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Die
Erfindung geht von einem Ventil zum Steuern eines Fluids, insbesondere
zum Steuern eines Gases, gemäß der im
Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art aus.
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Ein
derartiges Ventil ist aus der Praxis bekannt und beispielsweise
als Gassteuerventil bei einer Brennstoffzelle oder bei einem Gasmotor
zur Regelung eines Wasserstoffstroms bzw. eines CNG(Compressed Natural
Gas)-Stroms einsetzbar.
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Das
bekannte Ventil umfaßt
ein Ventilgehäuse,
in dem eine elektromagnetische Betätigungseinheit für ein Ventilschließglied angeordnet
ist, das axial verschiebbar in einer Führungshülse geführt ist. Das Ventilschließglied wirkt mit
einem Ventilsitz zusammen, der an einer Ventilplatte als Flachsitz
ausgebildet ist.
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In
der Ventilplatte ist ein Abströmkanal
ausgebildet, der zu der Abströmseite
des Ventils führt. Der
Ventilplatte ist des weiteren ein Schalldämpfer nachgeordnet, der bündig mit
der Führungshülse abschließt bzw.
vom Endbereich derselben gebildet ist.
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Dieser
Schalldämpfer
reduziert die im Betrieb auftretenden Geräusche jedoch nachteilhafterweise
nur begrenzt.
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Vorteile der
Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Ventil
zum Steuern eines Fluids, insbesondere zum Steuern eines Gases mit
den Merkmalen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, bei welchem
Ventil der Schalldämpfer
von einem die Führungshülse in axialer Richtung überragenden
Bauteil gebildet ist, hat den Vorteil, daß gegenüber einem Ventil nach dem Stand der
Technik ein geräuschärmerer Betrieb
möglich
ist, da das den Schalldämpfer
bildende Rohrstück
mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung
vorzugsweise eine Länge
hat, die größer als
der Durchmesser des Rohrstücks
ist und der Schalldämpfer
aufgrund seiner langen Bauform beträchtlich größere Dämpfungseigenschaften hat.
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Das
Ventil nach der Erfindung ist insbesondere zur Massenstromregelung
von Gasen wie Wasserstoff und Erdgas geeignet und kann zu diesem Zwecke
beispielsweise bei einer Brenn stoffzelle für ein Kraftfahrzeug oder auch
bei einem Gasmotor eingesetzt werden.
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Der
Schalldämpfer
schließt
sich bei einer bevorzugten Ausführung
des Ventils nach der Erfindung an ein den Ventilsitz bildendes Tiefziehteil
an. Der Schalldämpfer
kann an dem Tiefziehteil befestigt sein oder auch einstückig mit
diesem gefertigt sein.
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Bei
der einstückigen
Ausführungsform
ist der Schalldämpfer
aus einem Tiefziehteil gebildet, das topfförmig ausgebildet ist, und eine
Bodenplatte umfaßt,
die den als Flachsitz ausgebildeten Ventilsitz bildet. Die Seitenwand
des topfförmigen
Tiefziehteils schließt
sich dann an die Bodenplatte an und bildet den rohrförmigen Schalldämpfer. Ein
derartiges Tiefziehteil kann über
einen Rastmechanismus, der beispielsweise aus einer Ringnut und
einem korrespondierenden Ringwulst der Führungshülse für das Ventilschließglied besteht,
an der Führungshülse für das Ventilschließglied fixiert
sein.
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Der
Schalldämpfer
kann alternativ auch aus einem einfachen Rohrstück bestehen, das mit der Ventilplatte
verschweißt
ist. In diesem Fall ist die Ventilplatte vorzugsweise einstückig mit
der ein Tiefziehteil bildenden Führungshülse für das Ventilschließglied gefertigt,
was wiederum eine kompakte Bauweise darstellt. Der Schalldämpfer kann
aber auch aus einem Rohrstück
bestehen, das über
einen Ringwulst und ein korrespondierenden Ringnut an einem Tiefziehteil
verrastet ist, welches eine Ventilplatte mit einem Flachsitz für das Ventilschließglied umfaßt und an
der ein wei teres Tiefziehteil bildenden Führungshülse für das Ventilschließglied fixiert
ist.
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Alternativ
ist es auch denkbar, daß der Schalldämpfer, der
aus Kunststoff und/oder Metall gefertigt sein kann, an der Außenseite
des Ventilgehäuses
befestigt ist, und zwar beispielsweise über einen Klemm- oder Rastmechanismus.
Wenn der Schalldämpfer
an der Außenseite
des Gehäuses
befestigt ist, kann er beispielsweise einen Ringbund aufweisen,
der in einer korrespondierenden Ausnehmung des Gehäuses verrastet
ist und auf einem O-Ring aufliegt.
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Zur
weiteren Geräuschreduktion
kann der Schalldämpfer
mit einer eine Isolierschicht darstellenden Kunststoffumspritzung
versehen sein.
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Weitere
Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes nach
der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.
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Zeichnung
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Vier
Ausführungsbeispiele
eines Ventils nach der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch
vereinfacht dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert. Es
zeigen
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1 einen Längsschnitt
durch ein Gasventil mit einem Schalldämpfer;
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2 eine vergrößerte Darstellung
des Bereichs II in 1;
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3 eine zweite Ausführungsform
eines Schalldämpfers
bei einem Ventil nach der Erfindung;
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4 einen Längsschnitt
durch eine dritte Ausführungsform
eines Ventils nach der Erfindung; und
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5 eine vierte Ausführungsform
eines Schalldämpfers
bei einem erfindungsgemäß ausgestalteten
Ventil.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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In 1 ist ein Gasventil 10 dargestellt,
das zum Einsatz bei einer Brennstoffzelle oder bei einem Gasmotor
eines Kraftfahrzeuges ausgelegt ist und zur Regelung eines Wasserstoffstroms
bzw. eines CNG(Compressed Natural Gas)-Stroms von einer Zuströmseite 11 zu
einer Abströmseite 12 dient.
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Das
Ventil 10 umfaßt
ein mehrteiliges Gehäuse 13,
in welchem eine Magnetspule 14 angeordnet ist, die eine
tiefgezogene Führungshülse 15 umgreift.
In der Führungshülse 15 ist
ein im wesentlichen rohrförmiger
Stopfen 16 fixiert, der zur Befestigung einer als Vorspannfeder
wirkenden Spiralfeder 17 dient, an deren der Zuströmseite 11 abgewandten Seite
ein Magnetanker 18 befestigt ist, der in der Führungshülse 15 axial
verschiebbar geführt
ist.
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Der
Magnetanker 18 ist rohrförmig ausgebildet und bildet
ein Ventilschließglied,
das stirnseitig mit einem einen Flachsitz darstellenden Ventilsitz 21 zusammenwirkt,
dessen Ausbildung in 2 näher dargestellt
ist. Ferner umfaßt
das Ventilschließglied 18 einen
mit der Zuströmseite 11 des Ventils 10 verbundenen
Innenraum 22, von dem radiale Abströmbohrungen 23 abzweigen,
die mit einem radial von der Führungshülse 15 begrenzten
Hochdruckraum 24 verbunden sind. In axialer Richtung des
Ventilschließglieds 18 führt von
dem Innenraum 22 eine Abströmbohrung 20 an die
mit dem Flachsitz 21 zusammenwirkende Stirnseite des Ventilschließglieds 18.
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Wie 2 in detaillierter Weise
zu entnehmen ist, ist der Ventilsitz 21 an einer Bodenplatte 25 eines
im wesentlichen topfförmigen
Tiefziehteils 26 ausgebildet. Die Bodenplatte 25 ist
mit düsenartigen Öffnungen 27 versehen,
so daß bei
geöffnetem
Ventilschließglied 18 ein
Gasstrom von dem Hochdruckraum 24 und von der Stirnseite
des Ventilschließglieds 18 aus
durch die düsenartigen Öffnungen 27 in Richtung
der Abströmseite 12 des
Ventils 10 erfolgt. Das topfartige Tiefziehteil 26 umfaßt des weiteren
einen zylindrischen Bereich 28, an welchen sich ein rohrförmig ausgebildeter
Schalldämpfer 29 anschließt bzw.
der Teil des selben ist. Der Schalldämpfer 29 ist mithin
einstückig
mit dem Tiefziehteil 26 gefertigt.
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An
der Außenseite
des zylindrischen Bereichs 28 ist des weiteren eine Ringnut 30 eingearbeitet,
in welche ein Ringwulst 31 der Führungshülse 15 eingreift,
so daß das
topfförmige
Tiefziehteil 26 in der Führungshülse 15 verrastet und
fixiert ist. Der Schalldämpfer
hat eine Länge,
die etwa seinem vierfachen Durchmesser entspricht.
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Am
Umfang der Führungshülse 15 und
in dem über
die Führungshülse 15 vorstehenden
Bereich des Schalldämpfers 29 ist
das Ventil 10 mit einer Kunststoffumspritzung 32 versehen,
welche zur weiteren Geräuschminimierung
bei Einsatz des Ventils 10 dient.
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In 3 ist eine alternative Ausführungsform eines
Ventilsitzbereichs eines Ventils der in 1 dargestellten Art gezeigt. Dieser Ventilsitzbereich umfaßt wiederum
ein topfartiges Tiefziehteil 35 mit einer Bodenplatte 25,
an der ein Ventilsitz 21 sowie düsenartige Öffnungen 27 ausgebildet
sind und das an der Führungshülse 15 für das Ventilschließglied 15 verrastet
ist.
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Das
topfförmige
Tiefziehteil 35 umfaßt
hierzu einen zylindrischen Bereich 36, an dem eine Ringnut 30 eingearbeitet
ist, in die ein korrespondierender Ringwulst 31 der Führungshülse 15 eingreift.
An der Innenseite des zylindrischen Bereichs 36 ist korrespondierend
zu der Ringnut 30 ein weiterer Ringwulst 37 ausgebildet,
an dem ein aus einem Kunststofformteil gebildeter Schalldämpfer 38 bzw. 38' über eine korrespondierend
ausgebildete Ringnut 39 eingerastet ist. Die Innenseite
des Schalldämpfers 38 bzw. 38' ist entweder
parallel zu dem zylindrischen Bereich 36 des Tiefziehteils 35,
d. h. zylindrisch, oder sich in der den Öffnungen 27 abgewandten
Richtung leicht aufweitend ausgebildet. Entsprechend der Ausführungsform
nach den 1 und 2 ist der Schalldämpfer 38 bzw. 38' von einem Bauteil
gebildet, das die Führungshülse 15 in
axialer Richtung überragt.
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In 4 ist eine weitere Ausführungsform
eines Gasventils 40 dargestellt, das im wesentlichen dem
Gasventil nach
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1 entspricht, sich von diesem
aber dadurch unterscheidet, daß es
ein topfförmiges
Tiefziehteil 41 umfaßt,
dessen Rand in etwa bündig
mit dem Rand der Führungshülse 15 abschließt. Das Tiefziehteil 41,
das den Ventilsitz 21 bildet, ist mittels einer hier nicht
näher dargestellten
Rastvorrichtung in der Ventilhülse 15 befestigt.
In einer als Ventilplatte dienenden Bodenplatte 42 des
Tiefziehteils 41 sind mittels des Ventilschließglieds 18 verschließbare Öffnungen 27 angeordnet,
durch die ein Gasstrom von dem Hochdruckraum 24 zu der
Abströmseite 12 des Ventils 40 steuerbar
ist.
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An
der Außenseite
des Gehäuses 13 des Ventils 40 ist
in einer ringförmigen
Ausnehmung 45 ein O-Ring 43 angeordnet, an dem
ein Ringbund 46 eines aus einem Kunststoffspritzteil bestehenden, rohrförmigen Schalldämpfer 44 anliegt,
so daß dieser an
dem Gehäuse 13 aufgerastet
ist. Der Schalldämpfer 44 überragt
das stirnseitige Ende der Führungshülse 15 in
axialer Richtung, und zwar um einen Betrag, der etwa dem dreifachen
Führungshülsendurchmesser
entspricht.
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In 5 ist eine weitere Ausführungsform
eines Gasventils ausschnittsweise dargestellt. Dieses Gasventil
ist entsprechend dem Gasventil nach 1 aufgebaut,
unterscheidet sich von diesem aber dadurch, daß es eine aus einem Tiefziehteil
gebildete, topfförmige
Führungshülse 51 für das Ventilschließglied bzw.
den Magnetanker 18 aufweist, deren Bodenbereich eine Ventilplatte 52 bildet,
die als Ventilsitz 21 für
das Ventilschließglied 18 dient.
Die Bodenplatte 52 ist einstückig mit der Führungshülse 51 hergestellt.
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Im
Randbereich der Bodenplatte 52 ist an die topfförmige Führungshülse 51 über eine
Schweißnaht 54 ein
rohrförmiger
Schalldämpfer 53 angeschweißt, der
mithin ebenfalls gegenüber
der Führungshülse 51 vorsteht
und eine Länge
hat, die etwa seinem doppelten Durchmesser entspricht.
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Die
Führungshülse 51 und
der Schalldämpfer 53 sind
mit einer gemeinsamen Kunststoffumspritzung 55 versehen.