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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Schaltmembran für ein Druckregelventil sowie ein Druckregelventil mit einer Schaltmembran zum Regeln oder Steuern eines Fluiddrucks, insbesondere für die Kurbelgehäuseentlüftung der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs.
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Stand der Technik
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Druckregelventile werden beispielsweise in der Entlüftungsleitung zwischen Kurbelgehäuse und Ansaugrohr bzw. Luftfilter einer Brennkraftmaschine verwendet. Dabei geht es darum, den Druck oder Unterdruck in den zu entlüftenden Behältern nicht über einen vorbestimmten Wert hinaus ansteigen zu lassen.
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In Brennkraftmaschinen treten Blow-by-Gase auf, die dadurch entstehen, dass Verbrennungsgase im Zylinder am Zylinderkolben vorbei in das Kurbelgehäuse gelangen. Diese Blow-by-Gase lassen den Druck im Kurbelgehäuse ansteigen, wobei Leckagen und Auslaufen von Öl die Folge sein können. Um einen Druckanstieg zu vermeiden und die Blow-by-Gase umweltfreundlich abzuführen, werden diese aus dem Kurbelgehäuse in den Luftansaugtrakt der Brennkraftmaschine zurückgeführt. Andererseits soll der angegebene Unterdruckwert nicht wesentlich unterschritten werden, weil sonst durch Undichtigkeiten ungewollt Fehlluft in das Kurbelgehäuse gesaugt würde.
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Bei den Druckregelventilen die zurzeit verwendet werden, wird üblicherweise eine Schaltmembran aus Elastomer, häufig Fluorsilikon-Kautschuk (FVMQ), eingesetzt. Diese Schaltmembranen sind aufgrund der spezifischen Eigenschaften von Elastomeren sehr flexibel. In Abhängigkeit der anliegenden Druckverhältnisse öffnet bzw. schließt diese Schaltmembran eine Öffnung im Druckregelventil. Dabei muss die Schaltmembran auf geringe Schaldrücke in der Größenordnung von 100 mbar reagieren.
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Blow-by-Gase bestehen aus unverbrannten Kraftstoffanteilen, Motorölanteilen und anderen bei der Verbrennung entstandenen Schadstoffen. Diese Gase greifen viele Elastomerarten an, wodurch es zu Schädigungen der Materialeigenschaft kommen kann. Die Bauteile aus diesen Materialien werden spröde, porös und rissig. Sind die Schaltmembranen beschädigt, gelangen die umweltschädlichen Blow-by-Gase direkt in die Umgebung, da das System nicht mehr dicht ist. Die Schaltmembran aus einem Elastomer ist üblicherweise als Rollmembrane ausgeführt, um einen gewissen Hub der Membrane zu realisieren. Das Material im Rollbereich wird durch die Abrollbewegung bei gleichzeitigem Kontakt mit Blow-by-Gasen zusätzlich mechanisch belastet und kann so geschädigt werden.
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Die
DE 26 29 621 A1 offenbart ein Membranventil mit einer an ihrem Rand zwischen dem Ventilgehäuse und dem Gehäusedeckel eingespannten Membran, die durch ein Druckstück an einer im Ventilgehäuse vorgesehenen Sitzfläche zur dichtenden Anlage zu bringen ist, wobei die Membran aus einer dem Gehäuseinnern zugewandten dünneren Schicht geringer Elastizität, z.B. aus PTFE, die gegen aggressive Durchflussmedien resistent ist, und einer weiteren, dickeren Schicht aus gummielastischem Material besteht. Derartige Membranventile werden vor allem dort eingesetzt, wo eine hohe chemische Beständigkeit der mit dem Durchflussmedium in Berührung kommenden Werkstoffe gefordert wird. Da gummielastische Materialien dieser Anforderung nicht genügen, die chemisch resistenten Werkstoffe wie PTFE aber nicht die für eine einwandfreie Funktion nötige Elastizität besitzen, werden aus zwei Schichten bestehende Membranen verwendet. Über die dicke, gummiartige Schicht wird der über das Druckstück ausgeübte Anpressdruck möglichst gleichmäßig auf die mit der Sitzfläche im Ventilgehäuse zusammenwirkenden Dichtfläche der Membran übertragen. Dabei werden zum Schließen der zweischichtigen Membran über eine Druckspindel, die mit einem Handrad verbunden ist, relativ große Schaltdrücke von einigen bar auf die Membran ausgeübt, um die nötige Abdichtfunktion durch die steife PTFE-Schicht trotz des nicht vorhandenen Federwegs der PTFE-Schicht zu gewährleisten.
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Aus der
EP1375906 A2 ist ein Brennstoffdruckregler für die Verwendung in einem Verbrennungsmotor bekannt, welcher neben einer Ventilbaugruppe ferner ein Halterungselement aufweist, das mit einer Membran verbunden ist. Eine Federanordnung spannt ein Ventilschließelement in dichtendem Eingriff mit dem Ventilsitz vor, um die Fluidverbindung zwischen dem Einlass und dem Auslass zu blockieren, wobei das Ventilschließelement eine teilkugelförmige äußere Fläche aufweist sowie eine ebene Fläche, welche mit dem Ventilsitz zusammenwirkt, um die Fluidverbindung zwischen dem Einlass und dem Auslass zu blockieren.
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Die
DE 103 43 595 A1 zeigt eine Druckregelungsanordnung einer Kraftstoffversorgung, ausweisend eine Aufnahme, einen mit der Kraftstoffversorgung verbindbaren Einlass, einen mit der Aufnahme in Strömungsverbindung stehenden Auslass und einen in der Aufnahme angebrachten Druckregler zum gezielten Öffnen der Strömungsverbindung zwischen dem Einlass und dem Auslass. Eine erste Dichtung steht mit einer ersten Fläche der Aufnahme und einer dritten Fläche des Druckreglers in Eingriff.
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Der
GB 1 165 245 A ist ein Strömungsventil für die Steuerung einer Gas- oder Flüssigkeitsströmung im Hochvakuumbereich zu entnehmen, das ein Gehäuse aus Glas aufweist, eine deformierbare Schaltmembran, beispielsweise aus Neoprene oder Fluorcarbon Elastomer, und einen weiteren Bereich aus einer Stahllegierung.
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Die
JP 2002-343 206 A offenbart eine mehrschichtige Schaltmembran aus einem Fluor- oder Nitril-Elastomer mit einem Überzug aus einer Aluminiumfolie, während die
US 4 720 079 A für eine Schaltmembran einen Verbund aus verschiedenen Elastomeren vorschlägt, die durch einen Heizvorgang miteinander verbunden werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltmembran für ein Druckregelventil zum Schalten bei niedrigen Druckdifferenzen zu schaffen, die beim Betrieb an einer Brennkraftmaschine mit aggressiven Blow-by-Gasen hohe Lebensdauern erreicht und kostengünstig zu fertigen ist.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Druckregelventil mit einer Schaltmembran zum Schalten bei niedrigen Druckdifferenzen zu schaffen, das beim Betrieb an einer Brennkraftmaschine mit aggressiven Blow-by-Gasen hohe Lebensdauern erreicht.
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Die vorgenannte Aufgabe wird nach einem Aspekt der Erfindung von einer Schaltmembran gelöst, mit einem tellerartigen Flachkörper mit einem einen Zentralbereich umgebenden Biegebereich, wobei wenigstens der Biegebereich Fluorkarbon-Kautschuk aufweist.
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Nach einem anderen Aspekt der Erfindung wird die weitere Aufgabe durch ein Druckregelventil mit einer Schaltmembran gelöst, wobei wenigstens der Biegebereich der Schaltmembran Fluorkarbon-Kautschuk aufweist.
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Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
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Es wird eine Schaltmembran für ein Druckregelventil vorgeschlagen, mit einem tellerartigen Flachkörper mit einem einen Zentralbereich umgebenden Biegebereich, wobei der Zentralbereich einen Verschlussbereich aufweist, wobei der Zentralbereich zum Schalten der Schaltmembran durch eine Biegebewegung des Biegebereichs in einer Richtung quer zur Ausdehnung des Zentralbereichs hin und her bewegbar ist. Dabei weist wenigstens der Biegebereich Fluorkarbon-Kautschuk auf.
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Die Schaltmembran weist den tellerartigen Flachkörper auf, mit dem den Zentralbereich umgebenden Biegebereich, wobei der Biegebereich beim Schalten der Schaltmembran hin zu dem oder von dem Ventilsitz weg bewegt wird. Der Zentralbereich stellt dagegen einen relativ steifen Bereich dar, der sein Form bei der Bewegung der Schaltmembran beibehält. Auch ein Randbereich als Einspannbereich behält seine Form bei der Biegebewegung bei. Der Verschlussbereich kann ein integraler Bestandteil des Zentralbereichs sein und beispielsweise einen radial innen gelegenen Bereich des Zentralbereichs bezeichnen. Alternativ kann ein zusätzliches Element vorgesehen sein, das dem Verschlussbereich zugeordnet ist. So kann der Verschlussbereich ein separates Element aufweisen, das in den Zentralbereich eingesetzt ist und insbesondere günstige Dichtungseigenschaften aufweist. Alternativ kann der Verschlussbereich durch einen zentral inneren Bereich des Zentralbereichs selbst gebildet sein, der von einem Dichtelement umgeben ist, welches in einer Nut des Zentralbereichs angeordnet ist.
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Erfindungsgemäß ist so eine herkömmliche Schaltmembran aus Elastomer eines üblichen Druckregelventils für die Kurbelgehäuseentlüftung einer Brennkraftmaschine dabei durch eine Schaltmembran ersetzt, bei der wenigstens der Biegebereich aus Fluorkarbon-Kautschuk gebildet ist. Andere Bereiche der Schaltmembran können weiter aus herkömmlichen Kunststoffen wie Polyamid (PA), beispielsweise PA6 gefüllt mit Glasfaser gebildet sein. Auch Polypropylen (PP) ist für diese Bereiche einsetzbar.
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Die Schaltmembran mit einem Biegebereich aus Fluorkarbon-Kautschuk ist chemisch resistent und kann viele Schaltzyklen des Druckregelventils schalten. Fluorkarbon-Kautschuk als Hochleistungswerkstoff für den Biegebereich erlaubt es, die Schaltmembran mit hoher Flexibilität auszuführen, so dass die Schaltmembran ein gutes Schaltverhalten zur Regelung des Fluiddrucks mit dem Druckregelventil aufweist. Die Langzeitstabilität der Schaltmembran und damit auch des Druckregelventils kann mit dem Hochleistungswerkstoff Fluorkarbon-Kautschuk entscheidend verbessert werden.
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Dadurch, dass nur der Biegebereich aus dem teuren hochleistungsfähigen Fluorkarbon-Kautschuk gebildet ist, und der Rest der Schaltmembran aus billigerem herkömmlichem Kunststoff gebildet ist, kann die Schaltmembran kostengünstig gefertigt werden. Die Dicke des Biegebereichs kann dabei günstig im Bereich von höchstens 1,0 mm, bevorzugt von höchstens 0,7 mm, besonders bevorzugt von höchstens 0,5 mm gewählt werden.
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Erfindungsgemäß ist der Zentralbereich wenigstens bereichsweise aus Kunststoff gebildet. Der Zentralbereich kann vorteilhaft als steifes Bauelement ausgeführt sein und ist erfindungsgemäß aus PA, einem herkömmlichen Kunststoff, auch beispielsweise glasfaserverstärkt, oder PP gebildet. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass die Schaltmembran mit dem in dem Zentralbereich radial innen angeordneten Verschlussbereich einen Ventilsitz des Druckregelventils zuverlässig abdichten kann und so ein zuverlässiges Schaltverhalten aufweist.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann ein Einspannbereich sich radial außerhalb des Biegebereichs erstrecken, welcher Einspannbereich aus Kunststoff gebildet ist. Auch der Einspannbereich kann vorteilhaft aus einem herkömmlichen Kunststoff wie PA, auch beispielsweise glasfaserverstärkt, oder PP gebildet sein. Der Einspannbereich dient zum Fixieren der Schaltmembran und Abdichten durch Verpressen im Gehäuse des Druckregelventils, wird also im Betrieb nicht bewegt, sondern muss nur eine stabile Abstützfunktion gewährleisten. Dies kann durch Ausführen des Einspannbereichs aus einem festen Kunststoff günstig erreicht werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Verschlussbereich einen Dichtungsbereich aufweisen, welcher wenigstens bereichsweise aus Fluorkarbon-Kautschuk gebildet ist. Dadurch, dass ein innerer Dichtungsbereich aus dem relativ flexiblen Fluorkarbon-Kautschuk ausgebildet ist, lässt sich eine zuverlässig Abdichtung auf einem rohrförmigen Ventilsitz gewährleisten. Durch eine solche Abdichtung mit einem weichen Werkstoff wie Fluorkarbon-Kautschuk lässt sich auch der Geräuschpegel beim Schalten des Druckregelventils entscheidend reduzieren, da beim Aufsetzen des Verschlussbereichs auf dem Ventilsitz durch den Dichtungsbereich ein weiches Andrücken realisierbar ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Dichtungsbereich ringförmig ausgebildet sein. Ein solcher Dichtungsbereich für einen rohrförmigen Ventilsitz lässt sich durch Ausbildung des Dichtungsbereichs in Form eines Rings in dem Verschlussbereich günstig darstellen. Auf diese Weise lässt sich der Anteil des relativ teuren Hochleistungswerkstoffs Fluorkarbon-Kautschuk für den Dichtungsbereich reduzieren, so dass die Schaltmembran kostengünstig gefertigt werden kann. So lässt sich ein Dichtungsbereich vorteilhaft passgenau für den Ventilsitz gestalten.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Biegebereich sich in radialer Richtung wellenförmig um den Zentralbereich erstrecken. Der Biegebereich weist dabei zweckmäßigerweise wenigstens eine radial angeordnete Welle um den Zentralbereich auf, wobei die eine oder mehrere Wellen als konkav und konvex verlaufende Krümmungsbereiche mit abwechselnd angeordneten Erhöhungen und Vertiefungen der Schaltmembran ausgebildet sind. Dabei entspricht eine Erhöhung auf einer Flachseite der Schaltmembran einer Vertiefung auf der anderen Flachseite der Schaltmembran. Auf diese Weise kann ein günstiges Biegungsverhalten mit gleichförmigem Kraftverlauf bei gleichzeitig geringer bis gar keiner Dehnung der Schaltmembran erreicht werden, d.h. durch die Geometrie des Biegungsbereichs kann der zentrale Bereich der Schaltmembran dehnungsarm oder sogar dehnungsfrei in axialer Richtung bewegt werden.. Auch können so Bewegungen der Schaltmembran bei sehr geringen Druckdifferenzen zwischen Vorderseite und Rückseite der Membran bewirkt werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Verschlussbereich als eine topfförmige Ausstülpung des Zentralbereichs ausgebildet sein. Durch die topfförmige Ausstülpung wird eine stabile Form des Zentralbereichs erreicht, wodurch eine zuverlässige Abdichtung beim Aufsetzen des Verschlussbereichs auf dem Ventilsitz gewährleistet werden kann. Die Ausstülpung selbst wird dabei durch die Biegebewegung der Schaltmembran in ihrer Form nicht beeinflusst und behält diese für die zuverlässige Abdichtwirkung bei.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Flachkörper insbesondere einen Durchmesser aufweisen, der zwischen 40 mm und 100 mm, bevorzugt zwischen 50 mm und 80 mm liegt. Schaltmembranen in dem angegebenen Durchmesser erreichen genügend Biegebewegungsfreiheit, um das gewünschte Regelverhalten in einem Druckregelventil bei den gewünschten niedrigen Druckdifferenzen zu erreichen. So lassen sich Entlüftungsventile für übliche Brennkraftmaschinen im Automobilbereich effizient darstellen.
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Erfindungsgemäß ist die Schaltmembran mit einem 2K-Spritzguss-Verfahren hergestellt. Ein solches Herstellverfahren ist besonders vorteilhaft, weil das Bauteil so mit einem Werkzeug gefertigt werden kann, in welches nacheinander unterschiedliche Werkstoffe eingespritzt werden. Auch lässt sich so eine günstige Verbindung zwischen den Bereichen aus unterschiedlichen Werkstoffen schaffen, die das gesamte Bauteil als einstückig darstellen lassen. Ein Werkstoff kann dabei Fluorkarbon-Kautschuk, während der andere Werkstoff PA, insbesondere mit einem Glasfaseranteil, oder PP oder ähnliche Kunststoffe sein.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Druckregelventil zum Regeln oder Steuern eines Fluiddrucks vorgeschlagen, mit einem Ventilgehäuse umfassend einen Gehäusedeckel, sowie mit einer Schaltmembran zum Schalten bei Druckdifferenzen von höchstens 500 mbar, bevorzugt von höchstens 200 mbar, besonders bevorzugt von höchstens 100 mbar, zum Freigeben oder Absperren eines Durchflusses des Fluids. Die Schaltmembran weist einen tellerartigen Flachkörper auf, mit einem einen Zentralbereich umgebenden Biegebereich, wobei der Zentralbereich einen Verschlussbereich aufweist, wobei der Biegebereich beim Schalten der Schaltmembran durch eine Biegebewegung den Zentralbereich gegenüber einem Ventilsitz in einer Richtung quer zur Ausdehnung des Zentralbereichs auf den Ventilsitz hin oder von dem Ventilsitz weg bewegt. Dabei weist wenigstens der Biegebereich Fluorkarbon-Kautschuk auf.
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Über ein Federelement, welches sich an dem Ventilgehäuse abstützt, wird dabei eine Kraft auf die Schaltmembran ausgeübt, um das Regelverhalten des Druckregelventils geeignet einstellen zu können. Der Abfluss, z.B. ein Abflussstutzen, weist an einem im Ventilgehäuse angeordneten Ende einen Ventilsitz auf, welcher durch den Verschlussbereich der Schaltmembran verschließbar ist, wodurch eine Ableitung des Fluids von einem Zufluss zu dem Abfluss regelbar ist.
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Die Schaltmembran kann das gewünschte Schaltverhalten durch Verschließen des Ventilsitzes mit dem Verschlussbereich gewährleisten.
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Die Biegebewegung kann insbesondere allein durch die tellerförmige Ausbildung mit radial wellenförmig angeordneten Bereichen der Schaltmembran ermöglicht werden. Schaltmembranen in dem angegebenen Durchmesser erreichen bei üblichen Dicken des Biegebereichs genügend Biegebewegungsfreiheit, um das gewünschte Regelverhalten in einem Druckregelventil bei den gewünschten niedrigen Druckdifferenzen zu erreichen. So lassen sich Entlüftungsventile für übliche Brennkraftmaschinen im Automobilbereich effizient darstellen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann ein Federelement vorgesehen sein, welches sich an dem Ventilgehäuse abstützt, das eine Kraft auf den Zentralbereich der Schaltmembran ausübt. Das Federelement übt dabei die geeignete Gegenkraft auf die Schaltmembran aus, um das Regelverhalten des Druckregelventils im gewünschten Druckbereich zu erreichen. Die dem zu regelnden Fluid abgewandte Seite der Schaltmembran wird dabei üblicherweise mit Atmosphärendruck beaufschlagt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Federelement am Zentralbereich abgestützt sein. Insbesondere, wenn der Zentralbereich wie in der erfindungsgemäßen Ausgestaltung aus PA (Polyamid) oder PP (Polypropylen) gebildet ist, wird eine stabile Auflage des Federelements an der Schaltmembran erreicht, sodass eine definierte Krafteinleitung in die Schaltmembran gewährleistet ist. Gleichzeitig wird die Schaltmembran gegen eine eventuelle Beschädigung des Biegebereichs durch das Federelement geschützt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Verschlussbereich als eine topfförmige Ausstülpung des Zentralbereichs ausgebildet sein, wobei das Federelement um die topfförmige Ausstülpung angeordnet ist. So wird eine gleichmäßige Krafteinleitung von dem Federelement in die Schaltmembran erreicht, wobei der als Ausstülpung aus dem Zentralbereich ausgebildete Verschlussbereich durch die Krafteinleitung in seiner Form nicht beeinflusst wird. Dies wird insbesondere gewährleistet, wenn ein Teller des Federelements ringförmig um die Ausstülpung gelegt ist, sodass der Teller die Form der Ausstülpung zusätzlich stabilisiert. Die Ausstülpung als Verschlussbereich ist dabei in einem Innenbereich des Federelements angeordnet.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Federelement an seiner Stirnseite, die der Ausstülpung zugewandt ist, umspritzt ist. Auch eine Realisierung eines Tellers des Federelements als Auflagefläche an der Schaltmembran in Form einer Umspritzung mit Kunststoff kann sehr zweckmäßig und günstig eine Verbindung des Federelements mit der Schaltmembran bewirken. Außerdem wird der Biegebereich der Schaltmembran dadurch gegen mechanische Beanspruchung im Bereich des Federelements zusätzlich geschützt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann eine erste Kammer mit Atmosphärendruck als Steuerdruck beaufschlagbar sein. Zu einem effektiven Regelverhalten des Druckregelventils soll sich die Schaltmembran möglichst frei bewegen können, weshalb eine erste Kammer, welche durch die Schaltmembran von einer zweiten Kammer, in der sich das zu regelnde Fluid befindet, abgetrennt ist, zweckmäßigerweise mit dem Umgebungsbereich, also dem Atmosphärendruck, in Verbindung steht. Das Federelement gleicht dabei den Atmosphärendruck aus, sodass das Regelverhalten der Schaltmembran in einem niedrigen Druckdifferenzbereich erfolgen kann.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird das erfindungsgemäße Druckregelventil zur Kurbelgehäuseentlüftung einer Brennkraftmaschine verwendet.
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Figurenliste
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Es zeigen beispielhaft:
- 1 eine Schaltmembran nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Zentralbereich aus Kunststoff in Schnittdarstellung;
- 2 eine Schaltmembran nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung zusätzlich mit einem Einspannbereich aus Kunststoff in Schnittdarstellung;
- 3 eine Schaltmembran nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Zentralbereich aus Kunststoff, in welchem radial innen als Verschlussbereich ein Dichtungsbereich aus Fluorkarbon-Kautschuk angeordnet ist, in Schnittdarstellung;
- 4 eine Schaltmembran nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem flachen Biegebereich in Schnittdarstellung;
- 5 eine Schaltmembran nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem topfförmig ausgestülpten Verschlussbereich in Schnittdarstellung;
- 6 eine Schaltmembran nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem ringförmig im Verschlussbereich angeordneten Dichtungsbereich in Schnittdarstellung; und
- 7 ein Druckregelventil mit einer Schaltmembran nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Schnittdarstellung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.
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1 zeigt eine Schaltmembran 22 für ein Druckregelventil 10 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Zentralbereich 24 aus Kunststoff in Schnittdarstellung. Ein Druckregelventil 10 ist beispielsweise in 7 dargestellt.
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Die Schaltmembran 22 weist einen tellerartigen Flachkörper 16 mit einem einen Zentralbereich 24 umgebenden Biegebereich 18 auf, wobei der Zentralbereich 24 einen radial inneren Verschlussbereich 25 aufweist. Der Zentralbereich 24 ist zum Schalten der Schaltmembran 22 durch eine Biegebewegung des Biegebereichs 18 in der Richtung L quer zur Ausdehnung des Zentralbereichs 24 hin und her bewegbar. Der Biegebereich 18 ist aus Fluorkarbon-Kautschuk gebildet. Der Zentralbereich 24 ist als ebene Platte aus Kunststoff wie PA, insbesondere glasfaserverstärkt, oder PP oder einem ähnlichen Kunststoff gebildet. Der Biegebereich 18 erstreckt sich in radialer Richtung wellenförmig in einer Welle um den Zentralbereich 24.
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Eine Herstellung der Schaltmembran 22 erfolgt erfindungsgemäß mit einem 2K-SpritzgussVerfahren, wobei als Werkstoffkomponenten Fluorkarbon-Kautschuk und ein Kunststoff wie PA, insbesondere glasfaserverstärktes PA, oder PP verwendet werden.
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Der Flachkörper 16 weist insbesondere einen Durchmesser 54 auf, der zwischen 40 mm und 100 mm, bevorzugt zwischen 50 mm und 80 mm liegt. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass die Schaltmembran 22 einen Ventilsitz 32 des Druckregelventils 22 zuverlässig abdichten kann und so ein zuverlässiges Schaltverhalten aufweist.
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2 zeigt eine Schaltmembran 22 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung zusätzlich mit einem Einspannbereich 60 aus Kunststoff in Schnittdarstellung. Der Einspannbereich 60, der sich radial außerhalb des Biegebereichs 18 erstreckt, kann beispielsweise aus Kunststoffen wie PA oder PP gebildet sein. Dadurch kann der Einspannbereich 60 zum Abdichten mit dem Gehäuse 12, 14 des Druckregelventils 10 fest verpresst werden, um eine zuverlässige Dichtwirkung über die Lebensdauer zu erzeugen.
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In 3 ist in Schnittdarstellung eine Schaltmembran 22 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Zentralbereich 24 aus Kunststoff dargestellt, in welchem radial innen als Verschlussbereich 25 ein Dichtungsbereich 62 aus Fluorkarbon-Kautschuk angeordnet ist. Dadurch, dass der innere Dichtungsbereich 62 aus dem relativ flexiblen Fluorkarbon-Kautschuk ausgebildet ist, lässt sich eine zuverlässige Abdichtung auf einem rohrförmigen Ventilsitz 32 (siehe 7) gewährleisten. Durch eine solche Abdichtung mit einem weichen Werkstoff wie Fluorkarbon-Kautschuk lässt sich auch der Geräuschpegel beim Schalten des Druckregelventils 22 entscheidend reduzieren, da beim Aufsetzen des Verschlussbereichs 25 auf dem Ventilsitz 32 ein weiches Andrücken realisierbar ist.
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4 zeigt eine Schaltmembran 22 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem flachen Biegebereich 18 in Schnittdarstellung. Damit lässt sich eine besonders niedrige Bauform eines Druckregelventils 10 realisieren, bei dem die Schaltmembran 22 relativ geringe Hübe in Richtung der Achse L ausführt. Trotzdem kann so ein zuverlässiges Regelverhalten mit einer solchen Schaltmembran 22 erreicht werden. In 5 ist eine Schaltmembran 22 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer topfförmigen Ausstülpung 20 des Verschlussbereichs 25 in Schnittdarstellung gezeigt. Durch die topfförmige Ausstülpung 20 wird eine stabile Form des Zentralbereichs 24 erreicht, wodurch eine zuverlässige Abdichtung beim Aufsetzen des Verschlussbereichs 25 auf dem Ventilsitz 32 gewährleistet werden kann. Die Ausstülpung 20 selbst wird dabei durch die Biegebewegung der Schaltmembran 22 in ihrer Form nicht beeinflusst und behält diese für die zuverlässige Abdichtwirkung bei.
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In 6 ist in Schnittdarstellung eine Schaltmembran 22 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem ringförmig im Verschlussbereich 25 angeordneten Dichtungsbereich 62 dargestellt. Ein solcher Dichtungsbereich 62 für einen rohrförmigen Ventilsitz 32 lässt sich durch Ausbildung des Dichtungsbereichs 62 in Form eines Rings in dem Verschlussbereich 25 günstig darstellen. Auf diese Weise lässt sich der Anteil des relativ teuren Hochleistungswerkstoffs Fluorkarbon-Kautschuk für den Dichtungsbereich 62 reduzieren, so dass die Schaltmembran 22 kostengünstig gefertigt werden kann. So lässt sich ein Dichtungsbereich 62 vorteilhaft passgenau für den Ventilsitz 32 gestalten.
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7 zeigt in einer Schnittdarstellung ein Druckregelventil 10 mit einer Schaltmembran 22 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Druckregelventil 10 dient zum Regeln oder Steuern eines Fluiddrucks, insbesondere zur Verwendung zur Kurbelgehäuseentlüftung einer Brennkraftmaschine. Das Druckregelventil 10 weist ein Ventilgehäuse 12 mit einem Gehäusedeckel 14 auf, wobei das Ventilgehäuse 12 einen als Zuflussstutzen ausgebildeten Zufluss 28 und einen als Abflussstutzen ausgebildeten Abfluss 30 für das Fluid aufweist. Die Schaltmembran 22 kann mit Druckdifferenzen von höchstens 500 mbar, bevorzugt von höchstens 200 mbar, besonders bevorzugt von höchstens 100 mbar, bewegt werden und dient zum Freigeben oder Absperren eines Durchflusses des Fluids zwischen dem Zufluss 28 und dem Abfluss 30.
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Die Schaltmembran 22 weist einen tellerartigen Flachkörper 16 auf, mit einem einen zentralen Verschlussbereich 24 umgebenden Biegebereich 18, wobei der Zentralbereich 24 einen radial inneren Verschlussbereich 25 aufweist. Der Biegebereich 18 bewegt beim Schalten der Schaltmembran 22 durch eine Biegebewegung den Zentralbereich 24 gegenüber dem Ventilsitz 32 in axialer Richtung L quer zur Ausdehnung des Zentralbereichs 24 auf den Ventilsitz 32 hin oder von dem Ventilsitz 32 weg.
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Die Schaltmembran 22 weist dafür zumindest im Biegebereich 18 eine Dicke von höchstens 1,0 mm, bevorzugt von höchstens 0,7 mm, besonders bevorzugt von höchstens 0,5 mm auf. Der Durchmesser der Schaltmembran 22 liegt dabei beispielsweise zwischen 40 mm und 100 mm, bevorzugt zwischen 50 mm und 80 mm.
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Die Schaltmembran 22 ist in dem Biegebereich 18 aus Fluorkarbon-Kautschuk gebildet und ist mit einem Einspannbereich 60 zwischen Ventilgehäuse 12 und dem Gehäusedeckel 14 eingespannt. Die Schaltmembran 22 trennt eine erste Kammer 36 von einer zweiten Kammer 38, wobei die erste Kammer 36 mit der Umgebung, also dem Atmosphärendruck, in Verbindung (nicht dargestellt) steht. Der Zufluss 28 des Druckregelventils 10 ist im Einsatzfall z.B. mit dem Kurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine fluidmäßig verbunden, während der Abfluss 30 mit dem Ansaugtrakt fluidmäßig verbunden ist.
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Der Biegebereich 18 erstreckt sich in radialer Richtung wellenförmig, bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel in einer Welle, um den Zentralbereich 24, wobei eine Vertiefung auf einer Flachseite einer Erhebung auf der anderen Flachseite der Schaltmembran 22 entspricht. Der Verschlussbereich 25 verschließt den Ventilsitz 32 fluiddicht, wenn er auf dem Ventilsitz 32 aufliegt.
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Ein Federelement 26 ist vorgesehen, welches sich an dem Ventilgehäuse 12 abstützt, und welches eine Kraft auf den Zentralbereich 24 der Schaltmembran 22 ausübt und so den Atmosphärendruck in der ersten Kammer 36 kompensiert. Der Verschlussbereich 25 ist als eine topfförmige Ausstülpung 20 der Schaltmembran 22 ausgebildet. Das Federelement 26 ist, die topfförmige Ausstülpung 20, die sich in das Innere des Federelements 26 erstreckt, umfassend, am Zentralbereich 24 abgestützt. Das Federelement 26 kann dabei an seiner Stirnseite, die der Ausstülpung 20 zugewandt ist, zum Schutz der Schaltmembran 22 auch umspritzt sein, so dass die Umspritzung den Zentralbereich 24 vor Abrieb oder sonstigem Verschleiß schützt.
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Vorteilhaft kann das Druckregelventil zur Kurbelgehäuseentlüftung einer Brennkraftmaschine eingesetzt werden.
