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Die Erfindung betrifft ein Ventil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Stand der Technik
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Ein solches Ventil wird beispielsweise als 4/2-Wegeventil in einem Fördersystem für ein flüssiges Reduktionsmittel eingesetzt. Das Fördersystem dient dazu, bei Bedarf flüssiges Reduktionsmittel in den Abgasstrang einer Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs einzudüsen, um eine katalytische Reduktion von Stickoxiden in einem SCR-Katalysator (SCR = Selective Catalytic Reduction) anzuregen. Das flüssige Reduktionsmittel kann zum Beispiel eine Harnstoff-Wasser-Lösung sein.
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Aus der
DE 20 2007 018 318 U1 ist ein 4/2-Wegeventil bekannt, bei dem ein Aktuator ein Stellglied des Ventils betätigt. Der Aktuator kann das Stellglied zwischen zwei Schaltstellungen hin- und herbewegen. Das Stellglied weist in Längserstreckung etwa mittig ein Lager auf, um das das Stellglied drehbar beziehungsweise kippbar ist. In jeder der beiden. Ventilstellungen wird eine Leitung zum Transport einer Flüssigkeit freigegeben. Das Verschließen der jeweils anderen Leitung ist durch ein an dem Stellglied angeordnetes Dichtungselement realisiert, das mit einem Ventilsitz zusammenwirkt. Die Andruckkraft wird von dem Aktor über das Stellglied auf das Dichtungselement übertragen.
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Aus der
WO 2005/108840 A1 ist ein weiteres Wegeventil bekannt, das zwei miteinander verschraubte Gehäuseteile umfasst. Zwischen den Gehäuseteilen ist ein Stellglied dichtend eingespannt. Dieses Stellglied weist einen metallischen Kern auf, der mit einem elastischen Kunststoff umspritzt ist. Dabei wird ein kreisförmiger Dichtring ausgebildet. Außerdem werden an dem Stellglied Dichtflächen ausgebildet, welche mit den in den Gehäuseteilen angeordneten Dichtsitzen zusammenwirken.
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Da die Gehäuseteile miteinander verschraubt sind, ist eine zusätzliche Abdichtung zwischen den Gehäuseteilen erforderlich. Des Weiteren ist der Bauraumbedarf dieses Ventils relativ hoch, was beim Einsatz in der Kraftfahrzeugtechnik nachteilig ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Ventil weist eine Bodenplatte und einen Ventildeckel aus Kunststoff auf, die im Bereich einer Fügefläche stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Durch den Einsatz von Kunststoff, bevorzugt einem thermoplastischen Kunststoff, ist es möglich, die Funktionen ”verbinden” und „abdichten” durch eine stoffschlüssige Verbindung zu realisieren. Dies verringert die Herstellungskosten und vereinfacht die Montage. Fehlfunktionen, beispielsweise durch mangelhafte eingelegte Dichtungen und ähnliches mehr können sicher ausgeschlossen werden. Außerdem ist die Herstellung der erfindungsgemäßen stoffschlüssigen Verbindung zwischen Ventildeckel und Bodenplatte sehr gut automatisierbar, so dass eine vollautomatische Montage des erfindungsgemäßen Ventils möglich ist.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die erste Fügefläche durch eine umlaufende Rippe und eine komplementär zu der Rippe geformte Gegenfläche gebildet, wobei die Rippe und die Gegenfläche bevor sie stoffschlüssig miteinander verbunden werden durch eine kraftschlüssige Presspassung miteinander verbunden sind. Dadurch sind die zu fügenden Bauteile ohne zusätzliche Hilfsmittel relativ zueinander positioniert und fixiert. Anschließend ist es möglich, den Ventildeckel und die Bodenplatte beispielsweise durch Laserschweißen, Elektronenstrahlschweißen oder Ultraschallschweißen stoffschlüssig miteinander zu verbinden. Auf Grund der im Bereich der Fügefläche herrschenden Presspassung ist eine innige Verbindung der beiden Fügepartner gewährleistet und es ist gleichzeitig gewährleistet, dass nach dem Fügen eine mechanisch hoch belastbare und flüssigkeitsdichte Verbindung zwischen Bodenplatte und Ventildeckel vorhanden ist. Die Herstellung dieser Verbindung ist sehr gut automatisierbar, was sich positiv auf die Herstellungskosten auswirkt.
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Das erfindungsgemäße Ventil kann im Bereich einer zweiten Fügefläche mit dem Gehäuseteil eines Aktuators, der das Ventil betätigt, ebenfalls stoffschlüssig miteinander verbunden werden. Dabei wird in ähnlicher Weise auch im Bereich einer zweiten Fügefläche eine Presspassung hergestellt, bevor die stoffschlüssige Verbindung hergestellt wird. Dadurch werden eben die oben im Zusammenhang mit der ersten Fügefläche genannten Vorteile auch für die Verbindung zwischen Gehäuseteil und dem Ventil realisiert.
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Um eine besonders kompakte Bauweise realisieren zu können, sind in dem Gehäuseteil Flüssigkeitskanäle ausgebildet, durch die – je nach Schaltstellung des Ventils – Harnstoff-Wasser-Lösung oder ein anderes flüssiges Medium strömt.
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Damit keine Flüssigkeit aus dem Inneren des Ventils oder des Gehäuseteils nach außen treten kann, ist im Bereich einer dritten Fügefläche zwischen dem Ventildeckel und dem Gehäuseteil eine Dichtung, bevorzugt aus einer aushärtenden Zweikomponentendichtmasse, vorgesehen. Diese aushärtende Zweikomponentendichtmasse kann vor dem Fügen des Ventils an dem Gehäuseteil in eine entsprechend vorbereitete Nut des Ventildeckels eingebracht werden. Anschließend, solang die aushärtende Dichtmasse noch formbar ist, werden das Ventil und das Gehäuseteil miteinander kraftschlüssig verbunden und anschließend verschweißt. In dieser Position härtet dann die Dichtmasse aus und die gewünschte Abdichtung ist hergestellt. Alternativ ist es auch möglich die Bauteile flüssigkeitsdicht miteinander zu verschweißen.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das Stellglied bereichsweise mit Kunststoff ummantelt ist, wobei ein Ventildeckel und eine Bodenplatte des Ventils die Kunststoffummantelung im Innern der Ventils so umschließen und fixieren, dass das Stellglied zwischen der ersten und der zweiten Ventilposition bewegbar ist.
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Die Kunststoffummantelung des Stellglieds bildet das Lager für das Stellglied und dichtet das Ventil nach außen ab. Die erfindungsgemäße Kunststoffummantelung wird zwischen dem Ventildeckel und der Bodenplatte eingespannt und lässt durch ihre Verformbarkeit die notwendige Stellbewegung des Stellglieds zwischen erster und zweiter Schaltstellung zu.
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Die Kunststoffummantelung ist so ausgebildet, dass es die aus den Schaltbewegungen des Stellglieds resultierenden Verformungen über die gesamte Lebensdauer des Ventils standhält. Es ist erfindungsgemäße auch möglich, durch den elastischen Kunststoff eine Federkraft auf das Stellglied auszuüben, wobei die Bewegung des Stellglieds im Wesentlichen durch einen zwischen zwei Schaltstellungen bewegbaren Anker des Aktuators realisiert wird. Der Anker ist dabei in einem Betätigungsteil angeordnet, wobei der Betätigungsteil mit dem Ventil gekoppelt ist. Die Ankerbewegung kann auch durch Federelemente unterstützt werden.
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In dem erfindungsgemäßen Ventil ist das Stellglied als gabelförmiger Hebel ausgebildet, wobei die freien Enden der Gabel zwei im Wesentlichen entgegengesetzt angeordnete Dichtflächen aufweist. Die Dichtflächen verschließen, beziehungsweise öffnen die zugehörigen Kanäle des Ventils.
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Der Grundkörper des gabelförmigen Stellglieds ist ein Metallteil, auf das beispielsweise ein Elastomer, wie beispielsweise Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM), vulkanisiert wird. Zuvor kann noch ein Haftvermittler aufgetragen werden, damit eine dauerhafte Verbindung entsteht. Elastomere sind, beispielsweise für den Einsatz in einem SCR-System, harnstoffbeständig und darüber hinaus ausreichend formstabil, aber dennoch elastisch verformbar. Außerdem können sich Elastomere bei Zug- und Druckbelastung elastisch verformen und nehmen danach wieder in ihre ursprüngliche, unverformte Gestalt an. Sie haben auch gute Dichteigenschaften.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind die Dichtflächen an den Enden des Stellglieds entsprechend dem Verstellwinkel des Stellglieds konisch angeordnet. Dadurch können die Ventilsitze in der Bodenplatte und dem Ventildeckel des Ventils ohne Berücksichtigung des Verstellwinkels des Stellglieds gefertigt werden und trotzdem eine gleichmäßige Auflage der Dichtflächen auf den Ventilsitzen gegeben ist.
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Die Ventilsitze an den im Innenraum des Ventils befindlichen Enden der Kanäle sind dabei vorzugsweise abgerundet und weisen eine kleine Auflagefläche auf, so dass durch diese Formgebung eine hohe Flächenpressung trotz einer geringen Stellkraft des Aktuators erzeugt wird. Dadurch wird eine hohe Dichtwirkung erzielt. Die Dichtwirkung kann in diesem Bereich des Ventils durch einsetzbare O-Ringe noch weiter verbessert werden. Eine innere Leckage wird dadurch vorteilhafterweise vermieden.
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Ferner weist die Bodenplatte an ihrer dem Stellglied abgewandten Seite eine Aussparung auf, die zur Aufnahme einer Flachdichtung mit Kanalführungen dient. Die Flachdichtung kann passgenau in die Aussparung eingelegt sein. Dadurch wird verhindert, dass die Flachdichtung aus Ihrer vorgesehenen Lage rutscht. Die Flachdichtung ist zwischen der Bodenplatte und einem Gehäuseteil des Aktuators angeordnet.
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An den Flächen der Bodenplatte und des Gehäuseteils, die in Kontakt mit der Flachdichtung stehen, ist mindestens ein Wulst ausgebildet, der die Flachdichtung elastisch verformt. Diese elastische Verformung verbessert die Abdichtung entscheidend, wenn der oder die Wülste als geschlossene Ringe oder Kurvenzüge beispielsweise um eine Kanalführung in der Flachdichtung verlaufen. Dann nämlich können mehrere hydraulische Verbindungen durch die Flachdichtung hindurchgeführt und ein hydraulischer Kurzschluss zwischen diesen Verbindungen wirkungsvoll verhindert werden.
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Die Wülste haben gewissermaßen die Funktion einer Beißkante. Wenn das erfindungsgemäße Ventil und das Gehäuseteil miteinander verbunden werden, dann drückt sich der umlaufende Wulst sowohl der Dichtplatte als auch des Gehäuseteils jeweils von entgegengesetzten Seiten in die Flachdichtung und verformen diese elastisch. Dies bedeutet auch, dass im Bereich der Kontaktfläche zwischen den Wulsten und der Flachdichtung eine erhöhte Flächenpressung auftritt, was sich positiv auf die Dichtheit auswirkt.
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Es ist auch möglich, dass gewissermaßen im Wechsel dass die Wulste von Dichtplatte und Gehäuseteil versetzt zueinander angeordnet ist, so dass im Querschnitt gesehen die Flachdichtung wechselseitig von beiden Seiten elastisch verformt wird und dadurch eine nochmals verbesserte Dichtwirkung erzielt wird.
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Um sicherzustellen, dass trotz dieser elastischen Verformung der Flachdichtung der Abstand von Gehäuseteil und Ventil innerhalb enger Toleranzen gehalten werden kann, sind entweder an der Dichtplatte oder am Gehäuseteil Vorsprünge ausgebildet, die durch entsprechende geformte Aussparungen der Flachdichtung hindurchragen und einen direkten Kontakt zwischen Bodenplatte und Ventil und Gehäuseteil ermöglichen. Dadurch wird eine exakte Positionierung erreicht und andererseits wird auch die Anpresskraft zwischen den Wulsten und der Flachdichtung auf einen vorgegebenen Wert begrenzt. Auch dies führt zu einer verbesserten Dichtwirkung und einer erhöhten Lebensdauer.
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Außerdem ist vorteilhaft, dass die Bodenplatte, das Stellglied und der Ventildeckel bei einer Montage nach Art einer Sandwichbaueinheit zusammensetzbar sind. Das bedeutet, dass auf der Bodenplatte als Grundkörper, nacheinander die Flachdichtung, bei Bedarf O-Ringe, das Stellglied und abschließend der Ventildeckel aufeinander gesetzt werden. Es sind dabei keine Schraubverbindungen erforderlich, so dass das Ventil sehr einfach zu montieren ist. Der Ventildeckel ist derart ausgebildet, dass er das gesamte Ventil einkapselt. Auf diese Art wird eine bauliche Einheit geschaffen.
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Ergänzend hierzu ist vorteilhaft, dass die Bodenplatte in eine von dem Ventildeckel im Wesentlichen vorstehende und umlaufende Rippe durch eine Presspassung einsetzbar und anschließend miteinander verschweißbar ist. Erfindungsgemäß wird die Rippe so bemessen, dass beim Fügen beider Bauteile eine Presspassung entsteht. Diese Presspassung hält die Bauteile zusammen und drückt beim Aufschmelzen, beispielsweise während eines Laserschweißens, die Teile gegeneinander. Dadurch entsteht ein mechanisch hoch belastbare und flüssigkeitsdichte Verbindung.
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In der bevorzugten Ausgestaltung ist das Stellglied zwischen einer ersten und einer zweiten Schaltposition in axialer Richtung durch den Anker bewegbar, wobei der Anker Teil eines Aktuators ist. Der Aktuator ist in dem mit dem Ventil gekoppelten Betätigungsteil angeordnet. Der Linearaktuator umfasst dabei einen Elektromagneten, der den als Magnetanker ausgebildeten Anker axial bewegt. Der Elektromagnet kann dabei einen Profilzapfen zur Stabilisierung und Positionierung umfassen, der in einer Aufnahmevorrichtung eines Gehäuses des Betätigungsteils arretierbar ist.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei zeigen, jeweils in schematischer Form:
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1 das Umfeld der Erfindung;
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2 eine Darstellung eines 4/2-Wegeventils aus 1 mit einem Betätigungsteil in einem Längsschnitt;
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3 eine detaillierte Darstellung des 4/2-Wegeventils aus 2 in einem Längsschnitt;
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4 eine gabelförmiges Stellglied aus 2 oder 3 in einer Draufsicht;
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5 ein Schnitt A-A aus 4;
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6 eine Bodenplatte aus 3 mit einer Flachdichtung im Detail;
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7 eine Explosionsdarstellung der Bauteile des Ventils aus 3; und
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8 einen weiteren Längsschnitt durch das Ventil aus 2.
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1 zeigt ein SCR-System 10 (SCR = Selective Catalytic Reduction) in einem Kraftfahrzeug mit einem Fördersystem 12 für ein flüssiges Reduktionsmittel, zum Beispiel einer Harnstoff-Wasser-Lösung, das bei Bedarf in ein Abgasrohr 14 einer Brennkraftmaschine eingedüst wird, um eine katalytische Reduktion von Stickoxiden in einem SCR-Katalysator 16 anzuregen. Eine in 1 nicht vollständig dargestellte Abgasnachbehandlungseinrichtung umfasst üblicherweise neben dem SCR-Katalysator 16, im Wesentlichen noch einen Oxidationskatalysator, ein Partikelfilter und ein Oxidationskatalysator. Die Strömungsrichtung des Abgases durch das Abgasrohr 14 ist durch einen Pfeil 18 angedeutet.
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Um den SCR-Katalysator 16 mit Harnstoff-Wasser-Lösung zu versorgen, ist stromaufwärts des SCR-Katalysators 16 am Abgasrohr 14 ein Einlassrohr 20 für die Harnstoff-Wasser-Lösung vorgesehen, das die Harnstoff-Wasser-Lösung in das Abgasrohr 14 einleitet. Eine Dosierung der Harnstoff-Wasser-Lösung geschieht über ein bevorzugt elektrisch betriebenes Dosiermodul 22, das durch Signale eines NOx-Sensors 23, der stromabwärts hinter dem SCR-Katalysator 16 angeordnet ist, beeinflusst wird. Zwischen einem Wärmetauscher 24 und dem Dosiermodul 22 ist eine erste Leitung (Reduktionsmittelzuführleitung) 26 vorgesehen. In die andere Richtung vom Wärmetauscher 24 abgehend ist eine zweite Leitung 28 angeordnet, die zu einem Eingang eines elektrisch betriebenen 4/2-Wegeventils 48 ausgebildet ist. Nähere Information zum 4/2-Wegeventils 48 folgt weiter hinten. Ein Druck in der zweiten Leitung 28 wird durch einen Drucksensor 32 überwacht.
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Das Fördersystem 12 umfasst außerdem einen Vorratstank 34 für die Harnstoff-Wasser-Lösung. Der Vorratstank 34 weist eine Heizeinrichtung 33 zum Heizen der Harnstoff-Wasser-Lösung auf; die entsprechende Temperatur der Harnstoff-Wasser-Lösung wird mit einem Temperatursensor 35 überwacht. Die Harnstoff-Wasser-Lösung wird durch eine Pumpe 36 vom Vorratstank 34 über eine Saugleitung 37 und über einen Filter 38 bei einer in 1 dargestellten Normalstellung des 4/2-Wegeventils 48 in eine dritte Leitung 40 gepumpt. Hinter der Pumpe 36 mündet ein Teilabschnitt 40' der dritten Leitung wieder in einen weiteren Anschluss des 4/2-Wegeventils 48, wonach die Harnstoff-Wasser-Lösung der zweiten Leitung 28, weiter der ersten Leitung 26 und letztendlich dem Dosiermodul 22 zugeleitet wird. Die dritte Leitung 40' weist eine Abzweigung in eine Rücklaufleitung 42 für die Harnstoff-Wasser-Lösung auf. In der Rücklaufleitung 42 ist zusätzlich eine Drossel 44 angeordnet.
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In einer zweiten, nicht dargestellten, Stellung des 4/2-Wegeventils 48 kann ein umgekehrter Durchfluss (Rücksaugen) der Harnstoff-Wasser-Lösung durch das Fördesystem 12 beispielsweise zum Verhindern von Schäden durch Gefrierdruck bei Tieftemperaturen und/oder zum Entlüften der Leitungen 26, 28, 40 und 40' realisiert werden. Dazu wird nach einem Stillstand des Fahrzeugs das 4/2-Wegeventil 48 in die zweite Schaltstellung geschaltet. Im regulären Förderbetrieb (bei Normalstellung = erste Schaltstellung) wird das 4/2-Wegeventils 48 durch die Federkraft eines Federelements in der Normalstellung gehalten.
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2 zeigt eine Darstellung eines erfindungsgemäßen 4/2-Wegeventils 48 mit einem Aktuator 46 in einem. Längsschnitt. Der Aktuator 46 dient zum Schalten der zwei Schaltstellungen des Ventils 48 und ist mit dem Ventil 48 gekoppelt. Der Hubmagnet 52 ist durch einen Profilzapfen 54 in eine kegelstumpfförmige Aufnahmebohrung des Gehäuses 56 des Betätigungsteils 46 eingepresst und wird dadurch fixiert. Eine zusätzliche Verschraubung oder dergleichen ist nicht erforderlich. Dadurch wird eine vollautomatische Montage erleichtert.
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Der Aktuator 46 umfasst einen axial bewegbaren Magnetanker 50, der durch einen Hubmagnet 52 bewegt wird. Der Hubmagnet 52 kann somit zwei Stellungen einnehmen. Die Kontaktierung des Hubmagneten 52 erfolgt über zwei Kontakte 58 (im Längsschnitt von 2 ist nur ein Kontakt 58 sichtbar), die in das Gehäuse 56 eingeführt und zentriert werden. Die Kontakte 58 sind in einen Magnetspulenkörper des Hubmagneten 52 eingespritzt (vgl. Bezugszeichen 60). Die jeweilige Schaltstellung des 4/2-Wegeventils 48 wird durch die Federkraft von zwei um den Magnetanker 50 herum positionierten Federelementen 62 und 64 unterstützt.
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Am Magnetanker 50 ist eine Schwenkaufnahme 66 für ein bevorzugt aus Metall hergestelltes gabelförmiges Stellglied 68 angeordnet. Die Schwenkaufnahme 66 greift dabei in das gabelförmige Stellglied 68 ein. Durch Bewegen des Magnetankers 50 kann somit das gabelförmige Stellglied 68 geschwenkt werden (vgl. Pfeil 70). Das Stellglied 68 dient zum Schalten des 4/2-Wegeventils 48.
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3 zeigt zur näheren Erläuterung das Ventil 48 im Detail. Das Ventil 48 umfasst im Wesentlichen eine Bodenplatte 72, einen in das Ventil 48 hineinragenden Teil des Stellglieds 68 und ein Ventildeckel 74. Der Ventildeckel 74 kann dabei den größten Teil eines Gehäuses des Ventils 48 bilden. Das Stellglied 68 ist dabei zwischen dem Ventildeckel 74 und der Bodenplatte 72 angeordnet. Durch eine Aussparung 75 zwischen Bodenplatte 72 und Ventildeckel 74 wird dem Stellglied 68 genügend Freiraum gegeben, um die Kipp- bzw. Drehbewegung zwischen den beiden Schaltstellungen auszuführen. Der in dem Ventil 48 befindliche Teil des gabelförmigen Stellglieds 68 ist mit einem elastischen Kunststoff 76, bevorzugt einem Elastomer, ummantelt, indem der Kunststoff auf das Stellglied 68 aufvulkanisiert wurde. Falls erforderlich kann vor dem Vulkanisieren ein Haftvermittler aufgebracht werden.
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Beim Vulkanisieren werden ein ringförmiger Wulst 78, sowie am freien Ende (den „Zinken” der Gabel) zwei Dichtflächen 80, 81 zum Abdichten von in dem Ventil 48 angeordneten Kanälen 84, 85 hergestellt. Dazu weisen die Kanäle 84, 85 jeweils an dessen Enden speziell ausgebildete Ventilsitze 82, 83 auf. Näheres hierzu folgt weiter hinten. Der ringförmige Wulst 78 bildet einen Dichtring, der verhindert, dass das im Innern des Ventils 48 befindliche Medium zum Beispiel durch die Aussparung 75 in die Umgebung gelangt.
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Außerdem weist der Ventildeckel 74 eine bevorzugt aus Elastomer ausgebildete und über dessen Umfang umlaufende Dichtung 87, die ebenfalls verhindern soll, dass das im Innern des Ventils 48 befindliche Medium, zum Beispiel Harnstoff-Wasser-Lösung, austritt. Alternativ kann anstelle der Dichtung 87 auch eine Schweißnaht vorgesehen sein.
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An einen in 3 nach unten verlaufenden Kanal 84 könnte beispielsweise die Leitung 40' und an einen nach oben verlaufenden Kanal 85 die Leitung 40 des Fördersystems 12 angeschlossen sein. An einen durch die Bodenplatte 72 geführten Kanal 86 ist beispielsweise die Saugleitung 37 angeschlossen. Dadurch, dass die Kanäle erfindungsgemäß auch durch das Gehäuseteil 56 geführt werden, lässt sich eine sehr kompakte Bauweise von Ventil 48 und Aktuator 46 erreichen.
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In der Schnittdarstellung von 3 ist nur ein freies Ende des Stellglieds 68 dargestellt: das 4/2-Wegeventil 48 weist jedoch zwei parallel ausgebildete „Zinken” auf. Die Kanäle zum Transport der Flüssigkeit innerhalb des 4/2-Wegeventils 48 sind intern so verbunden, dass sich abhängig von der Schaltstellung des Stellglieds 68 die gewünschte Förderrichtung des 4/2-Wegeventils 48 einstellt.
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Detaillierte Darstellungen des Stellglieds 68 zeigen 4 und 5, wobei 4 eine Draufsicht auf das Stellglied Gabel 68 und 5 einen in 4 gekennzeichneten Schnitt A-A zeigt.
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Im Normalbetrieb des 4/2-Wegeventils 48 wird das Stellglied 68 durch die Federelemente 62, 64 gehalten und beispielsweise gegen den unteren Ventilsitz 82 gepresst. Die Schrägstellung der zwei Dichtflächen 80, 81 führt dazu, dass eine gleichmäßige flächige Auflage in jeder Stellung des 4/2-Wegeventils 48 gegeben ist. Der in 3 dargestellte untere Ventilsitz 82 weist dazu noch eine Erhebung 88 auf, mit der eine Nut der Dichtfläche 80 zusammenwirkt. Durch die Formgebung der erfindungsgemäßen Ventilsitze 82, 83 wird eine hohe Flächenpressung trotz einer relativ geringeren Anpresskraft erzeugt. Eine innere Leckage wird dadurch vermieden. Eine strichpunktierte Linie 90 in 5 zeigt die Kunststoffform mit einer speziell für diesen Anwendungsfall entworfenen Geometrie. Daraus wird deutlich, dass der Wulst 78 in eingebautem Zustand zusammengepresst ist, so dass sich eine gute Dichtwirkung einstellt und die Harnstoff-Wasser-Lösung sicher im Innern des 4/2-Wegeventils 48 gehalten wird.
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Wie oben beschrieben, weist das Stellglied 68 einen Wulst 78 aus Kunststoff auf. Im Bereich der Durchführung des Stellglieds 68 bildet der Wulst 78 einen Drehpunkt für das Stellglied 68 dar, wobei das Stellglied 68 zwischen dem Ventildeckel 74 und der Bodenplatte 72 arretiert ist. Das zum Drehen bzw. Kippen des das Stellglieds 68 erforderliche Lager wird durch die Kunststoffummantelung 76 gebildet.
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Zur Abdichtung nach außen ist in die Bodenplatte 72 eine Flachdichtung 92, bevorzugt aus einem Elastomer, einsetzbar. 6 zeigt die Bodenplatte 72 und die Flachdichtung 92 im Detail. Die Bodenplatte 72 weist im Innern eine Aussparung 93 auf, in die die Flachdichtung 92 passgenau eingelegt werden kann. Die Flachdichtung 92 ist als eine Labyrinthdichtung ausgebildet und weist deshalb Schlitze und Bohrungen 94 zu einer Kanalführung auf, die gemäß der Ausbildung der Kanäle in der Bodenplatte 72 ausgeführt sind.
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Eine Bohrung 100 dient zur Aufnahme eines Zapfens 101. Dadurch wird die Flachdichtung 92 zusätzlich arretiert und gleichzeitig wird durch den Zapfen 101 der Abstand zwischen Ventil 48 und Gehäuseteil 56 eingestellt.
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Dabei sind in der Bodenplatte 72 und/oder dem Gehäuseteil 56 Dichtrippen 96 vorgesehen, die die eigentliche Dichtwirkung erzielen. Eine spezielle Geometrie, wobei im Inneren des Ventils 48 eine Dichtrippe 96 und auf der Flachdichtung 92 zwei Dichtrippen 96 vorgesehen sind, sorgt für eine dauerhafte Dichtheit an dieser Schnittstelle. Die Flachdichtung 92 verhindert somit ein Austreten von Harnstoff-Wasser-Lösung an dem Übergang zwischen Ventil 48 und Gehäuseteil 56.
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Eine Montage des Ventils 48 wird an Hand von 7 erläutert. Bei der Montage wird auf der Bodenplatte 72 als Grundkörper, nacheinander die Flachdichtung 92 (in 7 nicht dargestellt), O-Ringe 98 als zusätzliche Dichtmittel, die das Stellglied 68 und abschließend der Ventildeckel 74 in der Art eines Sandwich aufeinander gesetzt. Es sind dazu keine Schraubverbindungen erforderlich. Der Ventildeckel 74 ist derart ausgebildet, dass er das gesamte Ventil 48 einkapselt. Auf diese Art wird eine bauliche integrale Einheit geschaffen, die verschweißt wird.
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An Hand von 8 werden insbesondere die Lage der nötigen Schweißnähte erläutert. 8 zeigt dazu einen weiteren Längsschnitt durch das Ventil 48. Der Ventildeckel 74 kapselt das Ventil 48 ein, indem er auf die Bodenplatte 72 aufgesteckt wird. Zwischen Bodenplatte 72 und Ventildeckel 74 ist eine eigens für diesen Fall ausgelegte Schweißrippengeometrie vorgesehen, die eine Vorspannung auf diese Verbindung erzeugt, indem zwischen der Bodenplatte 72 und dem Ventildeckel 74, sowie zwischen der Bodenplatte 72 und einem separaten Gehäuseteil 56 ein Übermaß ausgebildet ist, das einerseits die Baugruppen zusammendrückt und zum Anderen beim Aufschmelzen während des Schweißens, zum Beispiel einem Laserschweißen, die Teile gegeneinander drückt. Die Bodenplatte 72 ist dabei bevorzugt aus einem lasertransparenten und der Ventildeckel 74 aus einem laserabsorbierenden Material ausgeführt. Die Fügeflächen, die zur Herstellung der Schweißnähte dienen, sind mit den Bezugszeichen 102a und 102b gekennzeichnet.
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Als Alternative ist auch möglich, das Ventil 48 mit nur einer einzigen Schweißnaht 102c zu verbinden, indem die Verbindungsstelle zwischen dem Gehäuseteil 56 und dem Ventildeckel 74 ausgeführt wird. Dazu ist erforderlich, dass der Gehäuseteil 56 aus lasertransparentem und der Ventildeckel 74 aus laserabsorbierenden Material ausgeführt wird. Der Vorteil dieser Alternative zur oben genannten Variante liegt darin, dass auf eine Schweißnaht verzichtet werden kann.
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Alle Schweißnähte 102 werden so ausgeführt, dass der auftretende Betriebsdruck im Innern des Ventils 48 gehalten wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202007018318 U1 [0003]
- WO 2005/108840 A1 [0004]
