Titel

Ventil mit einstellbarem Dichtelement Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ventil zum Steuern eines Mediums mit einem einstellbaren Abstand zwischen einem Dichtelement und einem

Anschlagbereich, um eine Eintauchtiefe des Dichtelements an einem Ventilsitz einzustellen, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Ventils.

Ventile zum Steuern von Medien sind aus dem Stand der Technik in

unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Im Kraftfahrzeugbereich werden dabei verstärkt neben flüssigem Kraftstoff auch gasförmige Kraftstoffe, wie z.B. Erdgas oder Biogas, verwendet. Insbesondere die bisher für flüssige Kraftstoffe verwendeten Ventile entsprechen häufig jedoch nicht den Anforderungen von Gasventilen für gasförmige Kraftstoffe. Aus der DE 10 2010 043 641 A1 ist z.B. ein Ventil für gasförmigen Wasserstoff bekannt, bei dem in einem Ventilsitzträger drei ringförmige Durchlässe angeordnet sind, welche zwischen sich jeweils einen Steg aufweisen. Eine Höhe der Stege in der Axialrichtung des Ventils ist dabei kleiner als ein Abstand zwischen einer Einlassmündung und einer

Auslassmündung am Ventilsitzträger. Hierbei ist jedoch insbesondere die Herstellung dieses Ventilsitzträgers sehr aufwändig und demnach kostenintensiv. Hersteller von Gasventilen müssen darüber hinaus neben den Anforderungen von unterschiedlichen gasförmigen Medien die Gasventile insbesondere auch für jeweils unterschiedliche Motoren unterschiedlicher Motorenhersteller auslegen. Hierbei müssen neben viel Entwicklungsaufwand für die unterschiedlichen Varianten bei der Fertigung auch verschiedenste Fertigungslinien eingerichtet werden, was die Herstellung derartiger Ventile verteuert.

Offenbarung der Erfindung Das erfindungsgemäße Ventil, insbesondere Gasventil, zum Steuern eines Mediums mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , weist demgegenüber den Vorteil auf, dass eine bessere Kaltstartfähigkeit ermöglicht wird. Ferner kann eine Herstellung des erfindungsgemäßen Ventils signifikant vereinfacht werden, da insbesondere höhere Toleranzen zulässig sind, so dass insbesondere bei

Herstellung eines Dichtelements, vorzugsweise aus einem Elastomer-Werkstoff, eine deutlich höhere Ausbringung als bisher möglich ist. Hierzu weist das erfindungsgemäße Ventil einen Ventilsitz und ein Schließelement auf, welches eine Durchlassöffnung freigibt und verschließt. Ferner umfasst das Ventil ein Dichtelement und einen Anschlag, wobei ein Abstand in axialer Richtung des

Ventils, d.h., der Bewegungsrichtung, zwischen einer Schließebene des

Dichtelements und dem Anschlag einstellbar ist. Durch diese Möglichkeit ist eine exakte Abstimmung zwischen einer Schließebene des Dichtelements und dem Anschlag möglich, so dass sichergestellt werden kann, dass auch bei

unterschiedlichen Dicken des Dichtelements aufgrund von herstellungsbedingten

Toleranzen, immer ein definierter, nach Herstellung des Dichtelements eingestellter Abstand zwischen der Schließebene und dem Anschlag, möglich ist. Dadurch wird bei hergestellten Ventilen eine gleiche Eintauchtiefe des

Dichtelements in den Ventilsitz, unabhängig von der Dicke des Dichtelements, möglich. Durch die derart definierte Eintauchtiefe des Dichtelements kann auch die Kaltstartfähigkeit des Ventils eingestellt werden.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung. Vorzugsweise sind das Dichtelement und der Anschlag am Schließelement des

Ventils angeordnet und der Ventilsitz an einem Ventilsitzträger.

Besonders bevorzugt ist eine Position des Anschlags relativ zur Schließebene des Dichtelements verstellbar. Hierdurch kann das Dichtelement beispielsweise auf einen Teilbereich des Schließelements aufgespritzt werden und nachfolgend durch Einstellung des Abstands zwischen dem Anschlag und dem Dichtelement eine Endposition des Anschlags eingestellt werden. Besonders bevorzugt wird die Endposition des Anschlags relativ zur Schließebene des Dichtelements mittels eines Umformvorgangs eingestellt. Hierbei kann der Anschlag gestaucht oder gestreckt werden, um den vorbestimmten Abstand zwischen Schließebene und Anschlag herzustellen. Weiter bevorzugt umfasst das Schließelement eine Schiebehülse und einen Hauptkörper, wobei der Anschlag an der Schiebehülse vorgesehen ist. Hierbei erfolgt zwischen der Schiebehülse und dem Hauptkörper nach erfolgter

Einstellung des Abstands zwischen Schließebene des Dichtelements und Anschlag eine Fixierung der Schiebehülse am Hauptkörper. Dadurch wird der Abstand festgelegt. Die Fixierung der Schiebehülse kann beispielsweise durch einen Schweißvorgang oder Verstemmen oder dgl. erfolgen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist eine Position des Dichtelements relativ zum Anschlag verstellbar. Hierbei kann nur das Dichtelement relativ zum Anschlag verstellt werden oder es ist auch möglich, dass sowohl das Dichtelement als auch der Anschlag relativ zueinander verstellt werden, bis der gewünschte Abstand hergestellt ist.

Für eine besonders einfache Verstellung ist das Dichtelement vorzugsweise an einer Dichtscheibe des Schließelements angeordnet, wobei die Dichtscheibe relativ zum Anschlag verstellbar ist. Diese bevorzugte Ausgestaltung hat insbesondere den Vorteil, dass eine Fixierung der Dichtscheibe nach erfolgter Verstellung einfach realisierbar ist.

Weiter bevorzugt ist das Schließelement des Ventils dreiteilig ausgebildet.

Hierbei umfasst das Schließelement drei Einzelteile, nämlich einen Hauptkörper, eine Dichtscheibe und eine Anschlaghülse, wobei das Dichtelement an der Dichtscheibe angeordnet ist und der Anschlag an der Anschlaghülse vorgesehen ist. Diese Dreiteilung des Schließelements ermöglicht somit eine Verstellung der beiden Bauteile Dichtscheibe mit Dichtelement und Anschlaghülse relativ zueinander und eine anschließende Fixierung von Dichtscheibe und

Anschlaghülse am Hauptkörper.

Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Ventils mit einem Dichtelement und einem Anschlag, wobei in einem ersten Schritt das Dichtelement an einem Bauteil des Ventils fixiert wird und in einem zweiten Schritt eine Einstellung eines definierten Abstands zwischen einer Schließebene des Dichtelements und dem Anschlag ausgeführt wird.

Vorzugsweise wird das Dichtelement an ein Schließelement des Ventils in einem ersten Schritt angespritzt und anschließend erfolgt eine Einstellung des Abstands zwischen Schließebene und Anschlag durch Relativverschiebung des den Anschlag aufweisenden Bauteils, insbesondere einer Hülse oder dgl., zum Dichtelement.

Anschließend erfolgt eine Fixierung des den Anschlag aufweisenden Bauteils. Alternativ kann der Abstand zwischen Anschlag und Schließebene des

Dichtelements auch durch einen Umformschritt, z.B. einen Prägeschritt oder ein Strecken, oder dgl., am Anschlag erfolgen. Insbesondere bevorzugt wird dabei eine in Axialrichtung verlaufende Länge des Anschlags durch den Umformschritt verkürzt, um den definierten Abstand einzustellen. Hierdurch ist aus

fertigungstechnischer Sicht bevorzugt der Anschlag immer absichtlich weiter vom

Dichtelement entfernt als notwendig, um anschließend den einfach

auszuführenden Umformschritt durch Verkürzen einer Länge des Anschlags in Axialrichtung zu ermöglichen. Vorzugsweise kann ferner der Anschlag an einer Schiebehülse ausgebildet sein, welche nach Einstellung des definierten Abstands an einem Hauptkörper oder dgl. fixiert wird. Weiter alternativ kann das Dichtelement an einer Dichtscheibe fixiert werden und die Dichtscheibe relativ zum fixen Anschlag eingestellt werden, bis der definierte, gewünschte Abstand zwischen Schließebene des

Dichtelements und Anschlag eingestellt ist.

Das erfindungsgemäße Ventil ist vorzugsweise als Gasventil ausgebildet und wird zum Steuern von insbesondere gasförmigen Medien, wie z.B. Erdgas oder Biogas verwendet. Besonders bevorzugt ist das Gasventil dabei ein Einblasventil zum Einblasen von gasförmigem Kraftstoff in einen Brennraum.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. Gleiche bzw. funktional gleiche

Teile sind dabei mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. In der Zeichnung ist: eine schematische Schnittansicht eines Gasventils gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Figur 2 eine vergrößerte Teildarstellung von Figur 1 , Figur 3 eine schematische Darstellung eines Ventils gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und

Figur 4 eine schematische Darstellung eines Ventils gemäß einem

dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 ein Gasventil 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.

Das Gasventil 1 des ersten Ausführungsbeispiels ist ein Einblasventil zum Einblasen von Kraftstoff in einen Brennraum. Das Gasventil 1 umfasst ein Ventilgehäuse 10, einen Magnetanker 12, eine Magnetspule 13 und eine

Schließfeder 14. Ein Einstellbolzen 16 ist vorgesehen, um eine Rückstell kraft der Schließfeder 14 einzustellen. Das Gas wird in axialer Richtung zugeführt (Pfeil H) und durch einen Filter 11 geführt. Die Magnetspule 13 ist am Ventilgehäuse 10 fixiert. Ein elektrischer Steckeranschluss 18 ist seitlich am Gasventil 1

vorgesehen.

Am Magnetanker 12 ist an einem axialen Ende ein Schließelement 3 befestigt, an welchem ein Dichtelement 7 angeordnet ist. Das Schließelement 3 verschließt Durchlassöffnungen 6, welche in einem Ventilsitzträger 2 gebildet sind. Figur 1 zeigt den geschlossenen Zustand des Gasventils 1. Die Pfeile G deuten dabei eine Strömungsrichtung des gasförmigen Kraftstoffs an, wenn das Gasventil geöffnet ist, wobei das Gas durch einen Raum 19 im Ventilgehäuse 10 und durch die Durchlassöffnungen 6 in einen Brennraum eingeblasen wird. Im

Schließelement 3 ist ferner eine mittige Öffnung 31 (vergleiche Figur 2) vorgesehen, über welche ebenfalls Gas zu den Durchlassöffnungen 6 strömen kann.

Figur 2 zeigt den geöffneten Zustand des Gasventils 1. Das Schließelement 3 umfasst einen Hauptkörper 30 sowie eine Dichtscheibe 32, an welcher das Dichtelement 7 angeordnet ist. Die Dichtscheibe 32 ist über eine Presspassung 33 mit dem Hauptkörper 30 verbunden. Das Dichtelement 7 ist ringförmig auf die Dichtscheibe 32, welche eine mittige Durchlassöffnung aufweist, angeordnet. Beispielsweise kann das Dichtelement 7 in einem vorherigen Schritt auf die Dichtscheibe 32 aufgebracht werden und als Baugruppe montiert werden.

Der Hauptkörper 30 umfasst ferner einen hülsenartigen Fortsatz 34, an dessen Ende ein Anschlag 8 vorgesehen ist. Der hülsenartige Fortsatz 34 ist einstückig mit dem Hauptkörper 30 gebildet. In Axialrichtung X-X des Gasventils ist ein Abstand A zwischen einer Schließebene 70 des Dichtelements und dem

Anschlag 8 vorhanden. Die Schließebene 70 ist senkrecht zur Axialrichtung X-X und steht in Richtung des Ventilsitzträgers 2 in Axialrichtung weiter vor als der Anschlag 8 (vgl. Figur 2).

Am Ventilsitzträger 2 sind neben den nierenförmigen Durchlassöffnungen 6 noch ein erster ringförmiger Ventilsitz 4 und ein zweiter ringförmiger Ventilsitz 5 vorgesehen. Der in Axialrichtung X-X vorhandene Abstand A zwischen der Schließebene 70 und dem Anschlag 8 definiert dabei eine Eintauchtiefe des Dichtelements 7 in die Ventilsitze 4, 5, wenn das Gasventil 1 geschlossen ist. Wie aus Figur 2 ersichtlich ist, kommt der Anschlag 8 mit einer Oberseite 2a des Ventilsitzträgers 2 in Kontakt und definiert hierdurch die Eintauchtiefe.

Erfindungsgemäß kann nun der Abstand A eingestellt werden, indem nach dem Fixieren der Dichtscheibe 32 mit dem Dichtelement 7 ein Umformschritt am hülsenartigen Fortsatz 34 derart vorgenommen wird, dass der Abstand A zwischen dem Anschlag 8 und der Schließebene 7 eingestellt wird. Dies ist in Figur 2 durch die Pfeile F angedeutet. Für eine besonders einfache Durchführung der Einstellung des Abstands A, ist der Umformschritt derart vorgesehen, dass eine axiale Länge des hülsenartigen Fortsatzes 34 vorzugsweise durch das Umformen verkürzt wird.

Erfindungsgemäß kann somit nach Fixierung des Dichtelements 7 am

Schließelement 3 eine Einstellung der gewünschten Eintauchtiefe des

Dichtelements 7 in die Ventilsitze 4, 5 durch einen Umformvorgang am Anschlag 8 erfolgen. Somit können insbesondere Toleranzen hinsichtlich der Dicke für das Dichtelement 7 in Axialrichtung X-X reduziert werden, so dass eine Herstellung des Dichtelements 7 deutlich verbilligt werden kann. Vorzugsweise erfolgt dabei der Umformschritt unmittelbar nach dem Schritt des Befestigens der

Dichtscheibe 32 am Hauptkörper 30. Somit kann erfindungsgemäß durch eine plastische Verformung ein definierter Abstand A zwischen der Schließebene 70 und dem Anschlag 8 eingestellt werden. Alternativ kann die Umformung auch durch eine gezielte Schwächung oder Einschnürung oder auch Verlängerung des hülsenartigen Fortsatzes 34 ausgeführt werden. Weiter alternativ kann anstelle der Presspassung 33 zwischen der Dichtscheibe 32 und dem Hauptkörper 30 auch eine Schweißverbindung oder eine Klebeverbindung oder dgl. vorgesehen werden. Weiterhin kann erfindungsgemäß das Dichtelement 7 mittels eines Spritzvorgangs auf die Dichtscheibe 32 aufgebracht werden, so dass sich insbesondere eine hohe Qualität des Dichtelements 7 hinsichtlich z.B. sehr geringen Poren und dgl. ergeben kann.

Das in Figur 3 gezeigte zweite Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Gasventils 1 weist im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ein geändertes Schließelement 3 auf. We aus Figur 3 ersichtlich ist, umfasst das Schließelement 3 einen Hauptkörper 30, eine Dichtscheibe 32 mit daran angeordnetem Dichtelement 7 und eine Schiebehülse 35. Die Dichtscheibe 32 ist dabei mittels einer Schweißverbindung 36 fest mit dem Hauptkörper 30 verbunden. Die Schiebehülse 35 kann dann derart an dem äußeren Umfang des Hauptkörpers 30 bzw. der Dichtscheibe 32 verschoben werden, bis ein gewünschter, definierter Abstand A zwischen der Schließebene 70 des

Dichtelements 7 und dem Anschlag 8 vorhanden ist. Dann wird die Schiebehülse

35 fest mit dem Hauptkörper 30 und/oder der Dichtscheibe 32 beispielsweise mittels einer Schweißverbindung oder einem Verstemmvorgang oder dgl.

verbunden. Hierdurch kann auf einen Umformvorgang wie im ersten

Ausführungsbeispiel zur Einstellung des Abstands A verzichtet werden, sondern der Abstand A kann lediglich durch ein Verschieben der Schiebehülse 35 eingestellt werden. Die anschließende Fixierung kann dabei möglichst kostengünstig erfolgen.

Figur 4 zeigt ein Gasventil 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Gasventil 1 des dritten Ausführungsbeispiels weist ebenfalls ein dreiteiliges Schließelement 3, umfassend einen Hauptkörper 30, eine Hülse 38 und eine Dichtscheibe 32 mit daran angeordnetem Dichtelement 7 auf. Im

Gegensatz zum zweiten Ausführungsbeispiel ist beim dritten Ausführungsbeispiel die Hülse 38 fest mit dem Hauptkörper 30, z.B. mittels Schweißen, verbunden. Alternativ könnte die Hülse 38 auch einstückig wie im ersten Ausführungsbeispiel mit dem Hauptkörper 30 hergestellt sein. Die Dichtscheibe 32 kann hingegen, wie durch den Doppelpfeil C in Figur 4 angedeutet, in Axialrichtung X-X verschoben werden, um den definierten Abstand A zwischen der Schließebene 70 und dem Anschlag 8 an der Hülse 38 einzustellen. Nachdem der Abstand A eingestellt wurde, wird dann die Dichtscheibe 32 an der Hülse 38, z.B. durch Erzeugen einer Sicke an einem äußeren Umfang der Hülse 38 und dadurch erfolgtes Klemmen der Dichtscheibe 32, fixiert.

Somit kann die vorliegende Erfindung wie in den beschriebenen

Ausführungsbeispielen dargelegt, einen definierten Abstand A zwischen einem Anschlag 8 und einer Schließebene 70 eines Dichtelements 7 einstellen und in einem anschließenden Schritt fixieren, so dass eine Eintauchtiefe des

Dichtelements 7 in Ventilsitze 4, 5 definiert ist. Hierdurch kann insbesondere auch eine Kaltstartfähigkeit einer mit dem erfindungsgemäßen Gasventil ausgerüsteten Brennkraftmaschine verbessert werden. Dabei kann der Abstand A erfindungsgemäß besonders kostengünstig, beispielsweise durch einen Umformschritt, oder durch eine verschiebbare Anordnung von mehreren Einzelbauteilen des Schließelements 3, welche nach erfolgter Einstellung des Abstandes A dann zueinander fixiert werden, erfolgen. Insbesondere können dadurch auch sehr kostengünstig ausführbare Verfahren zur Herstellung des Dichtelements 7 verwendet werden, wobei insbesondere Toleranzen hinsichtlich einer Dicke des Dichtelements 7 in Axialrichtung X-X großzügiger gestaltet werden können.