Bypassventil, Expandereinheit mit einem Bypassventil und

Abwärmerückgewinnungssystem mit einer Expandereinheit

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Bypassventil, eine Expandereinheit mit einem

Bypassventil, sowie ein Abwärmerückgewinnungssystem mit einer

Expandereinheit. Die Expandereinheit und das Bypassventil können

insbesondere in einem Abwärmerückgewinnungssystem einer

Brennkraftmaschine verwendet werden.

Stand der Technik

Expandereinheiten mit Bypassventil sind aus dem Stand der Technik bekannt.

Eine bekannte Expandereinheit umfasst eine Expansionsmaschine, ein

Bypassventil und eine Bypassleitung. Bei Bedarf kann somit ein Arbeitsmedium der Expansionsmaschine zugeführt werden, oder an dieser durch die

Bypassleitung vorbeigeleitet werden. Ein derartiges Bypassventil ist

beispielsweise aus der nicht vorveröffentlichten Anmeldung DE 10 2014 224979 AI bekannt. Das bekannte Bypassventil weist ein Ventilgehäuse mit einem darin längsbeweglich angeordneten Schieber auf. In dem Ventilgehäuse sind ein

Einlasskanal, ein Auslasskanal und ein weiterer Auslasskanal ausgebildet. Ein Schließkörper des Schiebers wirkt durch seine Längsbewegung mit einem im Ventilgehäuse ausgebildeten Schiebersitz zusammen und öffnet und schließt dadurch eine erste hydraulische Verbindung zwischen dem Einlasskanal und dem Auslasskanal. Ein weiterer Schließkörper des Schiebers wirkt durch seine Längsbewegung mit einem im Ventilgehäuse ausgebildeten weiteren

Schiebersitz zusammen und öffnet und schließt dadurch eine zweite

hydraulische Verbindung zwischen dem Einlasskanal und dem weiteren

Auslasskanal. Die Längsbewegung des Schiebers wird dabei von einem Aktor gesteuert.

Ein direkt angesteuerter Schieber des Bypassventils erfordert vergleichsweise hohe Kräfte zur Längsbewegung des Schiebers. Der Aktor muss demzufolge entsprechend groß ausgelegt werden.

Offenbarung der Erfindung

Das erfindungsgemäße Bypassventil weist demgegenüber eine hydraulische Ansteuerung des Schiebers auf, die in Weiterbildungen auch mechanisch unterstützt werden kann. Dadurch kann der Aktor vergleichsweise klein ausgeführt werden, da er nur geringe Kräfte aufweisen muss.

Dazu umfasst das Bypassventil ein Ventilgehäuse und einen längsbeweglich in dem Ventilgehäuse angeordneten Schieber. In dem Ventilgehäuse sind ein Einlasskanal, ein Auslasskanal und ein weiterer Auslasskanal ausgebildet. Der Schieber wirkt durch seine Längsbewegung mit einem im Ventilgehäuse ausgebildeten Ventilsitz zusammen und öffnet und schließt dadurch eine hydraulische Verbindung zwischen dem Einlasskanal und dem Auslasskanal. Weiterhin wirkt der Schieber durch seine Längsbewegung mit einem im

Ventilgehäuse ausgebildeten weiteren Ventilsitz zusammen und öffnet und schließt dadurch eine weitere hydraulische Verbindung zwischen dem

Einlasskanal und dem weiteren Auslasskanal. An dem Schieber ist eine

Steuerfläche ausgebildet, wobei die Steuerfläche einen Steuerraum begrenzt. Der Druck in dem Steuerraum ist hydraulisch durch ein Pilotventil steuerbar.

Über den an der Steuerfläche anliegenden hydraulischen Druck im Steuerraum wirkt auf den Schieber eine hydraulische Kraft. Diese ist über das Pilotventil steuerbar, indem Druck ab- oder aufgebaut wird. Der Schieber bewegt sich dann entsprechend in den Steuerraum hinein, also verkleinert diesen, oder in entgegengesetzter Richtung, so dass sich das Volumen des Steuerraums vergrößert. Das Pilotventil kann demzufolge vergleichsweise klein ausgeführt werden, da es lediglich einen maximalen Druck in dem Steuerraum halten können muss bzw. gegen diesen Druck öffnen können muss.

In vorteilhaften Ausführungen ist der Steuerraum mit dem Einlasskanal hydraulisch verbunden. Vorzugsweise ist die entsprechende hydraulische Verbindung dazu über einen in dem Schieber ausgebildeten Verbindungskanal realisiert. Der Einlasskanal weist einen vergleichsweise hohen Druck in dem Bypassventil auf, daher eignet sich dieser Druck als Steuerdruck für das

Pilotventil. Dadurch kann die Steuerfläche vergleichsweise klein ausgeführt werden.

In vorteilhaften Weiterbildungen umfasst das Pilotventil einen Ventilkörper und einen Pilotventilsitz. Der Ventilkörper wirkt mit dem Pilotventilsitz zusammen und öffnet und schließt dadurch eine hydraulische Pilotverbindung zwischen dem Einlasskanal und dem weiteren Auslasskanal. An dem weiteren Auslasskanal des Bypassventils liegt üblicherweise ein vergleichsweise niedriger Druck an, beispielsweise Atmosphärendruck oder das untere Druckniveau eines

Abwärmerückgewinnungssystems. Über die Steuerfläche und die zur Verfügung stehende Druckdifferenz zwischen Einlasskanal und Auslasskanal ergibt sich die maximale hydraulische Kraft, die auf den Schieber wirksam werden kann. Die zur Verfügung stehenden Ansteuerkräfte sind somit proportional zur ansteigenden Druckdifferenz und den daraus resultierenden Störkräften, die den Schieber in seiner Bewegung behindern. Die hydraulischen Verbindungen des Bypassventils können dadurch sehr effizient schnell geöffnet bzw. geschlossen werden.

Vorteilhafterweise weist das Pilotventil einen Aktor auf. Der Aktor steuert eine Bewegung des Ventilkörpers und ist vorzugsweise ein elektromagnetischer oder pneumatischer Aktor. Dadurch kann das Pilotventil über den Aktor sehr einfach und sehr schnell angesteuert werden.

In vorteilhaften Ausführungen ist der Pilotventilsitz an dem Schieber ausgebildet. Dadurch ist das Pilotventil sehr bauraumschonend ausgebildet. Weiterhin ergibt sich keine zeitliche Verzögerung bei der auf die Steuerfläche wirkenden Kraft, wenn das Pilotventil geöffnet bzw. geschlossen wird.

In vorteilhaften Weiterbildungen ist ein Formschluss zwischen dem Pilotventilsitz und dem Ventilkörper in Richtung einer Schließbewegung des Ventilkörpers ausgebildet, wenn das Pilotventil geschlossen ist, also wenn der Ventilkörper gegen den Pilotventilsitz gedrückt ist. Dadurch kann das Pilotventil leckagefrei geschlossen werden. Vorteilhafterweise steuert der Aktor bei geschlossenem Pilotventil die

Längsbewegung des Schiebers in Richtung der Schließbewegung des

Ventilkörpers mechanisch. Der Schieber wird somit durch den Formschluss in die gleiche Richtung bewegt wie der Ventilkörper. Beim Schließen des Pilotventils erfolgt die Bewegung des Schiebers damit sowohl durch die ansteigende hydraulische Kraft auf die Steuerfläche als auch durch den Formschluss zwischen Pilotventilsitz und Ventilkörper. Bei weiterer Aktivierung des Aktors übt dieser also eine mechanische Kraft auf den Ventilkörper und demzufolge mittelbar über den Pilotventilsitz auch auf den Schieber aus. Dies ist vor allem dann notwendig, wenn die hydraulischen bzw. fluidischen Kräfte aufgrund einer geringen zu schaltenden Druckdifferenz am Bypassventil nicht ausreichen, um den Schieber sicher zu bewegen.

In vorteilhaften Ausführungen ist der Ventilkörper tellerförmig ausgeführt, wobei der Ventilkörper an einer Ventilnadel ausgebildet ist. Die Schließbewegung des Ventilkörpers erfolgt dabei durch eine Zugbelastung der Ventilnadel. Demzufolge übt der Aktor bei geschlossenem Pilotventil und weiterer Aktivierung eine Zugkraft auf den Schieber über den oben beschriebenen Formschluss aus.

In alternativen vorteilhaften Ausführungen ist der Ventilkörper an einer

Ventilnadel ausgebildet ist und die Schließbewegung des Ventilkörpers erfolgt durch eine Druckbelastung der Ventilnadel. Der Ventilkörper kann dabei beispielsweise kugelförmig gestaltet sein. Demzufolge übt der Aktor bei geschlossenem Pilotventil und weiterer Aktivierung eine Druckkraft auf den Schieber über den oben beschriebenen Formschluss aus. In vorteilhaften Weiterbildungen erfolgt die Schließbewegung des Ventilkörpers in der gleichen Richtung wie die Längsbewegung des Schiebers zum Schließen der weiteren hydraulischen Verbindung. Dadurch werden beim Schließen des Pilotventils sowohl die hydraulische Pilotverbindung als auch die weitere hydraulische Verbindung geschlossen, also beide Verbindungen zwischen dem

Einlasskanal und dem weiteren Auslasskanal. Beim Öffnen des Pilotventils werden entsprechend diese beiden Verbindungen zwischen dem Einlasskanal und dem weiteren Auslasskanal geöffnet. Dadurch arbeitet das Pilotventil quasi leckagefrei, also in der Richtung des Schiebers: Bei geöffnetem Pilotventil gelangt die Steuermenge des Fluids aus dem Steuerraum in den weiteren

Auslasskanal und hat somit die gleiche Destination wie das restliche durch den Einlasskanal in das Bypassventil einströmende Fluid.

In vorteilhaften Ausführungen ist bei einem maximalen Öffnungshub hpv des Pilotventils ein Formschluss zwischen dem Pilotventil und dem Schieber in

Richtung einer Öffnungsbewegung des Ventilkörpers ausgebildet. Dieser weitere Formschluss dient einer mechanischen Unterstützung des Schiebers durch das Pilotventil. Vorteilhafterweise steuert der Aktor bei diesem maximalen Öffnungshub hpv des

Pilotventils die Längsbewegung des Schiebers in Richtung der

Öffnungsbewegung des Ventilkörpers mechanisch. Der Schieber wird somit durch den Formschluss in die gleiche Richtung bewegt wie der Ventilkörper. Beim Öffnen des Pilotventils erfolgt die Bewegung des Schiebers damit sowohl durch die abfallende hydraulische Kraft auf die Steuerfläche als auch durch den weiteren Formschluss zwischen Pilotventilsitz und Ventilkörper. Bei weiterer Aktivierung des Aktors übt dieser also eine mechanische Kraft auf den

Ventilkörper und demzufolge mittelbar über den Pilotventilsitz auch auf den Schieber aus.

In vorteilhaften Ausführungen erfolgt die Längsbewegung des Schiebers durch eine Druckbewegung des Aktors. Vorzugsweise ist dazu ein Zwischenstück zwischen dem Aktor und dem Schieber angeordnet. Dadurch kann zur mechanischen Unterstützung der Längsbewegung des Schiebers die Aktorkraft auf einfache Art und Weise über das Zwischenstück auf den Schieber übertragen werden. Idealerweise kann dabei bei geschlossenem Pilotventil zwischen Schieber und Zwischenstück oder zwischen Aktor und Zwischenstück ein maxmimaler Spalt entstehen, dessen Spalthöhe dem maximalen Öffnungshub hpv des Pilotventils entspricht.

In alternativen vorteilhaften Ausführungen erfolgt die Längsbewegung des Schiebers durch eine Zugbewegung des Aktors. Vorzugsweise wirkt dabei ein mit dem Schieber verbundenes, beispielsweise verschweißtes, Verbindungsstück mit einer Schulter einer Ventilnadel des Pilotventils zusammen. Dadurch kann zur mechanischen Unterstützung der Längsbewegung des Schiebers die Aktorkraft auf einfache Art und Weise über das Verbindungsstück auf den Schieber übertragen werden. Idealerweise kann dabei bei geöffnetem Pilotventil zwischen der Schulter des Schiebers und dem Verbindungsstück ein

maxmimaler Spalt entstehen, dessen Spalthöhe dem maximalen Öffnungshub hpv des Pilotventils entspricht.

Das Verbindungsstück ist vorteilhafterweise topfförmig gestaltet und kann die Ventilnadel über den Öffnungshub längsbeweglich führen.

Vorteilhafterweise erfolgt die Öffnungsbewegung des Ventilkörpers in der gleichen Richtung wie die Längsbewegung des Schiebers zum Öffnen der weiteren hydraulischen Verbindung. Dadurch werden beim Öffnen des

Pilotventils die hydraulische Verbindung geschlossen und damit die weitere hydraulische Verbindung geöffnet. Somit werden sowohl die hydraulische Pilotverbindung als auch die weitere hydraulische Verbindung geöffnet, also beide Verbindungen zwischen dem Einlasskanal und dem weiteren

Auslasskanal. Dadurch arbeitet das Pilotventil quasi leckagefrei, also in der Richtung des Schiebers: Bei geöffnetem Pilotventil gelangt die Steuermenge des Fluids aus dem Steuerraum in den weiteren Auslasskanal und hat somit die gleiche Destination wie das restliche durch den Einlasskanal in das Bypassventil einströmende Fluid.

In vorteilhaften Ausführungen ist das Bypassventil in einer Expandereinheit angeordnet. Die Expandereinheit umfasst eine Expansionsmaschine, eine Bypassleitung und das Bypassventil. Die Bypassleitung ist parallel zur Expansionsmaschine angeordnet, wobei das Bypassventil den Massenstrom eines Arbeitsmediums zur Expansionsmaschine und zur Bypassleitung steuert. Die Expansionsmaschine ist mit dem Auslasskanal des Bypassventils verbunden und die Bypassleitung mit dem weiteren Auslasskanal. Die Expansionsmaschine dient der Umwandlung von thermischer in mechanische Energie. Um die

Expandereinheit möglichst effizient zu betreiben, ist ein Bypassventil erforderlich, welches einen sehr geringen Energiebedarf aufweist. Daher ist das

erfindungsgemäße Bypassventil mit dem Pilotventil sehr gut als Bypassventil zu einer Expansionsmaschine geeignet.

In vorteilhaften Ausführungen ist die Expandereinheit in einem

Abwärmerückgewinnungssystem einer Brennkraftmaschine angeordnet. Das Abwärmerückgewinnungssystem weist einen ein Arbeitsmedium führenden Kreislauf auf. Der Kreislauf umfasst in Flussrichtung des Arbeitsmediums eine Pumpe, einen Verdampfer, die Expandereinheit und einen Kondensator.

Um eine hohe Effizienz des Abwärmerückgewinnungssystems zu erzielen, ist es notwendig das Arbeitsmedium bei Bedarf zur Expansionsmaschine zu fördern oder an dieser durch die Bypassleitung vorbeizuführen. Die Betriebszustände können dabei sehr schnell wechseln. Eine robuste und schnelle Ansteuerung des

Bypassventils bei möglichst geringem Energiebedarf ist demzufolge wichtig für die Effizienz des Abwärmerückgewinnungssystems.

Zeichnungen

Fig.l zeigt schematisch ein Bypassventil im Längsschnitt, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind.

Fig.2 zeigt schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Bypassventils Längsschnitt, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind.

Fig.3 zeigt schematisch ein Abwärmerückgewinnungssystem, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind. Beschreibung

Die Fig.l zeigt schematisch ein Bypassventil 1 im Längsschnitt mit einer elektromagnetischen Ansteuerung des Bypassventils 1, wobei nur die

wesentlichen Bereiche dargestellt sind. In der Ausführung der Fig.l ist das Bypassventil 1 als ausgangsgesteuertes Bypassventil ausgeführt, mit einem Sitzventil und einem Schieberventil. Das Bypassventil 1 kann in alternativen Ausführungen jedoch auch eingangsgesteuert sein und/oder mit zwei Sitzventilen bzw. mit zwei Schieberventilen ausgeführt sein.

Das Bypassventil 1 umfasst ein Ventilgehäuse 4 mit einer darin ausgebildeten Führungsbohrung 20. Durch die Führungsbohrung 20 ragt ein Schieber 3, welcher längsbeweglich in dem Ventilgehäuse 4 angeordnet ist. In dem

Ventilgehäuse 4 sind ein Einlasskanal 5, ein Auslasskanal 6 und ein weiterer

Auslasskanal 7 ausgebildet. In axialer Richtung des Bypassventils 1 betrachtet ist der Einlasskanal 5 zwischen den beiden Auslasskanälen 6, 7 angeordnet. Alternativ dazu kann der Einlasskanal 5 beispielsweise auch stirnseitig, also in axialer Richtung ausgebildet sein, beispielsweise durch eine Bohrung in dem Schieber 3.

Der Schieber 3 umfasst den Schließkörper 3a, welcher mit zwei Ventilsitzen 8, 8b zusammenwirkt: Ein Ventilsitz 8 ist an dem Ventilgehäuse 4 als Schiebersitz zwischen dem Einlasskanal 5 und dem Auslasskanal 6 angeordnet. Ein weiterer Ventilsitz 8b ist an dem Ventilgehäuse 4 als Kegelventilsitz zwischen dem

Einlasskanal 5 und dem weiteren Auslasskanal 7 angeordnet.

Der Schließkörper 3a bzw. der Schieber 3 wirkt sowohl mit dem Ventilsitz 8 zum Öffnen und Schließen einer hydraulischen Verbindung von dem Einlasskanal 5 zu dem Auslasskanal 6 als auch mit dem weiteren Ventilsitz 8b zum Öffnen und

Schließen einer weiteren hydraulischen Verbindung von dem Einlasskanal 5 zu dem weiteren Auslasskanal 7 zusammen.

Benachbart zu dem Schließkörper 3a ist an dem Schieber 3 eine Umfangsnut 30 ausgebildet, welche eine Durchmesserreduzierung des Schiebers 3 darstellt. Gibt der Schließkörper 3a den Ventilsitz 8 frei, so ist die Umfangsnut 30 radial gegenüberliegend zu dem Ventilsitz 8 angeordnet. Die hydraulische Verbindung vom Einlasskanal 5 zum Auslasskanal 6 verläuft dann über die Umfangsnut 30 und ist geöffnet. Gleichzeitig wirkt der Schließkörper 3a im entgegengesetzten Maße mit dem weiteren Ventilsitz 8b zusammen, um die weitere hydraulische Verbindung von dem Einlasskanal 5 zu dem weiteren Auslasskanal 7 zu öffnen und zu schließen.

Das heißt in dem Maße in welchem mit dem Hub des Schiebers 3 der

Durchflussquerschnitt durch die erste hydraulische Verbindung vergrößert wird, wird der Durchflussquerschnitt durch die zweite hydraulische Verbindung verringert und umgekehrt.

In einer ersten Endstellung des Schiebers 3 überdeckt der Schließkörper 3a den Ventilsitz 8 und schließt somit die hydraulische Verbindung vom Einlasskanal 5 zum Auslasskanal 6. In dieser ersten Endstellung ist der Schließkörper 3a vom weiteren Ventilsitz 8b abgehoben und gibt damit die weitere hydraulische Verbindung vom Einlasskanal 5 zum weiteren Auslasskanal 7 frei.

In einer zweiten Endstellung des Schiebers 3 ist der Schließkörper 3a gegen den weiteren Ventilsitz 8b gedrückt und schließt somit die weitere hydraulische Verbindung vom Einlasskanal 5 zum weiteren Auslasskanal 7. In dieser zweiten Endstellung überdeckt der Schließkörper 3a den Ventilsitz 8 nicht mehr und gibt somit die hydraulische Verbindung vom Einlasskanal 5 zum Auslasskanal 6 frei.

In Mittelstellung des Schiebers 3 - also zu beiden Auslasskanälen 6, 7 geöffneter Stellung - können beide hydraulische Verbindungen geöffnet sein. Das Bypassventil 1 bzw. der Schieber 3 kann dabei so angesteuert werden, dass die Massenströme in den Auslasskanal 6 und in den weiteren Auslasskanal 7 gleich groß sind.

Das Bypassventil 1 ist in dem Ausführungsbeispiel der Fig.l in einem

zweiteiligen Ventilgehäuse 4, mit einem ersten Gehäuseteil 4a und einem zweiten Gehäuseteil 4b, angeordnet. Der Schieber 3 ist dabei im Wesentlichen in dem ersten Gehäuseteil 4a längsbeweglich angeordnet. Das erste Gehäuseteil 4a ist mediendicht mit dem zweiten Gehäuseteil 4b verbunden, beispielsweise unter Zwischenlage einer Dichtung mit diesem verschraubt. Im zweiten

Gehäuseteil 4b ist ein elektromagnetischer Aktor 13 mit einer Magnetspule und einem Magnetkern ortsfest angeordnet. Der Aktor 13 ist zylindrisch mit Bohrung ausgeführt. Ein als Tauchanker ausgeführter Anker 14 ist in dem Ventilgehäuse 4 derart längsbeweglich angeordnet, dass er in den Aktor 13 hineinragen kann. Der Anker 14 wird dabei von einer Ankerfeder 12 von dem Aktor 13 weggedrückt. Die Ankerfeder 12 ist bauraumschonend im Wesentlichen in der Bohrung des Aktors 13 angeordnet.

Der Anker 14 ist fest mit einer Ventilnadel 15 verbunden, beispielsweise auf diese aufgepresst. Die Ventilnadel 15 ragt durch eine in dem Schieber 3 ausgebildete Durchgangsbohrung 31. An der dem Aktor 13 gegenüberliegenden Ende der Ventilnadel 15 ragt diese aus dem Schieber 3. An diesem Ende weist die Ventilnadel 15 einen Ventilkörper 16 auf. In der Ausführung der Fig.l ist der Ventilkörper 16 tellerförmig gestaltet. Der Ventilkörper 16 wirkt dabei mit einem an dem Schieber 3 ausgebildeten Pilotventilsitz 32 zusammen und öffnet und schließt dadurch eine hydraulische Pilotverbindung von dem Einlasskanal 5 zu dem weiteren Auslasskanal 7.

Der Aktor 13, der Anker 14, die Ventilnadel 15 mit dem Ventilkörper 16, der Pilotventilsitz 32 und ein Steuerraum 34 bilden das Pilotventil 2, welches die Längsbewegung des Schiebers 3 steuert. Das Pilotventil 2 öffnet und schleißt die hydraulische Pilotverbindung.

Die hydraulische Pilotverbindung verläuft vom Einlasskanal 5, über einen in dem Schieber 3 ausgebildeten Verbindungskanal 33 in den Steuerraum 34 des Bypassventils 1 und von dort weiter über den Piltoventilsitz 32, die

Durchgangsbohrung 31 und in dem Schieber ausgebildete Radialbohrungen 35 zu dem weiteren Auslasskanal 7. Der Steuerraum 34 ist durch den Schieber 3, genauer durch eine an dem Schieber 3 stirnseitig ausgebildete Steuerfläche 3c, durch das Ventilgehäuse 4 und durch einen mit dem Ventilgehäuse mediendicht verschraubten Gehäusedeckel 4c begrenzt. Die Steuerfläche 3c ist dabei den Pilotventilsitz 32 umgebend ausgebildet. Der hydraulisch wirkende Druck im Steuerraum 34 wirkt auf die Steuerfläche 3c in Richtung des Aktors 13, also entgegen der Kraft der Ankerfeder 12.

Bei Bestromung des Aktors 13 zieht dieser den Anker 14 entgegen der

Federkraft der Ankerfeder 12 an, so dass der Anker 14 quasi in den Aktor 13 gezogen wird. Dadurch wird auch der Ventilkörper 16 gegen den Pilotventilsitz 32 gezogen und die hydraulische Pilotverbindung geschlossen. Somit strömt im Betrieb des Bypassventils 1 Fluid aus dem Einlasskanal 5 über den

Verbindungskanal 33 in den Steuerraum 34 nach, und es kommt im Steuerraum 34 zu einem Druckanstieg. Solange sich der Schieber 3 noch nicht bewegt, wird der Druck im Steuerraum 3c entsprechend ansteigen, bis die resultierenden hydraulischen bzw. fluidischen Kräfte auf die Steuerfläche 3c ausreichend groß sind und den Schieber 3 in Richtung des Aktors 13 in Bewegung setzen. Sobald der Schließkörper 3a gegen den weiteren Ventilsitz 8b gedrückt wird, wird der Druck im Steuerraum 3c weiter ansteigen, bis er dem Druck des Einlasskanals 5 entspricht. Die weitere hydraulische Verbindung wird geschlossen und die hydraulische Verbindung vom Einlasskanal 5 zum Auslasskanal 6 geöffnet. Fluid kann demzufolge vom Einlasskanal 5 zum Auslasskanal 6 strömen. Sowohl die weitere hydraulische Verbindung als auch die hydraulische Pilotverbindung in den weiteren Auslasskanal 7 sind gesperrt. Dieser Schließvorgang der weiteren hydraulischen Verbindung erfolgt vergleichsweise langsam und vorsichtig, so dass der Verschleiß am weiteren Ventilsitz 8b minimiert ist.

Bei Beendigung der Bestromung des Aktors 13 drückt die Ankerfeder 12 den Anker 14 vom Aktor 13 weg, also in der Darstellung der Fig.l nach oben, gegen einen in dem Ventilgehäuse 4 fixierten Anschlagring 29. Dadurch hebt der Ventilkörper 16 vom Pilotventilsitz 32 ab und die hydraulische Pilotverbindung wird geöffnet. In dem Steuerraum 34 stellt sich somit der Druck des weiteren Auslasskanals 7 ein, also ein gegenüber dem Einlasskanal 5 geringerer Druck. Die resultierende hydraulische Kraft auf die Steuerfläche 3c verringert sich dadurch, so dass der Schieber 3 bzw. der Schließkörper 3a durch die Ankerfeder 12 von dem weiteren Ventilsitz 8b abgehoben wird und gleichzeitig der

Schließkörper 3a in den Ventilsitz 8 geschoben wird. Die hydraulische

Verbindung wird geschlossen und die weitere hydraulische Verbindung vom Einlasskanal 5 zum weiteren Auslasskanal 7 geöffnet. Fluid kann demzufolge vom Einlasskanal 5 zum weiteren Auslasskanal 7 strömen, zum einen durch die hydraulische Verbindung und zum anderen durch die hydraulische

Pilotverbindung.

In einer vorteilhaften Ausführung weist das Bypassventil 1, wie in Fig.l

dargestellt, eine Führungshülse 26, eine Schieberfeder 27 und ein

Zwischenstück 28 auf. Die Führungshülse 26 ist zumindest teilweise in die Durchgangsbohrung 31 des Schiebers 3 gesteckt, beispielsweise in diese eingepresst. In der Führungshülse 26 selbst wiederum ist ebenfalls eine Bohrung ausgebildet, in welcher die Ventilnadel 15 längsbeweglich geführt ist.

Die Schieberfeder 27 wirkt an ihrem einen Ende mit der Führungshülse 26 zusammen und am anderen Ende mit dem Zwischenstück 28, drückt diese beiden Teile also auseinander. Die Schieberfeder 27 verspannt somit einerseits das Zwischenstück 28 gegen den Anker 14 und andererseits den Schieber 3 gegen die Ventilnadel 15.

Fig.2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen

Bypassventils 1 im Längsschnitt, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind. Der Schieber 3 ist in der Führungsbohrung 20 des Ventilgehäuses 4 längsbeweglich angeordnet. Der Schließkörper 3a des Schiebers 3 wirkt einerseits mit dem als Schiebersitz ausgeführten Ventilsitz 8 zum Öffnen und Schließen der hydraulischen Verbindung vom Einlasskanal 5 zum Auslasskanal 6 zusammen. Und der Schließkörper 3a wirkt andererseits mit dem als Flachsitz ausgeführten weiteren Ventilsitz 8b zum Öffnen und Schließen der weiteren hydraulischen Verbindung vom Einlasskanal 5 zum weiteren Auslasskanal 7 zusammen.

Das Pilotventil 2 umfasst in der Ausführung der Fig.2 einen kugelförmigen Ventilkörper 16. Der Ventilkörper 16 wirkt mit dem am Schieber 3 ausgebildeten Pilotventilsitz 32 zum Öffnen und Schließen der hydraulischen Pilotverbindung vom Einlasskanal 5, via Verbindungskanal 33, Steuerraum 34 und

Durchgangsbohrung 31 zum weiteren Auslasskanal 7 zusammen. In der Ausführung der Fig.2 ist die Ventilnadel 15 durch den Gehäusedeckel 4c geführt. Die Führung zwischen der Bohrung des Gehäusedeckels 4c und der Ventilnadel 15 ist dabei vorzugsweise mit kleinem Spiel und geringer Leckage ausgeführt. An ihrem dem Steuerraum 34 gegenüberliegenden Ende ist die Ventilnadel 15 fest mit dem Anker 14 verbunden, kann mit diesem beispielsweise auch einstückig ausgeführt sein. Der Anker 14 ist wiederum vom Aktor 13 ansteuerbar, beispielsweise elektromagnetisch, so dass sich der Anker 14 bei Bestromung des Aktors 13 vom Pilotventilsitz 32 weg bewegt. Die Ankerfeder 12 wiederum drückt den Anker 14, und mit ihm auch die Ventilnadel 15 und den Schließkörper 16 gegen den Pilotventilsitz 32, also gegen den Schieber 3.

In Weiterbildung der Erfindung kann, wie in Fig.2 gezeigt, das Pilotventil 2 ein Verbindungsstück 35 aufweisen, welches den Ventilkörper 16 umgebend angeordnet ist. Das Verbindungsstück 35 kann mit dem Schieber 3 fest verbunden, beispielsweise verschweißt, sein und so einen Anschlag für eine

Schulter 15a der Ventilnadel 15 bilden, um dadurch einen maximalen Abstand zwischen der Ventilnadel 15 bzw. dem Ventilkörper 16 einerseits und dem Pilotventilsitz 32 andererseits einzustellen, also einen maximalen Öffnungshub hpv des Pilotventils 2. Mit Hilfe des Verbindungsstücks 35 lässt sich somit der Hub des Ventilkörpers 16, also der maximale Öffnungshub hpv einstellen.

In der Ausführung der Fig.2 ist das Verbindungsstück 35 topfförmig gestaltet und im Bereich der Topföffnung mit dem Schieber 3 verschweißt. Der Topfboden des Verbindungsstücks 35 weist eine Öffnung auf, durch welche die Ventilnadel 15 hindurchragt. Die Ventilnadel 15 kann somit auch über den Öffnungshub durch das Verbindungsstück 35 längsbeweglich geführt werden. Die Schulter 15a ist innerhalb des topfförmigen Verbindungsstück 35 angeordnet und wirkt mit dem Topfboden zusammen, um einen mechanischen Formschluss zwischen dem Pilotventil 2 und dem Schieber 3 zu erzielen, wie später noch näher erläutert wird.

Die Wirkweise des Bypassventils 1 und des Pilotventils 2 erfolgt in der

Ausführung der Fig.2 so, dass stromlos der Schließkörper 3a mittelbar von der Ankerffeder 12 gegen den weiteren Ventilsitz 8b gedrückt wird, also ohne Bestromung des Aktors 13 die hydraulische Verbindung vom Einlasskanal 5 zum Auslasskanal 6 geöffnet ist und die weitere hydraulische Verbindung vom Einlasskanal 5 zum weiteren Auslasskanal 7 geschlossen ist.

Bei Bestromung des Aktors 13 zieht dieser den Anker 14 entgegen der

Federkraft der Ankerfeder 12 an, so dass der Anker 14 quasi in den Aktor 13 gezogen wird. Dadurch wird der Ventilkörper 16 von dem Pilotventilsitz 32 abgehoben und die hydraulische Pilotverbindung geöffnet. Somit stellt sich im Steuerraum 34 der Druck des weiteren Auslasskanals 7 ein, also ein

vergleichsweise niedriger Druck. Aufgrund der sich daraus ändernden hydraulischen Kraft auf den Schieber 3 wird dieser in Richtung des Aktors 13 gedrückt, so dass der Schließkörper 3a von dem weiteren Ventilsitz 8b abhebt und gleichzeitig in den Ventilsitz 8 geschoben wird. Die weitere hydraulische Verbindung vom Einlasskanal 5 zum weiteren Auslasskanal 7 wird geöffnet und die hydraulische Verbindung vom Einlasskanal 5 zum Auslasskanal 6

geschlossen. Fluid kann demzufolge vom Einlasskanal 5 zum weiteren

Auslasskanal 7 strömen.

Bei Beendigung der Bestromung des Aktors 13 drückt die Ankerfeder 12 den Anker 14 und mit diesem die Ventilnadel 15 und den Ventilkörper 16 in den Pilotventilsitz 32. Dadurch wird die hydraulische Pilotverbindung geschlossen und im Steuerraum 34 stellt sich der Druck des Einlasskanals 5 ein, also ein vergleichsweise hoher Druck. Dieser wirkt auch auf die Steuerfläche 3c des Schiebers 3 und drückt diesen damit gegen den weiteren Ventilsitz 8b. Die hydraulische Verbindung vom Einlasskanal 5 zum Auslasskanal 6 wird geöffnet und die weitere hydraulische Verbindung vom Einlasskanal 5 zum weiteren Auslasskanal 7 geschlossen. Fluid kann demzufolge vom Einlasskanal 5 zum Auslasskanal 6 strömen.

In bevorzugten Weiterbildungen der Erfindung, sowohl für die Ausführung nach Fig.l als auch für die nach Fig.2, steuert das Pilotventil 2 die Bewegung des Schiebers 3 nicht nur hydraulisch sondern auch mechanisch:

In der Ausführung nach Fig.l zieht die Ventilnadel 15 bei Bestromung des Aktors 13 über den Formschluss zwischen Ventilkörper 16 und Pilotventilsitz 32 den Schieber 3 mechanisch in Richtung des weiteren Ventilsitzes 8b. Dadurch unterstützt die Ventilnadel 15 auch mechanisch das Öffnen der hydraulischen Verbindung und gleichzeitig das Verschließen der weiteren hydraulischen Verbindung. In einer vorteilhaften Weiterbildung unterstützt das Pilotventil 2 die Bewegung des Schiebers 3 auch in der entgegengesetzten Richtung: Bei Beendigung der Bestromung des Aktors 13 drückt die Ankerfeder 12 den Anker

14 nach Überwinden des maximalen Öffnungshubs hpv des Pilotventils 2 unter Zwischenlage von Zwischenstück 28 und Führungshülse 26 gegen den Schieber 3. Bei weiterem Hub der Ventilnadel 16 wird der Schieber 3 somit auch mechanisch von dem Pilotventil 2 vom weiteren Ventilsitz 8b weggedrückt.

Dadurch unterstützt das Pilotventil 2 auch mechanisch das Schließen der hydraulischen Verbindung und gleichzeitig das Öffnen der weiteren

hydraulischen Verbindung.

In der Ausführung nach Fig.2 zieht die Ventilnadel 15 bei Bestromung des Aktors 13 nach Überschreiten des maximalen Öffnungshubs hpv des Pilotventils 2 das

Verbindungsstück 35 über den Formschluss zwischen Verbindungsstück 35 und Schulter 15a der Ventilnadel 15 und mit dem Verbindungsstück 35 auch den mit ihm verbundenen Schieber 3 vom weiteren Ventilsitz 8b weg. Dadurch unterstützt die Ventilnadel 15 auch mechanisch das Schließen der hydraulischen Verbindung und gleichzeitig das Öffnen der weiteren hydraulischen Verbindung.

Weiterhin unterstützt das Pilotventil 2 die Bewegung des Schiebers 3 auch in der entgegengesetzten Richtung: Bei Beendigung der Bestromung des Aktors 13 drückt die Ankerfeder 12 nach Überwinden des maximalen Öffnungshubs hpv des Pilotventils 2 den Anker 14 und mit ihm die Ventilnadel 15 und den Ventilkörper 16 gegen den Pilotventilsitz 32 und somit gegen den Schieber 3. Bei weiterem

Hub der Ventilnadel 16 wird der Schieber 3 somit auch mechanisch von dem Pilotventil 2 gegen den weiteren Ventilsitz 8b gedrückt. Dadurch unterstützt das Pilotventil 2 auch mechanisch das Schließen der weiteren hydraulischen

Verbindung und gleichzeitig das Öffnen der hydraulischen Verbindung.

Beiden Ausführungen nach Fig.l und Fig.2 ist somit gemein, dass beim

Schließen der hydraulischen Pilotverbindung auch die weitere hydraulische Verbindung vom Einlasskanal 5 zum weiteren Auslasskanal 7 geschlossen wird. Dadurch arbeitet das Pilotventil 2 quasi leckagefrei. Die Schließbewegung wird dabei von dem Druck im Steuerraum 34 unterstützt. Beim Öffnen der hydraulischen Pilotverbindung erfolgt auch das Öffnen der weiteren

hydraulischen Verbindung vom Einlasskanal 5 zum weiteren Auslasskanal 7. In dieser Stellung des Bypassventils 1 gibt es zwei hydraulische Verbindungen vom Einlasskanal 5 zum weiteren Auslasskanal 7: über die weitere hydraulische Verbindung und über die hydraulische Pilotverbindung.

Fig.3 zeigt schematisch ein Abwärmerückgewinnungssystem 100 einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind.

Das Abwärmerückgewinnungssystem 100 weist einen ein Arbeitsmedium führenden Kreislauf 100a auf, der in Flussrichtung des Arbeitsmediums eine Speisefluidpumpe 102, einen Verdampfer 103, eine Expandereinheit 10 und einen Kondensator 105 umfasst. Die Expandereinheit 10 weist das

erfindungsgemäße Bypassventil 1 und eine Parallelschaltung aus einer Expansionsmaschine 104 und einem Bypasskanal 106 auf. Das Arbeitsmedium kann nach Bedarf über eine Stichleitung und eine Ventilanordnung 101a aus einem Sammelbehälter 101 in den Kreislauf 100a eingespeist werden. Der Sammelbehälter 101 kann dabei alternativ auch in den Kreislauf 100a eingebunden sein.

Der Verdampfer 103 ist an eine Abgasleitung der Brennkraftmaschine angeschlossen, nutzt also die Wärmeenergie des Abgases der

Brennkraftmaschine.

Die Bypassleitung 106 ist parallel zur Expansionsmaschine 104 angeordnet. Je nach Betriebszustand der Brennkraftmaschine und daraus resultierender Größen, beispielsweise Temperaturen des Arbeitsmediums, wird das

Arbeitsmedium der Expansionsmaschine 104 zugeführt oder durch die

Bypassleitung 106 an der Expansionsmaschine 104 vorbeigeführt. Beispielhaft ist ein Temperatursensor 107 stromabwärts des Verdampfers 103 angeordnet. Der Temperatursensor 107 ermittelt die Temperatur des Arbeitsmediums nach dem Verdampfer 103 bzw. entsprechende Signale und übermittelt diese an ein Steuergerät 108. Das Steuergerät 108 steuert in Abhängigkeit verschiedener Daten, wie beispielsweise der Temperatur des Arbeitsmediums nach dem Verdampfer 103, über die beiden elektrischen Leitungen 61, 62 den Aktor 13 des Bypassventils 1 an.

Das Bypassventil 1 wird so geschaltet, dass das Arbeitsmedium entweder durch die hydraulische Verbindung über den Auslasskanal 6 in die

Expansionsmaschine 104 geführt wird, oder durch die weitere hydraulische Verbindung über den weiteren Auslasskanal 7 in die Bypassleitung 106. Der weitere Auslasskanal 7 entspricht demzufolge zumindest teilweise der

Bypassleitung 106. Das heißt: bei geöffnetem Pilotventil 2 strömt die aus dem Steuerraum 34 abgeführte Menge des Arbeitsmediums sowohl über die weitere hydraulische Verbindung als auch über die hydraulische Pilotverbindung in die Bypassleitung 106, und hat damit die gleiche Destination. Die durch das

Pilotventil 2 abgesteuerte Menge des Arbeitsmediums ist somit keine

Verlustmenge.

Der Massenstrom des Arbeitsmediums kann auch aufgeteilt werden, so dass ein Teil des Arbeitsmediums der Expansionsmaschine 104 zugeführt wird und ein weiterer Teil der Bypassleitung 106. Die Betriebszustände des

Abwärmerückgewinnungssystems 100 können sich sehr schnell ändern, so dass das Bypassventil 1 schnell und dabei möglichst energiesparsam und frei von Verlustmengen geschaltet werden muss. Das erfindungsgemäße Bypassventil 1 erfüllt diese Anforderungen sehr gut.