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Stand der
Technik
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Die
Erfindung geht aus von einem Ventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.
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Es
sind schon Ventile bekannt mit einem Ventilschließkörper, der
an seinem einen Ende mit einem Aktor wirkverbunden ist und an seinem
anderen Ende mit einem Ventilsitz zusammenwirkt. Das Gehäuse der
Ventile weist einen Aktorraum und einen Druckraum auf, wobei der
Aktorraum über
einen Führungskanal
mit dem Druckraum verbunden ist. Der Ventilschließkörper ist
in dem Führungskanal
gelagert, wobei ein enger Führungsspalt
mit großer
axialer Länge
zwischen dem Führungskanal
und dem Ventilschließkörper auch
zur Abdichtung des Druckraums vorgesehen sein kann, damit kein Druckmittel aus
dem Druckraum in den Aktorraum gelangen kann. Der enge Führungsspalt
dient beispielsweise dazu, einen Magnetanker zu einem Magnettopf
und den Ventilschließkörper zum
Ventilsitz genau auszurichten. Bei diesen Ventilen müssen der
Ventilsitz, der Führungskanal
und der Ventilschließkörper in Lage
und Form exakt zueinander passen. Rundheits- oder Lagefehler führen zu
einem undichten oder sogar klemmenden Ventil. Durch diese hohen
Anforderungen sind diese Ventile sehr aufwendig und teuer zu fertigen.
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Vorteile der
Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Ventil
mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den
Vorteil, daß auf
einfache Art und Weise die Herstellungskosten verringert werden,
indem der Ventilschließkörper zweiteilig
ausgebildet ist mit einem ersten Schließkörperabschnitt und einem zweiten
Schließkörperabschnitt,
wobei der zweite Schließkörperabschnitt
quer zur Öffnungsrichtung des
Ventilschließkörpers verschiebbar
ist. Auf diese Weise werden die Anforderungen an die Form- und Lagetoleranzen
deutlich gesenkt, so daß die
Einzelteile des Ventils mit geringerem Fertigungsaufwand und mit
geringeren Kosten herstellbar sind.
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Durch
die in den Unteransprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch
angegebenen Ventils möglich.
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Besonders
vorteilhaft ist, wenn das Ventil ein Gehäuse mit einem Aktorraum und
einem Druckraum aufweist, wobei der erste Schließkörperabschnitt von dem Aktorraum
ausgehend durch einen Führungskanal
bis in den Druckraum verläuft.
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Sehr
vorteilhaft ist es, wenn der zweite Schließkörperabschnitt in dem Druckraum
angeordnet ist.
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Auch
vorteilhaft ist, wenn zwischen dem ersten Schließkörperabschnitt und dem Führungskanal ein
enger Führungsspalt
zur Abdichtung des Druckraums vorgesehen ist.
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Nach
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, daß der Aktor
ein Elektromagnet mit einer Erregerspule und einem Magnetanker ist,
da dies eine besonders kostengünstige
Ausführungsform
eines Aktors darstellt.
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Darüber hinaus
vorteilhaft ist, wenn der erste Schließkörperabschnitt an dem dem zweiten Schließkörperabschnitt
zugewandten Ende eine erste Schulter und der zweite Schließkörperabschnitt
an dem dem ersten Schließkörperabschnitt
zugewandten Ende eine zweite Schulter aufweist, da auf diese Weise
eine geführte
Querbewegung des zweiten Schließkörperabschnitts
möglich
ist.
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Vorteilhaft
ist, wenn ein Federelement vorgesehen ist, das den zweiten Schließkörperabschnitt mit
der zweiten Schulter gegen die erste Schulter des ersten Schließkörperabschnittes
drückt,
da auf diese Weise sichergestellt ist, daß der zweite Schließkörperabschnitt
jeweils an dem ersten Schließkörperabschnitt
anliegt. Dadurch wird der Hub des ersten Schließkörperabschnitts vollständig auf
den zweiten Schließkörperabschnitt übertragen.
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Außerdem vorteilhaft
ist, wenn das Federelement den zweiten Schließkörperabschnitt ringförmig umgibt,
wobei ein vorbestimmter Ringspalt zwischen dem Federelement und
dem zweiten Schließkörperabschnitt
vorgesehen ist, da auf diese Weise die Querbeweglichkeit des zweiten
Schließkörperabschnitts
auf das Maß des
Ringspalts eingeschränkt ist.
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Zeichnung
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in
der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
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Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
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Die
Zeichnung zeigt ein erfindungsgemäßes Ventil, das beispielsweise
in einer Vorrichtung zur Steuerung eines Gaswechselventils für eine Brennkraftmaschine
als 2/2-Wegeventil
Anwendung finden kann, um beispielsweise einen Hydraulikkolben zur Verstellung
eines Gaswechselventils zu steuern.
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Eine
Vorrichtung zur Steuerung eines Gaswechselventils ist beispielsweise
aus der
DE 198 26 047
A1 bekannt, wobei deren Inhalt ausdrücklich Teil der Offenbarung
dieser Anmeldung sein soll.
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Das
erfindungsgemäße Ventil
kann aber allgemein zur Steuerung von Volumenströmen verwendet werden.
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Das
erfindungsgemäße Ventil
hat ein Gehäuse 1,
in dem ein Aktor 2 zur axialen Verstellung eines Ventilschließkörpers 3 angeordnet
ist. Der Aktor 2 ist beispielsweise ein Elektromagnet 4 bestehend aus
einer Erregerspule 5 und einem Magnetanker 6. Der
Ventilschließkörper 3 kann
aber ausdrücklich auch
von einem anderen Aktor als einem Elektromagneten verstellt werden.
Der Elektromagnet 4 ist mit der Erregerspule 5 und
dem Magnetanker 6 in einem sogenannten Magnettopf 8 vorgesehen,
der beispielsweise Teil des Gehäuses 1 ist.
Der Magnetanker 6 ist in dem Magnettopf 8 ringförmig von
der Erregerspule 5 umgeben. Die Erregerspule 5 ist
beispielsweise gegenüber
dem Magnetanker 6 durch eine Ringwandung 7 hermetisch
abgedichtet.
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Das
Gehäuse 1 weist
einen Aktorraum 10 und einen Druckraum 11 auf,
wobei der Aktorraum 10 beispielsweise durch einen Topfboden 9 des
Magnettopfes 8 von dem Druckraum 11 getrennt ist.
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Das
erfindungsgemäße Ventil
weist einen Eingangskanal
15 und einen Ausgangskanal
16 auf, wobei
der Eingangskanal
15 und der Ausgangskanal
16 jeweils
mit dem Druckraum
11 des Gehäuses
1 strömungsverbunden
sind. Der Eingangskanal
15 ist stromauf beispielsweise
mit einer Druckleitung
17 und der Ausgangskanal
16 stromab
mit einer Steuerleitung
18 strömungsverbunden. Die Druckleitung
17 ist
beispielsweise gemäß der
DE 198 26 047 A1 stromauf
mit einer Hochdruckpumpe
32 verbunden, die Druckmittel,
beispielsweise Öl,
unter Hochdruck über
das erfindungsgemäße Ventil
und die Steuerleitung
18 zu einem Hydraulikkolben
33 fördert, der
ein Gaswechselventil steuert. Die Steuerleitung
18 ist beispielsweise
gemäß der
DE 198 26 047 A1 stromab
mit dem Hydraulikkolben
33 verbunden.
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Erfindungsgemäß ist der
Ventilschließkörper 3 zweiteilig
ausgebildet mit einem ersten Schließkörperabschnitt 3.1 und
einem zweiten Schließkörperabschnitt 3.2,
wobei der zweite Schließkörperabschnitt 3.2 quer
zu einer Ventilachse 25 verschiebbar ist. Auf diese Weise
können
fertigungsbedingte Exzentrizitätsfehler
ausgeglichen werden.
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Das
Federelement 23 schränkt
die Beweglichkeit des zweiten Schließkörperabschnitts 3.2 quer zur
Ventilachse 25 dadurch ein, daß zwischen dem Federelement 23 und
dem zweiten Schließkörperabschnitt 3.2 ein
vorbestimmter Ringspalt 28 vorgesehen ist. Auf diese Weise
ist der zweite Schließkörperabschnitt 3.2 um
das Maß des
Ringspalts 28 quer zur Ventilachse 25 verschiebbar.
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Der
erste Schließkörperabschnitt 3.1 ist
mit dem Aktor 2 wirkverbunden und der zweite Schließkörperabschnitt 3.2 wirkt
mit einem Ventilsitz 12 zusammen.
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Der
Ventilsitz 12 ist an einem dem Druckraum 11 zugewandten
Ende des Ausgangskanals 16 vorgesehen. Der Ventilsitz 12 ist
beispielsweise konisch ausgeführt,
wobei das dem Ventilsitz 12 zugewandte Ende des zweiten
Schließkörperabschnitts 3.2 beispielsweise
kugelförmig
ausgebildet ist und mit dem Ventilsitz 12 einen Kugel/Kegelsitz
bildet. Es kann aber ausdrücklich
auch ein Kegel/Kegelsitz oder ähnliches
vorgesehen sein. Durch den Kugel/Kegelsitz oder den Kegel/Kegelsitz
wird eine Linienberührung
zwischen dem Ventilschließkörper und dem
Ventilsitz 12 erreicht, die eine sehr gute Abdichtung des
geschlossenen Ventils gewährleistet.
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Der
Ventilschließkörper 3 ist
beispielsweise zylinderförmig
als Stange und/oder als Hohlkörper ausgebildet.
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Der
erste Schließkörperabschnitt 3.1 ist
beispielsweise mit dem Magnetanker 6 mechanisch verbunden
und verläuft
von dem Aktorraum 10 ausgehend durch einen Führungskanal 13 im
Topfboden 9 des Magnettopfes 8 bis in den Druckraum 11.
Der erste Schließkörperabschnitt 3.1 ist
in dem Führungskanal 13 geführt. Der
Durchmesser des Führungskanals 13 ist
zumindest abschnittsweise nur geringfügig größer als der Durchmesser des
ersten Schließkörperabschnitts 3.1,
so daß ein
sehr enger Führungsspalt 29 zwischen
dem Führungskanal 13 und
dem ersten Schließkörperabschnitt 3.1 gebildet ist.
Der enge Führungsspalt 29 hat
die Aufgabe, den Magnetanker 6 genau bezüglich der
Lage zum Magnettopf 8 zu positionieren und zu führen. Außerdem kann
der enge Führungsspalt
den Druckraum 11 gegenüber
dem Aktorraum 10 abdichten.
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Der
zweite Schließkörperabschnitt 3.2 ist
in dem Druckraum 11 angeordnet, wobei der erste Schließkörperabschnitt 3.1 mit
seiner Stirnfläche
an seinem dem zweiten Schließkörperabschnitt 3.2 zugewandten
Ende an der Stirnfläche
des zweiten Schließkörperabschnitt 3.2 anliegt.
Beispielsweise weist der erste Schließkörperabschnitt 3.1 an
seinem dem zweiten Schließkörperabschnitt 3.2 zugewandten
Ende eine erste Schulter 21 und der zweite Schließkörperabschnitt 3.2 an
seinem dem ersten Schließkörperabschnitt 3.1 zugewandten
Ende eine zweite Schulter 22 auf.
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Ein
in dem Druckraum 11 angeordnetes Federelement 23 liegt
mit seinem einen Ende an der zweiten Schulter 22 des zweiten
Schließkörperabschnitts 3.2 und
mit seinem anderen Ende an einer ringförmig um den Ventilsitz 12 angeordneten
Stirnfläche 24 des
Druckraums 11 an und ist zwischen der zweiten Schulter 22 und
der Stirnfläche 24 auf
Druck vorgespannt. Das Federelement 23 ist beispielsweise
eine Schraubenfeder und ringförmig
um den zweiten Schließkörperabschnitt 3.2 herum
angeordnet. Das Federelement 23 drückt den zweiten Schließkörperabschnitt 3.2 mit
der zweiten Schulter 22 gegen die erste Schulter 21 des
ersten Schließkörperabschnitts 3.1.
Durch das Federelement 23 wirkt immer eine Druckkraft auf
die zweite Schulter 22 des zweiten Schließkörperabschnitts 3.2,
so daß diese
stets an der ersten Schulter 21 des ersten Schließkörperabschnitts 3.1 anliegt.
Auf diese Weise ist gewährleistet,
daß der
Hub des Aktors 2 über
den ersten Schließkörperabschnitt 3.1 vollständig auf
den zweiten Schließkörperabschnitt 3.2 übertragen
wird.
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Der
Magnetanker 6, der Führungskanal 13, der
erste Schließkörperabschnitt 3.1,
der zweite Schließkörperabschnitt 3.2,
das Federelement 23 und der Ventilsitz 12 sind
beispielsweise konzentrisch zueinander bezüglich der Ventilachse 25 angeordnet,
wobei der Aktor 2 den Ventilschließkörper 3 mit dem ersten
Schließkörperabschnitt 3.1 und
dem zweiten Schließkörperabschnitt 3.2 zum Öffnen und Schließen des
Ventils in Richtung der Ventilachse 25 bewegen kann. Fertigungsbedingte
Exzentrizitätsfehler
können
durch die Verschiebbarkeit des ersten Schließkörperabschnitts 3.1 und
des zweiten Schließkörperabschnitts 3.2 quer
zur Öffnungsrichtung 25 des
Ventilschließkörpers 3 ausgeglichen werden.
Die Öffnungsrichtung
und die Schließrichtung
des Ventilschließkörpers 3 verläuft daher
in Richtung der Ventilachse 25.
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Das
erfindungsgemäße Ventil
ist beispielsweise bei ausgeschaltetem Aktor 2 geöffnet und
bei eingeschaltetem Aktor 2 geschlossen oder auch umgekehrt.
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Bei
Bestromung der Erregerspule 5 wird ein Magnetfeld im Magnettopf 8 erzeugt,
das den Magnetanker 6 beispielsweise in Richtung des Topfbodens 9 des
Magnettopfes 8 zieht. Da der erste Schließkörperabschnitt 3.1 mit
dem Magnetanker 6 mechanisch gekoppelt ist, führt der
erste Schließkörperabschnitt 3.1 einen
gleich großen
Hub wie der Magnetanker 6 in Richtung des Ventilsitzes 12 aus
und überträgt den Hub
entgegen der Kraft des Federelementes 23 vollständig auf
den zweiten Schließkörperabschnitt 3.2.
Während
dieser Schließbewegung wird
der zweite Schließkörper 3.2 durch
den beispielsweise kegelförmigen
Ventilsitz 12 zentriert und kann dabei eine Ausgleichsbewegung
quer zur Ventilachse 25 machen. Bei der Ausgleichsbewegung verschiebt
sich die zweite Schulter 22 des zweiten Schließkörperabschnitts 3.2 auf
der ersten Schulter 21 des ersten Schließkörperabschnitts 3.1 quer
zur Ventilachse 25. Sobald der Ventilschließkörper 3 mit dem
zweiten Schließkörperabschnitt 3.2 an
dem Ventilsitz 12 anliegt, ist das Ventil geschlossen,
so daß kein
Druckmittel mehr aus dem Druckraum 11 in den Ausgangskanal 16 gelangen
kann.
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Wird
die Bestromung der Erregerspule 5 ausgeschaltet, ist kein
Magnetfeld mehr wirksam, so daß der
Ventilschließkörper 3 durch
das als Rückstellfeder
wirkende Federelement 23 vom Ventilsitz 12 abgehoben
und wieder in seine Ausgangsposition zurückbewegt wird, so daß das Ventil
wieder geöffnet ist.
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Bei
geöffnetem
Ventil strömt
Druckmittel über
den Eingangskanal 15 in den Druckraum 11 und von
dort über
den Ausgangskanal 16 in die Steuerleitung 18.
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Durch
die zweiteilige Ausführung
des Ventilschließkörpers 3 und
durch die Querbeweglichkeit des zweiten Schließkörperabschnitts 3.2 können auch
größere Form-
und Lageabweichungen, beispielsweise am Gehäuse 1, am Führungskanal 13, am
Ventilsitz 12 oder am Ventilschließkörper 3, ausgeglichen
werden, so daß keine
engen Form- und Lagetoleranzen erforderlich sind und die Herstellungskosten
des Ventils gesenkt werden. Gegenüber dem Stand der Technik können enge
Form- und Lagetoleranzen entfallen und durch größere Form- und Lagetoleranzen
ersetzt werden.