DE102012009951A1 - Switching valve of adjustable lubricating oil pump in combustion engine, has fluid flow switching unit that is located in interior of plastic valve sleeve with mounting hole - Google Patents

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Abstract

The switching valve (1) has an electromagnet (2) for operation of the fluid flow switching unit. The fluid flow switching unit is located in the interior of a valve sleeve (3) that is provided with a mounting hole (4). The space sealing portion (5) is formed in the mounting hole. The valve sleeve is made of polyphenylene sulfide (PPS) plastic. An independent claim is included for a method for manufacturing valve sleeve of switching valve.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schaltventil entsprechend dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs.The invention relates to a switching valve according to the preamble of the first claim.

Für druckgeregelte verstellbare Schmierölpumpen in Verbrennungsmotoren werden elektromagnetisch betätigte Schaltventile eingesetzt, um den Regeldruck umzuschalten, wie zum Beispiel in der Druckschrift EP1873363 beschrieben. Solche Schaltventile werden entweder als Schieberventile oder als Sitzventile ausgeführt.For pressure-controlled adjustable lubricating oil pumps in internal combustion engines electromagnetically actuated switching valves are used to switch the control pressure, as for example in the document EP1873363 described. Such switching valves are designed either as slide valves or seat valves.

Die Hersteller solcher Schaltventile stehen unter einem sehr starken Preisdruck, weil die Ventile in einem vertretbaren Preisverhältnis zu der kompletten Verstellpumpe stehen sollen, die Ventile in großen Stückzahlen hergestellt werden und der niedrige Druck es vermeidbar macht, die vergleichsweise teuren technischen Lösungen aus dem Gebiet der Hochdruckhydraulik zu verwenden.The manufacturers of such switching valves are under a very strong price pressure, because the valves are to be in a reasonable price ratio to the complete variable, the valves are produced in large quantities and the low pressure makes it avoidable, the relatively expensive technical solutions in the field of high pressure hydraulics to use.

Ein naheliegender Lösungsweg zur Kostenreduzierung besteht darin, aufwendige Bauteile des Schaltventils aus Kunststoff herzustellen, wie bereits in der Druckschrift DE1002581 aufgezeigt, und die Ventilhülse kommt dazu vorrangig in Betracht. Wenn es dabei auch gelingt, die Abdichtung zwischen der Ventilhülse und der zugehörigen Einbaubohrung ohne zusätzliche Elastomerdichtungen auszuführen, sind erhebliche Kostenreduzierungen möglich.An obvious solution for cost reduction is to produce complex components of the switching valve made of plastic, as already in the document DE1002581 pointed, and the valve sleeve is primarily considered. If it also succeeds in carrying out the seal between the valve sleeve and the associated mounting hole without additional elastomer seals, significant cost reductions are possible.

Spaltdichtungen, die Elastomerdichtungen ersetzen, sind bei metallischen Ventilhülsen verbreitet, allerdings mit Toleranzen des Außendurchmessers der Ventilhülse, die mit Kunststoff üblicherweise nicht hergestellt werden können. Dabei soll auch ein Presssitz der Ventilhülse in der Einbaubohrung ausgeschlossen werden, weil dieser die Montage und die Demontage erheblich behindern würde.Gaskets that replace elastomeric gaskets are common with metal valve sleeves, but with tolerances of the outside diameter of the valve sleeve that are not usually made with plastic. It should also be excluded a press fit of the valve sleeve in the mounting hole, because this would significantly hinder the assembly and disassembly.

Es hat sich in Versuchen erwiesen, dass die Anforderungen an den Kunststoff in dieser Anwendung sehr hoch sind und daher die meisten handelsüblichen hochfesten Kunststoffe nicht erfolgreich zum Einsatz kommen können.It has been proven in tests that the requirements of the plastic in this application are very high and therefore most commercially available high-strength plastics can not be used successfully.

Der Kunststoff muss in allen im Motorschmierstoff vertretenen Flüssigkeiten beständig sein, und zwar in dem gesamten motortypischen Temperaturbereich. Dabei sind die Treibstoffe des Motors und ihre Reaktionsprodukte von besonderer Bedeutung, ein wichtiges Begleit- und Reaktionsprodukt des Treibstoffs ist Wasser, und viele hochfeste Kunststoffe nehmen leicht Wasser auf. Diese Wasseraufnahme führt zum Aufquellen und zur Änderung wichtiger Eigenschaften der Bauteile aus Kunststoff.The plastic must be resistant to all fluids present in the engine lubricant, in the entire engine-typical temperature range. Here, the fuels of the engine and their reaction products are of particular importance, an important companion and reaction product of the fuel is water, and many high-strength plastics easily absorb water. This water absorption leads to swelling and to changing important properties of plastic components.

Die für die Spaltdichtung zwischen Ventilhülse und Einbaubohrung erforderlichen Toleranzen können je nach vorgegebener Spezifikation für den Druck- und die Leckage nur mit nachbearbeiteten Kunststoffteilen prozesssicher eingehalten werden, daher muss der Kunststoff spanabhebend, zum Beispiel durch Schleifen, nachbearbeitbar sein.Depending on the specified specifications for the pressure and leakage, the tolerances required for the gap seal between the valve sleeve and the mounting hole can only be met with reworked plastic parts, so the plastic must be machinable, for example by grinding.

Die Anwendung in einem Ventil erfordert eine hohe Festigkeit des Kunststoffs bei niedrigen und hohen Temperaturen und eine angemessene Härte, weil eine hohe Beständigkeit der Funktionsflächen erwartet wird, die die Ventilfunktionen darstellen.Use in a valve requires high plastic strength at low and high temperatures, and adequate hardness, because high durability of the functional surfaces is expected to be the valve functions.

Außerdem sollte der Kunststoff schweißbar sein, zum Beispiel durch Vibrationsschweißen, damit Einbauteile oder Stopfen mit der Ventilhülse verbunden werden können.In addition, the plastic should be weldable, for example by vibration welding, so that fittings or plugs can be connected to the valve sleeve.

Die geschilderten Anforderungen erfüllt ein Schaltventil, das die kennzeichnenden Merkmale des ersten Patentanspruchs aufweist, wobei die Merkmale in den Unteransprüchen 2 bis 10 näher ausgeführt sind und durch weitere vorteilhafte Merkmale ergänzt werden.The described requirements met a switching valve having the characterizing features of the first claim, wherein the features are set forth in the dependent claims 2 to 10 in more detail and supplemented by further advantageous features.

Der Unteranspruch 11 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Schaltventils.The dependent claim 11 describes a method for producing a switching valve according to the invention.

Der Aufbau des Ventils und die Eigenschaften des Kunststoffs der Ventilhülse sind im Abschnitt „beispielhafte Ausführung” beschrieben, dies soll hier nicht wiederholt werden.The structure of the valve and the properties of the plastic of the valve sleeve are described in the section "exemplary design", this will not be repeated here.

Das erfindungsgemäße Schaltventil ist in der Großserienfertigung kostengünstig herzustellen, weil die Ventilhülse aus einem durch Spritzgießen verarbeitbaren Kunststoff besteht. Wenn der spezifizierte Druck sehr gering oder die zulässige Leckage hoch ist, kann die Ventilhülse an ihrem Außendurchmesser unbearbeitet bleiben, anderenfalls ist eine Nachbearbeitung notwendig und wegen der Eigenschaften des eingesetzten Kunststoffs auch möglich. Der eingesetzte Kunststoff ermöglicht durch seine Festigkeit und seine Härte eine hohe Lebensdauer des Schaltventils und er ist beständig gegen alle in dem Schmieröl vorkommenden Bestandteile und Verunreinigungen. Weil der Kunststoff schweißbar ist, können Einbauteile abdichtend eingefügt werden.The switching valve according to the invention is inexpensive to produce in mass production, because the valve sleeve consists of a processable by injection molding plastic. If the specified pressure is very low or the permissible leakage is high, the valve sleeve can remain unprocessed on its outer diameter, otherwise a reworking is necessary and also possible because of the properties of the plastic used. The plastic used by its strength and hardness allows a long life of the switching valve and it is resistant to all occurring in the lubricating oil components and impurities. Because the plastic is weldable, built-in components can be inserted sealingly.

Anwendung finden die erfindungsgemäßen Schaltventile für die Verstellung des Regeldrucks von druckgeregelten Schmierölpumpen für Verbrennungsmotoren.Application find the switching valves according to the invention for the adjustment of the control pressure of pressure-controlled lubricating oil pumps for internal combustion engines.

Bilder:Images:

1 zeigt ein erfindungsgemäßes Schaltventil. 1 shows a switching valve according to the invention.

Beispielhafte Ausführung Exemplary embodiment

Das beispielhafte Schaltventil 1 mit zwei oder mehr Anschlüssen und zwei Schaltstellungen ist als Sitzventil ausgeführt und weist zur Betätigung der Mittel zum Schalten der Fluidstöme einen Elektromagneten 2 auf, wobei die Mittel zum Schalten der Fluidstöme sich im Inneren einer Ventilhülse 3 befinden, die von einer Einbaubohrung 4 mindestens teilweise umfasst ist und durch eine Mehrzahl von Spaltdichtungen 5 von der Einbaubohrung abgegrenzt ist. Die Spaltdichtungen dichten auch die Anschlüssen gegeneinander ab.The exemplary switching valve 1 with two or more ports and two switch positions is designed as a seat valve and has to actuate the means for switching the fluid flows an electromagnet 2 on, wherein the means for switching the fluid flows inside a valve sleeve 3 are located by a mounting hole 4 is at least partially encompassed and by a plurality of gap seals 5 is delimited from the mounting hole. The gap seals also seal the connections against each other.

Die Ventilhülse 3 besteht aus einem hochfesten, gegen die Medien Motorschmieröl, Schmieröladditive, Motortreibstoffe, Treibstoffverbrennungsprodukte und Verschleißprodukte beständigen und für die üblichen Motoröltemperaturen geeigneten Kunststoff. Der Kunststoff ist spanabhebend bearbeitbar und schweißbar.The valve sleeve 3 consists of a high strength plastic resistant to the media, engine lubricating oil, lubricating oil additives, engine fuels, fuel combustion products and wear products and suitable for the usual engine oil temperatures. The plastic is machinable and weldable.

Vorzugsweise wird die Ventilhülse 3 beim Urformen im Bereich des dichtenden Außendurchmessers 6 mit ausreichender Genauigkeit für die Dichtfunktion der Spaltdichtungen und für die Erfordernisse der Montage hergestellt.Preferably, the valve sleeve 3 during prototyping in the area of the sealing outer diameter 6 manufactured with sufficient accuracy for the sealing function of the gap seals and for the requirements of the assembly.

Alternativ wird die Ventilhülse beim Urformen im Bereich des dichtenden Außendurchmessers 6 mit Übermaß hergestellt und bei einer anschließenden spanabhebenden Bearbeitung auf das zur Montage und zur ausreichenden Abdichtung erforderliche Maß gebracht, zum Beispiel durch Schleifen.Alternatively, the valve sleeve during prototyping in the region of the sealing outer diameter 6 made with oversize and brought in a subsequent machining to the extent required for assembly and sufficient sealing, for example by grinding.

In einer vorteilhaften Ausführung ist mindestens ein Einbauteil 7 mindestens teilweise in die Ventilhülse 3 eingeschoben und mit der Ventilhülse verschweißt.In an advantageous embodiment, at least one built-in part 7 at least partially into the valve sleeve 3 inserted and welded to the valve sleeve.

Vorzugsweise besteht die Ventilhülse aus einem mit 40% Glasfaser verstärktem Kunststoff, in diesem Beispiel aus PPS.The valve sleeve preferably consists of a plastic reinforced with 40% glass fiber, in this example made of PPS.

Der Kunststoff der Ventilhülse ist ein hochfestes und temperaturbeständiges Material, das bei der Temperatur von 23°C eine Bruchfestigkeit von mehr als 190 MPa aufweist, und bei der Temperatur von 150°C noch eine Bruchfestigkeit von mehr als 60 MPa aufweist.The plastic of the valve sleeve is a high-strength and temperature-resistant material, which has a breaking strength of more than 190 MPa at the temperature of 23 ° C, and at the temperature of 150 ° C still has a breaking strength of more than 60 MPa.

Um dem Kunststoff der Ventilhülse die Eignung als Dichtsitz für das Schalten von Fluidströmen mit geringem Druck zu verleihen, liegt bei 23°C die Härte nach Rockwell M zwischen 95 und 105.In order to give the plastic of the valve sleeve the suitability as a sealing seat for the switching of fluid flows with low pressure, the hardness according to Rockwell M is between 95 and 105 at 23 ° C.

Zur Verbesserung der Dichtwirkung ist mindestens um einen Dichtsitz 8 im Inneren des Ventils eine Ausnehmung 9 angeordnet, die eine geringere wirksame Wanddicke im kritischen Bereich bewirkt.To improve the sealing effect is at least a sealing seat 8th inside the valve a recess 9 arranged, which causes a lower effective wall thickness in the critical range.

Die besonders gute Medienbeständigkeit des Kunststoffs drückt sich dadurch aus, dass die Wasseraufnahme sehr gering ist, in diesem Beispiel weniger als 0,025% bei 23°C.The particularly good media resistance of the plastic is expressed by the fact that the water absorption is very low, in this example less than 0.025% at 23 ° C.

Ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung einer Ventilhülse 3 eines Schaltventils 1 besteht darin, dass die Ventilhülse aus einem hochfesten und besonders gegen die Medien Motorschmieröl, Schmieröladditive, Motortreibstoffe, Treibstoffverbrennungsprodukte und Verschleißprodukte beständigen Kunststoff urformend hergestellt und danach spangebend am Außendurchmesser 6 bearbeitet wird und danach mit mindestens einem Einbauteil 7 versehen wird, das mindestens teilweise in die Ventilhülse eingeschoben und mit ihr verschweißt wird.An advantageous method for producing a valve sleeve 3 a switching valve 1 is that the valve sleeve made of a high-strength and especially against the media engine lubricating oil, lubricating oil additives, engine fuels, fuel combustion products and wear products resistant plastic urformend and then machined on the outer diameter 6 is processed and then with at least one built-in part 7 is provided, which is at least partially inserted into the valve sleeve and welded to it.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Schaltventilswitching valve
22
Elektromagnetelectromagnet
33
Ventilhülsevalve sleeve
44
EinbaubohrungMounting hole
55
Spaltdichtunggap seals
66
Außendurchmesser der VentilhülseOuter diameter of the valve sleeve
77
Einbauteil (Stopfen)Built-in part (plug)
88th
Dichtsitzsealing seat
99
Ausnehmungrecess

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 1873363 [0002] EP 1873363 [0002]
  • DE 1002581 [0004] DE 1002581 [0004]

Claims (11)

Ein Schaltventil (1) mit zwei oder mehr Anschlüssen und zwei Schaltstellungen ist als Sitzventil ausgeführt und weist zur Betätigung der Mittel zum Schalten der Fluidstöme einen Elektromagneten (2) auf, wobei die Mittel zum Schalten der Fluidstöme sich im Inneren einer Ventilhülse (3) befinden, die von einer Einbaubohrung (4) mindestens teilweise umfasst ist und die gemeinsam mit der Einbaubohrung eine Mehrzahl von Spaltdichtungen (5) ausbildet dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilhülse aus einem hochfesten, gegen die Medien Motorschmieröl, Schmieröladditive, Motortreibstoffe, Treibstoffverbrennungsprodukte und Verschleißprodukte beständigen und für die üblichen Motoröltemperaturen geeigneten Kunststoff besteht und dass der Kunststoff spanabhebend bearbeitbar ist.On-off valve ( 1 ) with two or more connections and two switching positions is designed as a seat valve and has to actuate the means for switching the fluid flows an electromagnet ( 2 ), wherein the means for switching the fluid flows inside a valve sleeve ( 3 ), which are separated from a mounting hole ( 4 ) is at least partially included and together with the mounting hole a plurality of gap seals ( 5 ) forms characterized in that the valve sleeve consists of a high-strength, against the media engine lubricating oil, lubricating oil additives, engine fuels, fuel combustion products and wear products resistant and suitable for the usual engine oil temperatures plastic and that the plastic is machinable. Schaltventil nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilhülse beim Urformen im Bereich des dichtenden Außendurchmessers (6) mit ausreichender Genauigkeit für die Dichtfunktion und für die Erfordernisse der Montage hergestellt ist.Switching valve according to claim 1, characterized in that the valve sleeve during prototyping in the region of the sealing outer diameter ( 6 ) is manufactured with sufficient accuracy for the sealing function and for the requirements of the assembly. Schaltventil nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilhülse beim Urformen im Bereich des dichtenden Außendurchmessers (6) mit Übermaß hergestellt ist und bei einer anschließenden spanabhebenden Bearbeitung auf das zur Montage und zur ausreichenden Abdichtung erforderliche Maß gebracht ist.Switching valve according to claim 1, characterized in that the valve sleeve during prototyping in the region of the sealing outer diameter ( 6 ) is manufactured with oversize and is brought in a subsequent machining to the required level for installation and sufficient sealing. Schaltventil nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff der Ventilhülse (3) schweißbar ist und dass mindestens ein Einbauteil (7) mindestens teilweise in die Ventilhülse eingeschoben und mit der Ventilhülse verschweißt ist.Switching valve according to claim 1, characterized in that the plastic of the valve sleeve ( 3 ) is weldable and that at least one built-in part ( 7 ) is at least partially inserted into the valve sleeve and welded to the valve sleeve. Schaltventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilhülse aus einem mit 40% Glasfaser verstärktem PPS besteht.Switching valve according to one of claims 1 to 4, characterized in that the valve sleeve consists of a reinforced with 40% glass fiber PPS. Schaltventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff der Ventilhülse bei der Temperatur von 23°C eine Bruchfestigkeit von mehr als 190 MPa aufweist.Switching valve according to one of claims 1 to 5, characterized in that the plastic of the valve sleeve at the temperature of 23 ° C has a breaking strength of more than 190 MPa. Schaltventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff der Ventilhülse bei der Temperatur von 150°C eine Bruchfestigkeit von mehr als 60 MPa aufweist.Switching valve according to one of claims 1 to 6, characterized in that the plastic of the valve sleeve at the temperature of 150 ° C has a breaking strength of more than 60 MPa. Schaltventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff der Ventilhülse eine Härte aufweist, die ihm die Eignung als Dichtsitz für das Schalten von Fluidströmen mit geringem Druck verleiht, wobei die Härte nach Rockwell M bei 23°C zwischen 95 und 105 liegt.Switching valve according to one of claims 1 to 7, characterized in that the plastic of the valve sleeve has a hardness that gives it the suitability as a sealing seat for switching fluid flows with low pressure, the hardness of Rockwell M at 23 ° C between 95 and 105 lies. Schaltventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff der Ventilhülse sich durch eine sehr geringe Wasseraufnahme auszeichnet, beispielsweise weniger als 0,025% bei 23°C.Switching valve according to one of claims 1 to 8, characterized in that the plastic of the valve sleeve is characterized by a very low water absorption, for example, less than 0.025% at 23 ° C. Schaltventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass um mindestens einen Dichtsitz (8) im Inneren des Ventils eine Ausnehmung (9) angeordnet ist.Switching valve according to one of claims 1 to 9, characterized in that around at least one sealing seat ( 8th ) in the interior of the valve has a recess ( 9 ) is arranged. Verfahren zur Herstellung einer Ventilhülse (3) eines Schaltventils (1) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilhülse aus einem hochfesten und besonders gegen die Medien Motorschmieröl, Schmieröladditive, Motortreibstoffe, Treibstoffverbrennungsprodukte und Verschleißprodukte beständigen Kunststoff urformend hergestellt und danach spangebend am Außendurchmesser (6) bearbeitet wird und danach mit mindestens einem Einbauteil (7) versehen wird, das mindestens teilweise in die Ventilhülse eingeschoben und mit ihr verschweißt wird.Method for producing a valve sleeve ( 3 ) of a switching valve ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the valve sleeve made of a high-strength and especially against the media engine lubricating oil, lubricating oil additives, motor fuels, fuel combustion products and wear products resistant plastic urformend and then cutting the outer diameter ( 6 ) and then with at least one built-in part ( 7 ) is provided, which is at least partially inserted into the valve sleeve and welded to it.
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