DE102016013009A1

DE102016013009A1 - Einheit zum Regeln oder Steuern eines Fluiddrucks

Info

Publication number: DE102016013009A1
Application number: DE102016013009.1A
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: CN108005751A; US20180119835A1; CN114183219A; US10690256B2

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) im Bereich wenigstens einer Fügefläche (50, 52) mit dem wenigstens einen Gehäuseteil (13, 14) durch Schaummaterial (44) 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 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 den 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, hohe Lebensdauern 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 mit dem wenigstens einen Gehäuseteil durch Schaummaterial 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 Durchflussquerschnittes 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 fluiddicht 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 einen weiteren großen Vorteil gegenüber dem Stand der Technik darstellt, 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 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. Durch die fluiddichte Anbindung der Schaltfolie an wenigstens ein Gehäuseteil kann auch wirksam vermieden werden, dass eventuelle Ausgasungen des Materials in die Umgebung gelangen können.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann ein radial außen liegender Fügebereich der Schaltfolie mit dem wenigstens einen Gehäuseteil durch Schaummaterial verbunden sein, insbesondere stoffschlüssig und/oder formschlüssig verbunden sein. Eine stoffschlüssige und/oder formschlüssige Verbindung der Schaltfolie 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.
Die Schaltfolie, die zuvor vorteilhaft einer Oberflächenbehandlung unterzogen sein kann, kann mit mindestens einem Anbindungselement, beispielsweise einem Gehäuseteil, verbunden sein. Hierbei kann das Schaummaterial gekammert durch ein Werkzeug wie einen zusätzlichen Deckel oder einen separaten Niederhalter, der nur für den Prozessschritt notwendig ist, oder durch ein Gehäuseteil gekammert, oder freischäumend angebracht worden sein. Unter dem Schaummaterial versteht man eine Materialzusammensetzung, die im Aggregatzustand fest oder flüssig eingebracht worden sein kann. Nach dem Aufbringen aktiviert sich das Schaummaterial selbstständig oder durch äußere Einwirkung und vergrößert sein Volumen. Beispielsweise kann das Schaummaterial thermisch aktiviert werden. Nach Beendigung des Aktivierungsvorgangs kann das Schaummaterial elastisch, inelastisch, flexibel oder hart sein.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann in der Fügefläche des wenigstens einen Gehäuseteils wenigstens eine umlaufende Nut zur Aufnahme des Schaummaterials vorgesehen sein. Das Schaummaterial kann auf diese Weise zweckmäßig in der Nut aufgenommen werden und sich so nach dem Aufschäumen beim Anpressen der Schaltfolie auf das Gehäuseteil gezielt auf der Fügefläche des Gehäuseteils und dem Fügebereich der Schaltfolie verteilen, wodurch eine fluiddichte und dauerhafte Verbindung erreicht werden kann.
Insbesondere kann in den Fügeflächen der beiden Gehäuseteile vorteilhaft jeweils eine umlaufende Nut zur Aufnahme des Schaummaterials vorgesehen sein, wobei die Nuten bei geschlossenem Gehäuse axial einander gegenüberliegend und/oder radial versetzt angeordnet sind. Das Schaummaterial, das sich nach dem Aktivieren ausdehnt und sein Volumen stark vergrößern kann, kann so in den Nuten zu beiden Seiten der Fügestelle aufgenommen werden, so dass die beiden Gehäuseteile trotzdem mit ihren Fügeflächen die Schaltfolie einklemmen und fluiddicht aneinander angrenzen können. So ist eine dauerhafte und zuverlässige fluiddichte Verbindung zwischen Gehäuse und Schaltfolie bzw. ein zuverlässiges fluiddichtes Verschließen des Öffnungsquerschnitts der Einheit zu erreichen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Fügebereich der Schaltfolie durch das Schaummaterial wenigstens teilweise, insbesondere beidseitig umschlossen sein. Auf diese Weise ist die Schaltfolie in das Schaummaterial eingebettet und fest mit diesem verbunden. Insbesondere kann die Schaltfolie mit ihrem Fügebereich beidseitig von dem Schaummaterial umschlossen sein, was eine zuverlässige und dauerhafte Verbindung zwischen Schaltfolie und Gehäuseteil gewährleistet. Auch wird so ein zuverlässiges fluiddichtes Verschließen des Öffnungsquerschnitts der Einheit erreicht.
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 der Verbindung mit dem Schaummaterial kann es günstig sein, die Oberfläche der Schaltfolie in dem Bereich, wo sie mit dem Schaummaterial 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 Schaummaterial und der Schaltfolie verbessert werden. Weiterhin 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, 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 den Wirkbereich der 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 im Bereich wenigstens einer Fügefläche mit dem wenigstens einen Gehäuseteil durch Schaummaterial stoffschlüssig und/oder formschlüssig verbunden wird. Das Verfahren umfasst dabei ein Einbringen des Schaummaterials in fester oder flüssiger Form in wenigstens eine umlaufende Nut des wenigstens einen Gehäuseteils, gefolgt von einem Auflegen der Schaltfolie auf das wenigstens eine Gehäuseteil mit dem Fügebereich über dem Schaummaterial. Anschließend wird das Schaummaterial durch Eigenwirkung oder durch äußeres Einwirken, insbesondere durch thermisches Aktivieren aufgeschäumt. Nach Verpressen der Schaltfolie mit dem Gehäuseteil und Aushärten des Schaummaterials kann so eine dauerhafte und fluiddichte Anbindung der Schaltfolie an das Gehäuseteil und damit ein fluiddichtes Verschließen des Öffnungsquerschnitts des Gehäuseteils erreicht werden.
Die Schaltfolie, die zuvor vorteilhaft einer Oberflächenbehandlung unterzogen werden kann, kann mit mindestens einem Anbindungselement, beispielsweise einem Gehäuseteil, verbunden werden. Unter dem Schaummaterial versteht man eine Materialzusammensetzung, die im Aggregatzustand fest oder flüssig eingebracht worden sein kann. Nach dem Aufbringen aktiviert das Schaummaterial sich selbstständig oder durch äußere Einwirkung und vergrößert sein Volumen. Beispielsweise kann das Schaummaterial thermisch aktiviert werden. Nach Beendigung des Aktivierungsvorgangs kann das Schaummaterial elastisch, inelastisch, flexibel oder hart sein.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Fügebereich der Schaltfolie durch das Schaummaterial wenigstens teilweise, insbesondere beidseitig umschlossen werden. Auf diese Weise ist die Schaltfolie in das Schaummaterial eingebettet und fest mit diesem verbunden. Insbesondere kann die Schaltfolie mit ihrem Fügebereich beidseitig von dem Schaummaterial umschlossen sein, was eine zuverlässige und dauerhafte Verbindung zwischen der Schaltfolie und dem Gehäuseteil gewährleistet. Auch wird so ein zuverlässiges fluiddichtes Verschließen des Öffnungsquerschnitts der Einheit erreicht.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Schaummaterial freischäumend oder in einem separaten Werkzeug gekammert oder durch das Gehäuse gekammert aufgeschäumt werden. Hierbei kann das Schaummaterial gekammert durch ein Werkzeug wie einen zusätzlichen Deckel, einen separaten Niederhalter, der nur für den Prozessschritt notwendig ist, oder durch ein Gehäuseteil gekammert oder freischäumend verarbeitet werden.
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 mit dem Schaummaterial ist es günstig, die Oberfläche der Schaltfolie in dem Bereich, wo sie mit dem Schaummaterial 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 Schaummaterial und Schaltfolie wesentlich verbessert werden kann.
Vorteilhaft kann nach dem Auflegen der Schaltfolie auf das wenigstens erste Gehäuseteil mit dem Fügebereich über dem Schaummaterial 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 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 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 geschützt wird.
Zweckmäßigerweise kann die Schaltfolie durch zwei im Gehäuse angeordnete Nuten mit einem Rand, welche einander axial gegenüberliegend oder radial versetzt gegeneinander angeordnet sind, axial abgestützt werden. In dieser weiteren Ausführungsform können die Ränder der Gehäuseteile zueinander verschoben sein, um beim Fügeprozess die Schaltfolie in diesem Bereich nicht zu quetschen. Auch ist es möglich, die Vorspannung der Schaltfolie über diese Ränder einzustellen.
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, die 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 einen vereinfachten Ausschnitt eines Fügebereichs einer Einheit in einer Schnittdarstellung vor Aktivieren von Schaummaterial mittels eines Werkzeugs nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
4 den Ausschnitt des Fügebereichs aus 3 mit aktiviertem Schaummaterial nach Entfernen des Werkzeugs;
5 einen vereinfachten Ausschnitt eines Fügebereichs einer Einheit in einer Schnittdarstellung mit in zwei Nuten eingebrachtem Schaummaterial nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
6 den vereinfachten Ausschnitt des Fügebereichs aus 5 mit aktiviertem Schaummaterial;
7 einen vereinfachten Ausschnitt eines Fügebereichs einer Einheit in einer Schnittdarstellung mit in eine Nut eingebrachtem Schaummaterial nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
8 den vereinfachten Ausschnitt des Fügebereichs aus 7 mit aktiviertem Schaummaterial;
9 einen vereinfachten Ausschnitt eines Fügebereichs einer Einheit in einer Schnittdarstellung mit zwei Nuten und eingebrachtem Schaummaterial nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
10 den vereinfachten Ausschnitt des Fügebereichs aus 9 mit aktiviertem Schaummaterial.

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 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 durch Schaummaterial 44 stoffschlüssig und/oder formschlüssig verbunden. Das Schaummaterial 44 ist im Bereich des Fügebereichs 42 der Schaltfolie 22 zwischen den Fügeflächen 50, 52 der beiden Gehäuseteile 13, 14 dünn eingebracht und deshalb in 1, wie auch in 2, nicht zu erkennen. Eventuell günstig angeordnete Nuten zur Aufnahme des aktivierten Schaummaterials 44 sind aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt. In den Ausführungsbeispielen in 1 und 2 ist jeweils die Anbindung des Fügebereichs 42 der Schaltfolie 22 mittels Schaummaterial 44 in einer Nut 46 des ersten Gehäuseteils 13 schematisch dargestellt. Mögliche weitere Ausführungsformen der Anbindung des Fügebereichs 42 sind in 3 bis 10 in vereinfachten Ausschnitten detailliert dargestellt.
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.
Die Schaltfolie 22 weist dabei vorteilhaft wenigstens im Bereich des Fügebereichs 42 eine aktivierte Oberfläche mit veränderter Oberflächenspannung auf, um eine gute Verbindung mit dem Schaummaterial 44 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 dem Schaummaterial 44 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 des Schaummaterials 44 kann durch eine Wärmebehandlung und/oder eine UV-Bestrahlung und/ oder eine Mikrowellenbehandlung unterstützt werden.
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 einen vereinfachten Ausschnitt eines Fügebereichs 42 einer Einheit 10 in einer Schnittdarstellung vor Aktivieren von in eine Nut 46 eingebrachtem Schaummaterial 44 mittels eines Werkzeugs 70 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das erste Gehäuseteil 13 weist eine radial umlaufende Nut 46 auf, welche einer radial umlaufenden Nut 72 in dem Werkzeug 70 mit geringerer Tiefe gegenüberliegt. Das Schaummaterial 44 ist in die Nut 46 des ersten Gehäuseteils 13 eingebracht worden. Danach wird die Schaltfolie 22 auf das erste Gehäuseteil 13 aufgelegt und mit dem Werkzeug 70, welches insbesondere als Niederhalter ausgeführt ist, abgedeckt. Auf diese Weise kann das Schaummaterial 44 gekammert aufgeschäumt werden. Das Schaummaterial 44 kann aktiviert werden, insbesondere thermisch aktiviert werden. Das Schaummaterial 44 dehnt sich dabei in dem durch die Nuten 46, 72 gebildeten freien Raum aus, so dass es die Schaltfolie 22 mit ihrem Fügebereich 42 wenigstens teilweise umschließen kann. Fügebereich 42 und Fügefläche 50 des Gehäuseteils 13 werden dabei fest fluiddicht miteinander verbunden. Nach Aktivieren des Schaummaterials 44 kann das Werkzeug 70 entfernt werden.
4 zeigt dazu den Ausschnitt aus 3 mit aktiviertem Schaummaterial 44 nach Entfernen des Werkzeugs 70. Das Schaummaterial 44 ist dabei mit aufgelegtem Werkzeug 70 aktiviert worden, ist dabei aufgeschäumt und füllt so die Nut 46 aus. Das Schaummaterial 44 quillt über die Nut 46 hinaus und umschließt so den Fügebereich 42 der Schaltfolie 22 teilweise, zumindest an ihrem radial außenliegenden Rand.
In 5 ist ein vereinfachter Ausschnitt eines Fügebereichs 42 einer Einheit 10 in einer Schnittdarstellung mit in zwei Nuten 46, 64 eingebrachtem Schaummaterial 44 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die beiden einander axial gegenüberliegenden radial umlaufenden Nuten 46, 64 sind dabei mit gleicher Nuttiefe dargestellt. In jede Nut 46, 64 ist Schaummaterial 44 eingebracht. Die Schaltfolie 22 liegt mit ihrem Fügebereich 42 zwischen den beiden Gehäuseteilen 13, 14 und ist so durch Einklemmen zusätzlich vor dem Aktivieren des Schaummaterials fixiert.
6 zeigt dazu den vereinfachten Ausschnitt des Fügebereichs 42 aus 5 mit aktiviertem Schaummaterial 44. Das Schaummaterial 44 ist aufgeschäumt und füllt die Nuten 46, 64 vollständig aus. Damit umschließt das Schaummaterial 44 die Schaltfolie 22 zu beiden Seiten und sorgt so für die feste Verbindung zwischen dem Fügebereich 42 und den Fügeflächen 50, 52 der beiden Gehäuseteile 13, 14. Damit ist eine feste fluiddichte Verbindung zwischen dem Gehäuse 12 und der Schaltfolie 22 geschaffen.
In 7 ist ein vereinfachter Ausschnitt eines Fügebereichs 42 einer Einheit 10 in einer Schnittdarstellung mit in eine Nut 46 eingebrachtem Schaummaterial 44 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel ist nur in dem ersten Gehäuseteil 13 eine radial umlaufende Nut 46 angeordnet, in welche das Schaummaterial 44 eingebracht ist. Das zweite Gehäuseteil 14 weist dabei eine flache durchgehende Fügefläche 52 auf, welche bei aufgesetztem zweiten Gehäuseteil 14 an die Schaltfolie 22 angrenzend anliegt.
8 zeigt den vereinfachten Ausschnitt des Fügebereichs 42 aus 7 mit aktiviertem Schaummaterial 44. Das Schaummaterial 44 füllt in diesem Ausführungsbeispiel die Nut 46 vollständig aus und schließt an den Fügebereich 42 der Schaltfolie 22 dicht an, insbesondere ist das Schaummaterial 44 mit dem Fügebereich 42 stoffschlüssig und/oder formschlüssig fest verbunden.
9 zeigt einen vereinfachten Ausschnitt eines Fügebereichs 42 einer Einheit 10 in einer Schnittdarstellung mit zwei Nuten 46, 64 und eingebrachtem Schaummaterial 44 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das erste Gehäuseteil 13 weist eine radial umlaufende Nut 46 auf, welche einer radial umlaufenden Nut 64 im zweiten Gehäuseteil 14 mit geringerer Tiefe axial gegenüberliegend angeordnet ist. In die erste Nut 46 ist Schaummaterial 44 eingebracht. Der Fügebereich 42 der Schaltfolie 22, welche zwischen die beiden Gehäuseteile 13, 14 gelegt ist, ragt zu einem Teil mit seinem radial außenliegenden Rand in den durch die Nuten 46, 64 gebildeten freien Raum hinein.
In 10 ist dazu der vereinfachte Ausschnitt des Fügebereichs 42 aus 9 mit aktiviertem Schaummaterial 44 dargestellt. Das Schaummaterial 44 ist aufgeschäumt und füllt den freien Raum der Nuten 46, 64 gänzlich aus. Der Fügebereich 42 der Schaltfolie 22 wird dabei zu einem Teil an der Unterseite und dem radial außen liegenden Rand von dem aufgeschäumten Schaummaterial 44 umschlossen. Damit sind die beiden Gehäuseteile 13, 14 mit dem Fügebereich 42 der Schaltfolie 22 fluiddicht verbunden.
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) mit dem wenigstens einen Gehäuseteil (13, 14) durch Schaummaterial (44) verbunden ist, insbesondere stoffschlüssig und/oder formschlüssig verbunden ist.
Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in der Fügefläche (50, 52) des wenigstens einen Gehäuseteils (13, 14) wenigstens eine umlaufende Nut (46, 64) zur Aufnahme des Schaummaterials (44) vorgesehen ist, wobei insbesondere in den Fügeflächen (50, 52) der beiden Gehäuseteile (13, 14) jeweils eine umlaufende Nut (46, 64) zur Aufnahme des Schaummaterials (44) vorgesehen ist, wobei die Nuten (46, 64) bei geschlossenem Gehäuse (12) axial einander gegenüberliegend und/oder radial versetzt angeordnet sind.
Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Fügebereich (42) durch das Schaummaterial (44) wenigstens teilweise, insbesondere beidseitig, umschlossen ist.
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) im Bereich wenigstens einer Fügefläche (50, 52) mit dem wenigstens einen Gehäuseteil (13, 14) durch Schaummaterial (44) stoffschlüssig und/oder formschlüssig verbunden wird, umfassend - Einbringen des Schaummaterials (44) in fester oder flüssiger Form in wenigstens eine umlaufende Nut (46, 64) des wenigstens einen Gehäuseteils (13, 14); -Auflegen der Schaltfolie auf das wenigstens eine Gehäuseteil (13, 14) mit dem Fügebereich (42) über dem Schaummaterial (44); - Aufschäumen des Schaummaterials (44) durch Eigenwirkung oder durch äußeres Einwirken, insbesondere durch thermisches Aktivieren.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Fügebereich (42) der Schaltfolie (22) durch das Schaummaterial (44) wenigstens teilweise, insbesondere beidseitig umschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei das Schaummaterial (44) freischäumend oder in einem separaten Werkzeug (70) gekammert oder durch das Gehäuse gekammert aufgeschäumt wird.
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.