DE102013011041A1 - Valve - Google Patents

Abstract

Ein besonders vorteilhaft gestaltetes Ventil, bei dem die gewünschte Gegenkraft auf den zu bewegenden Ventilaktuator (4) aus einem Druckreservoir (10), wie beispielsweise der Einlassdruckzuführung oder die Auslassdruckabführung einer Expansionsmaschine oder eines Kompressors, in einfacher Weise erzeugt werden kann, indem der Druck des Reservoirs rückseitig in den Aktuatorantrieb (8) eingebracht wird.A particularly advantageously designed valve in which the desired counterforce on the valve actuator (4) to be moved can be generated in a simple manner from a pressure reservoir (10), such as the inlet pressure inlet or the outlet pressure outlet of an expansion machine or a compressor, by the pressure of the Reservoirs back into the actuator drive (8) is introduced.

Description

Die Erfindung betrifft einen besonders vorteilhaften Aufbau eines Ventils, welches sich prinzipiell sowohl für flüssige als auch gasförmige Medien eignet, aber vorrangig für die Verwendung von gasförmige Medien gedacht ist, insbesondere zur Befüllung von Gas-Expansionsmaschinen oder Kompressoren.The invention relates to a particularly advantageous construction of a valve, which is suitable in principle for both liquid and gaseous media, but is primarily intended for the use of gaseous media, in particular for filling gas expansion engines or compressors.

Mit der Erfindung soll erreicht werden, dass die bei der Befüllung oder Entleerung von Füllräumen, insbesondere von Zylinderräumen, die aufzubringenden Ventilkräfte, welche aus der Differenz zwischen dem Einlass-, bzw. Auslass- und dem Füllraumdruck entstehen, über eine erfindungsgemäß gestaltete Gegenkraft kompensiert werden.With the invention, it is to be achieved that the valve forces to be applied during the filling or emptying of filling spaces, in particular cylinder spaces, which arise from the difference between the inlet, outlet and filling space pressure are compensated by means of an opposing force designed according to the invention ,

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Kräftekompensation liegt darin, dass damit die zu generierenden Spitzenkräfte des Aktuatorantriebs reduziert werden können, welche zur Überwindung der auf den Ventilaktuator wirkenden Summe aus Beschleunigungs-, Druck-, Strömungs-, Gewichts-, und Reibungskräfte erforderlich ist.The advantage of the force compensation according to the invention is that it can be used to reduce the peak forces of the actuator drive to be generated, which is required to overcome the force acting on the valve actuator sum of acceleration, pressure, flow, weight, and frictional forces.

Die erforderlichen Antriebsspitzenkräfte bestimmen im starken Maße die Energieverluste, die geometrischen Abmaße, die Materialkosten, das Aktuatorgewicht und damit die dynamischen Eigenschaften des Ventils, insbesondere die Ventilöffnungs- und Schließzeiten.The required drive peak forces strongly determine the energy losses, the geometrical dimensions, the material costs, the actuator weight and thus the dynamic properties of the valve, in particular the valve opening and closing times.

Ein bekannte Möglichkeit zur Kompensation der auf den Ventilaktuator wirkende Spitzenkräfte wird beispielsweise durch eine mech. Federanordnung realisiert, welche die Gegenkraft mittels einer von der Ventilposition abhängigen Federkraft auf den Aktuator überträgt.A known way of compensating the forces acting on the valve actuator peak forces, for example, by a mech. Realized spring arrangement which transmits the opposing force by means of a dependent of the valve position spring force on the actuator.

Das Problem hierbei ist, dass die Federkraft lediglich von der Ventilposition abhängig ist und daher während des Betriebs nur unter großen Aufwand veränderbar gestaltet werden kann, um beispielsweise auf sich ändernde Betriebsbedingungen, wie etwa Druckschwankungen im Einlassraum oder im Füllraum, reagieren zu können.The problem here is that the spring force is only dependent on the valve position and therefore can be made changeable during operation only with great effort, for example, to be able to react to changing operating conditions, such as pressure fluctuations in the inlet chamber or in the filling.

Dieses Problem wird gemäß der Erfindung durch einen Ventilaufbau mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This problem is solved according to the invention by a valve assembly having the features of claim 1.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die gewünschte Gegenkraft auf den zu bewegenden Ventilaktuator aus einem Druckreservoir, wie beispielsweise der Einlassdruckzuführung oder die Auslassdruckabführung einer Expansionsmaschine oder eines Kompressors, in einfacher Weise erzeugt werden kann, indem der Druck des Reservoirs rückseitig in den Aktuatorantrieb eingebracht wird.The invention is based on the recognition that the desired counterforce on the valve actuator to be moved from a pressure reservoir, such as the inlet pressure supply or the outlet pressure discharge of an expansion machine or a compressor, can be generated in a simple manner by the pressure of the reservoir introduced into the back of the actuator drive becomes.

Dazu ist es notwendiger Weise erforderlich, dass der Aktuatorantrieb von einem nach außen abgedichteten Gehäuse, welches hier als Aktuatorantriebsraum bezeichnet wird, umgeben ist und mit dem Druckreservoir in Verbindung steht.For this purpose, it is necessary necessarily that the actuator drive is surrounded by an outwardly sealed housing, which is referred to here as Aktuatorantriebsraum, and is in communication with the pressure reservoir.

Eine enge lineare Führung des Ventilschafts stellt dabei das dichtendes Element zwischen dem Aktuatorantriebsraum und der Einlasszufuhrraum dar, wobei über die Querschnittsfläche des Ventilschafts, welche die Wirkfläche des Drucks auf den Aktuator darstellt, und des Drucks im Druckreservoir die Gegenkraft gebildet wird.A close linear guide of the valve stem is the sealing element between the Aktuatorantriebsraum and the inlet supply chamber, wherein over the cross-sectional area of the valve stem, which is the effective area of the pressure on the actuator, and the pressure in the pressure reservoir, the counterforce is formed.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den beigefügten Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description and from the accompanying drawings, to which reference is made. In the drawings show:

1 zeigt eine Abbildung eines Auslass-Ventilanwendung, in welcher ist der Druck im Füllraum (3) überwiegend höher ist als im Einlassraum (1), zur Illustration des erfindungsgemäßen Ventilaufbaus, umfassend einen Aktuatorantriebsraum (2), einen Aktuator (4), einen Aktuatorantrieb (8), eine Aktuatorführung (5), einen zur Umwelt abgedichteten Gehäuse (9), einen Druckreservoir (10). einen Ventilsitz (6) und einen Ventilkopf (7), welche in Richtung Füllraum (3) breiter werden. 1 1 shows an illustration of an outlet valve application, in which is the pressure in the filling chamber (FIG. 3 ) is predominantly higher than in the inlet space ( 1 ), to illustrate the valve assembly according to the invention, comprising an actuator drive space ( 2 ), an actuator ( 4 ), an actuator drive ( 8th ), an actuator guide ( 5 ), an environmentally sealed housing ( 9 ), a pressure reservoir ( 10 ). a valve seat ( 6 ) and a valve head ( 7 ), which towards Füllraum ( 3 ) become wider.

2 zeigt eine Abbildung einer erfindungsgemäßen Einlassventil-Anwendung, in welcher ist der Druck im Füllraum (16) überwiegend niedriger ist als im Einlassraum (15), einem Ventilsitz (18) und einem Ventilkopf (17), welche sich in Richtung Füllraum (16) verjüngen. 2 1 shows an illustration of an inlet valve application according to the invention, in which the pressure in the filling space (FIG. 16 ) is predominantly lower than in the inlet space ( 15 ), a valve seat ( 18 ) and a valve head ( 17 ), which towards the filling space ( 16 ) rejuvenate.

3 zeigt eine Abbildung des erfindungsgemäßen Ventilaufbaus mit el. magn. Linearantrieb, umfassend einen Magnet (30), eine Spule (31) und eine Motorsteuerung (33). 3 shows an illustration of the valve assembly according to the invention with el. Magn. Linear drive, comprising a magnet ( 30 ), a coil ( 31 ) and a motor control ( 33 ).

4 zeigt eine Abbildung des erfindungsgemäßen Ventilaufbaus mit einer gewichtssparenden Bohrung (43) versehenen Aktuatorschafts (41), welcher strömungstechnisch günstig geformt ist und einen Ventilkopf (42), der deshalb nicht breiter ist als der beströmte Teil des Aktuatorschafts (41). 4 shows an illustration of the valve assembly according to the invention with a weight-saving bore ( 43 ) actuator shaft ( 41 ), which is aerodynamically favorable formed and a valve head ( 42 ), which is therefore no wider than the current part of the actuator 41 ).

5 zeigt eine Abbildung des erfindungsgemäßen Ventilaufbaus mit direkter Druck dichter Verbindung (52) zwischen dem Aktuatorantriebsraum (50) und dem Füllraum (51). 5 shows an illustration of the valve assembly according to the invention with direct pressure tight connection ( 52 ) between the actuator drive space ( 50 ) and the filling space ( 51 ).

6 zeigt eine Abbildung des erfindungsgemäßen Ventilaufbaus mit einer Längsbohrung (62) durch den Ventilschaft (64) und den Ventilkopf (63) zur direkten Verbindung des Aktuatorantriebsraums (60) mit dem Füllraum (61). 6 shows an illustration of the valve assembly according to the invention with a longitudinal bore ( 62 ) through the valve stem ( 64 ) and the valve head ( 63 ) for the direct connection of the actuator drive space ( 60 ) with the filling space ( 61 ).

7 zeigt eine Abbildung des erfindungsgemäßen Auslassventil-Anwendungen, umfassend einen Füllraum (73), einen Einlassraum (71) und einen Aktuator (74) mit einer Druckwirkfläche, welche größer ist als die Wirkfläche des dargestellten Ventilsitzes (75) 7 1 shows an illustration of the exhaust valve applications according to the invention, comprising a filling space (FIG. 73 ), an inlet space ( 71 ) and an actuator ( 74 ) having a pressure acting surface, which is larger than the effective area of the illustrated valve seat ( 75 )

8 zeigt eine Abbildung des erfindungsgemäßen Einlassventil-Anwendungen, umfassend einen Füllraum (83), einen Einlassraum (81) und einen Aktuator (84) mit einer Druckwirkfläche, welche kleiner ist als die Wirkfläche des dargestellten Ventilsitzes (85) 8th 1 shows an illustration of the inlet valve applications according to the invention, comprising a filling space (FIG. 83 ), an inlet space ( 81 ) and an actuator ( 84 ) having a pressure acting surface, which is smaller than the effective area of the illustrated valve seat ( 85 )

9 zeigt eine Abbildung des erfindungsgemäßen Ventilaufbaus, umfassend einen Füllraum (91), einen Aktuatorantriebsraum (90) mit minimierten Hubraum und einer am Ventildeckel statisch befestigten Säule (92). 9 shows an illustration of the valve assembly according to the invention, comprising a filling space ( 91 ), an actuator drive space ( 90 ) with minimized displacement and a column statically fixed to the valve cover ( 92 ).

10 zeigt eine Abbildung des erfindungsgemäßen Ventilaufbaus mit einer zur Gewichtsreduzierung angebrachten Aktuatorbohrung (96), und einen hermetischen Verschluß (95) der Bohrung. ohne dabei die Druckausgleichsbohrung (97) zu unterbinden. 10 shows an illustration of the valve assembly according to the invention with an attached to reduce weight actuator bore ( 96 ), and a hermetic seal ( 95 ) of the bore. without the pressure compensation bore ( 97 ) to prevent.

11 zeigt eine Abbildung des erfindungsgemäßen Ventilaufbaus umfassend einen Antriebsraum (101) indem sich der Aktuator außerhalb der Reichweite der Aktuatorführung (100) verjüngt. 11 shows an illustration of the valve assembly according to the invention comprising a drive space ( 101 ) by the actuator outside the range of the actuator guide ( 100 ) rejuvenated.

12 zeigt eine Abbildung des erfindungsgemäßen Ventilaufbaus umfassend einen Füllraum (110), welcher in direkter Verbindung zu einem Druckausgleichsraum (112) steht und durch eine weitere Aktuatorführung (111) zum Aktuatorantriebsraum (113) hin abgegrenzt wird. Die Druckkraft des Füllraums (110) dadurch rückseitig auf den Aktuator (114) übertragen. 12 shows an illustration of the valve assembly according to the invention comprising a filling space ( 110 ), which in direct connection to a pressure compensation room ( 112 ) and by another actuator guide ( 111 ) to the actuator drive space ( 113 ) is demarcated. The compressive force of the filling space ( 110 ) thereby on the back of the actuator ( 114 ) transfer.

13 zeigt eine Abbildung des erfindungsgemäßen Ventils, mit einer thermischer Isolierung (130) des Aktuatormagneten (123) gegen den Aktuator (131), eine thermischer Isolierung (104) des Aktuatorantriebsraumgehäuses (122) gegen den Ventilkörper (126), Kühlrippen- oder körper (125) am Ventilgehäuse, eine thermischer Isolierung (120) des Aktuatorantriebsraumgehäuses (122) gegen das Druckausgleichsraumgehäuse (121) und exemplarisch angebrachte thermische Isolierungen von nicht reibungsbeaufschlagten Oberflächen des Aktuators (124), des Ventilkörpers (127) oder des Aktuatorantriebsraumgehäuses (129) 13 shows an illustration of the valve according to the invention, with a thermal insulation ( 130 ) of the actuator magnet ( 123 ) against the actuator ( 131 ), a thermal insulation ( 104 ) of the actuator drive housing ( 122 ) against the valve body ( 126 ), Cooling fins or body ( 125 ) on the valve body, a thermal insulation ( 120 ) of the actuator drive housing ( 122 ) against the surge tank housing ( 121 ) and exemplarily applied thermal insulation of non-friction surfaces of the actuator ( 124 ), of the valve body ( 127 ) or the actuator drive housing ( 129 )

Der erfindungsgemäße Ventilaufbau besteht aus einem Aktuator, einem Einlassraum, einem Füllraum und einem Aktuatorantriebsraum, welcher von einem zur Umgebung dichten Gehäuse umgeben und mit einen beliebigen Druckreservoir verbunden ist.The valve assembly according to the invention consists of an actuator, an inlet space, a filling space and an actuator drive space, which is surrounded by a sealed housing to the environment and connected to an arbitrary pressure reservoir.

Eine enge Aktuatorführung des Ventilschafts, stellt dabei ein dichtendes Element zwischen dem Einlassraum und dem Aktuatorantriebsraum dar. Der Reservoirs-Druck und die Druckwirkfläche der Aktuatorführung, welche der Querschnittsfläche des Ventilschafts entspricht, bestimmen somit die erfindungsgemäß gestaltete Gegenkraft.A close actuator guide of the valve stem, in this case represents a sealing element between the inlet space and the Aktuatorantriebsraum. The reservoir pressure and the pressure acting surface of the actuator guide, which corresponds to the cross-sectional area of the valve stem, thus determine the invention designed counterforce.

Der Ventilsitz und der Ventilkopf bilden im geschlossenen Zustand ein dichtendes Element zwischen dem Einlassraum und dem Füllraum. Die Differenz aus Einlass- und Füllraumdruck bildet dabei im Zusammenspiel mit der Ventilsitzquerschnittsfläche die zu kompensierende Druckkraft auf den Aktuator.When closed, the valve seat and the valve head form a sealing element between the inlet space and the filling space. The difference between the inlet and filling chamber pressure forms, in interaction with the valve seat cross-sectional area, the compressive force to be compensated for the actuator.

Bei einer Auslassventil-Anwendung ist der Druck im Füllraum überwiegend höher ist als im Einlassraum. Um die gewünschte Selbstschließwirkung zu erzielen, wird der Ventilsitz und der Ventilkopf in Richtung Füllraum breiter.In the case of an exhaust valve application, the pressure in the filling space is predominantly higher than in the inlet space. In order to achieve the desired self-closing effect, the valve seat and the valve head in the direction of filling space is wider.

Bei einer Einlassventil-Anwendungen ist der Druck im Füllraum überwiegend niedriger ist als im Einlassraum. Um die gewünschte Selbstschließwirkung zu erzielen, verjüngt sich der Ventilsitz und der Ventilkopf sich in Richtung Füllraum.In an intake valve application, the pressure in the filling space is predominantly lower than in the inlet space. To achieve the desired self-closing effect, the valve seat and the valve head tapers in the direction of the filling space.

Der Aktuatorantrieb kann prinzipiell aus allen bekannten Antriebsarten zur Erzeugung einer linearen Bewegung, wie beispielsweise einer el. magn., hydraulischen, pneumatische, oder thermodynamischer Antriebsart, erzeugt werden, vorzugsweise jedoch aus dem einfach und schnell zu kontrollierenden el. magn. Antrieb mittels eines Linearmotors.The actuator drive can be generated in principle from all known drive types for generating a linear movement, such as a el. Magn., Hydraulic, pneumatic, or thermodynamic drive, but preferably from the easy and fast to control el. Magn. Drive by means of a linear motor.

Ein besonderer Vorteil ergibt sich, wenn die Querschnittsfläche der Aktuatorführung im Verhältnis zur Wirkfläche des Ventilsitzes so gewählt ist, dass sich die Drücke des Füllraums und des Reservoirs kompensieren. Die Querschnittsfläche der Aktuatorführung stellt die Druckwirkfläche des Aktuators dar. Beaufschlagt mit dem Druck des Druckreservoirs ergibt sich eine Druckkraft, die entgegengesetzt zu der resultierende Kraft aus dem Druck im Füllraum und der Wirkfläche des Ventilsitzes wirkt. Insbesondere können dadurch Gewichts- oder Strömungskräfte oder eine aus entgegengesetzten Drücken resultierenden Kraft kompensiert werden. Eine völlige Kompensation der Druckkräfte ergibt sich beispielsweise, wenn die Drücke des Füllraums und des Reservoirs und die Querschnittsflächen des Aktuators und der Ventilführung gleich sind.A particular advantage arises when the cross-sectional area of the actuator guide in relation to the effective area of the valve seat is chosen such that the pressures of the filling space and the reservoir compensate each other. The cross-sectional area of the actuator guide represents the pressure acting surface of the actuator. Influenced by the pressure of the pressure reservoir results in a pressure force which acts opposite to the resulting force from the pressure in the filling space and the effective area of the valve seat. In particular, weight or flow forces or a force resulting from opposite pressures can thereby be compensated. A complete compensation of the pressure forces results, for example, when the pressures of the filling space and the reservoir and the cross-sectional areas of the actuator and the valve guide are the same.

Prinzipiell kann auch eine Feder, beispielsweise ein mechanische Feder oder eine Gasfeder, welche eine Kraft auf den Aktuator überträgt, die Aktuatorbewegung unterstützend beeinflußen, insbesondere zur Kompensation von Gewichts- oder Strömungskräften oder eine aus entgegengesetzten Drücken resultierenden Kraft.In principle, a spring, for example a mechanical spring or a gas spring which transmits a force to the actuator, can also influence the actuator movement, in particular for the compensation of weight or flow forces or a force resulting from opposite pressures.

Von weiterem Vorteil ist es, wenn der Aktuator so geformt ist, dass Druck- und Strömungskräfte, welche durch das einströmende Gas entstehen und die Aktuatorbewegung beeinflussen, möglichst vermieden werden. Dies kann insbesondere dadurch realisiert werden, indem der Ventilkopf nicht breiter ist als der beströmte Teil des Aktuatorschafts.It is a further advantage if the actuator is shaped in such a way that pressure and flow forces which are created by the inflowing gas and influence the actuator movement are avoided as far as possible. This can be realized in particular in that the valve head is not wider than the flowed-through part of the Aktuatorschafts.

Um die Trägheit des Aktuator möglichst gering zu halten, ist es wünschenswert das Gewicht des Aktuators zu minimieren. Dies kann beispielsweise durch die Verwendung von Leichtmetallen oder durch Aushöhlung des Aktuators erreicht werden.In order to minimize the inertia of the actuator, it is desirable to minimize the weight of the actuator. This can be achieved for example by the use of light metals or by erosion of the actuator.

Ein besonderer Vorteil entsteht, wenn der der Aktuatorantriebsraum. in direkter Druck dichter Verbindung mit dem Füllraum steht. Somit findet ein dynamischer Druckausgleich zwischen den beiden Räumen statt, welcher die Aktuatorbewegung unterstützend beeinflusst. Insbesondere können dadurch Gewichts- oder Strömungskräfte oder eine aus entgegengesetzten Drücken resultierenden Kraft kompensiert werden.A particular advantage arises when the actuator drive space. is in direct pressure tight connection with the filling space. Thus, there is a dynamic pressure equalization between the two spaces, which supports the actuator movement supportive. In particular, weight or flow forces or a force resulting from opposite pressures can thereby be compensated.

Vorzugsweise wird die Druck dichte Verbindung des Aktuatorantriebsraums mit dem Füllraum direkt über eine Bohrung längs durch den Ventilschaft und den Ventilkopf realisiert wird.Preferably, the pressure-tight connection of the Aktuatorantriebsraums with the filling space is realized directly through a bore longitudinally through the valve stem and the valve head.

Bei Auslassventil-Anwendungen in denen der Druck im Füllraum überwiegend höher ist als im Einlassraum ist, kann die gewünschte Selbstschließfunktion dadurch erreicht werden, in dem die Druckwirkfläche des Aktuators größer ist als die Wirkfläche des Ventilsitzes.In exhaust valve applications in which the pressure in the filling space is predominantly higher than in the inlet space, the desired self-closing function can be achieved in that the pressure-acting surface of the actuator is greater than the effective area of the valve seat.

Umgekehrt kann bei Einlassventil-Anwendungen in denen der Druck im Füllraum überwiegend niedriger ist als im Einlassraum, die gewünschte Selbstschließfunktion dadurch erreicht werden, in dem die Druckwirkfläche des Aktuators kleiner ist als die Wirkfläche des Ventilsitzes.Conversely, in intake valve applications in which the pressure in the filling space is predominantly lower than in the inlet space, the desired self-closing function can be achieved in that the pressure-acting surface of the actuator is smaller than the effective area of the valve seat.

Um die Kompression einer Expansionsmaschine oder Kompressors nicht zu verschlechtern, ist es von Vorteil den Gas-Ausgleichstrom zwischen dem Füllraum und dem Aktuatorantriebsraum zu minimieren. Dies kann insbesondere durch die Reduzierung des Hubraums des Aktuatorantriebsraums auf den max. Ventilhub unerreicht werden.In order not to degrade the compression of an expansion machine or compressor, it is advantageous to minimize the gas balance flow between the fill space and the actuator drive space. This can in particular by reducing the displacement of the Aktuatorantriebsraums on the max. Valve lift can not be achieved.

Eine weitere Möglichkeit besteht durch das Einbringen einer am Ventildeckel statisch befestigten Säule, welche das Gasvolumen in der zur Gewichtsreduzierung angebrachten Aktuatorbohrung verringert. Eine weitere Möglichkeit besteht durch einen hermetischen Verschluß der gewichtseinsparenden Ventilaktuatorbohrung, ohne dass dabei die Druckausgleichsbohrung unterbunden wird.Another possibility is by introducing a statically fixed column on the valve cover, which reduces the gas volume in the attached to reduce weight actuator bore. Another possibility is a hermetic closure of the weight-saving Ventilaktuatorbohrung, without causing the pressure compensation hole is prevented.

Um beispielsweise kostengünstige Magnetringe mit geringen Außendurchmesser einsetzen zu können, ist es wünschenswert, die Aktuatorquerschnitt innerhalb des Antriebsraums zu verringern. Dieser kann im Antriebsraum außerhalb der Reichweite der Aktuatorführung verjüngt werden, ohne dass dadurch eine Druckwirkfläche entsteht, welche die Aktuatorbewegung ungünstig beeinflusst. Die Druckwirkffläche wird lediglich durch die Querschnittsfläche der Aktuatorführung gebildet. Auch kann dadurch der Hubraums des Aktuatorantriebsraums weiter reduziert werden um den Druckausgleichsgasfluß zu minimieren. Prinzipiell kann Aktuatorquerschnitt innerhalb des Antriebsraums auch verbreitert werden, falls dadurch ein Vorteil entsteht.For example, to use inexpensive magnetic rings with small outer diameter, it is desirable to reduce the Aktuatorquerschnitt within the drive space. This can be tapered in the drive space outside the range of the actuator guide, without creating a pressure acting surface, which adversely affects the actuator movement. The Druckwirkffläche is formed only by the cross-sectional area of the actuator guide. Also, thereby the displacement of the Aktuatorantriebsraums can be further reduced to minimize the Druckausgleichsgasfluß. In principle, actuator cross section within the drive space can also be broadened, if this creates an advantage.

Um die Gasmenge zum Druckausgleich weiter zu minimieren, bzw. um eine direkte Beströmung der Magnete mit dem Gas zu vermeiden, ist es vorteilhaft einen Druckausgleichsraum zu schaffen, welcher durch eine weitere Aktuatorführung zum Aktuatorantriebsraum hin abgegrenzt wird. Der Füllraum steht in direkter Verbindung zu einem Druckausgleichsraum. Die Druckkraft des Füllraums wird somit ebenfalls rückseitig auf den Aktuator übertragen.In order to further minimize the amount of gas for pressure equalization, or to avoid a direct flow of the magnets with the gas, it is advantageous to provide a pressure compensation chamber, which is delimited by a further actuator guide to Aktuatorantriebsraum out. The filling space is in direct connection to a pressure equalization room. The pressure force of the filling space is thus also transferred back to the actuator.

Bei Auslassventil-Anwendungen, in denen der Druck im Füllraum überwiegend höher ist als im Einlassraum ist, kann die gewünschte Selbstschließfunktion dadurch erreicht werden, in dem die Druckwirkfläche der zusätzlichen Aktuatorführung im Druckausgleichsraum größer ist als die Wirkfläche des VentilsitzesIn exhaust valve applications in which the pressure in the filling space is predominantly higher than in the inlet space, the desired self-closing function can be achieved in that the pressure acting surface of the additional actuator guide in the pressure compensation chamber is greater than the effective area of the valve seat

Umgekehrt kann bei Einlassventil-Anwendungen, in denen der Druck im Füllraum überwiegend niedriger ist als im Einlassraum, die gewünschte Selbstschließfunktion dadurch erreicht werden, in dem die Druckwirkfläche der zusätzlichen Aktuatorführung im Druckausgleichsraum kleiner ist als die Wirkfläche des Ventilsitzes.Conversely, in the case of inlet valve applications in which the pressure in the filling space is predominantly lower than in the inlet space, the desired self-closing function can be achieved in that the pressure acting surface of the additional actuator guide in the pressure compensation chamber is smaller than the effective area of the valve seat.

Um bei sehr hohen Gastemperaturen den Aktuatormagneten vor unnötiger Erwärmung und der dabei verbundenen Entmagnetisierung zu schützen, sind gezielte konstruktive Maßnahmen am Aufbau des Ventils sinnvoll. Dies kann beispielsweise mit einer thermischer Isolierung des Aktuatormagneten gegen den Aktuator, mit einer thermischer Isolierung des Aktuatorantriebsraumgehäuses gegenüber den Ventilkörper, mit Kühlrippen- oder körpern am Ventilgehäuse, einer aktive Kühlung von Teilen des Ventilgehäuses, mit einer thermischer Isolierung des Aktuatorantriebsraumgehäuses gegen das Druckausgleichsraumgehäuse und/oder durch eine thermischer Isolierung möglichst aller nicht reibungsbeaufschlagten Oberflächen des Aktuators, des Ventilkörpers oder des Aktuatorantriebsraumgehäuses erreicht werdenIn order to protect the actuator magnet from unnecessary heating and the demagnetization associated with it at very high gas temperatures, targeted constructive measures on the construction of the valve are useful. This may be, for example, thermal insulation of the actuator magnet against the actuator, thermal isolation of the actuator drive housing from the valve body, cooling fins or bodies on the valve housing, active cooling of parts of the valve housing, thermal insulation of the actuator drive housing against the surge chamber housing, and / or. or by a thermal insulation as possible all non-friction surfaces of the actuator, the valve body or the Aktuatorantriebsraumgehäuses be achieved

Bei mit Schmutzpartikel belasteten Gasen, können sich Schutzpartikel in der Aktuatorführung oder im Aktuatorantriebsraum ablagern und Funktionen des Ventils blockieren. Deshalb ist es vorteilhaft, wenn ein unbedenkliches, günstiges und partikelarmes Inertgas (beispielsweise Stickstoff) mit Überdruck durch den Aktuatorantriebsraum und der Aktuatorführung in den den Einlassraum gebracht wird und somit den Antriebsraum und die Aktuatorführung rein hält.For contaminated gases, protective particles may be deposited in the actuator guide or in the actuator drive space and block functions of the valve. Therefore, it is advantageous if a harmless, inexpensive and low-particle inert gas (for example nitrogen) is brought into the inlet space with overpressure through the actuator drive space and the actuator guide and thus keeps the drive space and the actuator guide clean.

Claims (16)

Ventil, umfassend einen Einlassraum (1), einen Aktuatorantriebsraum (2), einen Füllraum (3), einen Aktuator (4), einen Aktuatorantrieb (8), eine enge Aktuatorführung (5), welche als dichtendes Element zwischen dem Einlassraum (1) und dem Aktuatorantriebsraum (2) fungiert und eine Anordnung aus Ventilsitz (6) und Ventilkopf (7), welche im geschlossenen Zustand als dichtendes Element zwischen dem Einlassraum (1) und dem Füllraum (3) fungiert, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuatorantriebsraum (2) von einem zur Umgebung dichten Gehäuse umgeben ist, über ein Druckreservoir (10) mit Druck beaufschlagt wird und somit die Aktuatorbewegung unterstützend beeinflußt, insbesondere durch die Kompensation von Gewichtskräften oder eine aus entgegengesetzten Drücken resultierenden Kraft.Valve comprising an inlet space ( 1 ), an actuator drive space ( 2 ), a filling room ( 3 ), an actuator ( 4 ), an actuator drive ( 8th ), a tight actuator guide ( 5 ), which acts as a sealing element between the inlet space ( 1 ) and the actuator drive space ( 2 ) and an arrangement of valve seat ( 6 ) and valve head ( 7 ), which in the closed state as a sealing element between the inlet space ( 1 ) and the filling space ( 3 ), characterized in that the actuator drive space ( 2 ) is surrounded by a sealed housing to the environment, via a pressure reservoir ( 10 ) is acted upon by pressure and thus the actuator movement influenced supportive, in particular by the compensation of weight forces or a force resulting from opposite pressures. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vorteilhafterweise bei Auslassventil-Anwendungen (1), in denen der Druck im Füllraum (3) überwiegend höher ist als im Einlassraum (1), der Ventilsitz (6) und der Ventilkopf (7) in Richtung Füllraum (3) breiter wird und bei Einlassventil-Anwendungen (2), in denen der Druck im Füllraum (16) überwiegend niedriger ist als im Einlassraum (15), der Ventilsitz (18) und der Ventilkopf (17) sich in Richtung Füllraum (16) verjüngen.Valve according to claim 1, characterized in that advantageously in exhaust valve applications ( 1 ), in which the pressure in the filling space ( 3 ) is predominantly higher than in the inlet space ( 1 ), the valve seat ( 6 ) and the valve head ( 7 ) towards the filling space ( 3 ) and for intake valve applications ( 2 ), in which the pressure in the filling space ( 16 ) is predominantly lower than in the inlet space ( 15 ), the valve seat ( 18 ) and the valve head ( 17 ) towards the filling space ( 16 ) rejuvenate. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuatorantrieb über einen el. magn. Linearantrieb, insbesondere umfassend ein Magnet (30), eine Spule (31) und eine Motorsteuerung (33), erfolgt.Valve according to claim 1 or 2, characterized in that the actuator drive via an el. Magn. Linear drive, in particular comprising a magnet ( 30 ), a coil ( 31 ) and a motor control ( 33 ), he follows. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche der Aktuatorführung (5), welche die Druckwirkfläche des Aktuators (4) darstellt und welche beaufschlagt mit dem Druck im Druckreservoirs (10) eine Druckkraft ergibt, die entgegengesetzt zu der resultierende Kraft aus dem Druck im Füllraum (3) und der Wirkfläche des Ventilsitzes (6) wirkt, so gewählt ist, dass die Aktuatorbewegung unterstützend beeinflußt wird, insbesondere durch die Kompensation von Gewichts- oder Strömungskräften oder eine aus entgegengesetzten Drücken resultierenden Kraft.Valve according to one of claims 1 to 3, characterized in that the cross-sectional area of the actuator guide ( 5 ), which the pressure acting surface of the actuator ( 4 ) and which acts on the pressure in the pressure reservoir ( 10 ) gives a compressive force which is opposite to the resultant force from the pressure in the filling space ( 3 ) and the effective surface of the valve seat ( 6 ), is selected so that the actuator movement is assisted, in particular by the compensation of weight or flow forces or a force resulting from opposite pressures. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Feder (34), welche eine positionsabhängige Kraft auf den Aktuator (35) überträgt, die Aktuatorbewegung unterstützend beeinflußt, insbesondere zur Kompensation von Gewichts- oder Strömungskräften oder eine aus entgegengesetzten Drücken resultierenden Kraft.Valve according to one of claims 1 to 4, characterized in that a spring ( 34 ), which a position-dependent force on the actuator ( 35 ) transmits, the actuator movement assisted influenced, in particular for the compensation of weight or flow forces or force resulting from opposite pressures. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der beströmte Teil des Aktuatorschafts (41) so geformt ist, dass Druck- und Strömungskräfte, welche durch das einströmende Gas entstehen und die Aktuatorbewegung beeinflussen, möglichst vermieden werden, insbesondere dadurch, dass der Ventilkopf (42) nicht breiter ist als der beströmte Teil des Aktuatorschafts (41).Valve according to one of claims 1 to 5, characterized in that the flowed-through part of the Aktuatorschafts ( 41 ) is shaped so that pressure and flow forces, which are caused by the inflowing gas and influence the actuator movement, are avoided as far as possible, in particular in that the valve head ( 42 ) is not wider than the current part of the actuarial shaft ( 41 ). Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass gezielte Maßnahmen ergriffen werden um das Gewicht des Aktuators (43) zu minimieren, insbesondere durch die Verwendung von Leichtmetallen und der Aushöhlung des Aktuators (43).Valve according to one of claims 1 to 6, characterized in that specific measures are taken to the weight of the actuator ( 43 ), in particular by the use of light metals and the hollowing of the actuator ( 43 ). Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuatorantriebsraum (50) in direkter Druck dichter Verbindung (52) mit dem Füllraum (51) steht und somit ein dynamischer Druckausgleich zwischen den beiden Räumen entsteht, welcher die Aktuatorbewegung unterstützend beeinflußt, insbesondere durch die Kompensation von Gewichtskräften oder eine aus entgegengesetzten Drücken resultierenden Kraft.Valve according to one of claims 1 to 7, characterized in that the actuator drive space ( 50 ) in direct pressure of tight connection ( 52 ) with the filling space ( 51 ) and thus creates a dynamic pressure equalization between the two spaces, which influences the actuator movement supportive, in particular by the compensation of weight forces or force resulting from opposite pressures. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die direkte Druck dichte Verbindung des Aktuatorantriebsraums (60) mit dem Füllraum (61) vorzugsweise über eine Bohrung (62) längs durch den Ventilschaft (64) und den Ventilkopf (63) realisiert wird.Valve according to one of claims 1 to 8, characterized in that the direct pressure-tight connection of the Aktuatorantriebsraums ( 60 ) with the filling space ( 61 ) preferably via a bore ( 62 ) longitudinally through the valve stem ( 64 ) and the valve head ( 63 ) is realized. Ventil nach einem der Ansprüche 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei Auslassventil-Anwendungen (7), in denen der Druck im Füllraum (73) überwiegend höher ist als im Einlassraum (71) ist, die gewünschte Selbstschließfunktion dadurch erreicht wird, in dem die Druckwirkfläche des Aktuators (74) größer ist als die Wirkfläche des Ventilsitzes (75) und umgekehrt bei Einlassventil-Anwendungen (8), in denen der Druck im Füllraum (81) überwiegend niedriger ist als im Einlassraum (82), in dem die Druckwirkfläche des Aktuators (84) kleiner ist als die Wirkfläche des Ventilsitzes (85)Valve according to one of claims 8 to 9, characterized in that in exhaust valve applications ( 7 ), in which the pressure in the filling space ( 73 ) is predominantly higher than in the inlet space ( 71 ), the desired self-closing function is achieved in that the pressure-acting surface of the actuator ( 74 ) is greater than the effective area of the valve seat ( 75 ) and vice versa in intake valve applications ( 8th ), in which the pressure in the filling space ( 81 ) is predominantly lower than in the inlet space ( 82 ), in which the pressure acting surface of the actuator ( 84 ) is smaller than the effective area of the valve seat ( 85 ) Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass gezielte Maßnahmen ergriffen werden, um den Gas-Ausgleichstrom zwischen dem Füllraum (91) und dem Aktuatorantriebsraum (90) zu minimieren, insbesondere durch Reduzierung des Hubraums des Aktuatorantriebsraums (90) auf den max. Ventilhub und/oder durch das Einbringen einer am Ventildeckel statisch befestigten Säule (92), welche das Gasvolumen in der zur Gewichtsreduzierung angebrachten Aktuatorbohrung (96) verringert und/oder durch den hermetischen Verschluß (95) dieser gewichtseinsparenden Ventilaktuatorbohrung (96), ohne dabei die Druckausgleichsbohrung (97) zu unterbinden.Valve according to one of claims 1 to 10, characterized in that targeted Measures are taken to adjust the gas balance flow between the filling space ( 91 ) and the actuator drive space ( 90 ), in particular by reducing the displacement of the Aktuatorantriebsraums ( 90 ) on the max. Valve lift and / or by introducing a column statically fixed to the valve cover ( 92 ), which measures the gas volume in the actuator bore (FIG. 96 ) and / or by the hermetic seal ( 95 ) of this weight-saving valve actuator bore ( 96 ), without losing the pressure compensation bore ( 97 ) to prevent. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator innerhalb des Antriebsraums (101) außerhalb der Reichweite der Aktuatorführung (100) verjüngt wird bzw. verbreitert wird, insbesondere um dadurch vorteilhafte Magnetgeometrien verwenden zu können oder um damit den Hubraums des Aktuatorantriebsraums (101) und damit Gas-Ausgleichstrom zu minmieren.Valve according to one of claims 1 to 11, characterized in that the actuator within the drive space ( 101 ) outside the range of the actuator guide ( 100 ) is tapered or widened, in particular in order thereby to be able to use advantageous magnet geometries or in order to increase the displacement of the actuator drive space ( 101 ) and thus to minimize gas equilibrium flow. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllraum (110) in direkter Verbindung zu einem Druckausgleichsraum (112) steht, welcher durch eine weiteren Aktuatorführung (111) zum Aktuatorantriebsraum (113) hin abgegrenzt wird und in welchem die Druckkraft des Füllraums (110) rückseitig auf den Aktuator (114) übertragen wird.Valve according to one of claims 1 to 12, characterized in that the filling space ( 110 ) in direct connection to a pressure compensation room ( 112 ), which by another actuator guide ( 111 ) to the actuator drive space ( 113 ) is demarcated and in which the pressure force of the filling space ( 110 ) on the back of the actuator ( 114 ) is transmitted. Ventil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass bei Auslassventil-Anwendungen, in denen der Druck im Füllraum (110) überwiegend höher ist als im Einlassraum (115) ist, die gewünschte Selbstschließfunktion dadurch erreicht wird, in dem die Druckwirkfläche der zusätzlichen Aktuatorführung (111) im Druckausgleichsraum (114) größer ist als die Wirkfläche des Ventilsitzes (116) und umgekehrt bei Einlassventil-Anwendungen, in denen der Druck im Füllraum (110) überwiegend niedriger ist als im Einlassraum (115), in dem die Druckwirkfläche der zusätzlichen Aktuatorführung (111) im Druckausgleichsraum (114)) kleiner ist als die Wirkfläche des Ventilsitzes (116).Valve according to claim 13, characterized in that in exhaust valve applications in which the pressure in the filling chamber ( 110 ) is predominantly higher than in the inlet space ( 115 ), the desired self-closing function is achieved in that the pressure acting surface of the additional actuator guide ( 111 ) in the pressure equalization room ( 114 ) is greater than the effective area of the valve seat ( 116 ) and vice versa in inlet valve applications where the pressure in the filling chamber ( 110 ) is predominantly lower than in the inlet space ( 115 ), in which the pressure acting surface of the additional actuator guide ( 111 ) in the pressure equalization room ( 114 )) is smaller than the effective area of the valve seat ( 116 ). Ventil nach Anspruch 1–14, dadurch gekennzeichnet, dass dass gezielte Maßnahmen ergriffen werden, um den Aktuatormagneten (123) vor Erwärmung zu schützen, insbesondere durch thermischer Isolierung (130) des Aktuatormagneten (123) gegen den Aktuator (131), durch thermischer Isolierung (124) des Aktuatorantriebsraumgehäuses (122) gegen den Ventilkörper (126), durch das Anbringen von Kühlrippen- oder körpern (125) am Ventilgehäuse, durch aktive Kühlung von Teilen des Ventilgehäuses, durch thermischer Isolierung (120) des Aktuatorantriebsraumgehäuses (122) gegenüber dem Druckausgleichsraumgehäuse (121) und/oder durch thermischer Isolierung möglichst aller nicht reibungsbeaufschlagten Oberflächen des Aktuators (124), des Ventilkörpers (127) oder des Aktuatorantriebsraumgehäuses (129)Valve according to claim 1-14, characterized in that the targeted measures are taken to the actuator magnet ( 123 ) to protect against warming, in particular by thermal insulation ( 130 ) of the actuator magnet ( 123 ) against the actuator ( 131 ), by thermal insulation ( 124 ) of the actuator drive housing ( 122 ) against the valve body ( 126 ), by attaching cooling ribs or bodies ( 125 ) on the valve housing, by active cooling of parts of the valve housing, by thermal insulation ( 120 ) of the actuator drive housing ( 122 ) opposite the surge tank housing ( 121 ) and / or by thermal insulation of all non-friction surfaces of the actuator ( 124 ), of the valve body ( 127 ) or the actuator drive housing ( 129 ) Ventil aus Anspruch (1), dadurch gekennzeichnet, dass das mit Aktuatorantriebsraum (2) verbundene ext. Druckreservoir (10) zur Verbesserung der Ventilfunktion, insbesondere der Vermeidung von Schutzpartikelablagerungen in der Aktuatorführung (5) oder im Aktuatorantriebsraum (2), mit einem vorteilhaften Medium gefüllt ist und mit Überdruck durch den Aktuatorantriebsraum (2) und der Aktuatorführung (5) in den den Einlassraum (1) gebracht wird.Valve according to claim (1), characterized in that the actuator drive space ( 2 ) connected ext. Pressure reservoir ( 10 ) for improving the valve function, in particular the prevention of protective particle deposits in the actuator guide ( 5 ) or in the actuator drive space ( 2 ), is filled with an advantageous medium and with overpressure by the Aktuatorantriebsraum ( 2 ) and the actuator guide ( 5 ) into the inlet space ( 1 ) is brought.

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