DE102010010110A1

DE102010010110A1 - Pneumatischer Steller

Info

Publication number: DE102010010110A1
Application number: DE102010010110A
Authority: DE
Inventors: Thomas Bächner; Markus Johnen
Original assignee: SMK Systeme Metall Kunststoff GmbH and Co KG
Current assignee: SMK Systeme Metall Kunststoff GmbH and Co KG
Priority date: 2010-03-04
Filing date: 2010-03-04
Publication date: 2011-09-08
Also published as: EP2363610A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen pneumatischer Steller mit einem Gehäuse (1, 2), einer Membran (3), die in dem Gehäuse (1, 2) einen Arbeitsraum abteilt, der an eine Über- oder Unterdruckquelle anschließbar ist, einer aus dem Gehäuse (1, 2) herausragenden Stange (6), die in ihrer Längsrichtung beweglich ist und einer durch einen Anstieg oder Abfall des in dem Arbeitsraum herrschenden Drucks bewirkten Bewegung folgt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Membran (3) ein durch Umspritzen von Fasern (3a) erzeugter Verbund zwischen Fasern (3a) und einem Elastomer (3b) ist. Die Erfindung betrifft ferner ein erfindungsgemäßes Verfahren.

Description

Die Erfindung geht aus von einem pneumatischen Steller mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen, wie er beispielsweise ist aus der EP 1 701 015 A2 bekannt ist. Solche pneumatischen Steller werden auch als pneumatische Aktoren bezeichnet und insbesondere im Abgasstrang von Kraftfahrzeugen verwendet, beispielsweise zum Betätigen von Abgasrückführventilen und Abgasklappen oder als Laderdruckregler für Abgasturbolader.
Im Abgasstrang eines Kraftfahrzeugs ist die Membran einer erheblichen Temperaturbelastung und einer hohen mechanischen Beanspruchung in einer chemisch aggressiven Umgebung ausgesetzt. Aufgabe der Erfindung ist es, einen Weg aufzuzeigen, wie die Lebensdauer eines Stellers erhöht werden kann.
Diese Aufgabe wird durch einen pneumatischen Steller mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie durch ein Verfahren gemäß Anspruch 6 gelöst. Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung einer Membran gemäß Anspruch 10 in einem pneumatischen Steller. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe einer verbesserten Lebensdauer durch Verwendung einer faserverstärkten Membran gelöst, die durch Umspritzen der Fasern hergestellt ist. Durch das Umspritzen von Fasern lässt sich ein Verbund zwischen Fasern und Elastomer erreichen, der zu einer wesentlich belastbareren Membran führt, als dies durch Aufkleben oder Aufpressen eines Gewebes auf eine Membran möglich ist. Beim Umspitzen kann nämlich ein dann noch flüssiges Elastomermaterial die Fasern benetzen und in Zwischenräume zwischen den Fasern eindringen. Dies ist besonders gut möglich, indem sich das Elastomer erst nach dem Umspritzen der Fasern durch Vernetzen der Moleküle eines Präcursormaterials bildet.
Bevorzugt ist das Elastomer ein Silikonelastomer, insbesondere ein Silkonkautschuk. Präkursormaterial für Silikonelastomere lässt sich beispielsweise als Flüssigsilikon gut gießen und hat vorteilhafte Benetzungseigenschaften. Flüssigsilikone werden oft auch als LSR-Silikon bezeichnet. Als Präcursormaterial sind insbesondere Organosiloxane mit Vinyl- und/oder Hydroxylgruppen geeignet, beispielsweise Dimethylsiloxane.
Besonders bevorzugt sind HTV-Silikonelastomere, d. h. Silikoneleastomere die durch Hochtemperaturvernetzung von Präcursormaterial erzeugt werden. Geeignet sind insbesondere Vernetzungstemperaturen von 100°C und mehr, insbesondere 150°C bis 200°C. Silikonelastomere, die bei derart hohen Temperaturen vernetzt wurden, haben eine besonders hohe Temperaturbeständigkeit und sind deshalb besser geeignet als RTV (raumtemperaturvernetzte) Silikonelastomere. Die Vernetzungsreaktion kann mit Peroxiden unterstützt werden, was insbesondere bei radikalischen Vernetzungsreaktionen vorteilhaft ist. Die Vernetzungsreaktion kann aber auch als Additionsreaktion ablaufen.
Die Fasern können ungeordnet, beispielsweise verfilzt, in eine Gussform eingelegt und umspritzt werden. Bevorzugt bilden die Fasern aber ein Netz, insbesondere ein Gewebe. Prinzipiell kann ein Netz nicht nur von miteinander verwobenen Fasern gebildet werden, sondern beispielsweise auch als Gewirk. Durch ein Gewebe wird aber im Allgemeinen eine bessere Verstärkung der Membran erzielt.
Die umspritzen Fasern sind bevorzugt Kunststofffasern. Gut geeignet sind beispielsweise Polyaramidfasern. Es können aber auch Fasern aus anderen Materialen zur Verstärkung der Membran verwendet werden.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Stellers in einer Schnittansicht; und
2 eine Detailansicht der Membran des Stellers.
Bei dem in 1 dargestellten pneumatischen Steller handelt es sich um einen Ladedruckregler für Abgasturbolader von Brennkraftmotoren für Automobile. Der Ladedruckregler hat ein zweiteiliges Gehäuse, das einen Boden 1 und einen Deckel 2 aufweist. In dem Gehäuse befindet sich zwischen Boden 1 und Deckel 2 eine eingespannte Membran 3, die in dem Gehäuse einen Arbeitsraum abteilt, der an eine Über- oder Unterdruckquelle anschließbar ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich der Arbeitsraum zwischen der Membran 3 und dem Boden 1. Der Boden 1 hat eine in der dargestellten Schnittansicht nicht gezeigte Anschlussöffnung zum Anschließen einer Über- oder Unterdruckquelle.
Die Membran 3 wird durch eine in dem Gehäuse angeordnete Feder 4 zu dem Boden 1 hingedrückt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel lastet die Feder 4 auf einem Membranteller 5, an dem die Membran 3 anliegt. Prinzipiell ist es jedoch auch möglich, dass die Feder 4 ohne Zwischenlage eines Membrantellers gegen die Membran 3 drückt.
Aus dem Gehäuse ragt eine Stange 6 heraus, die in ihrer Längsrichtung beweglich ist und bei einen Anstieg oder Abfall des in dem Arbeitsraum herrschenden Drucks einer dadurch bewirkten Bewegung der Membran 3 folgt. Die Stange 6 ist mit der Membran 3 gekoppelt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird dies dadurch erreicht, dass die Stange 6 mit einem Ende an dem Membranteller 5 befestigt ist. Bei einer Ausdehnung des Arbeitsraums wird die Stange 6 deshalb von der Membran 3 verschoben, so dass die Stange 6 weiter aus einer Öffnung in dem Deckel 2 des Gehäuses herausragt. Bei einem Abfall des Drucks in dem Arbeitsraum wird die Membran 3 von der Feder 4 zu dem Boden 1 des Gehäuses hinbewegt, wobei die Stange 6 von dem Membranteller 5 tiefer in das Gehäuse hereingezogen wird.
An der Membran 3 kann ein magnetischer Positionsgeber 7 befestigt sein. Mittels eines an dem Gehäuse befestigten Magnetfeldsensors 8, beispielsweise einem Hall-Sensor, kann eine Verschiebung des Positionsgebers 7 detektiert und somit stets die momentane Position des Positionsgebers 7 ermittelt werden. Indem der Positionsgeber 7 an der Membran 3 befestigt ist, erhält man auf diese Weise auch die Position der Membran 3 sowie der ihr folgenden Stange 6.
Die Membran 3 ist in 2 schematisch in einer Schnittansicht dargestellt. Die Membran 3 ist ein durch Umspritzen von Fasern 3a erzeugter Verbund zwischen Fasern 3a und einem Elastomer 3b. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Fasern 3a miteinander verwoben, bilden also ein Gewebe.
Die Fasern 3a sind aus Kunststoff, beispielsweise aus Polyaramid. Das Elastomer 3b ist ein Silikonelastomer.
Zur Herstellung der Membran 3 wird ein aus Fasern 3a bestehendes Gewebe in eine Gussform eingelegt und anschließend mit Präcursormaterial umspritzt. Aus dem Präcursormaterial wird dann durch Vernetzen von Molekülen des Präcursormaterials ein Elastomer 3b erzeugt. Als Präcursormaterial kann flüssiges Silikon verwendet werden. Durch Erhitzen auf eine erhöhte Temperatur von beispielsweise 160°C oder mehr wird eine Vernetzungsreaktion von Präcursormolekülen bewirkt. Bei der Vernetzungsreaktion reagieren Vinyl- und/oder Hydroxylgruppen der Präcursormoleküle miteinander, so dass sich die Präcursormoleküle miteinander vernetzen. Die Vernetzungsreaktion kann mit zugemischten Peroxiden oder einem Katalysator, beispielsweise Platin, unterstützt werden.
Der Abstand der Fasern 3a voneinander ist in 2 nicht maßstäblich dargestellt. Vorteilhaft sind Faserstärken von beispielsweise 0,1 mm bis 0,5 mm. Die Fasern 3a bilden bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein Netz, zueinander parallel verlaufende Fasern 3a haben also jeweils einen Abstand voneinander. Bevorzugt beträgt dieser Abstand zwischen 0,2 mm bis 1 mm.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel enthält die Membran 3 nur eine Gewebelage. Es können aber auch mehrere Gewebelagen aufeinander in eine Gussform eingelegt und zum Herstellen der Membran 3 mit einem Präcursormaterial umspritzt werden.
Bezugszeichenliste

1: Boden
2: Deckel
3: Membran
3a: Fasern
3b: Elastomer
4: Feder
5: Membranteller
6: Stange
7: Positionsgeber
8: Magnetfeldsensor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1701015 A2 [0001]

Claims

Pneumatischer Steller mit einem Gehäuse (1, 2), einer Membran (3), die in dem Gehäuse (1, 2) einen Arbeitsraum abteilt, der an eine Über- oder Unterdruckquelle anschließbar ist, einer aus dem Gehäuse (1, 2) herausragenden Stange (6), die in ihrer Längsrichtung beweglich ist und einer durch einen Anstieg oder Abfall des in dem Arbeitsraum herrschenden Drucks bewirkten Bewegung folgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (3) ein durch Umspritzen von Fasern (3a) erzeugter Verbund zwischen Fasern (3a) und einem Elastomer (3b) ist.
Steller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern (3a) ein Gewebe bilden.
Steller nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomer (3b) ein Silikonelastomer ist.
Steller nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomer (3b) ein Kautschuk, insbesondere ein Silikonkautschuk, ist.
Steller nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das die Fasern (3a) aus Kunststoff, vorzugsweise aus Polyaramid, sind.
Verfahren zum Herstellen eines pneumatischen Stellers, wobei in einem Gehäuse (1, 2) mit einer Membran (3) ein Arbeitsraum abgeteilt wird, der an eine Über- oder Unterdruckquelle anschließbar ist, und eine Stange (6) an die Membran (3) gekoppelt wird, die in ihrer Längsrichtung beweglich ist und einer durch einen Anstieg oder Abfall des in dem Arbeitsraum herrschenden Drucks bewirkten Bewegung folgt, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung der Membran (3) Fasern (3a) in eine Spritzform eingelegt werden, danach mit Präcursormaterial umspritzt werden und aus dem Präcursormaterial durch Vernetzen von Molekülen des Präkursormaterials ein Elastomer (3b) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Präcursormaterial flüssiges Silikon ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomer (3b) durch Vernetzen von Molekülen des Präkursormaterials bei einer Temperatur von mindestens 100°C, vorzugsweise 150°C, durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern (3a) als Netz in die Form eingelegt werden.
Verwendung einer elastomeren Membran (3), die durch Umspritzen von Fasern (3a) hergestellt wurde, in einem pneumatischen Steller.