WO2009033963A2 - Ventilanordnung zur dosierung einer wässrigen harnstofflösung - Google Patents

Ventilanordnung zur dosierung einer wässrigen harnstofflösung Download PDF

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Franz Thoemmes
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Robert Bosch Gmbh
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    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • Valve arrangement for metering an aqueous urea solution
  • the invention is based on a valve arrangement for metering a pollutant-reducing medium according to the preamble of the independent claim.
  • a valve arrangement for metering a pollutant-reducing medium according to the preamble of the independent claim. From DE 102004048075 a valve arrangement is already known, in which a metering pump is provided as an adjusting device which opens a self-opening nozzle attached to an exhaust tract while applying a certain fluid pressure.
  • the valve arrangement according to the invention for metering a fluid medium with the characterizing features of the independent claim has the advantage of a compact construction with a structural separation of exit area or nozzle or closing body on the one hand and drive or active release means (eg. In the form of a magnetic drive) or On the other hand.
  • drive or active release means eg. In the form of a magnetic drive
  • the diaphragm may, with suitable design or attachment, exert a spring force supporting a closing mechanism on the closing body.
  • the membrane can ensure a compensation volume in the region of the first structural unit for the resulting ice pressure and for this purpose Use volume areas of the second unit.
  • Active release means such as a magnetic drive, and nozzle needle are here separate components that can interact only via a compressive force. It is also advantageous that any drive can be flange-mounted as a second structural unit or as an active release means, in particular already existing cost-effective injection valve components with magnetic opening elements.
  • Temperatures can also be corrosive.
  • a closing body having a ball which may be made in particular of ceramic.
  • actuating elements and closing elements are designed as components completely separated by the membrane, because in this way reliable structural and fluidic separation of the first and second structural units in a cost-effective, compact and easy-to-manufacture construction is ensured.
  • FIG. 1 a shows a valve arrangement with a ball valve
  • FIG. 1 b shows a connection of a closing body to a membrane
  • FIG. 2 shows a valve arrangement with a one-piece closing body
  • FIG. 3 shows a valve arrangement with a clamped-in membrane.
  • FIG. 1a shows a valve arrangement 1 with a first structural unit 9 designed as a closing body unit 9 and a second structural unit 13 designed as a control unit 12.
  • the first and second building units are separated from one another by a membrane 38.
  • the first assembly 9 has a holding body 40, which limits a usable as a nozzle opening, by a closing body (16, 48) closable outlet region 23.
  • the closing body has a movably mounted ball 16, which via a coupling body 48 of the
  • Closing body (16, 48) can interact with the membrane.
  • a bore is introduced laterally as a fluid inlet 14.
  • a guide element 10 opposite the fluid inlet 14 as part of the holding body 40 can be connected to the rest of the holding body during assembly of the first constructional unit after introduction of the closing body into the interior space.
  • the fluid inlet is designed as a lateral inlet ("side feed") in order to minimize the area of wetting with the fluid medium
  • the membrane 38 is on the side of the holding body facing away from the outlet area via connecting elements 46, for example screws or areas with adhesive or welded connections, connected to the holding body 40.
  • the ball 16 has a lower diameter 20 (d) perpendicular to the longitudinal axis 19 of the valve arrangement, and an upper diameter 18 (D) at the level of the coupling body 48 Outlet region 23 is on the ball 16 opposite side of - A -
  • the adjusting device 12 is fixed on the side facing away from the spray perforated disk of the first unit 9 via a housing 42 on the holding body 40 by means of at least one connecting element 44 (adhesive, screw, nail).
  • the housing contains one
  • Electromagnet 30, which is modulated via an electrical terminal 32 can be acted upon by an electric current.
  • a spring 34 is clamped between the housing and designed as a rigid armature actuator 26 and pushes a plunger 28 of the actuator 26 in the de-energized state of the electromagnet against the diaphragm 38. In this de-energized
  • State is a free stroke range 36 between the electromagnet 30 and armature 26, which is used when current is applied to the magnet from the armature to move in the direction of electromagnet.
  • the basic concept is based on that with aggressive AdBlue, an aqueous
  • valve assembly and the closing body Assembly 9 is not damaged by the freezing process and can fulfill its function unchanged after thawing.
  • a "valve group” or made of (stainless) steel, optionally partially or completely made of ceramic closure body assembly 9 is here added to a "dry" valve or to the actuator body assembly 13, the closing body assembly is therefore from Residual valve by a movable
  • the closing body (16, 48, 71) and the actuating body (26, 28) of the adjusting device serving to transmit a positioning force to the closing body form separate components, that is, not connected to one another.
  • the closing body (16, 48) releases the path from the fluid inlet to the outlet area when the plunger 28 of the armature 26 moves upwards due to the force of attraction of the electromagnet, that is to say away from the outlet area.
  • the coupling body 48 is in this case sucked by the membrane due to adhesion and pulled along.
  • the coupling body in turn exercises one Suction on the ball 16 off.
  • a force acting on the ball due to the fluid pressure applied via the fluid inlet 14 is always directed upward in the direction of the membrane, because the upper diameter D (18) is greater than the lower diameter d (20); However, this only as long as the area between the coupling body and ball is not detected by the fluid pressure, that is pressure infiltrated.
  • the valve opens as soon as the plunger 28 releases the membrane upwards, by lifting the ball 16 of the closing body (16, 48) from the seating area 75 of the holding body 40.
  • FIG. 1 b shows a detail of a further alternative valve arrangement, namely a closing body 1648, which
  • valve lift in particular the lift range 36, may optionally be adjusted so that the diaphragm has a range of travel, for example, in a range of 50 to 100 microns in the direction of the longitudinal axis 19 of the valve assembly to provide adequate ice crush strength of the assembly.
  • the membrane can also be clamped or such a material (for example steel) can be chosen that they can exert a spring force on the closing body for a design in steel or stainless steel or ceramic
  • the closing body assembly may also be only partially equipped with ceramic components, for example, essentially only the ball of the closing body can be made of ceramic material.This is possible because the ball is not on the coupling body must be attached, adhesive forces are sufficient for power transmission between magnet armature 26 and closing ball 16.
  • Closure body 71 made of steel, which extends from a running with or without spring function membrane 238 made of steel or of an elastomer to the seating area 75 of the holding body 79.
  • the selectively producible from ceramic closing body has at least one free surface 72 for AdBlue supply to the seating area 75 in order to avoid the unnecessary use of
  • Bore 78 which can be used either for fluid supply or optionally for establishing a fluid circulation circuit to circulate the fluid through the holding body even in times when is not injected into the exhaust system.
  • the spray disk 22 is movably mounted in the sense that it has a range of motion in the axial direction. As in the arrangement according to FIG. 1, the fluid to be injected leaves the valve on a curved, S-shaped path, since the injection holes of the injection-perforated disc are arranged laterally offset from the center. Furthermore, in addition to the spring 34 in the actuator assembly, a force acting on the closing body 71 in the opening direction force exercising
  • Closing spring 77 provided in the closing body assembly, which is supported on the side facing the seating on the holding body and on the side facing the membrane 238 on a large diameter portion of the closing body, a small diameter, extending to the seating area 75 of the holding body area of the closing body surrounding annularly.
  • annular sealing elements 73 are arranged in order to use the holding body in a built-in module not shown in detail, in the 77 and 78 corresponding with the terminals supply or discharge lines are integrated in the form of holes in a solid body, in particular made of steel.
  • Closing spring 77 supported. In the de-energized state, the force acting on the closing body of the spring 34 is greater than the sum of the force acting in the opposite direction of the closing body spring 77 and hydrostatic pressure force of the fluid to the closing body.
  • the force acting on the closing body of the spring 34 is greater than the sum of the force acting in the opposite direction of the closing body spring 77 and hydrostatic pressure force of the fluid to the closing body.
  • FIG. 3 shows a valve arrangement in which the membrane 338 is fastened by means of a transition ring or a union nut 81. Same or similar
  • the transition ring is arranged between the first and the second unit and screwed to the holding body 87, while the membrane 338 is clamped between the ring and the holding body in the region of a conical, the holding body facing pressing surface 83 of the transition ring.
  • the membrane is made of an elastomer, having a "cloth-like" property in the sense that it can not exert any spring forces of this magnitude in the range of the forces responsible for opening and closing in the valve
  • Holding body is a seating body 89 forming the seating area, in particular made of non-weldable material such as ceramic or titanium, which is locked in the holding body by means of an axially pressed Teflon sealing ring 338 and seat body 89 are additionally provided by means of a clamping sleeve surrounding the closing body in the region of the inner wall of the holding body
  • the clamping sleeve has a hole in the region of the fluid inlet 14, in order to ensure the supply of fluid into the interior.
  • the spray-perforated disc 93 is curly in a holder or cavity formed by a corresponding shaping of the holder body r inserted and depending on the flow conditions in a small area parallel to the longitudinal axis of the Move valve assembly.
  • the housing of the entire arrangement is formed by the holding body on the one hand and the housing 42 of the adjusting body assembly on the other hand, wherein the housing 42 is secured to the screwed to the holding body transition ring 81.
  • This attachment can in turn by screwing or by welding or by plugging, as shown in Figure 3, or even for example by plugging with bayonet closure done.
  • a closing body spring 77 is also used in the arrangement according to FIG.
  • the membrane is made of a non-weldable material and is sealed by clamping forces.
  • the seat body is made of a non-weldable material and is sealed via an additional sealing element, the Teflon sealing ring 91, designed as a steel housing holding body 87.
  • the membrane has no spring force due to a cloth or cloth-like property and perceives only a sealing function and a volume compensation function when freezing, the spring force of the spring 34 of the actuator assembly must not compensate for such a membrane force.
  • the diaphragm has a pressure-reducing effect on pressure pulsations during the opening and closing operation, which benefits the requirement of increased metering accuracy.
  • a sliding bushing welded to the holding body can be used to attach the membrane.
  • a sliding bushing welded to the holding body can also be rigidly connected to the holding body, for example by means of laser stapling (punctual laser welding).

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Abstract

Es wird eine Ventilanordnung zur Dosierung eines fluiden, insbesondere schadstoffreduzierenden Mediums vorgeschlagen, beispielsweise einer wässrigen Harnstofflösung, in ein Kraftfahrzeug-Abgassystem vorgeschlagen. Die Ventilanordnung umfasst einen Fluideinlass (14), einen Austrittsbereich (23) und einen beweglich gelagerten Schließkörper (16, 48; 71) zum Verschließen des Austrittsbereichs (23), wobei bei geöffnetem Austrittsbereich (23) das Medium vom Fluideinlass zum Austrittsbereich (23) strömen kann, wobei der Fluideinlass (14) und der Schließkörper (16, 48; 1648; 71) in einer ersten Baueinheit (9) angeordnet sind. Hierbei ist eine Stelleinrichtung (12) vorgesehen, die eine zweite Baueinheit (13) bildet, wobei zwischen der ersten und der zweiten Baueinheit eine Membran (38; 138; 238; 338) angeordnet ist, und wobei der Schließkörper (16, 48; 1648; 71) und ein zur Übertragung einer Stellkraft auf den Schließkörper dienender Stellkörper (26, 28) der Stelleinrichtung separate Bauteile bilden.

Description

Beschreibung
Titel
Ventilanordnung zur Dosierung einer wässrigen Harnstoff lösung
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Ventilanordnung zur Dosierung eines schadstoffreduzierenden Mediums nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs. Aus der DE 102004048075 ist schon eine Ventilanordnung bekannt, bei der als Stelleinrichtung eine Dosierpumpe vorgesehen ist, die unter Anlegen eines bestimmten Flüssigkeitsdrucks eine an einem Abgastrakt angebrachte selbstöffnende Düse öffnet.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Ventilanordnung zur Dosierung eines fluiden Mediums mit den kennzeichnenden Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat demgegenüber den Vorteil eines kompakten Aufbaus mit einer baulichen Trennung von Austrittsbereich bzw. Düse bzw. Schließkörper einerseits und Antrieb bzw. aktivem Freigabemittel (bspw. in Form eines Magnetantriebs) bzw. Stelleinrichtung andererseits. Trotz einer räumlichen Zusammenführung und damit eines kompakten Aufbaus - eine erste Baueinheit mit einem Fluideinlass und eine zweite Baueinheit mit der Stelleinrichtung sind nur durch eine insbesondere bewegliche Membran voneinander getrennt - kann in vorteilhafter Weise ein Eindringen eines korrosiven fluiden Mediums in die Stelleinrichtung unterbunden werden. Gleichzeitig kann die Membran bei geeigneter Auslegung bzw. Befestigung eine einen Schließmechanismus unterstützende Federkraft auf den Schließkörper ausüben. Desweiteren kann die Membran für den Fall, dass das fluide Medium einfriert, ein Ausgleichsvolumen im Bereich der ersten Baueinheit für den entstehenden Eisdruck gewährleisten und hierzu Volumenbereiche der zweiten Baueinheit nutzen. Aktives Freigabemittel, beispielsweise ein Magnetantrieb, und Düsennadel sind hierbei separate Bauteile, die nur über eine Druckkraft miteinander wechselwirken können. Es ist ferner vorteilhaft, dass als zweite Baueinheit bzw. als aktives Freigabemittel ein beliebiger Antrieb anflanschbar ist, insbesondere bereits vorhandene kostengünstige Einspritzventilbauteile mit magnetischen Öffnungselementen. Durch die Kapselung der fluidführenden Anordnung mittels der Membran kann die durch das Fluid benetzte Fläche minimiert werden. Dies ist insbesondere deswegen vorteilhaft, weil das Fluid, beispielsweise eine wässrige Harnstofflösung, unter extremen Bedingungen, beispielsweise hohen
Temperaturen, auch korrosiv wirken kann. In vorteilhafter Weise ist hierbei innerhalb der Schließkörper-Baueinheit ein Einsatz korrosions- und verschleißfester Materialien, beispielsweise von Keramik, möglich.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Ventilanordnung möglich.
Vorteilhaft, da kostengünstig, ist eine Ausführung eines Schließkörpers, der eine Kugel aufweist, die insbesondere aus Keramik gefertigt sein kann. Eine
Ausführung aus Keramik erhöht die Korrosions- und Verschleißresistenz der Ventilanordnung.
Besonders vorteilhaft ist es, Stellkörper und Schließkörper als vollständig durch die Membran getrennte Bauteile auszubilden, weil auf diese Weise eine sichere bauliche und fluidische Trennung von erster und zweiter Baueinheit in kostengünstiger, kompakter und einfach herzustellender Bauweise gewährleistet ist.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den weiteren in den abhängigen Ansprüchen und in der Beschreibung genannten Merkmalen. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur Ia eine Ventilanordnung mit einem Kugelventil, Figur Ib eine Anbindung eines Schließkörpers an eine Membran, Figur 2 eine Ventilanordnung mit einstückigem Schließkörper und Figur 3 eine Ventilanordnung mit eingeklemmter Membran.
Ausführungsformen der Erfindung
Figur Ia zeigt eine Ventilanordnung 1 mit einer als Schließkörper-Baueinheit 9 ausgeführten ersten Baueinheit 9 und einer als Stelleinrichtung 12 ausgeführten zweiten Baueinheit 13. Erste und zweite Baueinheit sind durch eine Membran 38 voneinander getrennt. Die erste Baueinheit 9 weist einen Haltekörper 40 auf, der einen als Düsenöffnung nutzbaren, durch einen Schließkörper (16, 48) verschließbaren Austrittsbereich 23 begrenzt. Der Schließkörper weist eine beweglich gelagerte Kugel 16 auf, die über einen Kopplungskörper 48 des
Schließkörpers (16, 48) mit der Membran wechselwirken kann. Im Haltekörper 40 ist seitlich eine Bohrung als Fluideinlass 14 eingebracht. Ein dem Fluideinlass 14 gegenüberliegendes Führungselement 10 als Teil des Haltekörpers 40 kann während des Zusammenbaus der ersten Baueinheit nach Einbringen des Schließkörpers in den Innenraum mit dem übrigen Haltekörper verbunden werden. Der Fluideinlass ist als seitlicher Einlass (engl, „side feed") ausgebildet, um den Bereich der Benetzung mit dem fluiden Medium möglichst klein zu halten. Die Membran 38 ist auf der dem Austrittsbereich abgewandten Seite des Haltekörpers über Verbindungselemente 46, beispielsweise Schrauben oder Bereichen mit Klebstoff oder Schweissverbindungen, mit dem Haltekörper 40 verbunden. Im Sitzbereich 75 des Haltekörpers 40 weist die Kugel 16 senkrecht zur Längsachse 19 der Ventilanordnung einen unteren Durchmesser 20 (d) auf, auf Höhe des Kopplungskörpers 48 einen oberen Durchmesser 18 (D). Der Austrittsbereich 23 wird auf der der Kugel 16 gegenüberliegenden Seite von - A -
einer am Haltekörper 40 angebrachten, Düsenlöcher 24 aufweisenden Spritzlochscheibe 22 begrenzt. Die Stelleinrichtung 12 ist auf der der Spritzlochscheibe abgewandten Seite der ersten Baueinheit 9 über ein Gehäuse 42 an dem Haltekörper 40 mittels mindestens eines Verbindungselements 44 (Klebstoff, Schraube, Nagel) befestigt. Das Gehäuse enthält einen
Elektromagneten 30, der über einen elektrischen Anschluß 32 moduliert mit einem elektrischen Strom beaufschlagbar ist. Eine Feder 34 ist zwischen dem Gehäuse und einem als starrer Magnetanker ausgebildeten Stellkörper 26 eingespannt und drückt einen Stößel 28 des Stellkörpers 26 im stromlosen Zustand des Elektromagneten gegen die Membran 38. In diesem stromlosen
Zustand liegt ein freier Hubbereich 36 zwischen Elektromagnet 30 und Anker 26, der bei Strombeaufschlagung des Magneten vom Anker dazu genutzt wird, sich in Richtung Elektromagnet zu bewegen.
Das Grundkonzept basiert darauf, den mit aggressivem AdBlue, einer wässrigen
Harnstofflösung, benetzten Bereich so gering wie möglich zu halten und den Einsatz von verschleiß- und korrosionsbeständigen Werkstoffen zu erleichtern, sowie ein zusätzliches Volumen im Falle eines Gefrierens von AdBlue durch federnde bzw. nachgebende Elemente zur Verfügung zu stellen, damit die Ventilanordnung bzw. die Schließkörper-Baueinheit 9 durch den Einfriervorgang nicht geschädigt wird und nach dem Auftauen ihre Funktion unverändert erfüllen kann. Eine „Ventilgruppe" bzw. die aus (Edel-)Stahl, wahlweise teilweise oder vollständig aus Keramik gefertigte Schließkörper-Baueinheit 9 ist hierbei an ein „trockenes" Ventil bzw. an die Stellkörper-Baueinheit 13 gefügt, die Schließkörper-Baueinheit ist also vom Restventil durch eine bewegliche
Membran getrennt bzw. abgedichtet, wobei das Restventil durch den Öffnungsmechanismus eines handelsüblichen Einspritzventils gebildet sein kann. Der Schließkörper (16, 48; 71) und der zur Übertragung einer Stellkraft auf den Schließkörper dienende Stellkörper (26; 28) der Stelleinrichtung bilden separate, das heisst nicht miteinander verbundene Bauteile. Die Kugel 16 des
Schließkörpers (16, 48) gibt den Weg vom Fluideinlass zum Austrittsbereich frei, wenn der Stößel 28 des Ankers 26 sich aufgrund der Anziehungskraft des Elektromagneten nach oben bewegt, das heisst vom Austrittsbereich entfernt. Der Kopplungskörper 48 wird hierbei von der Membran aufgrund von Adhäsion angesaugt und mitgezogen. Der Kopplungskörper übt seinerseits eine Ansaugkraft auf die Kugel 16 aus. Eine aufgrund des über den Fluideinlass 14 anliegenden Fluiddrucks wirkende Kraft auf die Kugel ist stets nach oben in Richtung Membran gerichtet, weil des obere Durchmesser D (18) größer ist als der untere Durchmessers d (20); dies allerdings nur solange, wie der Bereich zwischen Kopplungskörper und Kugel nicht vom Fluiddruck erfasst, d.h. druckunterwandert wird. Solange dies gewährleistet ist, öffnet sich das Ventil, sobald der Stößel 28 die Membran nach oben hin freigibt, durch Abheben der Kugel 16 des Schließkörpers (16, 48) vom Sitzbereich 75 des Haltekörpers 40.
Wahlweise zur ausschließlich adhäsiven Kraftübertragung zwischen Membran und Schließkörper kann auch vorgesehen sein, den Kopplungskörper mit der Membran beispielsweise mittels eines Klebstoffs dauerhaft zu verbinden. Wahlweise kann auch die Kugel mit dem Kopplungskörper fest verbunden, beispielsweise verschweißt sein. Figur Ib zeigt ein Detail einer weiteren alternativen Ventilanordnung, nämlich einen Schließkörper 1648, der
Kopplungskörper und Kugelform auf der der Membran abgewandten Seite einstückig in sich vereint und der mit der mit einem zentralen Loch versehenen Membran 138 fest verbunden ist. Durch das Membranloch ragt ein zylindrischer Fortsatz 61 des Schließkörpers 1648, der zwar ebenfalls wie in der Ausführungsform nach Figur Ia ein vom Stellkörper getrenntes Bauteil bildet, jedoch ohne zwischengelegte Membran über den Fortsatz 61 direkt mit dem Stellkörper wechselwirken kann. Ferner kann in alternativen Ausführungsformen der Ventilhub, insbesondere der Hubbereich 36, wahlweise so eingestellt sein, daß die Membran einen Bewegungspielraum beispielsweise in einem Bereich von 50 bis 100 Mikrometern in Richtung der Längsachse 19 der Ventilanordnung hat, um eine hinreichende Eisdruckfestigkeit der Anordnung zu gewährleisten. Wahlweise zur dargestellten nicht federnden, ganz locker, d.h. „stoffartig" eingespannten Membran (beispielsweise aus einem Elastomer) kann die Membran auch so eingespannt werden oder ein solches Material (beispielsweise Stahl) gewählt werden, dass sie eine Federkraft auf den Schließkörper ausüben kann. Wahlweise zu einer Ausführung in Stahl bzw Edelstahl oder Keramik kann die Schließkörper-Baueinheit auch nur teilweise mit Keramik- Bauteilen ausgestattet sein; beispielsweise kann auch im Wesentlichen nur die Kugel des Schließkörpers aus keramischem Material gefertigt sein. Dies ist möglich, weil die Kugel nicht am Kopplungskörper befestigt sein muss, Adhäsionskräfte reichen zur Kraftübertragung zwischen Magnetanker 26 und Schließkugel 16 aus.
Figur 2 zeigt einen Ausschnitt einer Ventilanordnung mit einem einstückigen, beispielsweise in MIM-Technik (MIM = engl. „Metal Injection Molding") gefertigten
Schließkörper 71 aus Stahl, der sich von einer mit oder ohne Federfunktion ausgeführten Membran 238 aus Stahl bzw. aus einem Elastomer bis zum Sitzbereich 75 des Haltekörpers 79 erstreckt. Der wahlweise auch aus Keramik herstellbare Schließkörper weist mindestens eine Freifläche 72 zur AdBlue- Zuführung zum Sitzbereich 75 auf, um den unnötigen Einsatz von
Verbindungstechnik (beispielsweise in Form einer Bohrung) zu vermeiden und die Anzahl von Schweissungen im mit dem Fluid benetzten Bereich zu minimieren. Zusätzlich zu den bereits beschriebenen und im Weiteren nicht nochmals erläuterten Bestandteilen weist der Haltekörper neben dem Fluideinlass 14 gegenüberliegend, ebenfalls seitlich angeordnet, eine weitere
Bohrung 78 auf, die entweder ebenfalls zur Fluidzufuhr oder wahlweise zur Einrichtung eines Fluid-Zirkulationskreislaufs verwendet werden kann, um das Fluid auch in Zeiten, in denen nicht in den Abgastrakt eingespritzt wird, durch den Haltekörper zirkulieren zu lassen. Die Spritzlochscheibe 22 ist beweglich gelagert in dem Sinne, dass sie in axialer Richtung einen Bewegungsspielraum hat. Das einzuspritzende Fluid verlässt wie in der Anordnung nach Figur 1 das Ventil auf einer gekrümmten, S-förmigen Bahn, da die Spritzlöcher der Spritzlochscheibe seitlich versetzt vom Zentrum angeordnet sind. Des Weiteren ist neben der Feder 34 in der Stellkörper-Baueinheit eine eine auf den Schließkörper 71 in Öffnungsrichtung wirkende Kraft ausübende
Schließkörperfeder 77 in der Schließkörper-Baueinheit vorgesehen, die sich auf der dem Sitzbereich zugewandten Seite auf dem Haltekörper und auf der der Membran 238 zugewandten Seite auf einem durchmessergrossen Bereich des Schließkörpers abstützt, einen durchmesserkleinen, sich bis zum Sitzbereich 75 des Haltekörpers fortsetzenden Bereich des Schließkörpers ringförmig umgebend. Auf der Außenseite des Haltekörpers, also auf der dem Innenraum bzw. dem Schließkörper abgewandten Seite, sind ringförmige Dichtelemente 73 angeordnet, um den Haltekörper in ein nicht näher dargestelltes Einbaumodul einsetzen zu können, in das mit den Anschlüssen 77 bzw 78 korrespondierende zu- bzw. abführende Leitungen in Form von Bohrungen in einem massivem Körper insbesondere aus Stahl integriert sind.
Im Unterschied zur Anordnung nach Figur 1 wird die Öffnung des Austrittsbereichs der Anordnung nach Figur 2 durch die Druckkraft der
Schließkörperfeder 77 unterstützt. Im stromlosen Zustand ist die auf den Schließkörper wirkende Kraft der Feder 34 größer als die Summe von in entgegengesetzter Richtung wirkender Kraft der Schließkörperfeder 77 und hydrostatischer Druckkraft des Fluids auf den Schließkörper. Im Falle der Verwendung einer Stahlmembran bzw. einer Membran mit für den Öffnungs-
/Schließvorgang bedeutsamer Federkraft ist diese in die Kräftebilanz einzubeziehen.
Figur 3 zeigt eine Ventilanordnung, bei der die Membran 338 mittels eines Übergangsrings bzw. einer Überwurfmutter 81 befestigt ist. Gleiche oder ähnliche
Bestandteile wie zuvor bereits beschrieben sind mit gleichem Bezugszeichen versehen. Der Übergangsring ist zwischen der ersten und der zweiten Baueinheit angeordnet und mit dem Haltekörper 87 verschraubt, dabei ist im Bereich einer konischen, dem Haltekörper zugewandten Pressfläche 83 des Übergangsrings die Membran 338 zwischen dem Ring und dem Haltekörper eingeklemmt. Die Membran ist aus einem Elastomer hergestellt, mit einer „stoffartigen" Eigenschaft in dem Sinne, dass sie im Größenordnungsbereich der für das Öffnen und Schließen im Ventil verantwortlichen Kräfte keine hierfür bedeutsamen Federkräfte ausüben kann. Im Bereich zwischen dem Schließkörper und dem Haltekörper 87 ist im Haltekörper ein den Sitzbereich bildender Sitzkörper 89, insbesondere aus nicht schweißbarem Material wie Keramik oder Titan, eingebracht, der mittels eines axial verpressten Teflondichtrings im Haltekörper arretiert ist. Zusätzlich sind Membran 338 und Sitzkörper 89 mittels einer den Schließkörper im Bereich der Innenwand des Haltekörpers umgebenden Spannhülse 85 gegeneinander verspannt; dabei weist die Spannhülse im Bereich des Fluideinlasses 14 ein Loch auf, um die Fluidzufuhr in den Innenraum sicherzustellen. Die Spritzlochscheibe 93 ist in einer durch eine entsprechende Ausformung des Haltekörpers ausgebildeten Halterung bzw. Kavität locker eingelegt und kann sich je nach Strömungverhältnissen in einem kleinen Bereich parallel zur Längsachse der Ventilanordnung bewegen. Das Gehäuse der gesamten Anordnung wird durch den Haltekörper einerseits und das Gehäuse 42 der Stellkörper-Baueinheit andererseits gebildet, wobei das Gehäuse 42 am mit dem Haltekörper verschraubten Übergangsring 81 befestigt ist. Diese Befestigung kann ihrerseits durch Verschraubung oder durch Schweissen oder durch Stecken, wie in Figur 3 gezeigt, oder auch beispielsweise durch Stecken mit Bajonettverschluss, erfolgen.
Analog zur Ausführungsform nach Figur 2 kommt auch bei der Anordnung nach Figur 3 eine Schließkörperfeder 77 zum Einsatz. Die Membran besteht aus einem nicht schweißbaren Material und wird über Klemmkräfte abgedichtet. Ebenso ist der Sitzkörper aus einem nicht schweißbaren Material gefertigt und wird über ein zusätzliches Dichtelement, den Teflondichtring 91, zum als Stahlgehäuse ausgebildeten Haltekörper 87 abgedichtet. Dadurch, dass die Membran aufgrund einer stoff- bzw. tuchartigen Eigenschaft keine Federkraft aufweist und nur eine Dichtfunktion und eine Volumen-Ausgleichsfunktion beim Gefrieren wahrnimmt, muß die Federkraft der Feder 34 der Stellkörper- Baueinheit eine solche Membrankraft auch nicht ausgleichen. Des Weiteren hat die Membran aufgrund ihrer vernachlässigbaren Federkraft eine druckdämpfende Wirkung auf Druckpulsationen während des Öffnungs- und Schließvorgangs, was der Anforderung einer erhöhten Zumessgenauigkeit zugute kommt.
In einer alternativen Ausführungsform kann anstelle einer Überwurfmutter 81 ein mit dem Haltekörper verschweißte Schiebebuchse zur Befestigung der Membran verwendet werden. Alternativ zur beweglichen Lagerung der Spritzlochscheibe kann diese auch starr mit dem Haltekörper verbunden werden, beispielsweise mittels Laserheftens (punktuellen Laserschweissens).

Claims

Ansprüche
1. Ventilanordnung zur Dosierung eines fluiden, insbesondere schadstoffreduzierenden Mediums, beispielsweise einer wässrigen Harnstoff lösung, in ein Kraftfahrzeug-Abgassystem, mit einem Fluideinlass (14), einem Austrittsbereich (23) und einem beweglich gelagerten Schließkörper (16, 48; 71) zum Verschließen des Austrittsberichs (23), wobei bei geöffnetem Austrittsbereich (23) das Medium vom Fluideinlass zum
Austrittsbereich (23) strömen kann, wobei der Fluideinlass (14) und der Schließkörper (16, 48; 1648; 71) in einer ersten Baueinheit (9) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stelleinrichtung (12) vorgesehen ist, wobei die Stelleinrichtung eine zweite Baueinheit (13) bildet und zwischen der ersten und der zweiten Baueinheit eine Membran (38; 138; 238; 338) angeordnet ist, und wobei der Schließkörper (16, 48; 1648; 71) und ein zur Übertragung einer Stellkraft auf den Schließkörper dienender Stellkörper (26, 28) der Stelleinrichtung separate Bauteile bilden.
2. Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der
Schließkörper (16, 48; 1648; 71) eine Kugel (16) aufweist.
3. Ventilanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (38) mittels eines nicht mit der Kugel (16) verbundenen Kopplungskörpers (48) mit der Kugel (16) mechanisch zusammenwirkt.
4. Ventilanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopplungskörper (48) an der Membran (38) befestigt ist.
5. Ventilanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der
Schließkörper (1648; 71) sich als in sich starres Bauteil von der Membran (138; 238; 338) bis zum Austrittsbereich (23) erstreckt.
6. Ventilanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließkörper (1648; 71) an der Membran befestigt ist.
7. Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellkörper (26; 28) eingerichtet ist zur Veränderung der Position der Membran (38; 138; 238; 338) bei Betätigung der Stelleinrichtung (12) zum Öffnen und/oder Schließen des
Austrittsbereichs (23).
8. Ventilanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellkörper und der Schließkörper durch die Membran voneinander getrennt sind.
9. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließkörper (1648) die Membran an mindestens einer Stelle durchdringt und einen Fortsatz (61) auf der der zweiten Baueinheit zugewandten Seite der Membran aufweist, der mit dem
Stellkörper (26) wechselwirken kann.
10. Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung (12) elektrisch ansteuerbar (32) ist.
11. Ventilanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung (12) einen Magnet (30), insbesondere einen Elektromagnet, aufweist.
12. Ventilanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der
Stellkörper (26) mittels des Magneten (30) bewegt werden kann.
13. Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (38; 138; 238; 338) eingerichtet ist zur Abdichtung der zweiten Baueinheit (13) gegen ein Eindringen des fluiden
Mediums aus der ersten Baueinheit (9).
14. Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (338) aus Kunststoff besteht und dass die Membran an ihrem Rand eingeklemmt ist, ohne im ihr zur Verfügung stehenden Bereich zur Bewegung eine Federkraft auf den Schließkörper (71) ausüben zu können.
15. Ventilanordnung nach einem Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (38; 138; 238) eingerichtet ist zur Ausübung einer
Federkraft auf den Schließkörper (16, 48; 1648; 71).
16. Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (38; 138; 238; 338) eingerichtet ist zur Bereitstellung eines Ausgleichsvolumens im Falle eines Einfrierens des fluiden Mediums in der ersten Baueinheit (9).
17. Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluideinlass (14) seitlich angeordnet ist, so dass das fluide Medium senkrecht zur Bewegungsrichtung des Schließkörpers in die erste Baueinheit (9) eingebracht werden kann.
18. Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließkörper (16, 48; 1648; 71) zumindest teilweise aus keramischem Material besteht.
19. Ventilanordnung nach Anspruch 2 und 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugel (16) aus keramischem Material besteht.
20. Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Baueinheit (9) einen den Schließkörper (16, 48; 1648; 71) umgebenden Haltekörper (40, 79, 87) aufweist, wobei die Membran (38; 138; 238; 338) auf der dem Austrittsbereich (23) abgewandten Seite des Schließkörpers (16, 48; 1648; 71) angeordnet ist.
21. Ventilanordnung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltekörper aus Edelstahl oder aus keramischem Material besteht.
22. Ventilanordnung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltekörper einen mit dem Schließkörper (16, 48; 1648; 71) wechelswirkenden Sitzbereich (75) aufweist.
23. Ventilanordnung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der
Sitzbereich als in den Haltekörper eingebrachter Sitzkörper (89) ausgebildet ist.
24. Ventilanordnung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Sitzkörper (89) mittels eines axial verpressten Teflondichtrings (91) im
Haltekörper (87) arretiert ist.
25. Ventilanordnung nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Sitzkörper (89) aus keramischem Material oder aus Titan besteht.
26. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Sitzkörper (89) und der Membran eine Spannhülse (85) in dem Haltekörper angeordnet ist.
27. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 22 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Schließkörper und dem Sitzbereich eine Schließkörperfeder (77) angeordnet ist.
28. Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Baueinheit (13) ein Gehäuse (42) aufweist und dass das Gehäuse (42) mit dem Haltekörper (40, 79, 87) mechanisch verbunden ist.
29. Ventilanordnung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse und der Haltekörper miteinander verschraubt oder ineinander gesteckt oder miteinander verschweisst sind.
30. Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Austrittsbereich eine Spritzlochscheibe (22, 93) angeordnet ist.
31. Ventilanordnung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Spritzlochscheibe (93) beweglich gelagert ist.
32. Ventilanordnung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die
Spritzlochscheibe (22) am Haltekörper befestigt ist, beispielsweise mittels eines Laserschweissverfahrens am Haltekörper angeheftet ist.
33. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 20 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltekörper (79; 87) auf der dem Schließkörper
(71) abgewandten Außenseite mit mindestens einem Dichtelement (73), insbesondere einem O-Ring oder einem Dichtelement aus Teflon, versehen ist.
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