DE102016013008A1

DE102016013008A1 - Einheit zum Regeln oder Steuern eines Fluiddrucks

Info

Publication number: DE102016013008A1
Application number: DE102016013008.3A
Authority: DE
Inventors: Lukas Bock; Volker Kümmerling; Thomas Jessberger; Heinz Fuchs; Thomas Schleiden; Jürgen Kosicki; Thomas Tschech; Herbert Jainek
Original assignee: Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 2016-11-02
Filing date: 2016-11-02
Publication date: 2018-05-03
Also published as: CN108021156B; US10844761B2; US20180119586A1; CN108021156A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einheit (10) zum Regeln oder Steuern eines Fluiddrucks, mit wenigstens einem Gehäuseteil (13, 14) und einer mit dem wenigstens einen Gehäuseteil (13, 14) verbundenen Schaltfolie (22) zum Schalten bei Druckdifferenzen von 1 bis 250 mbar, bevorzugt von 1 bis 100 mbar, relativ zu einem auf die Schaltfolie (22) wirkenden Umgebungsdruck, und zum Regulieren, Freigeben oder Absperren eines Durchflusses des Fluids zwischen einem Zufluss (28) und einem Abfluss (30) für das Fluid. Die Schaltfolie (22) ist aus einem Fluor und Kohlenstoff aufweisenden Polymer-Material gebildet. Dabei ist ein Öffnungsquerschnitt (40) des wenigstens einen Gehäuseteils (13, 14) durch die Schaltfolie (22) abgeschlossen.Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum fluiddichten Verbinden einer Schaltfolie (22) mit wenigstens einem Gehäuseteil (13, 14) einer Einheit (10), wobei ein radial außen liegender Fügebereich (42) der Schaltfolie (22) ein Anbindungselement (44) aufweist, das im Bereich wenigstens einer Fügefläche (50, 52) mit dem wenigstens einen Gehäuseteil (13, 14) stoffschlüssig und/oder formschlüssig verbunden wird.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Einheit zum Regeln oder Steuern eines Fluiddrucks, insbesondere für die Druckregelung einer Brennkraftmaschine und/oder des Kurbelgehäuses der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs sowie ein Verfahren zum fluiddichten Verbinden einer Schaltfolie mit wenigstens einem Gehäuseteil der Einheit.
Stand der Technik
Druckregelventile werden beispielsweise in der Entlüftungsleitung zwischen Kurbelgehäuse und dem Ansaugtrakt 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.
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.
Bei Druckregelventilen, die zurzeit verwendet werden, wird üblicherweise ein Element, dem Fachmann auch unter dem Begriff „Schaltmembran“ geläufig, 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. Das Druckverhältnis ergibt sich üblicherweise aus der Druckdifferenz zwischen dem anliegenden Druck in einer ersten Kammer und dem herrschenden Druck in einer zweiten Kammer des Druckregelventils. Der Druck in der ersten Kammer kann beispielsweise gleich dem Atmosphärendruck sein. Die Schaltmembran muss auf geringe Schaltdrücke in der Größenordnung von 1 bis 250 mbar reagieren.
Blow-by-Gase bei einer Brennkraftmaschine 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 Schaltfolien beschädigt, gelangen die umweltschädlichen Blow-by-Gase direkt in die Umgebung, da das System nicht mehr dicht ist. Die Schaltmembran aus Elastomer ist üblicherweise als Rollfolie ausgeführt, um einen gewissen Hub der Schaltmembran 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.
Die DE 26 29 621 A1 offenbart ein Membranventil mit einer Schaltmembran, welche als eine an ihrem Rand zwischen dem Gehäuse und dem Gehäusedeckel eingespannte Schaltfolie ausgeführt ist, die durch ein Druckstück an einer im Gehäuse vorgesehenen Sitzfläche zur dichtenden Anlage zu bringen ist, wobei die Schaltmembran aus einer dem Gehäuseinneren 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 Folien verwendet. Über die dicke, gummiartige Schicht wird der über das Druckstück ausgeübte Anpressdruck möglichst gleichmäßig auf die mit der Sitzfläche im Gehäuse zusammenwirkende Dichtfläche der Schaltfolie übertragen. Dabei werden zum Schließen der zweischichtigen Schaltmembran über eine Druckspindel, die mit einem Handrad verbunden ist, relativ große Schaltdrücke von mehreren Bar auf die Schaltmembran ausgeübt, um die nötige Abdichtfunktion durch die steife PTFE-Schicht zu gewährleisten.
Offenbarung der Erfindung
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einheit zum Schalten bei niedrigen Druckdifferenzen zu schaffen, die beim Betrieb an einer Brennkraftmaschine mit aggressiven Medien, insbesondere von so genannten Blow-by-Gasen, eine hohe Lebensdauer erreicht.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum fluiddichten Verbinden eines schaltbaren Schließelements mit der Einheit zu schaffen, die beim Betrieb an einer Brennkraftmaschine mit aggressiven Medien, insbesondere von so genannten Blow-by-Gasen, eine hohe Lebensdauer erreicht.
Die vorgenannte Aufgabe wird nach einem Aspekt der Erfindung von einer Einheit zum Regeln oder Steuern eines Fluiddrucks gelöst, mit wenigstens einem Gehäuseteil und einer mit dem wenigstens einen Gehäuseteil verbundenen Schaltfolie, wobei die Schaltfolie aus einer Fluor und Kohlenstoff aufweisenden Polymer-Folie gebildet ist und wobei ein Öffnungsquerschnitt des wenigstens einen Gehäuseteils durch die Schaltfolie abgeschlossen ist.
Nach einem anderen Aspekt der Erfindung wird die weitere Aufgabe durch ein Verfahren zum fluiddichten Verbinden einer Schaltfolie mit wenigstens einem Gehäuseteil einer Einheit gelöst, wobei die Schaltfolie ein Anbindungselement aufweist, das mit dem wenigstens einen Gehäuseteil stoffschlüssig und/oder formschlüssig verbunden wird.
Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
Es wird eine Einheit zum Regeln oder Steuern eines Fluiddrucks vorgeschlagen, mit wenigstens einem Gehäuseteil und einer mit dem wenigstens einen Gehäuseteil verbundenen Schaltfolie zum Schalten bei Druckdifferenzen von 1 bis 250 mbar, bevorzugt von 1 bis 100 mbar, relativ zu einem auf die Schaltfolie wirkenden Umgebungsdruck, und zum Regulieren, Freigeben oder Absperren eines Durchflusses des Fluids zwischen einem Zufluss und einem Abfluss für das Fluid, wobei die Schaltfolie aus einem Fluor und Kohlenstoff aufweisenden Polymer-Material gebildet ist, und wobei ein Öffnungsquerschnitt des wenigstens einen Gehäuseteils durch die Schaltfolie abgeschlossen ist.
Die Einheit dient nicht nur zum Freigeben oder Absperren eines Durchflusses, sondern reguliert zwischen den zwei Schaltzuständen „Freigabe“ oder „Absperren“ durch eine kontinuierliche Veränderung des Durchflussquerschnitts in Abhängigkeit der Druckdifferenz den Durchfluss des Fluids zwischen dem Zufluss und dem Abfluss. Dadurch kann der Durchfluss gedrosselt werden.
Die Fluor und Kohlenstoff aufweisende Polymer-Folie ist chemisch resistent und kann viele Schaltzyklen des Folienventils schalten. Die Langzeitstabilität der Einheit ist verbessert. Insbesondere kann das Fluor und Kohlenstoff aufweisende Polymer PTFE (Polytetrafluorethylen) sein. Alternativ kann das Fluor und Kohlenstoff aufweisende Polymer aus einem PTFE als Grundmaterial bestehen, welches Zumischungen aufweist, insbesondere eine Zumischung von Glasfaser, Glaskugeln, Graphit und/oder Kohlefasern, insbesondere mit einem Anteil der zugemischten Stoffe von bis zu 60%; ebenso kann das Fluor und Kohlenstoff aufweisende Polymer ein thermoplastisch verarbeitbares PTFE sein, welches insbesondere in einem Spritzprozess verarbeitbar ist. Vorzugsweise ist die Schaltfolie höchstens 0,5 mm dick, bevorzugt höchstens 0,3 mm, besonders bevorzugt höchstens 0,2 mm dick. Die Schaltfolie kann einen Durchmesser zwischen 40 mm und 100 mm, bevorzugt zwischen 50 mm und 80 mm, aufweisen. Es ist denkbar, dass bei entsprechend größeren Durchmessern auch etwas höhere Dicken der Schaltfolie im Bereich von über 0,5 mm, z.B. höchstens 0,5 mm bis 1 mm, realisierbar sind.
Eine übliche Schaltmembran aus Elastomer einer üblichen Einheit für die Druckregelung einer Brennkraftmaschine und/oder die Druckregelung des Kurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine wird dabei durch eine Schaltfolie aus dem Fluor und Kohlenstoff aufweisenden Polymer ersetzt. Ein Fluor und Kohlenstoff aufweisendes Polymer-Material wie PTFE kann beispielsweise in einem Sinterprozess hergestellt und anschließend mechanisch bearbeitet werden. Eine solche Schaltfolie ist in ihrer normalen Form sehr steif und eigentlich nicht für flexible Bauteile geeignet. PTFE besitzt eine hervorragende chemische Beständigkeit und ist in einem sehr breiten Temperaturbereich einsetzbar, wobei sich der E-Modul zu tiefen Temperaturen hin im Vergleich zu Elastomer-Werkstoffen sehr stark erhöht. Aus diesem Grund ist PTFE für eine Anwendung als Schaltfolie in dem für Automobilanwendungen an einer Brennkraftmaschine geforderten Temperaturbereich von typischerweise -40°C bis +150°C eher nicht geeignet. Dieser Nachteil wird bei der erfinderischen Einheit vorteilhaft durch eine vorteilhafte Geometrie und optional durch extrem dünne Wandstärken der Schaltfolie aus dem Fluor und Kohlenstoff aufweisendem Polymer vermieden. Durch eine Reduzierung der Wandstärke des PTFE-Materials in einem bei der Schaltfolie bestimmungsgemäß beweglichen Bereich auf wenige zehntel Millimeter, wobei der in sich bestimmungsgemäß unbewegliche Dichtbereich sowie der Einspannbereich des Materials auch stärker ausgeführt werden können, und eine speziell entwickelte Geometrie der Schaltfolie ohne Rollbereich, wie er sonst üblicherweise im Stand der Technik verwendet wird, wird das steife Material in eine Form gebracht, in der es die nötige Flexibilität aufweist, aber trotzdem die mechanischen Anforderungen hinsichtlich Rissbildung, Dehnung und Biegewechselfestigkeit erfüllt. Durch die spezielle Geometrie findet keine Rollbewegung mehr statt, sondern eine Biegebewegung mit einer Radienänderung, die dehnungsarm oder sogar praktisch ohne Dehnung des Materials erfolgen kann, und mit der eine Hubbewegung der Schaltfolie für die erfindungsgemäße Einheit realisiert werden kann.
Die Schaltfolie kann einen tellerartigen Flachkörper aufweisen, insbesondere als tellerförmiger Flachkörper ausgebildet sein, mit einem einen zentralen Verschlussbereich umgebenden Biegebereich, wobei der Biegebereich beim Schalten der Schaltfolie durch eine dehnungsarme, d.h. für die praktische Anwendung praktisch dehnungsfreie, insbesondere dehnungsfreie, Biegebewegung den Verschlussbereich gegenüber einem Ventilsitz in axialer Richtung, d.h. in Richtung der Normalen des Flachkörpers, auf den Ventilsitz hin oder von dem Ventilsitz weg bewegt. Da sich die Schaltfolie in dieser Ausgestaltung nicht nur in einem kleinen Flächenbereich, sondern großflächig aufgrund der tellerartigen Form durchbiegen kann, sind einzelne Bereiche der Schaltfolie wenig oder praktisch gar nicht dehnungsbelastet. Die Biegebewegung wird so über einen großen Bereich der Schaltfolie und demzufolge mit geringer elastischer Deformation in Form einer Krümmungsänderung mit geringer Dehnung, beispielsweise kleiner 10 %, ausgeführt.
Der Verschlussbereich der Schaltfolie kann den Durchfluss des Fluids zwischen dem Zufluss und dem Abfluss unterbrechen. Die Schaltfolie kann beispielsweise mit ihrem Dichtbereich unmittelbar auf einem Dichtsitz aufliegen, um den Durchfluss zu unterbrechen.
Die Schaltfolie kann dafür zwischen ihren jeweiligen Maximalpositionen im geöffneten und geschlossenen Zustand bewegbar sein, indem auf einer Seite der Schaltfolie Atmosphärendruck als Steuerdruck anliegt. Vorteilhaft kann die Schaltfolie selbstregulierend sein, und die Schaltfolie kann indirekt, über eine Druckdifferenz zwischen Atmosphärendruck in der einen Kammer der Einheit und einem Arbeitsdruck der anderen Kammer der Einheit, geschlossen werden. Der Arbeitsdruck kann beispielsweise ein Druck in einem Kurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine sein.
Vorteilhaft kann die Schaltfolie alternativ zwischen ihren jeweiligen Maximalpositionen im geöffneten und geschlossenen Zustand bewegbar sein, indem auf einer Seite der Schaltfolie ein Steuerdruck ungleich einem Atmosphärendruck anliegt und/oder ein mechanisches Betätigungsmittel zum Schalten der Schaltfolie vorgesehen ist.
Über ein Federelement, welches sich an dem wenigstens einen Gehäuseteil abstützt, wird dabei eine Kraft auf die Schaltfolie ausgeübt, um das Regelverhalten der Einheit geeignet einstellen zu können. Der Abfluss kann dazu an einem im Gehäuseteil angeordneten Ende einen Ventilsitz aufweisen, welcher durch den Verschlussbereich der Schaltfolie verschließbar ist, wodurch eine Ableitung des Fluids von dem Zufluss zu dem Abfluss regelbar ist. Das Federelement übt dabei die geeignete Gegenkraft auf die Schaltfolie aus, um das Regelverhalten der Einheit im gewünschten Druckbereich zu erreichen. Die dem zu regelnden Fluid abgewandte Seite der Schaltfolie wird dabei üblicherweise mit Atmosphärendruck beaufschlagt.
Erfindungsgemäß ist ein Öffnungsquerschnitt des wenigstens einen Gehäuseteils der Einheit durch einen Wirkbereich der Schaltfolie abgeschlossen. Dadurch kann der Durchfluss der Einheit wirksam reguliert, freigegeben, abgesperrt oder gedrosselt werden. Ein den Wirkbereich umgebender Randbereich der Schaltfolie erlaubt eine fluiddichte Anbindung der Schaltfolie aus einem Fluor und Kohlenstoff aufweisenden Polymer an das Gehäuse der Einheit, welches günstigerweise aus Kunststoff, beispielsweise glasfaserverstärktem Polyamid (PA) gefertigt sein kann, und stellt einen weiteren großen Vorteil gegenüber dem Stand der Technik dar, bei dem impermeable oder geschlossene Membranen keinen Anspruch auf Dichtigkeit haben, sondern lediglich formschlüssig mit dem Gehäuse verbunden sind. Durch die fluiddichte Verbindung wird ein Bereich der Einheit als Dichtbereich abgedichtet und so die Funktion der Einheit, beispielsweise als Druckregelventil, vorteilhaft gewährleistet, da die Schaltfolie sowohl jeweils ein Gehäuseteil fluiddicht abdichten kann, indem sie mit dem Gehäuseteil fest verbunden ist, als auch Innenräume zweier Gehäuseteile gegeneinander abdichten kann, wenn das erste Gehäuseteil mit einem zweiten Gehäuseteil verschlossen ist, etwa mit einem Gehäusedeckel.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann radial außen wenigstens eine umlaufende Fügefläche am wenigstens einen Gehäuseteil vorgesehen sein, an welcher die Schaltfolie mit dem wenigstens einen Gehäuseteil verbunden ist, insbesondere fest verbunden ist und insbesondere fest und fluiddicht verbunden ist. Durch die feste Verbindung der Schaltfolie mit der radial außen umlaufenden Fügefläche kann sich der zentrale Innenbereich der Schaltfolie insgesamt in axialer Richtung frei bewegen und so als Dichtbereich der Schaltfolie die eigentliche Schaltfunktion der Einheit, beispielsweise als Druckregelventil, ausüben.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann ein radial außen liegender Fügebereich der Schaltfolie an wenigstens einer der Fügefläche zugewandten Seite ein Anbindungselement aufweisen, das mit dem wenigstens einen Gehäuseteil verbunden sein kann, insbesondere stoffschlüssig und/oder formschlüssig verbunden sein kann. Eine stoffschlüssige Verbindung der Schaltfolie bzw. des Anbindungselements mit der Fügefläche des Gehäuseteils kann sowohl die fluiddichte Abdichtung des Öffnungsquerschnitts des Gehäuseteils als auch die feste und dauerhafte Anbindung der Schaltfolie für eine sichere Funktion während des Betriebs der Einheit gewährleisten. Das Anbindungselement kann dabei ein Bauteil sein, das mit der Schaltfolie fest verbunden ist. Alternativ kann das Anbindungselement selbst ein Gehäuseteil oder Teil eines Gehäuseteils darstellen. Für die stoffschlüssige Verbindung kann beispielsweise ein Sinterprozess eingesetzt werden. Alternativ ist auch denkbar, das Anbindungsteil als ein Kunststoff-Spritzgussteil darzustellen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann wenigstens eines der Bauteile Anbindungselement, Gehäuseteil und/oder Schaltfolie als Sinterteil ausgebildet sein. Zur Herstellung eines Sinterteils kann zweckmäßigerweise ein additiver Fertigungsprozess eingesetzt werden. Dabei ist es vorteilhaft möglich, die verschiedenen Materialeigenschaften wie Festigkeit und Elastizität einzustellen. Auf diese Weise können günstigerweise verschiedene Bereiche zu Funktionsbereichen aufgeteilt werden. Auf die Schaltfolie, welche aus einem Fluor und Kohlenstoff aufweisenden Polymer-Material, wie beispielsweise PTFE, gebildet ist, kann das Anbindungselement, beispielsweise als Gehäuseteil oder Ringform, aufgesintert werden und somit eine feste und dauerhafte Verbindung zu der Schaltfolie eingehen.
Auch kann vorteilhaft wenigstens eines der Bauteile Anbindungselement, Gehäuseteil, und/oder Schaltfolie als 3D-Druckteil ausgebildet sein. Über 3D-Drucker ist es möglich, auch komplexe Bauteile schichtweise aufzubauen und das Material in einer Art Sinterprozess auszuhärten. So können die einzelnen Bauteile wie Anbindungselement, Gehäuseteil und/oder Schaltfolie mittels des 3D-Druckers dargestellt werden. Alternativ ist es auch möglich, eines der genannten Bauteile an ein anderes, bereits fertig hergestelltes Bauteil auf diese Weise anzusintern und so mit dem bereits fertig hergestellten Bauteil zu verbinden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung können wenigstens zwei der Bauteile Anbindungselement und/oder Gehäuseteil und/oder Schaltfolie einstückig ausgebildet sein. Günstig ist es auch, zwei der Bauteile als ein ganzes Bauteil zu fertigen, beispielsweise über den Sinterprozess oder mittels eines 3D-Druckers. Damit ist die Verbindung der beiden Bauteile intrinsisch gegeben. Ein solches Bauteil ist sowohl von der Funktion als auch von den Kosten her vorteilhaft darzustellen. Sehr günstig wäre es, die Gehäuseteile, wobei eines der Gehäuseteile als Anbindungselement ausgebildet sein kann, und die Schaltfolie aus einem Stück herzustellen, um eine günstige fluiddichte Verbindung zwischen den Bauteilen zu erreichen, die auch von großer Lebensdauer im Betrieb wäre.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Schaltfolie wenigstens im Bereich des Fügebereichs wenigstens eine aktivierte Oberfläche, insbesondere wenigstens eine zu einer ersten Kammer des ersten Gehäuseteils hin gerichtete aktivierte Oberfläche, aufweisen. Zur Vorbereitung einer Verbindung über ein gesintertes Anbindungselement kann es günstig sein, die Oberfläche der Schaltfolie in dem Bereich, wo sie mit dem Anbindungselement in Verbindung kommt, entsprechend vorzubehandeln und zu aktivieren, um die Oberflächenspannung zu verändern. Ein solches Aktivieren kann dabei zweckmäßigerweise ein oder mehrere Verfahren wie Ätzen, Plasmabehandlung, mechanisches Aufrauen, Prägen, Perforieren oder ähnliche geeignete Verfahren umfassen. Dadurch kann der Kontakt zwischen dem Anbindungsteil und der Schaltfolie verbessert werden. Insbesondere ist es günstig, eine Oberfläche der Schaltfolie, welche dem Fluid ausgesetzt ist, wie es beispielsweise in der ersten Kammer des ersten Gehäuseteils der Fall ist, einer Behandlung durch Aktivierung zu unterziehen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Fügefläche des wenigstens einen Gehäuseteils in einer Längsrichtung selbstjustierend ausgebildet sein. Insbesondere kann die Fügefläche nach oben oder nach unten konisch oder gekrümmt oder gewellt ausgebildet sein. Durch die selbstjustierende Fügefläche kann eine besonders gute Anbindung eines anderen Gehäuseteils wie auch der Schaltfolie mit automatischer Zentrierung des ersten Gehäuseteils oder der Schaltfolie vor und während des Vorgangs des Verbindens sichergestellt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann radial innerhalb der Fügefläche des wenigstens einen Gehäuseteils wenigstens eine radial umlaufende Nut vorgesehen sein, welche radial innen durch einen Rand zur Abstützung der Schaltfolie bei axialen Bewegungen quer zum Öffnungsquerschnitt begrenzt ist, wobei insbesondere zwei axial gegenüberliegende und/oder radial versetzte Nuten mit einem Rand, insbesondere einem Abrollrand, vorgesehen sein können. Durch einen Abrollradius an dem Rand lassen sich dynamische Bewegungen der Schaltfolie mit ihrem Wirkbereich bei der Ausführung der Funktion im Druckregelventil vorteilhaft unterstützen und gleichzeitig ein Schutz vor Beschädigung durch die Bewegung der Schaltfolie erreicht. Die Schaltfolie liegt dabei während ihrer Schaltbewegung immer an mindestens einem Rand an, bevorzugt jedoch an zwei Rändern gleichzeitig an. Um eine Beschädigung der Schaltfolie während des Fügeverfahrens, wie z.B. durch eine unzulässige Verpressung der Schaltfolie durch die Ränder zu verhindern, können die Ränder radial versetzt angeordnet sein. So ist eine Realisierung einer Anbindung einfacher, in der die Schaltfolie an zwei Rändern gleichzeitig anliegt. Eine Bewegung an der Grenzfläche zu einer Kante kann dann ausgeschlossen werden. Der Rand kann für die Folienbewegung optimiert sein, so dass die Schaltfolie im Betrieb vor Beschädigungen durch den Rand weitgehend geschützt ist. Auch ist es möglich, eine Vorspannung der Schaltfolie über diese Ränder einzustellen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann ein Gehäuse mit dem ersten Gehäuseteil und einem zweiten Gehäuseteil vorgesehen sein und durch die Schaltfolie die erste Kammer von einer zweiten Kammer fluiddicht getrennt sein. So kann die zweite Kammer der Einheit mit einem Atmosphärendruck beaufschlagbar sein. Zu einem effektiven Regelverhalten der Einheit soll sich die Schaltfolie möglichst frei bewegen können, weshalb die zweite Kammer, welche durch die Schaltfolie von der ersten Kammer, in der sich das zu regelnde Fluid befindet, abgetrennt ist, zweckmäßigerweise mit dem Umgebungsbereich, also dem Atmosphärendruck, in Verbindung steht.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Fluor und Kohlenstoff aufweisende Polymer-Material Polytetrafluorethylen oder Polytetrafluorethylen mit Zumischungen oder thermoplastisch verarbeitbares Polytetrafluorethylen sein.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum fluiddichten Verbinden einer Schaltfolie mit wenigstens einem Gehäuseteil eines Gehäuses einer Einheit vorgeschlagen, wobei die Schaltfolie aus einem Fluor und Kohlenstoff aufweisenden Polymer-Material gebildet ist, und wobei ein radial außen liegender Fügebereich der Schaltfolie an wenigstens einer, einer Fügefläche zugewandten Seite, ein Anbindungselement aufweist, das im Bereich wenigstens der Fügefläche mit dem wenigstens einen Gehäuseteil stoffschlüssig und/oder formschlüssig verbunden wird. Das Verfahren umfasst dabei ein Anbringen des Anbindungselements im Bereich des Fügebereichs der Schaltfolie, gefolgt von einem Auflegen der Schaltfolie mit dem Anbindungselement auf die Fügefläche des wenigstens einen Gehäuseteils und das Verbinden mit dem Gehäuseteil. Nach Verpressen der Schaltfolie mit dem Gehäuseteil kann so eine dauerhafte und fluiddichte Anbindung der Schaltfolie an das Gehäuseteil und damit ein fluiddichtes Verschließen des Öffnungsquerschnitts des Gehäuseteils erreicht werden.
Das Anbindungselement kann dabei ein Bauteil sein, das mit der Schaltfolie fest verbunden ist. Alternativ kann das Anbindungselement selbst ein Gehäuseteil oder Teil eines Gehäuseteils darstellen. Für die stoffschlüssige Verbindung kann beispielsweise ein Sinterprozess eingesetzt werden. Alternativ ist auch denkbar, das Anbindungsteil über einen Kunststoff-Spritzgussprozess darzustellen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann wenigstens eines der Bauteile Anbindungselement, Gehäuseteil, und/oder Schaltfolie durch einen Sinterprozess gebildet werden. Zur Herstellung eines Sinterteils kann zweckmäßigerweise ein additiver Fertigungsprozess eingesetzt werden. Dabei ist es vorteilhaft möglich, die verschiedenen Materialeigenschaften wie Festigkeit und Elastizität einzustellen. Auf diese Weise können günstigerweise verschiedene Bereiche zu Funktionsbereichen aufgeteilt werden. Auf die Schaltfolie, welche aus einem Fluor und Kohlenstoff aufweisenden Polymer-Material, wie beispielsweise PTFE, gebildet ist, kann das Anbindungselement, beispielsweise als Gehäuseteil oder Ringform, aufgesintert werden und somit eine feste und dauerhafte Verbindung zu der Schaltfolie eingehen.
Auch kann vorteilhaft wenigstens eines der Bauteile Anbindungselement, Gehäuseteil, und/oder Schaltfolie durch einen 3D-Druckprozess gebildet werden. Über 3D-Drucker ist es möglich, auch komplexe Bauteile schichtweise aufzubauen und das Material in einer Art Sinterprozess auszuhärten. So können die einzelnen Bauteile wie Anbindungselement, Gehäuseteil und/oder Schaltfolie mittels des 3D-Druckers dargestellt werden. Alternativ ist es auch möglich, eines der genannten Bauteile an ein anderes, bereits fertig hergestelltes Bauteil auf diese Weise anzusintern und so mit dem bereits fertig hergestellten Bauteil zu verbinden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung können wenigstens zwei der Bauteile Anbindungselement, Gehäuseteil, und/oder Schaltfolie durch einen einschrittigen Prozess gebildet werden. Ein solcher einschrittiger Prozess ist unter Kosten- und Qualitätsgesichtspunkten günstig zu sehen. Dabei können die wenigstens zwei Bauteile eine vorteilhafte feste Verbindung eingehen, so dass ein fluiddichtes Verschließen des Öffnungsquerschnitts sowie des Gehäuses der Einheit auf günstige Weise zu erreichen ist.
Vorteilhaft können auch wenigstens zwei der Bauteile Anbindungselement, Gehäuseteil, und/oder Schaltfolie einstückig ausgebildet werden. Günstig ist es auch, zwei der Bauteile als ein ganzes Bauteil zu fertigen, beispielsweise über den Sinterprozess oder mittels eines 3D-Druckers. Damit ist die Verbindung der beiden Bauteile intrinsisch gegeben. Ein solches Bauteil ist sowohl von der Funktion als auch von den Kosten her vorteilhaft dazustellen. Sehr günstig wäre es, die Gehäuseteile, wobei eines der Gehäuseteile als Anbindungselement ausgebildet sein kann, und die Schaltfolie aus einem Stück herzustellen, um eine günstige fluiddichte Verbindung zwischen den Bauteilen zu erreichen, die auch von großer Lebensdauer im Betrieb wäre.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Fügebereich der Schaltfolie durch wenigstens eines der Verfahren Ätzen, Plasmabehandlung, mechanisches Aufrauen, Prägen, Perforieren vorbehandelt werden. Zur Vorbereitung der Verbindung über ein Anbindungselement ist es günstig, die Oberfläche der Schaltfolie in dem Bereich, wo sie mit dem Anbindungselement in Verbindung kommt, entsprechend vorzubehandeln und zu aktivieren, was mit einem der genannten Verfahren günstig zu erreichen ist. Dadurch kann die Oberflächenspannung verändert werden, wodurch der Kontakt zwischen Anbindungselement und Schaltfolie wesentlich verbessert werden kann.
Vorteilhaft kann ein Aushärten der gesinterten Bauteile durch eine Wärmebehandlung und/oder eine UV-Bestrahlung und/oder eine Mikrowellenbehandlung erfolgen. Auf diese Weise lassen sich ein beschleunigtes Aushärten und/oder eine verbesserte Endfestigkeit der Bauteile erreichen.
Günstigerweise kann nach dem Auflegen der Schaltfolie auf das wenigstens erste Gehäuseteil mit dem Fügebereich über der Fügefläche ein zweites Gehäuseteil auf die Schaltfolie aufgelegt werden und dadurch ein Gehäuse gebildet werden. Das zweite Gehäuseteil kann dabei zweckmäßig ebenfalls mit der Schaltfolie und/oder mit dem ersten Gehäuseteil verbunden werden. Alternativ ist auch denkbar, die beiden Gehäuseteile, welche aus Kunststoff wie beispielsweise glasfaserverstärktem Polyamid (PA) ausgebildet sein können, radial außerhalb der Schaltfolie zu verschweißen.
Zweckmäßigerweise kann der Fügebereich der Schaltfolie beim Verschließen des Gehäuses im Bereich der Fügefläche verpresst werden. Durch das Verpressen kann beispielsweise eine größere Endfestigkeit der Verbindung erzielt werden. Auch kann dadurch die fluiddichte Verbindung günstig verbessert werden.
Vorteilhaft kann die Schaltfolie durch wenigstens eine radial innerhalb der Fügefläche in dem wenigstens einen Gehäuseteil radial umlaufende Nut, welche radial innen durch einen Vorsprung zur Abstützung der Schaltfolie bei axialen Bewegungen quer zu ihrer Querschnittsfläche begrenzt ist, axial abgestützt werden. Dadurch lassen sich dynamische Bewegungen der Schaltfolie bei der Ausführung der Funktion im Druckregelventil vorteilhaft unterstützen und gleichzeitig ein Schutz vor Beschädigung durch die Bewegung der Schaltfolie erreichen. Die Schaltfolie liegt dabei während ihrer Schaltbewegung immer an mindestens einem Rand, bevorzugt jedoch an zwei Rändern gleichzeitig an. Um eine Beschädigung der Schaltfolie während des Fügeverfahrens wie z.B. durch eine unzulässige Verpressung der Schaltfolie durch die Ränder zu verhindern, können die Ränder radial versetzt angeordnet sein. So ist eine Realisierung einer Anbindung einfacher, in der die Schaltfolie an zwei Rändern gleichzeitig anliegt. Eine Bewegung an der Grenzfläche zu einer Kante kann dann ausgeschlossen werden. Der Rand kann für die Folienbewegung optimiert sein, so dass die Schaltfolie im Betrieb vor Beschädigungen durch den Rand geschützt wird.
Vorteilhaft kann die Schaltfolie auch durch zwei im Gehäuse angeordnete Nuten mit einem Rand, welche einander gegenüberliegend oder radial versetzt gegeneinander angeordnet sind, axial abgestützt werden. In dieser weiteren Ausführungsform können die Ränder der Gehäuseteile zueinander verschoben sein, um beim Fertigungsprozess die Schaltfolie in diesem Bereich nicht zu quetschen. Auch ist es möglich, die Vorspannung der Schaltfolie über diese Ränder einzustellen.
Zweckmäßigerweise kann das Gehäuse auch an einem radialen Außenumfang nach Verbinden der Schaltfolie mit einem Gehäuseteil mittels Schweißens verschlossen werden. Zusätzlich kann dadurch das Gehäuseteil, bei dem der Öffnungsquerschnitt durch die Schaltfolie fluiddicht abgeschlossen ist, mit einem anderen Gehäuseteil, beispielsweise einem Deckel, fest verschweißt sein oder das Gehäuseteil kann an ein anderes Bauteil angeschweißt sein. Dadurch kann ein weiteres fluiddichtes Verschließen der Einheit zu einem sicheren Betrieb, beispielsweise als Druckregelventil, erreicht werden. Die Fügefläche für das Verschweißen kann dabei zweckmäßig so ausgebildet sein, dass Schweißraupen durch den Prozess des Schweißens die Verbindung der Gehäuseteile nicht beeinträchtigen.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die erfindungsgemäße Einheit zur Druckregelung einer Brennkraftmaschine und/oder zur Druckregelung eines Kurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine verwendet.
Figurenliste
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, Beschreibung und Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigen beispielhaft:

1 eine Einheit mit einer Schaltfolie aus einem Fluor und Kohlenstoff aufweisenden Polymer nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Schnittdarstellung;
2 eine Einheit mit einer Schaltfolie nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Schnittdarstellung;
3 eine vereinfachte Darstellung eines gesinterten Anbindungselements in Form eines Gehäuseteils in einer Schnittdarstellung mit darauf angeordneter Schaltfolie nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
4 eine vereinfachte Darstellung eines Anbindungselements in Form eines Gehäuseteils in einer Schnittdarstellung mit darauf angeordneter gesinterten Schaltfolie nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
5 eine vereinfachte Darstellung eines gesinterten Anbindungselements in Form eines Gehäuseteils in einer Schnittdarstellung mit darauf angeordneter gesinterten Schaltfolie nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Ausführungsformen der Erfindung
In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.
1 zeigt in einer Schnittdarstellung eine Einheit 10 zum Regeln oder Steuern eines Fluiddrucks mit einer Schaltfolie 22 aus einem Fluor und Kohlenstoff aufweisenden Polymer nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Fluor und Kohlenstoff aufweisende Polymer-Material ist dabei beispielsweise Polytetrafluorethylen oder Polytetrafluorethylen mit Zumischungen oder thermoplastisch verarbeitbares, insbesondere in einem Spritzprozess verarbeitbares, Polytetrafluorethylen. Die Einheit 10 dient zum Regeln oder Steuern eines Fluiddrucks, insbesondere zur Verwendung zur Druckregelung einer Brennkraftmaschine und/oder zur Druckregelung eines Kurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine. Die Einheit 10 weist ein Gehäuse 12 mit einem ersten Gehäuseteil 13 und einem zweiten Gehäuseteil 14, dem Gehäusedeckel, auf, wobei das erste Gehäuseteil 13 einen Zufluss 28 und einen Abfluss 30 für das Fluid aufweist. Die Schaltfolie 22 ist aus einer Fluor und Kohlenstoff aufweisenden Polymer-Folie, beispielsweise PTFE, gebildet und ist mit einem Fügebereich 42 zwischen erstem Gehäuseteil 13 und dem zweiten Gehäuseteil 14 eingespannt.
Der Öffnungsquerschnitt 40 der beiden Gehäuseteile 13, 14 ist durch die Schaltfolie 22 mit deren Wirkbereich abgeschlossen. Radial außen sind zwei umlaufende Fügeflächen 50, 52 an den beiden Gehäuseteilen 13, 14 vorgesehen, an welchen die Schaltfolie 22 mit den beiden Gehäuseteilen 13, 14 fluiddicht verbunden ist. So ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein radial außen liegender Fügebereich 42 der Schaltfolie 22 mit den beiden Gehäuseteilen 13, 14 insbesondere stoffschlüssig und/oder formschlüssig verbunden. Die Verbindung kann beispielsweise über ein Anbindungselement 44 in Form eines der Gehäuseteile 13, 14 wie dem zweiten Gehäuseteil 14 als Deckel der Einheit 10 erfolgen, wobei das Anbindungselement 44 stoffschlüssig mit dem Fügebereich 42 der Schaltfolie 22 verbunden ist. Das Anbindungselement 44 kann dabei auch ein separates Bauteil sein, das mit der Schaltfolie 22 fest verbunden ist. Alternativ kann das Anbindungselement 44 selbst ein Gehäuseteil 13, 14 oder Teil eines Gehäuseteils 13, 14 darstellen. Für die stoffschlüssige Verbindung kann beispielsweise ein Sinterprozess eingesetzt werden. Alternativ ist auch denkbar, das Anbindungsteil als ein Kunststoff-Spritzgussteil darzustellen. In 1 und 2 sind jeweils Anbindungselemente 44 schematisch dargestellt. Mögliche Ausführungsformen der Anbindungselemente 44 sind weiter in 3 bis 5 dargestellt.
Die Schaltfolie 22 weist dabei vorteilhaft wenigstens im Bereich des Fügebereichs 42 eine aktivierte Oberfläche mit veränderter Oberflächenspannung auf, um eine gute Verbindung zu einem Sinterteil zu erzielen, wobei der Fügebereich 42 beispielsweise durch eines der Verfahren Ätzen, Plasmabehandlung, mechanisches Aufrauen, Prägen, Perforieren vorbehandelt wird. Nach dem Auflegen der Schaltfolie 22 auf das wenigstens erste Gehäuseteil 13 mit dem Fügebereich 42 über der Fügefläche 50 wird ein zweites Gehäuseteil 14 auf die Schaltfolie 22 aufgelegt und dadurch das Gehäuse 12 gebildet. Der Fügebereich 42 der Schaltfolie 22 wird beim Verschließen des Gehäuses 12 im Bereich der Fügefläche 50, 52 verpresst. Ein Aushärten eines Sinterteils kann durch eine Wärmebehandlung und/oder eine UV-Bestrahlung und/oder eine Mikrowellenbehandlung unterstützt werden.
Die Schaltfolie 22 trennt eine erste Kammer 36 der Einheit 10 von einer zweiten Kammer 38 fluiddicht. Es herrscht eine Druckdifferenz zwischen der ersten Kammer 36 und der zweiten Kammer 38, wobei die zweite Kammer 38 mit der Umgebung, also dem Atmosphärendruck, in Verbindung (nicht dargestellt) steht. Die Schaltfolie 22 kann mit Druckdifferenzen von 1 bis 250 mbar, bevorzugt von 1 bis 100 mbar, bewegt werden und dient zum Freigeben oder Absperren eines Durchflusses des Fluids zwischen dem Zufluss 28 und dem Abfluss 30. Der Zufluss 28 der Einheit 10 ist im Einsatzfall z.B. mit dem Kurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine fluidmäßig verbunden, während der Abfluss 30 mit dem Ansaugtrakt fluidmäßig verbunden ist. Die Schaltfolie 22 weist einen tellerartigen Flachkörper 16 auf, mit einem einen zentralen Verschlussbereich 24 umgebenden wellenförmigen Biegebereich 18. Der Biegebereich 18 bewegt beim Schalten der Schaltfolie 22 durch eine dehnungsarme, insbesondere dehnungsfreie, Biegebewegung den Verschlussbereich 24 gegenüber einem Ventilsitz 32 in axialer Richtung L auf den Ventilsitz 32 hin oder von dem Ventilsitz 32 weg. Die Schaltfolie 22 weist dafür zumindest im Biegebereich 18 eine Dicke von höchstens 0,5 mm, bevorzugt von höchstens 0,3 mm, besonders bevorzugt von höchstens 0,2 mm, auf. Der Durchmesser der Schaltfolie 22 liegt dabei zwischen 40 mm und 100 mm, bevorzugt zwischen 50 mm und 80 mm.
Der Biegebereich 18 erstreckt sich in radialer Richtung wellenförmig um den Verschlussbereich 24, wobei eine Vertiefung auf einer Flachseite einer Erhebung auf der anderen Flachseite der Schaltfolie 22 entspricht. Der Verschlussbereich 24 verschließt den Ventilsitz 32, wenn er auf dem Ventilsitz 32 aufliegt. Ein Federelement 26 ist vorgesehen, welches sich an dem ersten Gehäuseteil 13 abstützt, das eine Kraft auf den Verschlussbereich 24 der Schaltfolie 22 ausübt. Das Federelement 26 ist dabei über einen ringförmig ausgebildeten Teller 34 am Verschlussbereich 24 abgestützt. Der Verschlussbereich 24 ist als eine topfförmige Ausstülpung 20 der Schaltfolie 22 ausgebildet, wobei der Teller 34 in Form eines Stützrings diese Ausstülpung ringförmig einfasst. Das Federelement 26 kann alternativ ohne Teller 34 an der Schaltfolie 22 angreifen und dabei an seiner Stirnseite, die der Ausstülpung 20 zugewandt ist, zum Schutz der Schaltfolie 22 umspritzt sein, so dass die Umspritzung den Teller 34 ersetzen könnte.
Radial innerhalb der Fügefläche 50, 52 der beiden Gehäuseteile 13, 14 ist jeweils eine radial umlaufende Nut 54, 56 vorgesehen, welche radial innen durch einen Rand 58, 60 zur Abstützung der Schaltfolie 22 bei axialen Bewegungen quer zum Öffnungsquerschnitt 40 begrenzt ist. Die beiden Nuten 54, 56 liegen einander axial gegenüber. Dadurch, dass die Schaltfolie 22 auf den abgerundeten Rändern 58, 60 aufliegt und dazwischen eingeklemmt ist, ist die Schaltfolie 22 bei axialen Bewegungen ihres Wirkbereichs aufgrund der Regelfunktion der Einheit 10 gegen übermäßigen Verschleiß und Beschädigungen durch scharfe Kanten geschützt.
2 zeigt in einer Schnittdarstellung eine Einheit 10 mit einer Schaltfolie 22 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der grundsätzliche Aufbau der Einheit 10 entspricht im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel in 1. Die Fügeflächen 50, 52 der beiden Gehäuseteile 13, 14 sind jedoch in der Längsrichtung L konisch ausgebildet. Dadurch kann die Schaltfolie 22 beim Fügen der Schaltfolie 22 an das erste Gehäuseteil 13 und beim Zusammenbau des Gehäuses 12 durch Aufsetzen des zweiten Gehäuseteils 14 vorteilhaft zentriert werden. Die Nuten 54, 56 mit ihren Rändern 58, 60 sind dabei, im Gegensatz zu der Ausführungsform in 1, wo sie axial gegenüberliegend angeordnet sind, radial versetzt angeordnet, was sich auch günstig für die Abstützung der Schaltfolie 22 bei der axialen Bewegung der Schaltfolie 22 auswirken kann.
3 zeigt eine vereinfachte Darstellung eines gesinterten Anbindungselements 44 in Form eines Gehäuseteils 13 in einer Schnittdarstellung mit darauf angeordneter Schaltfolie 22 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, während in 4 die Schaltfolie 22 selbst ein gesintertes Bauteil darstellt und in 5 sowohl Gehäuseteil 13 als auch die Schaltfolie 22 als gesinterte Bauteile dargestellt sind.
Zur Herstellung eines Sinterteils kann zweckmäßigerweise ein additiver Fertigungsprozess eingesetzt werden. Dabei ist es vorteilhaft möglich, die verschiedenen Materialeigenschaften wie Festigkeit und Elastizität einzustellen. Auf diese Weise können günstigerweise verschiedene Bereiche zu Funktionsbereichen aufgeteilt werden.
Auf die Schaltfolie in 3, welche aus einem Fluor und Kohlenstoff aufweisenden Polymer-Material, wie beispielsweise PTFE, gebildet ist, kann das Anbindungselement 44, beispielsweise als Gehäuseteil 13, aufgesintert werden und somit eine feste und dauerhafte Verbindung zu der Schaltfolie 22 eingehen.
Vorteilhaft ist es auch, auf das bestehende Gehäuseteil 13 die Schaltfolie 22 aufzusintern, wie es in 4 dargestellt ist. Auch so kann eine günstige dauerhafte und fluiddichte Verbindung zwischen dem Fügebereich 42 der Schaltfolie 22 und der Fügefläche 50 des Gehäuseteils 13 erreicht werden.
Da in 5 beide Bauteile Gehäuseteil 13 und Schaltfolie 22 über einen Sinterprozess hergestellt sind, ist es auch denkbar, dass die beiden Bauteile einstückig ausgebildet werden. Günstig ist es, zwei der Bauteile als ein ganzes Bauteil zu fertigen, beispielsweise über den Sinterprozess oder mittels eines 3D-Druckers. Damit ist die Verbindung der beiden Bauteile intrinsisch gegeben. Ein solches Bauteil ist sowohl von der Funktion als auch von den Kosten her vorteilhaft dazustellen. So kann eine günstige fluiddichte Verbindung zwischen dem Gehäuseteil 13 und der Schalfolie 22 erreicht werden, die auch von großer Lebensdauer im Betrieb wäre.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 2629621 A1 [0006]

Claims

Einheit (10) zum Regeln oder Steuern eines Fluiddrucks, mit wenigstens einem Gehäuseteil (13, 14) und einer mit dem wenigstens einen Gehäuseteil (13, 14) verbundenen Schaltfolie (22) zum Schalten bei Druckdifferenzen von 1 bis 250 mbar, bevorzugt von 1 bis 100 mbar, relativ zu einem auf die Schaltfolie (22) wirkenden Umgebungsdruck, und zum Regulieren, Freigeben oder Absperren eines Durchflusses des Fluids zwischen einem Zufluss (28) und einem Abfluss (30) für das Fluid, wobei die Schaltfolie (22) aus einem Fluor und Kohlenstoff aufweisenden Polymer-Material gebildet ist, wobei ein Öffnungsquerschnitt (40) des wenigstens einen Gehäuseteils (13, 14) durch die Schaltfolie (22) abgeschlossen ist.
Einheit nach Anspruch 1, wobei radial außen wenigstens eine umlaufende Fügefläche (50, 52) am wenigstens einen Gehäuseteil (13, 14) vorgesehen ist, an welcher die Schaltfolie (22) mit dem wenigstens einen Gehäuseteil (13, 14) verbunden ist, insbesondere fest verbunden, insbesondere fest und fluiddicht verbunden ist.
Einheit nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein radial außen liegender Fügebereich (42) der Schaltfolie (22) an wenigstens einer der Fügefläche (50, 52) zugewandten Seite ein Anbindungselement (44) aufweist, welches mit dem wenigstens einen Gehäuseteil (13, 14) verbunden ist, insbesondere stoffschlüssig und/oder formschlüssig verbunden ist.
Einheit nach Anspruch 3, wobei wenigstens eines der Bauteile Anbindungselement (44), Gehäuseteil (13, 14) und/oder Schaltfolie (22) als Sinterteil und/oder als 3D-Druckteil ausgebildet ist.
Einheit nach Anspruch 3 oder 4, wobei wenigstens zwei der Bauteile Anbindungselement (44) und/oder Gehäuseteil (13, 14) und/oder Schaltfolie (22) einstückig ausgebildet sind.
Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schaltfolie (22) wenigstens im Bereich des Fügebereichs (42) wenigstens eine aktivierte Oberfläche, insbesondere wenigstens eine zu einer ersten Kammer (36) des ersten Gehäuseteils (13) hin gerichtete aktivierte Oberfläche, aufweist.
Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fügefläche (50, 52) des wenigstens einen Gehäuseteils (13, 14) in einer Längsrichtung (L) selbstjustierend, insbesondere konisch, gekrümmt oder gewellt, ausgebildet ist.
Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei radial innerhalb der Fügefläche (50, 52) des wenigstens einen Gehäuseteils (13, 14) wenigstens eine radial umlaufende Nut (54, 56) vorgesehen ist, welche radial innen durch einen Rand (58, 60) zur Abstützung der Schaltfolie (22) bei axialen Bewegungen quer zum Öffnungsquerschnitt (40) begrenzt ist, wobei insbesondere zwei axial gegenüberliegende und/oder radial versetzte Nuten (54, 56) mit einem Rand (58, 60) vorgesehen sind..
Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Gehäuse (12) mit dem ersten Gehäuseteil (13) und einem zweiten Gehäuseteil (14) vorgesehen ist und durch die Schaltfolie (22) die erste Kammer (36) von einer zweiten Kammer (38) fluiddicht getrennt ist.
Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Fluor und Kohlenstoff aufweisende Polymer-Material Polytetrafluorethylen oder Polytetrafluorethylen mit Zumischungen oder thermoplastisch verarbeitbares Polytetrafluorethylen ist.
Verfahren zum fluiddichten Verbinden einer Schaltfolie (22) mit wenigstens einem Gehäuseteil (13, 14) eines Gehäuses (12) einer Einheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schaltfolie (22) aus einem Fluor und Kohlenstoff aufweisenden Polymer-Material gebildet ist, und wobei ein radial außen liegender Fügebereich (42) der Schaltfolie (22) an wenigstens einer, einer Fügefläche (50, 52) zugewandten Seite ein Anbindungselement (44) aufweist, das im Bereich wenigstens der Fügefläche (50, 52) mit dem wenigstens einen Gehäuseteil (13, 14) stoffschlüssig und/oder formschlüssig verbunden wird, umfassend - Anbringen des Anbindungselements (44) im Bereich des Fügebereichs (42) der Schaltfolie (22); - Auflegen der Schaltfolie (22) mit dem Anbindungselement (44) auf die Fügefläche (50, 52) des wenigstens einen Gehäuseteils (13, 14) und Verbinden mit dem Gehäuseteil (13,14).
Verfahren nach Anspruch 11, wobei wenigstens eines der Bauteile Anbindungselement (44), Gehäuseteil (13, 14), und/oder Schaltfolie (22) durch einen Sinterprozess und/oder einen 3D-Druckprozess gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei wenigstens zwei der Bauteile Anbindungselement (44), Gehäuseteil (13, 14), und/oder Schaltfolie (22) durch einen einschrittigen Prozess und/oder einstückig gebildet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei der Fügebereich (42) der Schaltfolie (22) durch wenigstens eines der Verfahren Ätzen, Plasmabehandlung, mechanisches Aufrauen, Prägen, Perforieren vorbehandelt wird.
Verwendung einer Einheit (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zur Druckregelung einer Brennkraftmaschine und/oder zur Druckregelung eines Kurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine.