Regelkörper, der eine Dichtfläche aufweist und auf den Ventilsitz absetzbar sowie von diesem abhebbar ist, Durchgangsbohrungen, die im Regelkörper ausgebildet sind und die die dem Einlass zugewandte Seite des Regelkörpers mit einem Raum an der dem Einlass abgewandten Seite des Regelkörpers verbinden, einem Aktor, der einen Kern, eine Spule, einen Spulenträger, ein Joch und einen Anker aufweist, wobei der Anker mit dem Regelkörper gekoppelt und mit diesem bewegbar ist.
Aus dem Stand der Technik sind derartige Magnetventile für die Regelung eines Gasstromes bekannt. Hierbei dienen im geschlossenen Zustand des Ventils die Durchgangsbohrungen im Regelkörper dem Druckausgleich zwischen der dem Ventilsitz zugewandten und der dem Ventilsitz abgewandten Seite des Regelkörpers. Auf diese Weise wird ein ungewolltes Öffnen des Ventils im Falle eines erhöhten Totaldrucks im Einlassstutzen der Ventilvorrichtung verhindert und eine Unempfindlichkeit bei Pulsationen erreicht. Ein mit Verunreinigungen wie beispielsweise Partikeln beladener Medienstrom kann allerdings die Bohrungen des Regelkörpers durchströmen und die Verunreinigungen können sich allmählich in den Bohrungen und dem Raum hinter den Bohrungen ablagern. Schreitet ein solcher Vorgang voran, können die Bohrungen verstopfen und die Druckausgleichsfunktion des Regelkörpers versagen. Des Weiteren kann eine Schwergängigkeit des Ventils folgen, wenn sich Partikel im Gleitbereich zwischen der Führungshülse und den beweglichen Ventilteilen setzen. In der Patentliteratur sind verschiedene druckausgeglichene Ventile beschrieben. So wird beispielsweise in der DE 10 2012 010 140 Al ein Ventil offenbart, dessen Ventilglied mit Strömungsdurchgängen versehen ist, die einen Durchtritt des Gasstroms zur Herstellung eines Druckausgleichs zwischen der dem Dichtsitz zugewandten und der dem Dichtsitz abgewandten Seite des Ventilglieds erlauben. In der DE 10 2016 120 551 B4 wird ebenfalls ein mit Druckausgleichsbohrungen ausgeführtes Magnetventil für eine Verbrennungskraftmaschine beschrieben
Des Weiteren sind aus dem Stand der Technik Ventilvorrichtungen bekannt, deren Stellglieder mehrteilig ausgeführt sind. Insbesondere sind die Stellglieder mit einer zusätzlichen Dichtung versehen, um den Einlassstutzen des Ventils effizient vom Auslassstutzen im geschlossenen Zustand zu trennen. So wird beispielsweise in der DE 10 2015 202 477 Al ein Gasventil offenbart, das einen Dichtungsträger aufweist, an welchem eine Elastomerdichtung angeordnet ist, die auf den Ventilsitz aufsetzbar ist.
Bei den bekannten Ausführungen besteht der Nachteil, dass das Eindringen von Verunreinigungen in die Durchgangsbohrungen des Regelkörpers nicht zuverlässig reduziert wird. Hierdurch ist die Druckausgleichsfunktion des Regelkörpers gefährdet. Dies wiederum kann darin resultieren, dass die Ventilvorrichtung ihre Funktionsfähigkeit einbüßt, was durch Leckage von der Einlass- zur Auslassseite der Ventilvorrichtung oder eine eingeschränkte Beweglichkeit zum Tragen kommt. Darüber hinaus sind die bekannten Ausführungsformen von Regelkörpern produktionsaufwendig, da sie die Herstellung mehrerer Regelkörperkomponenten aus unterschiedlichen Materialien erfordern, welche anschließend in einem gesonderten Fertigungs- oder Montageprozess miteinander verbunden werden. Die Vielzahl der Produktionsschritte geht mit erhöhten Kosten einher. Ferner sind diese Regelkörper im Ventilbetrieb wenig robust, da zwischen den einzelnen Komponenten eines mehrteiligen Regelkörpers mögliche Leckagepfade entstehen und einzelne Bestandteile bei höheren Drücken abgelöst werden können.
Es stellt sich daher die Aufgabe, eine robuste und kostengünstige Ventilvorrichtung zu schaffen, die die Funktionsfähigkeit, insbesondere die Druckausgleichsfunktion und Beweglichkeit des Regelkörpers aufrechterhält, indem das Eindringen von Verunreinigungen in und durch die Durchgangsbohrungen des Regelkörpers reduziert wird. Diese Aufgabe wird durch eine Ventilvorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs 1 gelöst. Dadurch, dass ein Partikelschutzschirm mit dem Regelkörper einstückig ausgebildet ist, wobei eine Projektionsfläche des Partikelschutzschirms in Axialrichtung auf den Regelkörper die Enden der Durchgangsbohrungen im Regelkörper überdeckt, und wobei die Enden aller Durchgangsbohrungen zumindest teilweise axial beabstandet zum Partikelschutzschirm angeordnet sind, wird ein robuster Regelkörper geschaffen, der einfach und kostengünstig in einem einzelnen Produktionsschritt hergestellt werden kann. Ferner reduziert der Partikelschutzschirm das Eindringen und die Ablagerung von Verunreinigungen in den Durchgangsbohrungen im Regelkörper, indem er eine direkte Anströmung der Bohrungen verhindert.
Vorzugsweise besteht der Regelkörper aus einem Elastomer. Dieser Kunststoff erlaubt eine einfache Herstellung in einem Vulkanisationsverfahren. Zudem gewährleisten Elastomere aufgrund ihrer elastischen Verformbarkeit eine zuverlässige Abdichtung zwischen der Dichtfläche des Regelkörpers und dem Ventilsitz im Gehäuse.
In einer besonders bevorzugten Ausführung handelt es sich bei dem Elastomer um Ethylen-Propylen-Dien-Monomer-Kautschuk (EPDM). EPDM ist durch eine sehr große Temperaturbeständigkeit gekennzeichnet. Der Einsatztemperaturbereich des Elastomers erstreckt sich von -60 °C bis + 160 °C. Des Weiteren weist EPDM eine gute Beständigkeit gegenüber Chemikalien auf. Damit ist dieser Kunststoff auch gegen Wasserdampf und heißes Wasser sowie Kältemittel widerstandsfähig. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung weist eine Bewegungseinheit auf, die aus dem Anker des Aktors und dem Regelkörper besteht, und im geschlossenen Zustand der Ventilvorrichtung auf der dem Einlass zugewandten Seite die gleiche in Axialrichtung druckwirksame Fläche aufweist wie auf der dem Einlass abgewandten Seite des Regelkörpers. Das durch die Ventilvorrichtung zu fördernde Medium gelangt sowohl im geschlossenen, als auch im geöffneten Zustand des Ventils durch die Durchgangsbohrungen des Regelkörpers in einen volumenveränderlichen Raum, der auf der dem Aktor zugewandten Seite des Regelkörpers ausgebildet ist. Insbesondere im geschlossenen Zustand der Ventilvorrichtung ist jedoch von Bedeutung, dass sich das Medium innerhalb einer Hülse, die den Anker hermetisch umschließt, weiter ausbreitet und diesen ebenfalls mit dem Mediendruck beaufschlägt. So ergibt sich, dass die druckwirksame Fläche der Bewegungseinheit aus Anker und Regelkörper in Axialrichtung im geschlossenen Zustand der Ventilvorrichtung derart gestaltet ist, dass sich die rein aus dem Mediendruck resultierenden Axialkräfte auf die Bewegungseinheit aufheben. Zusammenfassend ergibt sich bei Nichtbestromung des Elektromagneten lediglich eine durch eine Schraubenfeder ausgeübte Axialkraft auf den Regelkörper, dessen Dichtfläche durch die Federkraft auf den Ventilsitz gepresst wird, wodurch der Strömungskanal verschlossen wird.
Weiterhin ist es vorteilhaft, dass ein Abschnitt des Regelkörpers als Dichtung zwischen dem Raum auf der dem Aktor zugewandten Seite des Regelkörpers und dem Auslass der Ventilvorrichtung dient. Diese Dichtung liegt auf der Innenseite einer Führungshülse translatorisch bewegbar gegen diese an und verhindert, dass im geschlossenen Zustand des Regelkörpers eine Leckage von der Einlassseite des Ventils zur Auslassseite erfolgt. In einer besonders bevorzugten Ausführung ist die obengenannte Dichtung einstückig mit dem Regelkörper ausgebildet. Hierbei handelt es sich um einen lokal radial hervorstehenden und umlaufenden Bereich am Umfang des Regelkörpers, der auf der Innenseite der Führungshülse anliegt und auf diese Weise die Abdichtung zwischen dem Auslassstutzen und dem dem Aktor zugewandten Raum des Regelkörpers gewährleistet.
Vorzugsweise verlaufen die Durchgangsbohrungen im Regelkörper axial Diese Konstruktion gestattet einen guten Schutz gegen das Eindringen von mit dem Medienstrom geführten Verunreinigungen in die Bohrungen, da der stromaufwärts der Bohrungen angeordnete Partikelschutzschirm parallel zu den Enden der Durchgangsbohrungen verläuft. Zudem sind gerade und axial verlaufende Bohrungen einfach herstellbar.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden der Anker des Aktors und der Regelkörper unmittelbar mittels eines Koppelglieds miteinander verbunden. Das Koppelglied ist hierbei mit dem elektromagnetisch betätigten Anker translatorisch bewegbar und überträgt seine Bewegungsenergie auf den Regelkörper, um den Öffnungsquerschnitt des Ventils am Ventilsitz und damit die Durchflussmenge des Mediums zu regeln.
In einer hierauf aufbauenden und bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Befestigung zwischen dem Koppelglied und dem Regelkörper über eine als Kugelgelenk ausgebildete Verbindung. Der Vorteil dieser Ausführung liegt darin, dass mögliche Schiefstellungen des Regelkörpers und damit einhergehend Leckageverluste zwischen dem Ein- und Auslassstutzen verhindert werden, da die kugelgelenkige Verbindung in Verbindung mit der axial-translatorischen Bewegung des Koppelglieds stets ein optimales Aufsitzen der Dichtfläche des Regelkörpers auf dem Ventilsitz gewährleistet. In einer weiteren vorteilhaften Ausführung sind die Enden der Durchgangsbohrungen auf der dem Einlass zugewandten Seite des Regelkörpers radial innerhalb des Ventilsitzes positioniert. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass das Medium im geschlossenen Zustand des Ventils durch die Bohrungen gelangen und der Regelkörper hierdurch seine Druckausgleichsfunktion wahrnehmen kann.
In einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der Partikelschutzschirm kegelförmig ausgebildet. Dabei ist die Kegelspitze dem Einlass der Ventilvorrichtung zugewandt, sodass die Strömungsführung von den Bohrungen abgelenkt wird und der Druckverlust infolge Fluidströmung aufgrund der Kegelform gering ist. Insbesondere unterbindet der Partikelschutzschirm das direkte Eindringen von Verunreinigungen in die Durchgangsbohrungen und in den volumenveränderlichen Raum, welcher sich auf der dem Aktor zugewandten Seite des Regelkörpers befindet, da der Partikelschutzschirm die Durchgangsbohrungen in axialer und somit Strömungsrichtung überdeckt.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der Anker innerhalb einer Hülse angeordnet und in dieser translatorisch bewegbar ist. Die besagte Hülse dichtet den Elektromagneten gegen das Medium ab, um Schäden am Elektromagneten zu verhindern. Des Weiteren schützt sie den Aktor und seine Bestandteile vor den eventuellen thermischen und chemischen Eigenschaften des Mediums und dient als Gleitfläche für den Anker.
Vorzugsweise befindet sich zwischen einem axialen Vorsprung des Gehäuses und einer Führungshülse des Regelkörpers ein O-Ring. Dieser fungiert als Dichtung und trennt den Aktor vom Medium, um etwaige Schäden an Aktorbestandteilen beispielsweise durch Korrosion zu unterbinden. Wie üblich sollte der O-Ring hierbei aus einem elastischen Material gefertigt sein, um eine möglichst optimale Abdichtung zu gewährleisten. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Führungshülse des Regelkörpers und die den Anker umgebende Hülse einstückig ausgebildet. So wird der Produktionsaufwand verringert, da ein Bauteil weniger gefertigt wird. Außerdem wird der Montageprozess erleichtert und beschleunigt sowie die Dichtigkeit erhöht.
Es wird somit eine robuste Ventilvorrichtung geschaffen, die einfach und kostengünstig zu fertigen ist. Die Montage des erfindungsgemäßen Regelkörpers wird vereinfacht und seine Betriebseigenschaften werden verbessert. Die Durchgangsbohrungen des Regelkörpers werden vor Verstopfung bewahrt und so wird durch die Erfindung insgesamt die Funktionalität der Ventilvorrichtung verbessert. Darüber hinaus wird über die gesamte Lebensdauer ein zuverlässiges Schließen, auch bei Druckschwankungen, gewährleistet.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung ist in den Figuren dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Figur 1 zeigt eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung in geschnittener Darstellung.
Figur 2 zeigt eine Seitenansicht eines Regelkörpers der erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung aus Figur 1 in geschnittener Darstellung.
Die in Figur 1 dargestellte Ventilvorrichtung 10 besteht aus einem Gehäuse 20, das seinerseits aus einem Strömungsgehäuse 21 und einem Aktorgehäuse 23 besteht, in dem ein Aktor 50 angeordnet ist. Der Aktor 50 weist einen im Aktorgehäuse 23 angeordneten Kern 52, eine Spule 54, einen Spulenträger 56, ein Joch 58 und einen Anker 59 auf. Hierbei ist der Regelkörper 30 mittels eines Koppelglieds 70 mit dem Anker 59 verbunden und mit diesem bewegbar ausgeführt. Über einen Stecker 91 kann die Spule 54 bestromt werden, wodurch ein magnetisches Feld erzeugt wird. Infolge einer elektromagnetisch induzierten Kraft wird der Anker 59 hierdurch vom Kern 52 angezogen, wodurch die translatorische und axiale Bewegung des Koppelglieds 70 und somit auch des Regelkörpers 30 verursacht wird.
Das Strömungsgehäuse 21 weist einen Einlass 22 und einen Auslass 24 auf, über die ein Medium 11 der Ventilvorrichtung 10 zu- und von dieser wieder abgeführt werden kann. Hierbei ist der Einlass 22 mit dem Auslass 24 fluidisch über einen Strömungskanal 26 verbunden. Der Strömungskanal 26 wird indessen weitgehend durch den Einlassstutzen 25 und den Auslassstutzen 27 des Strömungsgehäuses 21 ausgebildet. Am stromabwärts liegenden Ende des Einlassstutzens 25 und am Übergang zum Auslassstutzen 27 der Ventilvorrichtung 10 ist ein in Bezug auf eine Regelkörperachse 38 axial hervorstehender Vorsprung ausgebildet, welcher als Ventilsitz 28 dient und einen regelbaren Durchströmungsquerschnitt 31 radial begrenzt. Der Ventilsitz 28 ist zudem vollumfänglich radial umlaufend, um ein effizientes Verschließen der Ventilvorrichtung 10 zu gewährleisten.
Auf den Ventilsitz 28 kann ein translatorisch bewegbarer Regelkörper 30 bzw. eine Dichtfläche 32 des Regelkörpers 30 aufgesetzt werden. Durch den Kontakt des Ventilsitzes 28 mit der Dichtfläche 32 des Regelkörpers 30 kann die Ventilvorrichtung 10 geschlossen und die Strömung des Mediums 11 unterbunden werden. Ausgehend vom geschlossenen Zustand der Ventilvorrichtung 10 kann durch Betätigung des Aktors 50 und die daraus folgende axiale Bewegung des Ankers 59 der Regelkörper 30 vom Ventilsitz 28 abgehoben werden. Auf diese Weise kann der Durchströmungsquerschnitt 31 freigegeben werden, wobei durch das Ausmaß der axialen Bewegung des Regelkörpers 30 der Massen- bzw. Volumenstrom des Mediums 11 geregelt werden kann. Ausgehend vom offenen Zustand der Ventilvorrichtung 10 kann der Regelkörper 30 erneut auf den Ventilsitz 28 aufgesetzt werden. Der aus einem Elastomer 33 gefertigte Regelkörper 30 ist einstückig und materialeinheitlich ausgebildet und weist Durchgangsbohrungen 40 auf. Das Besondere am Regelkörper 30, das gleichzeitig Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, ist ein kegelförmiger Partikelschutzschirm 60, welcher ebenfalls einstückig mit dem Regelkörper 30 ausgebildet ist und die Durchgangsbohrungen 40 in Axialrichtung betrachtet verdeckt. Hierbei sind der Partikelschutzschirm 60 und seine Kegelspitze 61 dem Einlass 22 der Ventilvorrichtung 10 zugewandt. Diese Form gewährleistet eine optimale Strömungsumlenkung und einen sanfteren Übergang des vom Einlassstutzen 25 anströmenden Mediums 11 samt den Partikeln in Richtung Auslassstutzen 27, da die Geometrie des Regelkörpers 30 hin zu einer stromlinienförmigeren Geometrie angepasst ist. Des Weiteren wird der Medienstrom von den Durchgangsbohrungen 40 weggelenkt. Auf diese Weise wird der Strömungswiderstand des Regelkörpers 30 im geöffneten Zustand der Ventilvorrichtung 10 in Abgrenzung zum gleichen Regelkörper 30 ohne Partikelschutzschirm 60 verbessert. Durch diese Geometrie kann der Energieaufwand eines das Medium 11 fördernden Verdichters oder einer Pumpe geringfügig aber messbar gesenkt werden. Zudem kann durch eine weitere Optimierung der Geometrie des kegelförmigen Partikelschutzschirms 60 im Bedarfsfall der Energieverbrauch des Verdichters oder der Pumpe weiter reduziert werden.
Der Regelkörper 30 ist darüber hinaus auf seiner dem Einlass 22 abgewandten Seite mit dem Koppelglied 70 verbunden. Das dem Regelkörper 30 zugewandte Ende des Koppelglieds 70 ist weitgehend kugelig ausgeführt, wobei der Durchmesser des kugeligen Endes größer ist als die übrigen Durchmesser des Koppelglieds 70 in seinen sich axial erstreckenden Bereichen. Korrespondierend zur Form des weitgehend kugelig ausgeführten Endes des Koppelglieds 70 ist der Befestigungsbereich im Regelkörper 30 ausgestaltet. Dieser ist konkav bzw. ausgehöhlt und nimmt das kugelige Ende des Koppelglieds 70 auf, um eine formschlüssige Verbindung herzustellen. Dabei ist am Regelkörper 30 ein sich radial nach innen erstreckender Vorsprung 37 ausgebildet, welcher ein schadenfreies Einschnappen des Koppelglieds 70 in den elastischen Regelkörper 30 während des Montagevorgangs sicherstellt.
Sowohl in die Durchgangsbohrungen 40 des Regelkörpers 30, als auch durch die Durchgangsbohrungen 40 des Regelkörpers hindurch zu einem auf der dem Einlass 22 abgewandten Seite des Regelkörpers 30 ausgebildeten und angeordneten volumenveränderlichen Raum 34 kann zu jedem Zeitpunkt das Medium 11 gelangen. Die Größe des Raums 34 korreliert hierbei mit der axialen Position des Regelkörpers 30. Dabei liegt ein als Dichtung 36 wirkender Abschnitt des Regelkörpers 30 radial innerhalb einer Führungshülse 82 an und gleitet entlang dieser in Axialrichtung. Die Dichtung 36 verhindert hierbei eine Leckage vom Einlassstutzen 25 in den Auslassstutzen 27. In Figur 1 ist die Führungshülse 82 mit einer im Aktorgehäuse 23 angeordneten Hülse 84 einstückig ausgebildet. Das Medium 11, das in den Raum 34 gelangt, kann über Spalte in die Hülse 84 im Aktorgehäuse 23 gelangen. Die gleichmäßige Verteilung des Mediums 11 innerhalb der Führungshülse 82, der Hülse 84, des Raums 34, der Durchgangsbohrungen 40 des Regelkörpers 30 sowie im Strömungskanal 26 stellt die Druckausgleichfunktion einer Bewegungseinheit 90, die aus dem Anker 59 und dem Regelkörper 30 besteht, sicher. Hierfür sind die in Axialrichtung druckwirksamen Flächen der Bewegungseinheit 90 derart konstruiert, dass der Regelkörper 30 im geschlossenen Zustand der Ventilvorrichtung 10 keine Axialkraft infolge des Mediums 11 erfährt. Lediglich eine ursprünglich durch den Aktor 50 induzierte und durch eine Schraubenfeder 55 ausgeübte Axialkraft auf den Regelkörper 30, dessen Dichtfläche 32 hierdurch auf den Ventilsitz 28 gepresst werden kann, verschließt den Strömungskanal 26 vollständig und verhindert so eine Strömung bzw. Förderung des Mediums 11. Als axial druckwirksame Flächen im geschlossenen Zustand des Regelkörpers 30 dienen dabei auf der dem Einlass 22 zugewandten Seite des Regelkörpers 30 die gesamte dem Einlass zugewandte Oberfläche des Partikelschutzschirms 60 sowie derjenige radial innenliegende Teil der Dichtfläche 32 des Regelkörpers 30, welcher durch den umlaufend angeordneten Ventilsitz 28 begrenzt wird. Auf der dem Aktor 50 zugewandten Seite des Regelkörpers 30 hingegen dienen alle radial innerhalb der durch die Dichtung 36 definierten Kreisfläche liegenden Flächen des Regelkörpers 30, welche eine senkrecht zur Regelkörperachse 38 verlaufende Komponente besitzen, als axial druckwirksame Flächen. Als zusätzliche, axial druckwirksame Fläche auf der dem Aktor 50 zugewandten Seite des Regelkörpers 30 ist die kreisförmige Grundfläche des Koppelglieds 70 zu berücksichtigen, auf der der hydrostatische Druck des Mediums 11 wirkt, das sich durch Spalte zum Anker 50 ausbreitet.
Partikel, die durch Spalte innerhalb der Führungshülse 82 ins Aktorgehäuse 23 gelangen, können sich auch hier ablagern. Die Folgen hiervon können vielfältiger Natur sein. Zunächst können sich die Partikel zwischen zwei relativ zu einander bewegbar angeordneten Bauteilen, wie beispielsweise dem Anker 59 und der Führungshülse 82, festsetzen und Schwergängigkeit der bewegbaren Bauteile nach sich ziehen. Ferner kann es zu Riefenbildung an den Bauteilen mit anschließenden Funktionseinschränkungen kommen. In Extremfällen mit einem beispielsweise stark verschmutztem Medium 11 mit größeren Partikeln ist ein vollständiges Festklemmen und damit einhergehend ein Funktionsausfall bestimmter Bauteile der Ventilvorrichtung 10 nicht auszuschließen. Diese Gefahr wird durch die Anordnung des Partikelschutzschirms zu den Durchgangsbohrungen deutlich reduziert. Um eine Abdichtung des Mediums 11 gegen Bestandteile des Aktors 50 zu gewährleisten, ist darüber hinaus zwischen dem radial äußeren Bereich der Führungshülse 82 und dem axial angeordneten Gehäusevorsprung 29 ein O-Ring 80 angeordnet. So wird der Aktor 50 vor chemischen und physikalischen Eigenschaften des Mediums 11 geschützt.
Die Ventilvorrichtung 10 im Gehäuse 20 kann mittels der in Figur 1 dargestellten Befestigungsaugen 92 an umgebenden Bauteilen befestigt werden.
Die erfindungsgemäße Ventilvorrichtung ist kostengünstig in der Fierstellung und robust im Betrieb. Sie erhält die Druckausgleichsfunktion des Regelkörpers aufrecht, indem das Eindringen von Verunreinigungen in den Regelkörper deutlich reduziert wird.
Es sollte deutlich sein, dass der Schutzbereich des vorliegenden Flauptanspruchs nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt ist. Beispielsweise kann die Kopplung zwischen dem Anker und dem Regelkörper anders ausgeführt sein.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E 1. Ventilvorrichtung (10) mit
einem Gehäuse (20), das einen Einlass (22) und einen Auslass (24) aufweist,
einem Strömungskanal (26), der zwischen dem Einlass (22) und dem Auslass (24) ausgebildet ist,
einem im Gehäuse (20) ausgebildeten Ventilsitz (28),
einem Regelkörper (30), der eine Dichtfläche (32) aufweist und auf den Ventilsitz (28) absetzbar sowie von diesem abhebbar ist,
Durchgangsbohrungen (40), die im Regelkörper (30) ausgebildet sind und die die dem Einlass (22) zugewandte Seite des Regelkörpers mit einem Raum (34) an der dem Einlass (22) abgewandten Seite des Regelkörpers (30) verbinden,
einem Aktor (50), der einen Kern (52), eine Spule (54), einen Spulenträger (56), ein Joch (58) und einen Anker (59) aufweist, wobei der Anker (59) mit dem Regelkörper (30) gekoppelt und mit diesem bewegbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Partikelschutzschirm (60) mit dem Regelkörper (30) einstückig ausgebildet ist, wobei eine Projektionsfläche (62) des
Partikelschutzschirms (60) in Axialrichtung auf den Regelkörper die Enden (42) der Durchgangsbohrungen (40) im Regelkörper (30) überdeckt, und wobei die Enden (42) aller Durchgangsbohrungen (40) zumindest teilweise axial beabstandet zum Partikelschutzschirm (60) angeordnet sind.
2. Ventilvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Regelkörper (30) aus einem Elastomer (33) besteht.
3. Ventilvorrichtung (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomer (33) ein Ethylen-Propylen-Dien-(Monomer)- Kautschuk (35) ist.
4. Ventilvorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bewegungseinheit (90), bestehend aus dem Anker (59) und dem Regelkörper (30), im geschlossenen Zustand der Ventilvorrichtung (10) auf der dem Einlass (22) zugewandten Seite die gleiche in Axialrichtung druckwirksame Fläche aufweist wie auf der dem Einlass (22) abgewandten Seite des Regelkörpers (30).
5. Ventilvorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abschnitt des Regelkörpers (30) als Dichtung (36) zwischen dem Raum (34) an der dem Einlass (22) abgewandten Seite des Regelkörpers (30) und dem Auslass (24) der Ventilvorrichtung (10) dient.
6. Ventilvorrichtung (10) nach ein Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (36) einstückig mit dem Regelkörper (30) ausgebildet ist.
7. Ventilvorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsbohrungen (40) axial verlaufen.
8. Ventilvorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (59) mittels eines Koppelglieds (70) mit dem Regelkörper (30) verbunden ist.
9. Ventilvorrichtung (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen dem Koppelglied (70) und dem Regelkörper (30) als Kugelgelenk ausgebildet ist.
10. Ventilvorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden (42) der Durchgangsbohrungen (40) im Regelkörper (30) auf der dem Einlass (22) zugewandten Seite des Regelkörpers (30) radial innerhalb des Ventilsitzes (28) angeordnet sind.
11. Ventilvorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Partikelschutzschirm (60) kegelförmig ausgebildet ist, wobei die Kegelspitze dem Einlass (22) zugewandt ist.
12. Ventilvorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (59) innerhalb einer Hülse (84) translatorisch bewegbar angeordnet ist.
13. Ventilvorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilvorrichtung (10) einen O-Ring (80) zwischen einer Führungshülse (82) des Regelkörpers (30) und einem axial angeordneten Gehäusevorsprung (29) aufweist.
14. Ventilvorrichtung (10) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungshülse (82) des Regelkörpers (30) und die den Anker (59) zumindest teilweise umgebende Hülse (84) einstückig ausgebildet sind.
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