DE102007005488B4

DE102007005488B4 - Ventil mit beweglicher Venturidüse

Info

Publication number: DE102007005488B4
Application number: DE200710005488
Authority: DE
Inventors: Jörg Bittner; Dr. Gerlich Torsten; Volker Daume; Stefan Hettinger; Klaus Bickel
Original assignee: Eagle Actuator Components GmbH and Co KG
Current assignee: Eagle Actuator Components GmbH and Co KG
Priority date: 2006-12-15
Filing date: 2007-01-30
Publication date: 2014-05-08
Anticipated expiration: 2027-01-31
Also published as: DE102007005488A1; US20080149868A1; US7770598B2

Abstract

Ventil, umfassend ein Gehäuse mit einem Einlass (3), einem Auslass (1) und einem bewegbaren Dichtkörper (2), durch welchen der Einlass (3) und der Auslass (1) strömungsverbindbar sind, wobei dem Dichtkörper (2) mit Druck beaufschlagbare Wirkflächen (4b) und Dichtbereiche (4) zugeordnet sind, wobei dem Dichtkörper (2) ein Dichtsitz (4a) zur Abdichtung des Einlasses (3) gegen den Auslass (1) zugeordnet ist und wobei dem Dichtkörper (2) eine Leitung (2a) zugeordnet ist, durch die der Einlass (3) mit dem Auslass (1) strömungsverbindbar ist, wenn der Dichtkörper (2) auf dem Dichtsitz (4a) ruht, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung (2a) als Venturidüse oder als Lavaldüse ausgebildet ist, wobei die Leitung (2a) im Dichtkörper (2) ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Ventil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der DE 91 03 865 U1 ist ein Ventil zur Verwendung in der Zahnmedizin bekannt, welches als Schließkörper eine Membran aufweist. Die DE 198 39 476 A1 zeigt ein Ventil, deren Abströmstutzen eine Lavaldüse bildet. Die DE 195 31 010 B4 zeigt ein Ventil, deren Schließkörper mit einer Durchgangsbohrung versehen ist.
Derartige Ventile sind aus dem Automobilbereich bekannt. Diese Ventile dienen häufig der Verbindung eines Tanks mit einem Aktivkohlebehälter und sind in einer Regenerierleitung eines Kraftfahrzeugs angeordnet.
Die Ventile sollen Überdrücke im Tank abbauen und Volumenströme zum Aktivkohlebehälter ermöglichen. Dabei ist häufig erforderlich, einen Überdruck in möglichst kurzer Zeit abzubauen.
Diesen Anforderungen genügen die gattungsbildenden Ventile jedoch nicht.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Ventil zu realisieren, welches einen Druck in sehr kurzer Zeit abbauen kann.
Die vorliegende Erfindung löst die zuvor genannte Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1.
Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass die Kombination eines beweglichen Dichtkörpers mit einer Leitung erlaubt, einen Überdruck schnell abzubauen. Zunächst kann eine Freigabe der Leitung einer Verringerung des Überdrucks bewirken. In einem zweiten Schritt kann durch Bewegung des gesamten Dichtkörpers der Querschnitt des den Druckabbau bewirkenden Strömungskanals vergrößert werden kann. Hierdurch kann ein Überdruck insgesamt in sehr kurzer Zeit abgebaut werden.
Die Leitung könnte als Venturidüse ausgebildet sein. Diese konkrete Ausgestaltung erlaubt es, den Fluidstrom durch die Leitung zu begrenzen. Die Venturidüse lässt nur einen maximalen Volumenstrom zu. Hierdurch werden Bauteile, die mit dem Auslass strömungsverbunden sind, geschützt. Eine Venturidüse besteht aus einem glattwandigen Rohrstück mit zwei gegeneinander gerichteten Konen, die sich in der Mitte, beim geringsten Durchmesser, vereinen. Die Venturidüse erzeugt ohne zusätzliche aktive Motoreinwirkung einen Unterdruck und eine Erhöhung der Fließgeschwindigkeit an der engsten Stelle der Düse.
Vor diesem Hintergrund könnte die Leitung als Lavaldüse ausgebildet sein. Der Querschnitt einer Lavaldüse verengt sich zunächst und weitet sich bis zum Gasaustritt wieder auf, wodurch ein durchströmendes Fluid auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt werden kann, ohne dass es zu starken Verdichtungsstößen kommt. Die Schallgeschwindigkeit wird genau im engsten Querschnitt der Düse erreicht. Hierdurch kann ein Fluid sehr schnell durch die Leitung transportiert und dadurch Überdruck oder Unterdruck abgebaut werden.
Die Leitung ist im Dichtkörper ausgebildet. Hierdurch ist ein bauteilearmer und damit kostengünstiger Aufbau realisiert.
Folglich ist die eingangs genannte Aufgabe gelöst.
Die Leitung könnte durch einen elektromagnetisch betätigbaren, beweglichen Anker öffen- und verschließbar sein. Hierdurch ist eine Taktung des Ventils möglich. Besonders bevorzugt könnte das Ventil durch ein pulsweitenmoduliertes Signal mit 10 Hz getaktet werden. Diese Frequenz hat sich bei den in Kraftfahrzeugtanks vorherrschenden Drücken als besonders geeignet erwiesen, um ein materialschonendes Öffnen und Schließen der Leitung zu realisieren.
Dem Dichtkörper könnten zwei Federn zugeordnet sein. Hierdurch kann ein Druck vordefiniert als Schwellwert eingestellt werden, bei dem der Dichtkörper als Ganzes bewegt wird und einen Strömungskanal freigibt.
Vor diesem Hintergrund ist denkbar, dass auch Unterdrücke im Tank abgebaut werden. Ein als Schwellwert eingestellter Unterdruck könnte bewirken, dass der Dichtkörper bei Erreichen des Schwellwerts angesaugt und dadurch bewegt wird. Konkret ist denkbar, dass der Schwellwert auf 100 hPa unter Atmosphärendruck gewählt wird. Sobald der Unterdruck im Tank weiter als 100 hPa unter den Atmosphärendruck fällt, kann der Dichtkörper bewegt werden und den Unterdruck abbauen.
Vorteilhaft könnte das Ventil einen Überdruck von 250 hPa auf 200 hPa abbauen. Diese Drücke können bei Hybridfahrzeugen auftreten, die ein Tanküberdruckkonzept verfolgen.
Besonders bevorzugt könnte das Ventil einen Überdruck von 300 hPa in höchstens 10 Sekunden auf 20 hPa abbauen. Dies kann durch das erfindungsgemäße Kombinieren einer Leitung mit einem beweglichen Dichtkörper realisiert werden.
Das hier beschriebene Ventil sitzt bevorzugt in einer Regenerierleitung zwischen einem Tank und einem Aktivkohlebehälter.
Vorteilhaft ist die Verwendung des hier beschriebenen Ventils in Hybridfahrzeugen mit elektrischen Motoren und Verbrennungsmotoren, da Hybridfahrzeuge im Tank Druck speichern. Dieser Druck kann mit dem Ventil besonders definiert eingeregelt werden.
In der Zeichnung zeigt die einzige
Fig. in einer Schnittansicht ein Ventil mit einem beweglichen Dichtkörper, dem eine Leitung zugeordnet ist.
Die einzige Fig. zeigt ein Ventil, umfassend ein Gehäuse mit einem Einlass 3, einem Auslass 1 und einem bewegbaren Dichtkörper 2, durch welchen der Einlass 3 und der Auslass 1 strömungsverbindbar sind.
Dem Dichtkörper 2 sind mit Druck beaufschlagbare Wirkflächen 4b und Dichtbereiche 4 zugeordnet. Dem Dichtkörper 2 ist ein Dichtsitz 4a zur Abdichtung des Einlasses 3 gegen den Auslass 1 zugeordnet. Wenn der Dichtkörper 2 auf dem Dichtsitz ruht, ist die Strömungsverbindung zwischen Auslass 1 und Einlass 3 unterbrochen. Der Dichtkörper 2 weist einen Dichtring auf, der am Dichtsitz 4a zur Anlage kommt.
Dem Dichtkörper 2 ist eine Leitung 2a zugeordnet, durch die der Einlass 3 mit dem Auslass 1 strömungsverbindbar ist, wenn der Dichtkörper 2 auf dem Dichtsitz 4a ruht.
Die Leitung 2a ist als Venturidüse ausgebildet. Die Venturidüse 2a ist im Dichtkörper 2 ausgebildet. Der Dichtkörper 2 kann sich in einem Führungskanal 20 des Auslasses 1 in seiner Gesamtheit bewegen, wobei der Führungskanal von einer Feder 19 umgeben ist.
Die Leitung 2a, die als Venturidüse ausgestaltet ist, ist durch einen elektromagnetisch betätigbaren, beweglichen Anker 16 öffen- und verschließbar. Durch die geometrische Ausgestaltung der Leitung 2a kann der maximale Fluidstrom in einer Zeiteinheit durch die Leitung 2a eingestellt werden.
Der Anker 16 wird durch eine stromversorgte Spule 14 mit einem inneren Kern 13 magnetisch betätigt. Die Spule 14 wird durch eine elektrische Leitung 21 mit Strom versorgt. Der Spule 14 sind Rückschlussscheiben 8 und 11 sowie eine Rückschlussplatte 12 zugeordnet. Die Rückschlussplatte 12 schließt mit dem inneren Kern 13 einen Dichtring 9 ein. Die Spule ruht auf einer Polplatte 17. Zwischen der Polplatte 17 und der Spule ist ein Dichtring 6 angeordnet. Die Polplatte 17 ist durch Dichtringe 5 gegen die Gehäusewandung abgedichtet.
Der Anker 16 ist in einer Gleitbuchse 7 geführt und mit einer Feder 15 beaufschlagbar. Durch eine Justierschraube 10 kann die Beaufschlagung des Ankers 16 durch die Feder 15 eingestellt werden. Dem Anker 16 ist ein Dichtelement 16a zum Verschließen der Leitung 2a zugeordnet.
Dem Dichtkörper 2 sind zwei Federn 18, 19 zugeordnet. Der Einlass 3 ist mit einem nicht gezeigten Tank verbunden. Der Überdruck in dem Tank kann durch Öffnen der Leitung 2a abgebaut werden, wenn nämlich ein Fluidstrom aus dem Tank über den Auslass 1 zu einem ebenfalls nicht gezeigten Aktivkohlebehälter erfolgt.
Ebenfalls kann ein Unterdruck im Tank abgebaut werden, wenn das Dichtelement 16a angehoben wird und die Leitung 2a freigibt. Sobald der Druck im Tank unter einen vordefinierten Schwellwert fällt, übersteigt die Kraft der Feder 19 die Summe der Kräfte der Feder 18 und des auf die Wirkfläche 4b wirkenden Druckes. Die Feder 19 drückt dann den Dichtkörper 2 von dem Dichtsitz 4a weg (in der Fig. nach oben) und erhöht dadurch den Gesamtquerschnitt der Strömungsverbindung zwischen Einlass 3 und Auslass 1.
Der Dichtkörper 2 ist auch in seiner Gesamtheit mit aufsitzendem Anker 16 bzw. Dichtelement 16a beweglich, wobei das Dichtelement 16a die Leitung 2a verschließt. Hierdurch können sehr schnell Drücke abgebaut werden.
Um sehr hohe Überdrücke in einem Tank nach dem zuvor beschriebenen Prinzip abzubauen, kann der Tank auch an den Auslass 1 und der Aktivkohlebehälter an den Einlass 3 angeflanscht werden.

Claims

Ventil, umfassend ein Gehäuse mit einem Einlass (3), einem Auslass (1) und einem bewegbaren Dichtkörper (2), durch welchen der Einlass (3) und der Auslass (1) strömungsverbindbar sind, wobei dem Dichtkörper (2) mit Druck beaufschlagbare Wirkflächen (4b) und Dichtbereiche (4) zugeordnet sind, wobei dem Dichtkörper (2) ein Dichtsitz (4a) zur Abdichtung des Einlasses (3) gegen den Auslass (1) zugeordnet ist und wobei dem Dichtkörper (2) eine Leitung (2a) zugeordnet ist, durch die der Einlass (3) mit dem Auslass (1) strömungsverbindbar ist, wenn der Dichtkörper (2) auf dem Dichtsitz (4a) ruht, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung (2a) als Venturidüse oder als Lavaldüse ausgebildet ist, wobei die Leitung (2a) im Dichtkörper (2) ausgebildet ist.
Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung (2a) durch einen elektromagnetisch betätigbaren, beweglichen Anker (16) öffen- und verschließbar ist.
Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Dichtkörper (2) zwei Federn (18, 19) zugeordnet sind.