DE102012010140A1

DE102012010140A1 - Elektrisches Schubumiuftventil

Info

Publication number: DE102012010140A1
Application number: DE102012010140A
Authority: DE
Inventors: Jörg Bittner
Original assignee: Eagle Actuator Components GmbH and Co KG
Current assignee: Eagle Actuator Components GmbH and Co KG
Priority date: 2012-05-24
Filing date: 2012-05-24
Publication date: 2013-11-28
Also published as: US20130313455A1

Abstract

Ein Ventil (1, 1') zur Verwendung in einem Turbolader eines Kraftfahrzeugs, umfassend ein Gehäuse (2, 2'), einen beweglichen Ventilkörper (3) und eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung (4), wobei an einem Ende des beweglichen Ventilkörpers (3) eine Dichteinrichtung (5, 5') angeordnet ist, um auf einem Dichtsitz (6) dichtend aufzusitzen, wobei die elektromagnetische Betätigungseinrichtung (4) den Ventilkörper (3) bewegt und wobei an der Dichteinrichtung (5, 5') ein Radialdichtbereich (7, 7') vorgesehen ist, welcher an einer inneren Wandung (9, 9') des Gehäuses (2, 2') anlegbar ist, ist im Hinblick auf die Aufgabe, ein Ventil zu realisieren, dessen Dichteinrichtung bei betriebstauglicher Bauweise problemlos eine Öffnung mit relativ großem Durchmesser abdichten kann, dadurch gekennzeichnet, dass der Radialdichtbereich (7, 7') und die Dichteinrichtung (5, 5') einstückig und materialeinheitlich ausgebildet sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Ventil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ventile mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 sind bereits bekannt. Die Ventile des Stands der Technik weisen Dichteinrichtungen auf, denen Radialdichtringe zugeordnet sind, welche gemeinsam mit der Dichteinrichtung bewegbar sind.
Ein solcher Radialdichtring ist derart elastisch ausgebildet, dass er nahezu unabhängig von der Geometrie einer inneren Wandung ein problemloses Gleiten an dieser ohne allzu hohe Anpresskräfte sicher stellen kann.
Bei den bekannten Ventilen ist nachteilig, dass der Radialdichtring separat gefertigt und an die Abmessungen der Dichteinrichtung angepasst werden muss. Es ist weiter nachteilig, dass sich der Radialdichtring im Betrieb von der Dichteinrichtung lösen kann.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Ventil zu realisieren, dessen Dichteinrichtung bei betriebstauglicher Bauweise problemlos eine Öffnung mit relativ großem Durchmesser abdichten kann.
Die vorliegende Erfindung löst die zuvor genannte Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1.
Ein erfindungsgemäßes Ventil zur Verwendung in einem Turbolader eines Kraftfahrzeugs umfasst ein Gehäuse, einen beweglichen Ventilkörper und eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung, wobei an einem Ende des beweglichen Ventilkörpers eine Dichteinrichtung angeordnet ist, um auf einem Dichtsitz dichtend aufzusitzen, wobei die elektromagnetische Betätigungseinrichtung den Ventilkörper bewegt und wobei an der Dichteinrichtung ein Radialdichtbereich vorgesehen ist, welcher an einer inneren Wandung des Gehäuses anlegbar ist.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Radialdichtbereich und die Dichteinrichtung einstückig und materialeinheitlich ausgebildet sind.
Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass hierdurch aufwendige Fertigungsschritte eingespart werden können, da kein separates Dichtbauteil an der Dichteinrichtung angeordnet werden muss. Weiter ist erkannt worden, dass hierdurch eine fluiddichte Trennung zweier Fluidleitungen nahezu unabhängig von der gesamten Umfangsfläche der Dichteinrichtung realisierbar ist. Die Dichteinrichtung kann bereichsweise in radialer Richtung sehr eng gebaut sein, wobei dennoch eine gute Abdichtung ermöglicht ist. Insbesondere kann die Dichteinrichtung einen Mittelteil aufweisen, der gegenüber dem Ende, an welchem der Radialdichtbereich ausgebildet ist, und gegenüber dem Ende, welches dem Dichtsitz zugewandt ist, stark eingeschnürt ist. Die Dichteinrichtung kann an ihrem dem Dichtsitz zugewandten Ende in radialer Richtung sehr weit auskragen, wobei ein Mittelteil sehr schmal gebaut ist und wobei sich der Radialdichtbereich geeignet an die innere Wandung des Gehäuses anschmiegt. Insoweit ist ein Ventil realisiert, dessen Dichteinrichtung bei betriebstauglicher Bauweise problemlos eine Öffnung mit relativ großem Durchmesser abdichten kann.
Folglich ist die eingangs genannte Aufgabe gelöst.
Der Radialdichtbereich und die Dichteinrichtung könnten aus Polytetrafluorethylen (PTFE) gefertigt sein. Dieser Werkstoff lässt sich problemlos bearbeiten, weist eine gute chemische Beständigkeit auf und zeigt sehr gute Gleiteigenschaften.
Die innere Wandung des Gehäuses könnte einen ersten zylindrischen Abschnitt mit einem ersten Innendurchmesser aufweisen, der von einem zweiten zylindrischen Abschnitt mit einem größeren, zweiten Innendurchmesser durch eine Stufe in Axialrichtung abgesetzt oder getrennt ist. Hierdurch kann die Anpresskraft des Radialdichtbereichs an die innere Wandung sehr rasch erheblich reduziert werden.
Eine allmähliche Reduktion der Anpresskraft, wie sie durch den Stand der Technik gemäß EP 1 941 138 B1 gelehrt ist, wird vorteilhaft gerade nicht realisiert. Hier wird die elektromagnetische Betätigungseinrichtung während eines längeren Verfahrwegs nicht überlastet, sondern schlagartig von der zu überwindenden Anpresskraft des Radialdichtbereichs befreit.
Der Radialdichtbereich könnte eine umlaufende Dichtlippe aufweisen, die gleitend am ersten zylindrischen Abschnitt anliegt. Hierdurch ist eine zuverlässige Abdichtung zweier Fluidleitungen möglich.
Am freien Ende der Dichteinrichtung könnte ein Dichtelement ausgebildet oder angeordnet sein, welches in radialer Richtung glockenartig auskragt. Durch das glockenartige oder kelchartige Auskragen ist eine relativ große Öffnung einer Fluidleitung abdichtbar, ohne den mittleren oder weitere Teile der Dichteinrichtung ähnlich weit radial auskragend auszugestalten.
Vor diesem Hintergrund könnte am freien Ende der Dichteinrichtung ein Dichtelement ausgebildet oder angeordnet sein, welches eine radial auskragende Anpresslippe zur Auflage auf dem Dichtsitz aufweist. Die Anpresslippe bildet vorzugsweise einen Kelch oder eine Glockenform aus. Eine Anpresslippe ist vorteilhaft geringförmig deformierbar und kann daher Unebenheiten an einer Auflagefläche am Dichtsitz ausgleichen.
Die Dichteinrichtung könnte eine Einschnürung zwischen Anpresslippe und Radialdichtbereich aufweisen, deren Außendurchmesser um 5–9%, bevorzugt um 10–19%, weiter bevorzugt um 20–39% und besonders bevorzugt um 40–80% gegenüber dem maximalen Außendurchmesser der Anpresslippe verringert ist. Eine Verringerung um 5–9% bewirkt eine mäßige Verschlankung der Dichteinrichtung. Eine Verringerung um 10–19% bewirkt eine relativ deutliche Verschlankung der Dichteinrichtung. Eine Verringerung um 20–39% bewirkt eine starke Verschlankung der Dichteinrichtung und eine Verringerung um 40–80% bewirkt eine sehr starke Verschlankung der Dichteinrichtung. Vorteilhaft wird der Grad der Einschnürung derart gewählt, dass bei baulich bedingter Kompaktheit der Dichteinrichtung in dieser noch geeignet weite Strömungsdurchgänge vorgesehen werden können, um das Ventil problemlos und genügend schnell öffnen zu können.
Vor diesem Hintergrund könnte das Dichtelement mit Strömungsdurchgängen versehen sein, welche einen Durchtritt eines Fluides zur Herstellung eines Druckausgleichs zwischen der dem Dichtsitz zugewandten und der dem Dichtsitz abgewandten Seite des Dichtelements erlauben. Durch die Strömungsdurchgänge ist eine Anpressung der Dichteinrichtung auf den Dichtsitz ermöglicht, die entweder ausschließlich oder nahezu durch eine Federkraft bewirkt wird. Der Fluiddruck auf die dem Dichtsitz zugewandte und der Fluiddruck auf die dem Dichtsitz abgewandte Seite des Dichtelements sind vorteilhaft identisch oder nahezu identisch. So kann ein druckkompensiertes oder nahezu vollständig druckkompensiertes Ventil erzeugt werden.
Es könnte ein Adapterelement vorgesehen sein, welches am Ventilkörper befestigt ist, wobei das Adapterelement die Dichteinrichtung trägt. Hierbei ist vorteilhaft, dass die Dichteinrichtung aus einem relativ flexiblen Material gefertigt werden kann. Die Hauptlast im Einsatz kann so vom Adapterelement getragen werden, wobei die Dichteinrichtung lediglich Dichtzwecke erfüllen kann.
Die innere Wandung des Gehäuses könnte einstückig und materialeinheitlich mit einem Umspritzmantel des Gehäuses ausgebildet sein. Hierdurch kann ein teilearmer Aufbau realisiert werden. Es ist kein weiteres Gehäuseteil notwendig, welches an ein bestehendes Gehäuse angeclipst werden muss.
Die innere Wandung des Gehäuses könnte als Austauschteil ausgebildet sein, welches zwischen einem Maschinenblock und der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung anordenbar ist. Ein Austauschteil erlaubt, unterschiedliche elektromagnetische Betätigungseinrichtungen mit unterschiedlichen Dichteinrichtungen zu kombinieren. Eine Dichteinrichtung kann auf einen Ventilkörper montiert werden, der Bestandteil einer elektromagnetischen Betätigungseinrichtung ist. Im Anschluss daran kann die innere Wandung des Gehäuses derart gewählt werden, dass das gesamte Ventil auf einen Maschinenblock aufsetzbar ist.
Vor diesem Hintergrund könnte eine Anordnung einen Maschinenblock und ein Ventil der hier beschriebenen Art umfassen, wobei im Maschinenblock eine erste Fluidleitung und eine zweite Fluidleitung ausgebildet sind, welche durch das Ventil voneinander trennbar und miteinander fluidleitend verbindbar sind. Der Maschinenblock kann vorteilhaft Teil eines Turboladers eines Kraftfahrzeugs sein. Es ist jedoch auch denkbar, dass der Maschinenblock Teil eines anderen Aggregats ist, welches zwei voneinander zu trennende Fluidleitungen aufweist.
Die erste Fluidleitung könnte von einem Dichtsitz umgeben sein, an den die Dichteinrichtung dichtend anlegbar ist. Der Dichtsitz weist hierzu bevorzugt eine Anlagefläche auf.
Die Dichteinrichtung könnte im unbestromten Zustand der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung durch eine Federkraft belastet auf dem Dichtsitz anliegen. Eine Feder kann zuverlässig und unabhängig von den Drücken in den Fluidleitungen eine dichtende Anlage sicherstellen.
In der Zeichnung zeigen
1 eine Schnittansicht einer Anordnung eines Ventils in einem Kraftfahrzeug,
2 den strichliert dargestellten, rechteckigen Ausschnitt Z gemäß 1 in einer vergrößerten Darstellung,
3 eine Darstellung einer konkreten Dimensionierung einer Dichteinrichtung und eines Dichtelementes und
4 eine Schnittansicht einer Anordnung eines weiteren Ventils in einem Kraftfahrzeug, wobei am Ventilkörper ein Adapterelement befestigt ist, welches die Dichteinrichtung trägt, wobei das Adapterelement mit der Dichteinrichtung verclipst ist.
1 zeigt ein Ventil 1 zur Verwendung in einem Turbolader eines Kraftfahrzeugs, umfassend ein Gehäuse 2, einen beweglichen Ventilkörper 3 und eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung 4, wobei an einem Ende des beweglichen Ventilkörpers 3 eine Dichteinrichtung 5 angeordnet ist, um auf einem Dichtsitz 6 dichtend aufzusitzen, wobei die elektromagnetische Betätigungseinrichtung 4 den Ventilkörper 3 bewegt und wobei an der Dichteinrichtung 5 ein Radialdichtbereich 7 vorgesehen ist, welcher an einer inneren Wandung 9 des Gehäuses 2 anlegbar ist bzw. anliegt.
Der Radialdichtbereich 7 und die Dichteinrichtung 5 sind einstückig und materialeinheitlich ausgebildet. Der Radialdichtbereich 7 ist aus der Dichteinrichtung 5 herausgebildet:
Der Radialdichtbereich 7 und die Dichteinrichtung 5 sind aus Polytetrafluorethylen (PTFE) gefertigt.
2 zeigt, dass die innere Wandung 9 des Gehäuses 2 einen ersten zylindrischen Abschnitt 10 mit einem ersten Innendurchmesser aufweist, der von einem zweiten zylindrischen Abschnitt 11 mit einem größeren, zweiten Innendurchmesser durch eine Stufe 12 in Axialrichtung abgesetzt oder getrennt ist.
Der Radialdichtbereich 7 weist eine umlaufende Dichtlippe 13 auf, die gleitend am ersten zylindrischen Abschnitt 10 anliegt. Die Dichtlippe 13 ist aus PTFE gefertigt.
1 zeigt, dass am freien Ende der Dichteinrichtung 5 ein Dichtelement 14 ausgebildet oder angeordnet ist, welches in radialer Richtung glockenartig auskragt. Das Dichtelement 14 ist aus der Dichteinrichtung 5 herausgebildet und materialeinheitlich und einstückig mit dieser ausgebildet. Es ist ebenfalls aus PTFE gefertigt.
Am freien Ende der Dichteinrichtung 5 ist ein Dichtelement 14 ausgebildet oder angeordnet, welches eine radial auskragende Anpresslippe 15 zur Auflage auf dem Dichtsitz 6 aufweist.
Das Dichtelement 14 ist mit Strömungsdurchgängen 16 versehen, welche einen Durchtritt eines Fluides zur Herstellung eines Druckausgleichs zwischen der dem Dichtsitz 6 zugewandten und der dem Dichtsitz 6 abgewandten Seite des Dichtelements 14 erlauben.
Das Dichtelement 14 ist einstückig und integral mit der Dichteinrichtung 5 ausgebildet. Die Dichteinrichtung 5 ist an einem Kugelkopf 17 des Ventilkörpers 3 formschlüssig befestigt, vorzugsweise mit dem Kugelkopf 17 verrastet oder verclipst.
3 zeigt eine konkrete Dimensionierung einer Dichteinrichtung 5, wobei die Durchmesser (Ø) in mm angegeben sind. 3 zeigt konkret, dass die Anpresslippe 15 an ihrer breitesten Stelle einen Außendurchmesser von 25,6 mm zeigt, wobei die Dichteinrichtung 5 an ihrer schmalsten Stelle, hier der Einschnürung 22, einen Außendurchmesser von 18,65 mm zeigt. Insoweit weist die Dichteinrichtung 5 eine Einschnürung 15 oberhalb der glockenartig auskragenden Anpresslippe 15 auf, die einen Außendurchmesser zeigt, der 72% des Wertes des Außendurchmessers der Anpresslippe 15 an ihrer breitesten Stelle beträgt. Folglich weist die Dichteinrichtung 5 eine Einschnürung 22 zwischen Anpresslippe 15 und Radialdichtbereich 7 auf, deren Außendurchmesser 20–39% gegenüber dem maximalen Außendurchmesser der Anpresslippe 15 verringert ist.
1 zeigt eine Anordnung, die einen Maschinenblock 18 und ein Ventil 1 der zuvor beschriebenen Art umfasst, wobei im Maschinenblock 18 eine erste Fluidleitung 19 und eine zweite Fluidleitung 20 ausgebildet sind, welche durch das Ventil 1, nämlich durch die Dichteinrichtung 5, voneinander trennbar und miteinander fluidleitend verbindbar sind.
Die erste Fluidleitung 19 ist von einem Dichtsitz 6 umgeben, an den die Dichteinrichtung 5 dichtend anlegbar ist. Dabei liegt die Anpresslippe 15 auf einer Anlagefläche des Dichtsitzes 6 auf.
Die Dichteinrichtung 5 liegt im unbestromten Zustand der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung 4 durch eine Federkraft belastet auf dem Dichtsitz 6 auf. Die elektromagnetische Betätigungseinrichtung 4 weist eine Spule 21 auf, welche eine Kraft erzeugt, die einen Anker, nämlich den Ventilkörper 3, gegen eine Federkraft in axialer Richtung vom Dichtsitz 6 wegbewegt. Sobald die Dichteinrichtung 5 vom Dichtsitz 6 abhebt, werden die erste Fluidleitung 19 und die zweite Fluidleitung 20 miteinander fluidleitend verbunden.
Die innere Wandung 9 des Gehäuses 2 ist als Austauschteil ausgebildet, welches zwischen Maschinenblock 18 und elektromagnetischer Betätigungseinrichtung 4 anordenbar ist. Dies ist in 2 dargestellt.
4 zeigt ein weiteres Ventil 1' zur Verwendung in einem Turbolader eines Kraftfahrzeugs, umfassend ein Gehäuse 2, einen beweglichen Ventilkörper 3 und eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung 4, wobei an einem Ende des beweglichen Ventilkörpers 3 eine Dichteinrichtung 5' angeordnet ist, um auf einem Dichtsitz 6 dichtend aufzusitzen, wobei die elektromagnetische Betätigungseinrichtung 4 den Ventilkörper 3 bewegt und wobei an der Dichteinrichtung 5' ein Radialdichtbereich 7' vorgesehen ist, welcher an einer inneren Wandung 9' des Gehäuses 2' anlegbar ist bzw. anliegt.
Der Radialdichtbereich 7' und die Dichteinrichtung 5' sind einstückig und materialeinheitlich ausgebildet. Der Radialdichtbereich 7' ist aus der Dichteinrichtung 5' herausgebildet.
Es ist ein Adapterelement 23 vorgesehen, welches am Ventilkörper 3 befestigt ist, wobei das Adapterelement 23 die Dichteinrichtung 5' trägt.
Die innere Wandung 9' des Gehäuses 2' ist einstückig und materialeinheitlich mit einem Umspritzmantel 24' des Gehäuses 2' ausgebildet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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.
Zitierte Patentliteratur

EP 1941138 B1 [0013]

Claims

Ventil (1, 1') zur Verwendung in einem Turbolader eines Kraftfahrzeugs, umfassend ein Gehäuse (2, 2'), einen beweglichen Ventilkörper (3) und eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung (4), wobei an einem Ende des beweglichen Ventilkörpers (3) eine Dichteinrichtung (5, 5') angeordnet ist, um auf einem Dichtsitz (6) dichtend aufzusitzen, wobei die elektromagnetische Betätigungseinrichtung (4) den Ventilkörper (3) bewegt und wobei an der Dichteinrichtung (5, 5') ein Radialdichtbereich (7, 7') vorgesehen ist, welcher an einer inneren Wandung (9, 9') des Gehäuses (2, 2') anlegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Radialdichtbereich (7, 7') und die Dichteinrichtung (5, 5') einstückig und materialeinheitlich ausgebildet sind.
Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Radialdichtbereich (7, 7') und die Dichteinrichtung (5, 5') aus Polytetrafluorethylen gefertigt sind.
Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Wandung (9, 9') des Gehäuses (2, 2') einen ersten zylindrischen Abschnitt (10) mit einem ersten Innendurchmesser aufweist, der von einem zweiten zylindrischen Abschnitt (11) mit einem größeren, zweiten Innendurchmesser durch eine Stufe (12) in Axialrichtung abgesetzt oder getrennt ist.
Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Radialdichtbereich (7, 7') eine umlaufende Dichtlippe (13) aufweist, die gleitend am ersten zylindrischen Abschnitt (10) anliegt.
Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass am freien Ende der Dichteinrichtung (5, 5') ein Dichtelement (14) ausgebildet oder angeordnet ist, welches in radialer Richtung glockenartig auskragt.
Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass am freien Ende der Dichteinrichtung (5, 5') ein Dichtelement (14) ausgebildet oder angeordnet ist, welches eine radial auskragende Anpresslippe (15) zur Auflage auf dem Dichtsitz (6) aufweist.
Ventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichteinrichtung (5, 5') eine Einschnürung (22) zwischen Anpresslippe (15) und Radialdichtbereich (7, 7') aufweist, deren Außendurchmesser um 5–9%, bevorzugt um 10–19%, weiter bevorzugt um 20–39% und besonders bevorzugt um 40–80% gegenüber dem maximalen Außendurchmesser der Anpresslippe (15) verringert ist.
Ventil nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (14) mit Strömungsdurchgängen (16) versehen ist, welche einen Durchtritt eines Fluides zur Herstellung eines Druckausgleichs zwischen der dem Dichtsitz (6) zugewandten und der dem Dichtsitz (6) abgewandten Seite des Dichtelements (14) erlauben.
Ventil nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Adapterelement (23) vorgesehen ist, welches am Ventilkörper (3) befestigt ist, wobei das Adapterelement (23) die Dichteinrichtung (5') trägt.
Ventil nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Wandung (9') des Gehäuses (2') einstückig und materialeinheitlich mit einem Umspritzmantel (24') des Gehäuses (2') ausgebildet ist.
Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Wandung (9) des Gehäuses (2) als Austauschteil ausgebildet ist, welches zwischen einem Maschinenblock (18) und der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung (4) anordenbar ist.
Anordnung, umfassend einen Maschinenblock (18) und ein Ventil (1, 1') nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei im Maschinenblock (18) eine erste Fluidleitung (19) und eine zweite Fluidleitung (20) ausgebildet sind, welche durch das Ventil (1, 1') voneinander trennbar und miteinander fluidleitend verbindbar sind.
Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Fluidleitung (19) von einem Dichtsitz (6) umgeben ist, an den die Dichteinrichtung (5, 5') dichtend anlegbar ist.
Anordnung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichteinrichtung (5, 5') im unbestromten Zustand der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung (4) durch eine Federkraft belastet auf dem Dichtsitz (6) anliegt.