DE102013114058A1

DE102013114058A1 - Heißgasventil

Info

Publication number: DE102013114058A1
Application number: DE102013114058.0A
Authority: DE
Inventors: Thy Nguyen; Thomas Digel
Original assignee: BorgWarner Esslingen GmbH
Current assignee: BorgWarner Esslingen GmbH
Priority date: 2013-12-16
Filing date: 2013-12-16
Publication date: 2015-06-18

Abstract

Ein Heißgasventil, vorzugsweise in Form eines AGR-Ventils, weist ein Gehäuse (12) auf, in dem ein gasführender Ventilraum (14) gebildet ist, und in dem ein nicht gasführender Antriebsraum (16) gebildet ist, mit einem Ventilschaft (18), der im Gehäuse (12) beweglich gelagert ist und von dem ein Ventilglied (20) antreibbar ist, das mit einem Ventilsitz im Ventilraum (14) zusammenwirkt, mit einem Antriebsmechanismus (28) innerhalb des Antriebsraums (16) zum Antrieb des Ventilschafts (18), und mit einer Dichtung (23) zwischen dem Ventilraum (14) und dem Antriebsraum (16), dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (23) zumindest ein bisphenolisch vernetztes Dichtungselement (26) und zumindest ein peroxidisch vernetztes Dichtungselement (24) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Heißgasventil, mit einem Gehäuse, in dem ein gasführender Ventilraum gebildet ist und in dem ein nicht gasführender Antriebsraum gebildet ist, mit einem Ventilschaft, der im Gehäuse beweglich gelagert ist und von dem ein Ventilglied antreibbar ist, das mit einem Ventilsitz im Ventilraum zusammenwirkt, mit einem Antriebsmechanismus innerhalb des Antriebsraums zum Antrieb des Ventilschafts, und mit einer Dichtung zwischen dem Ventilraum und dem Antriebsraum.
Derartige Heißgasventile sind insbesondere als Abgasrückführventile (AGR-Ventile) für Kraftfahrzeuge im Stand der Technik bekannt.
Hierbei strömen die heißen Abgase durch den Ventilraum, wobei der Gasfluss durch das Ventilglied im Zusammenwirken mit dem Ventilsitz reguliert werden kann. Zum Antrieb des Ventilglieds dient der Ventilschaft, der über einen geeigneten Antrieb innerhalb des Antriebsraums bewegt wird. Da die heißen Gase, die durch den Ventilraum strömen, teilweise mit Partikeln und/oder chemischen Stoffen belastet sind, sollte die Dichtung ein Übertreten von Gasen, Partikeln und anderen chemischen Verunreinigungen aus dem Ventilraum in den Antriebsraum vermeiden, um zu verhindern, dass der Antrieb nach und nach durch Verunreinigungen aus dem Ventilraum beeinträchtigt wird.
Hierzu ist es bekannt, elastomere Dichtungselemente zu verwenden, die entweder bisphenolisch vernetzt sind oder aber peroxidisch vernetzt sind. Bei bisphenolisch vernetzten Elastomeren handelt es sich in der Regel um Fluorkautschuke, bei denen Bisphenol AF und ein quaternäres Phosphoniumsalz als Vernetzerkomponenten eingesetzt werden. Das Ergebnis ist ein Dichtungselement mit sehr guten Leckageeigenschaften bei Tieftemperaturen. Jedoch haben bisphenolisch vernetzte Dichtungen Nachteile bei der Formstabilität bei Säuren mit geringen pH-Werten (pH ≤ 3,0). Das Dichtungselement neigt zum Aufquellen, was zur Leckage führen kann.
Daneben können Fluorkautschuke auch peroxidisch, also durch freie Radikale, vernetzt werden. Voll-vernetzte peroxidische Elastomer-Dichtungselemente sind sehr säurebeständig (das heißt das Material quillt weniger auf). Allerdings ist die Elastizität bei Tieftemperaturen deutlich im Vergleich zu bisphenolisch vernetzten Elastomeren verschlechtert (die Shore-Härte nimmt zu und die Glasübergangstemperatur erhöht sich im Vergleich zu bisphenolisch vernetzten Elastomeren).
Heißgasventile, die insbesondere als Abgasrückführventile in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, müssen gegenüber den im Abgas enthaltenen Säuren beständig sein, und zwar sowohl bei hohen als auch bei tiefen Temperaturen. Die bekannten bisphenolisch vernetzten Dichtungselemente einerseits und die peroxidisch vernetzten Dichtungselemente andererseits erfüllen die erhöhten Anforderungen im Langzeitbetrieb von Abgasrückführventilen nur unzureichend, da entweder eine ausreichende Säurebeständigkeit gegeben ist oder alternativ eine ausreichende Temperaturbeständigkeit gegeben ist, jedoch beide Eigenschaften in Kombination nicht erzielbar sind.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Heißgasventil zu schaffen, das insbesondere als Abgasrückführventil bei Kraftfahrzeugen einsetzbar ist und das gleichzeitig eine hohe Temperaturbeständigkeit und eine hohe Säurebeständigkeit aufweist.
Diese Aufgabe wird bei einem Heißgasventil gemäß der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Dichtung zumindest ein bisphenolisch vernetztes Dichtungselement und zumindest ein peroxidisch vernetztes Dichtungselement aufweist.
Die Aufgabe der Erfindung wird auf diese Weise vollkommen gelöst.
Durch die Kombination mindestens eines bisphenolisch vernetzten Dichtungselementes mit mindestens einem peroxidisch vernetzten Dichtungselement wird ein Heißgasventil mit einem Dichtungselement bereitgestellt, das sowohl eine gute Temperaturbeständigkeit als auch eine gute Säurebeständigkeit aufweist. Das erfindungsgemäße Heißgasventil weist somit auch bei den unterschiedlichsten Einsatzparametern eine gute Temperaturbeständigkeit (bei hohen als auch bei tiefen Temperaturen) auf, und zwar in Kombination mit einer hohen Säurebeständigkeit.
Wie vorstehend bereits erwähnt, ist das Heißgasventil bevorzugt als Abgasrückführventil ausgebildet.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Ventilschaft als Ventilstößel ausgebildet, der im Gehäuse in Axialrichtung beweglich gelagert ist. In diesem Fall ist das Heißgasventil als Tellerventil ausgebildet.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist der Ventilschaft als Ventilwelle ausgebildet, die drehbeweglich im Gehäuse gelagert ist.
Auch bei einer derartigen Ausführungsform ist die Kombination mindestens eines peroxidisch vernetzten Dichtungselementes mit mindestens einem bisphenolisch vernetzten Dichtungselement vorteilhaft verwendbar, um ein Heißgasventil mit einer Dichtung bereitzustellen, die eine gute Temperaturbeständigkeit in Kombination mit einer guten Säurebeständigkeit aufweist.
Gemäß einer ersten Variante der Erfindung sind das mindestens eine bisphenolisch vernetzte Dichtungselement und das mindestens eine peroxidisch vernetzte Dichtungselement als Dichtringe, insbesondere als Wellendichtringe, ausgebildet.
In alternativer Ausführung können das mindestens eine bisphenolisch vernetzte Dichtungselement und das mindestens eine peroxidisch vernetzte Dichtungselement als Dichtlippen an einem Dichtring ausgebildet sein.
Die Dichtung ist in einer weiteren Ausführung der Erfindung als Radialwellendichtung ausgeführt.
In weiter bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist das mindestens eine bisphenolisch vernetzte Dichtungselement auf der dem Antriebsraum zugewandten Seite angeordnet, während das mindestens eine peroxidisch vernetzte Dichtungselement auf der dem Ventilraum zugewandten Seite angeordnet ist.
Das mindestens eine peroxidisch vernetzte Dichtungselement stellt somit die erste Barriere gegenüber den Auswirkungen der durch den Ventilraum geführten Abgase bereit und verhindert einen Ausfall der Dichtung durch im Abgas enthaltene Säuren. Dagegen sorgt das mindestens eine bisphenolisch vernetzte Dichtungselement dafür, dass auch bei tiefen Temperaturen noch etwaige Abgasreste sicher abgedichtet werden können. Das Heißgasventil besitzt also auch ausreichende Dichteigenschaften im niedrigen Temperaturbereich, so dass das Kaltstartverhalten des Heißgasventils bzw. Abgasrückführventils ausreichend gut ist.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Dichtung mindestens zwei bisphenolisch vernetzte oder mindestens zwei peroxidisch vernetzte Dichtungselemente auf.
Durch die Verwendung weiterer bisphenolisch vernetzter oder peroxidisch vernetzter Dichtungselemente kann die Abdichtung noch weiter verbessert werden. Hierbei sind vorzugsweise jeweils abwechselnd ein bisphenolisch vernetztes und ein peroxidisch vernetztes Dichtungselement angeordnet.
Soweit die verschiedenen entweder bisphenolisch oder peroxidisch vernetzten Dichtungselemente als einander benachbarte Dichtungselemente bzw. Wellendichtringe vorgesehen sind, ist der Abstand zwischen jeweils einem benachbarten peroxidisch vernetzten Dichtungselement und einem bisphenolisch vernetzten Dichtungselement so gering wie möglich zu halten, vorzugsweise geringer als die doppelte Erstreckung eines Dichtungselementes in Axialrichtung, vorzugsweise geringer als die einfache Erstreckung eines Dichtungselementes in Axialrichtung.
Auf diese Weise ist die kombinierte Dichtwirkung der beiden Dichtungselemente besonders gut.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
1 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Heißgasventil am Beispiel eines mechanisch angetriebenen AGR-Ventils und
2 einen Schnitt durch eine alternative Ausführung eines erfindungsgemäßen AGR-Ventils mit einem elektromagnetischen Antrieb und mit einzelnen voneinander beabstandeten Dichtungselementen in Form von Wellendichtringen.
In 1 ist eine erste Ausführung eines erfindungsgemäßen Heißgasventils am Beispiel eines AGR-Ventils dargestellt und insgesamt mit der Ziffer 10 bezeichnet.
Das Heißgasventil 10 weist ein Gehäuse 12 auf, in dem ein gasführender Ventilraum 14 und ein davon getrennter, nicht gasführender Antriebsraum 16 gebildet sind. Im Gehäuse 12 ist ein Ventilschaft 18 in Axialrichtung beweglich gelagert. Auf der Seite des Ventilraums 14 ist am Ende des Ventilschaftes 18 ein Ventilglied 20 in Form eines Ventiltellers befestigt, der mit einem Ventilsitz 22 zusammenwirkt. Durch eine entsprechende Axialverschiebung des Ventilschaftes 18 kann also der Gasdurchtritt zwischen dem Ventilraum 14 und der äußeren Umgebung des Ventilglieds 20 reguliert werden.
Zum Antrieb des Ventilschaftes 18 dient ein insgesamt mit 28 bezeichneter Antrieb, der eine Bewegung des Ventilschaftes 18 von der Seite des Antriebsraums 16 aus bewirkt. Der Ventilschaft 18 ragt mit seinem antriebsraumseitigen Ende aus dem Gehäuse 12 in den Antriebsraum 16 hinein und weist an seinem Ende einen Nocken 38 auf, der mit einer Kurvenscheibe 34 zusammenwirkt. Die Kurvenscheibe 34 weist eine erste Steuerkurve 35 und eine zweite Steuerkurve 36 auf, zwischen denen der Nocken 38 geführt ist. Die Kurvenscheibe 34 ist an einer Antriebswelle 40 befestigt, die sich senkrecht zum Ventilschaft 18 erstreckt. Die Verschwenkung der Kurvenscheibe 34 mittels der Antriebswelle 40 erfolgt mittels eines mit 30 angedeuteten Motors, der über ein Getriebe 32 in nicht näher bezeichneter Weise mit der Antriebswelle 40 gekoppelt ist.
Zur Abdichtung des Antriebsraums 16 gegenüber dem Ventilraum 14 ist eine insgesamt mit 23 bezeichnete Dichtung vorgesehen, die einen Gasübertritt aus dem abgasführenden Ventilraum 14 in den nicht mit Abgas beaufschlagten Antriebsraum 16 verhindert.
Die Dichtung 23 ist als Kombinationsdichtung mit zwei Dichtlippen 24, 26 ausgebildet und dichtet als Wellendichtring unmittelbar mit der Oberfläche des Ventilschaftes 18 ab. Die dem Ventilraum 14 am nächsten zugewandte Dichtlippe 24 besteht aus einem peroxidisch vernetzten elastomeren Material, während die zweite, dem Antriebsraum 16 zugewandte Dichtlippe 26 aus einem bisphenolisch vernetzten elastomeren Dichtungsmaterial besteht.
Die Dichtlippe 24 aus peroxidisch vernetztem elastomeren Dichtungsmaterial bewirkt die notwendige Beständigkeit der Dichtung 23 im normalen Betrieb gegenüber den säurehaltigen Abgasen, die durch den Ventilraum 14 strömen. Dagegen bewirkt die aus bisphenolisch vernetztem Elastomer bestehende Dichtlippe 26 auch bei tiefen Temperaturen eine gute Abdichtung zwischen Antriebsraum 16 und Ventilraum 14 (Kaltstartverhalten).
Die Dichtung 23 ist als Radialwellendichtung ausgeführt. Die Dichtlippen 24, 26 liegen am Ventilschaft 18 an und dienen der dynamischen Abdichtung gegenüber dem Ventilschaft 18. Außen liegen die Dichtlippen 24, 26 jeweils mit einem äußeren Dichtring in der zugeordneten Gehäuseausnehmung an, was die statische Abdichtung gegenüber dem Gehäuse 12 bewirkt. Im Allgemeinen ist noch jeweils ein Stützring aus Metall eingeschlossen, der ein Verpressen der Dichtung im Gehäuse 12 bewirkt.
2 zeigt eine abgewandelte Ausführung eines insgesamt mit 10a bezeichneten Heißgasventils, das gleichfalls als AGR-Ventil ausgebildet ist. Auch hierbei bewirkt die Dichtung 23 eine Abdichtung zwischen dem Antriebsraum 16 und dem gasführenden Ventilraum 14 (nicht näher dargestellt). Für entsprechende Teile werden hierbei entsprechende Bezugsziffern verwendet.
Zur Bewegung des Ventilschafts 18 in Axialrichtung ist der Ventilantrieb 28 innerhalb des Antriebsraums 16 mit einem elektromagnetischen Antrieb versehen, der mit einem Federelement 46 als Rückstellfeder zusammenwirkt.
Der Ventilschaft 18 ist mittels zweier Dichtringe 24, 26, die durch einen Distanzring 42 voneinander getrennt sind, gegenüber dem Gehäuse 12 abgedichtet. Der dem Ventilraum 14 zugewandte Dichtring 24 besteht aus einem peroxidisch vernetzten elastomeren Dichtungsmaterial, und der dem Antriebsraum 16 zugewandte Dichtring 26 besteht aus einem bisphenolisch vernetzten elastomeren Dichtungsmaterial. Die beiden Dichtringe 24, 26 sind durch einen Distanzring 42 voneinander beabstandet. Dabei ist der Spalt zwischen den beiden Dichtringen 24, 26 so gering wie möglich gehalten und ist vorzugsweise geringer als die axiale Ausdehnung des Dichtringes 24 bzw. 26.

Claims

Heißgasventil, mit einem Gehäuse (12), in dem ein gasführender Ventilraum (14) gebildet ist, und in dem ein nicht gasführender Antriebsraum (16) gebildet ist, mit einem Ventilschaft (18), der im Gehäuse (12) beweglich gelagert ist und von dem ein Ventilglied (20) antreibbar ist, das mit einem Ventilsitz (22) im Ventilraum (14) zusammenwirkt, mit einem Antriebsmechanismus (28) innerhalb des Antriebsraums (16) zum Antrieb des Ventilschafts (18), und mit einer Dichtung (23) zwischen dem Ventilraum (14) und dem Antriebsraum (16), dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (23) zumindest ein bisphenolisch vernetztes Dichtungselement (26) und zumindest ein peroxidisch vernetztes Dichtungselement (24) aufweist.
Heißgasventil nach Anspruch 1, das als Abgasrückführventil ausgebildet ist.
Heißgasventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschaft (18) als Ventilstößel ausgebildet ist, der im Gehäuse (12) in Axialrichtung beweglich gelagert ist.
Heißgasventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschaft (18) als Ventilwelle ausgebildet ist, die drehbeweglich im Gehäuse (12) gelagert ist.
Heißgasventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine bisphenolisch vernetzte Dichtungselement (26) und das mindestens eine peroxidisch vernetzte Dichtungselement (24) als Dichtringe ausgebildet sind,
Heißgasventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine bisphenolisch vernetzte Dichtungselement (26) und das mindestens eine peroxidisch vernetzte Dichtungselement (24) als Dichtlippen an einem Dichtring ausgebildet sind.
Heißgasventil nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (23) als Radialwellendichtung ausgebildet ist.
Heißgasventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine bisphenolisch vernetzte Dichtungselement (26) auf der dem Antriebsraum (16) am nächsten zugewandten Seite angeordnet ist, und dass das mindestens eine peroxisch vernetzte Dichtungselement (24) auf der dem Ventilraum (14) zugewandten Seite angeordnet ist.
Heißgasventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (23) mindestens zwei bisphenolisch vernetzte (26) oder mindestens zwei peroxidisch vernetzte (24) Dichtungselemente aufweist.
Heißgasventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand zwischen dem mindestens einen bisphenolisch vernetzten Dichtungselement (26) und dem mindestens einen peroxidisch vernetzten Dichtungselement (24) geringer ist als die doppelte Erstreckung eines Dichtungselementes (24, 26) in Axialrichtung, vorzugsweise geringer als die einfache Erstreckung eines Dichtungselementes (24, 26) in Axialrichtung.