DE102016013010A1 - Einheit zum Regeln oder Steuern eines Fluiddrucks - Google Patents

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Lukas Bock
Volker Kümmerling
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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 thermoplastischem Kunststoff 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) an das wenigstens einen Gehäuseteil (13, 14) fluiddicht angepresst 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 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 Gehäuseinnern zugewandten dünneren Schicht geringer Elastizität, z.B. aus PTFE, die gegen aggressive Durchflussmedien resistent ist und einer weiteren, dickeren Schicht aus gummielastischem Material besteht. Derartige Membranventile werden vor allem dort eingesetzt, wo eine hohe chemische Beständigkeit der mit dem Durchflussmedium in Berührung kommenden Werkstoffe gefordert wird. Da gummielastische Materialien dieser Anforderung nicht genügen, die chemisch resistenten Werkstoffe wie PTFE aber nicht die für eine einwandfreie Funktion nötige Elastizität besitzen, werden aus zwei Schichten bestehende 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 einem thermoplastischem Kunststoff, beispielsweise PA, PP oder PE, 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 im Bereich wenigstens einer Fügefläche mit dem wenigstens einen Gehäuseteil fluiddicht 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 thermoplastischem Kunststoff 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 Folie aus thermoplastischem Kunststoff ist chemisch resistent und kann viele Schaltzyklen des Folienventils schalten. Die Langzeitstabilität der Einheit ist verbessert. Insbesondere kann eine Folie aus thermoplastischem Kunststoff in einem Spritzprozess verarbeitbar sein. 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 thermoplastischem Kunststoff, beispielsweise PA, PP oder PE ersetzt. Dieses Material kann beispielsweise in einem Sinterprozess hergestellt und anschließend mechanisch bearbeitet werden oder in einem Spritzgießprozess hergestellt werden. Eine solche Schaltfolie aus thermoplastischem Kunststoff ist in ihrer normalen Form steif und eigentlich nicht für flexible Bauteile geeignet. Der thermoplastische Kunststoff besitzt eine hervorragende chemische Beständigkeit und ist in einem sehr breiten Temperaturbereich einsetzbar. Allerdings erhöht sich der E-Modul zu tiefen Temperaturen hin im Vergleich zu Elastomer-Werkstoffen sehr stark. Aus diesem Grund ist thermoplastischer Kunststoff 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 vermieden. Durch eine Reduzierung der Wandstärke 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 die Schaltfolie in dieser Ausgestaltung sich nicht nur in einem kleinen Flächenbereich, sondern großflächig auf Grund 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 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 dicht 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 und fluiddicht verbunden ist. Durch die 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 an die Umgebung gelangen können.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann ein radial außen liegender Fügebereich der Schaltfolie mit dem wenigstens einen Gehäuseteil verklebt sein, insbesondere stoffschlüssig und/oder formschlüssig verklebt sein. Eine stoffschlüssige und/oder formschlüssige Verklebung 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. Als Kleber können beispielsweise übliche Klebstoffe, etwa Flüssigsilikone oder Klebstoffe auf Acrylbasis, verwendet werden.
  • Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung kann in der Fügefläche des wenigstens einen Gehäuseteils wenigstens eine umlaufende Nut zur Aufnahme einer Kleberaupe vorgesehen sein. Die Kleberaupe kann auf diese Weise zweckmäßig in der Nut aufgenommen werden und so beim Aufbringen und Anpressen der Schaltfolie auf das Gehäuseteil sich gezielt auf der Fügefläche des Gehäuseteils und dem Fügebindung erreicht werden kann. Insbesondere kann so das aufgeschmolzene Material, welches überschüssig ist, zu beiden Seiten der Fügestelle wegfließen und sich in den Nuten verteilen, so dass Fügebereich der Schaltfolie und Fügefläche des Gehäuseteils direkt aufeinander haften können.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann ein radial außen liegender Fügebereich der Schaltfolie an die Fügefläche des wenigstens einen Gehäuseteils fluiddicht angepresst sein. Eine fluiddichtes Anpressen der Schaltfolie an die Fügefläche des Gehäuseteils kann sowohl die fluiddichte Abdichtung des Öffnungsquerschnitts des Gehäuseteils als auch die dauerhafte Anbindung der Schaltfolie für eine sichere Funktion während des Betriebs der Einheit gewährleisten. Das Anpressen kann beispielsweise über ein zweites Gehäuseteil erfolgen oder indem das erste Gehäuseteil mit der Schaltfolie an ein Gegenstück eines anderen Bauteils fluiddicht gepresst ist.
  • Vorteilhaft kann die Schaltfolie wenigstens im Bereich des Fügebereichs eine aktivierte Oberfläche, insbesondere wenigstens eine zu einer ersten Kammer des ersten Gehäuseteils hin gerichtete aktivierte Oberfläche aufweisen. Zur Vorbereitung des Anpressens kann es günstig sein, die Oberfläche der Schaltfolie in dem Bereich, wo sie verpresst wird, 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 Fügefläche und 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 ein radial außen liegender Fügebereich der Schaltfolie an wenigstens einer der Fügefläche zugewandten Seite ein Anbindungselement aufweisen, welches Anbindungselement 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 Abbereich der Schaltfolie verteilen, wodurch eine fluiddichte und dauerhafte Verbindung erreicht werden kann.
  • Gemäß einer alternativen vorteilhaften Ausgestaltung kann ein radial außen liegender Fügebereich der Schaltfolie mit dem wenigstens einen Gehäuseteil durch wenigstens teilweises Aufschmelzen des Fügebereichs der Schaltfolie und/oder der Fügefläche des Gehäuseteils verbunden sein, insbesondere stoffschlüssig und/oder formschlüssig verbunden sein. Eine stoffschlüssige und/oder formschlüssige Verbindung der Schaltfolie durch Aufschmelzen des Materials, wie beispielsweise Schweißen, mit der Fügefläche des Gehäuseteils kann sowohl die Abdichtung des Öffnungsquerschnitts des Gehäuseteils als auch die feste, fluiddichte und dauerhafte Anbindung der Schaltfolie für eine sichere Funktion während des Betriebs der Einheit gewährleisten. Durch das Aufschmelzen ist es möglich, dass einer der Fügepartner, der Fügebereich der Schaltfolie oder die Fügefläche des Gehäuseteils, aufschmilzt und sich mit dem jeweils anderen Fügepartner zumindest teilweise verbindet. Alternativ ist auch möglich, dass beide Fügepartner aufschmelzen und sich die aufgeschmolzenen Werkstoffe vermischen und so beim Erstarren fest verbinden. Weiter ist auch möglich, dass nur das Gehäuseteil aufgeschmolzen wird und so aufgeschmolzenes Material des Gehäuseteils an der Schaltfolie haftet. Auf diese Weise findet keine direkte Vermischung der Materialien statt. Dadurch kann jedoch eine teilweise stoffschlüssige, teilweise formschlüssige Verbindung erreicht werden.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann in der Fügefläche des wenigstens einen Gehäuseteils wenigstens eine umlaufende Nut zur Aufnahme von aufgeschmolzenem Material des Fügebereichs und/oder der Fügefläche vorgesehen sein, wobei insbesondere eine umlaufende Nut radial innerhalb der Fügefläche des wenigstens einen Gehäuseteils und eine umlaufende Nut radial außerhalb der Fügefläche des wenigstens einen Gehäuseteils zur Aufnahme von aufgeschmolzenem Material des Fügebereichs und/oder der Fügefläche vorgesehen sein kann. Das aufgeschmolzene und überstehende Material kann auf diese Weise zweckmäßig in der Nut aufgenommen werden und so beim Aufbringen und Anpressen der Schaltfolie auf das Gehäuseteil sich gezielt in der Nut verteilen, so dass Fügebereich der Schaltfolie und Fügefläche des Gehäuseteils direkt aufeinander haften, wodurch eine fluiddichte und dauerhafte Verdichtung 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 Anbindungselement als ein separates Kunststoff-Spritzgussteil darzustellen. Vorzugsweise ist das Anbindungselement einstückig mit der thermoplastischen Schaltfolie ausgebildet, beispielsweise in einem Spritzgussprozess hergestellt.
  • Bevorzugt kann eines der Bauteile Anbindungselement, Gehäuseteil und/oder die Schaltfolie als Sinterteil und/oder als 3D-Druckteil ausbildet sein.
  • 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 Aggregatszustand 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, unelastisch, 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 so nach dem Aufschäumen beim Anpressen der Schaltfolie auf das Gehäuseteil sich 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 das Anbindungselement aus Kunststoff gebildet sein. Vorteilhaft kann das Anbindungselement durch Anspritzen oder Umspritzen mit Kunststoff den Fügebereich der Schaltfolie beidseitig umschließen und/oder radial nach außen umschließen, bzw. abschließen. So kann der Fügebereich günstig mit seinem radialen Außenrand in das Anbindungselement eingebettet sein. Auf diese Weise ist eine feste und dauerhafte Verbindung von Schaltfolie und Anbindungselement zu erreichen. Alternativ kann als Schaltfolie an das Anbindungselement angespritzt sein oder das Anbindungselement in einem Herstellungsprozess, beispielsweise im Spritzgussverfahren, zusammen mit der Schaltfolie einstückig hergestellt sein.
  • Vorteilhaft kann 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.
  • 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 erreichen. 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 zum Beispiel 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 der Fügebereich der Schaltfolie zwischen den Fügeflächen der beiden Gehäuseteile bei geschlossenem Gehäuse fluiddicht verpresst angeordnet sein. Auf diese Weise ist der Öffnungsquerschnitt des wenigstens einen Gehäuseteils fluiddicht verschlossen, als die Schaltfolie betriebssicher und dauerhaft fixiert. Zugleich ist auch das Gehäuse der Einheit fluiddicht verschlossen.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Fügebereich mittels eines Vorspannelements an eine der Fügeflächen fluiddicht angepresst angeordnet sein. Das Vorspannelement sorgt dafür, dass der Anpressdruck auf die Schaltfolie auch während des Betriebs, bei dem geringfügige Bewegungen der Gehäuseteile erfolgen können, erhalten bleibt. Außerdem kann durch das Vorspannelement ein eventuelles Fließen des Materials der Schaltfolie, was gerade unter Temperaturbeanspruchung erfolgen kann, und damit ein Verändern der Dicke der Schaltfolie ausgeglichen werden. Dadurch wird eine betriebssichere Funktion der Einheit auf Dauer gewährleistet, indem die Vorspannkraft während des Betriebs über das Vorspannelement nachgestellt wird.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Vorspannelement auf einer dem Fluid abgewandten Seite der Schaltfolie angeordnet sein. Günstig ist es, wenn das Vorspannelement nicht mit dem zu regelnden Fluid in Kontakt kommt. Als Vorspannelement kann beispielsweise ein Elastomer-O-Ring günstig eingesetzt werden. Das Material eines solchen O-Rings kann empfindlich auf aggressive Gase, wie sie in Blow-by-Gasen einer Brennkraftmaschine auftreten können, reagieren und unter einer solchen Beanspruchung degradieren. Deshalb ist es von Vorteil, wenn der O-Ring vor dem aggressiven Fluid geschützt ist, indem er auf der von dem Fluid abgewandten Seite der Schaltfolie angeordnet ist.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung können die beiden Gehäuseteile verbunden sein, insbesondere mittels Verschrauben, Verklemmen oder Verschweißen wenigstens eines der Gehäuseteile radial außerhalb der Fügefläche verbunden sein. Wenn die Schaltfolie zwischen den beiden Gehäuseteilen, insbesondere mittels eines Vorspannelements verpresst ist, werden die beiden Gehäuseteile zweckmäßigerweise über Spannelemente, Schrauben, Klemmelemente oder dergleichen gegeneinander fixiert. Alternativ ist auch möglich, die beiden Gehäuseteile miteinander zu verschweißen, um eine dauerhafte Verbindung zwischen den beiden Gehäuseteilen herzustellen und aufrechtzuerhalten.
  • Vorteilhaft für die Ausbildung der Schaltfolie aus thermoplastischem Kunststoff ist ein Polyamid Material (Kurzzeichen PA) oder Polypropylen (Kurzzeichen PP) oder Polyethylen (Kurzzeichen PE). Das thermoplastische Kunststoffmaterial kann geläufige Füllstoffe enthalten, die die Eigenschaften weiter verbessern. Oder es kann ohne Zusatzstoffe für eine Schaltfolie verwendet werden.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Schaltfolie aus thermoplastischem Kunststoff aus einem Fluor und Kohlenstoff aufweisenden 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 thermoplastischem Kunststoff gebildet ist, und wobei ein radial außen liegender Fügebereich der Schaltfolie im Bereich wenigstens einer Fügefläche an das wenigstens eine Gehäuseteil fluiddicht angepresst wird. Das Verfahren umfasst dabei ein Auflegen der Schaltfolie auf das wenigstens eine Gehäuseteil mit dem Fügebereich über der Fügefläche, gefolgt von einem Anpressen des Fügebereichs an die Fügefläche, insbesondere mittels eines Vorspannelements. 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.
  • Vorteilhaft kann der Fügebereich der Schaltfolie durch wenigstens eines der Verfahren Ätzen, Plasmabehandlung, mechanisches Aufrauen, Prägen, Perforieren vorbehandelt werden. Zur Vorbereitung der Anpressung ist es günstig, die Oberfläche der Schaltfolie in dem Bereich, wo sie angepresst wird, 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 Fügefläche und Schaltfolie wesentlich verbessert werden kann.
  • Zweckmäßigerweise kann der Fügebereich mittels eines Vorspannelements an die Fügefläche fluiddicht angepresst werden. Das Vorspannelement sorgt dafür, dass der Anpressdruck auf die Schaltfolie auch während des Betriebs, bei dem geringfügige Bewegungen der Gehäuseteile erfolgen können, erhalten bleibt. Außerdem kann durch das Vorspannelement ein eventuelles Fließen des Materials der Schaltfolie, was gerade unter Temperaturbeanspruchung erfolgen kann, und damit ein Verändern der Dicke der Schaltfolie ausgeglichen werden. Dadurch wird eine betriebssichere Funktion der Einheit auf Dauer gewährleistet, indem die Vorspannkraft während des Betriebs über das Vorspannelement nachgestellt wird.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung 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, wobei der Fügebereich der Schaltfolie beim Verschließen des Gehäuses im Bereich der Fügefläche verpresst wird. Durch das Verpressen kann beispielsweise eine größere Festigkeit der Verbindung erzielt werden. Auch kann dadurch die fluiddichte Verbindung günstig verbessert werden. Das zweite Gehäuseteil kann dabei zweckmäßig mit der Schaltfolie und/oder mit dem ersten Gehäuseteil verklebt 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.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung können die beiden Gehäuseteile, insbesondere radial außerhalb der Fügefläche mit dem jeweils anderen Gehäuseteil verbunden werden, insbesondere durch Verschrauben, Verklemmen oder Verschweißen verbunden werden. Wenn die Schaltfolie zwischen den beiden Gehäuseteilen, insbesondere mittels eines Vorspannelements verpresst ist, werden die beiden Gehäuseteile zweckmäßigerweise über Spannelemente, Schrauben, Klemmelemente oder dergleichen gegeneinander fixiert.
  • Vorteilhaft können so die beiden Gehäuseteile miteinander verschweißt oder verklebt werden, um eine dauerhafte Verbindung zwischen den beiden Gehäuseteilen herzustellen und aufrechtzuerhalten. Vorteilhaft kann das Gehäuse an einem radialen Außenumfang nach Verpressen der Schaltfolie mittels Schweißen oder Kleben 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 oder verklebt sein oder das Gehäuseteil kann an ein anderes Bauteil angeschweißt oder angeklebt sein. Dadurch kann ein weiteres fluiddichtes Verschließen der Einheit zu einem sicheren Betrieb, beispielsweise als Druckregelventil erreicht werden. Die Fügefläche für das Verschweißen oder Verkleben kann dabei zweckmäßig so ausgebildet sein, dass Schweißraupen oder Kleberaupen durch den Prozess des Schweißens, bzw. Klebens die Verbindung der Gehäuseteile und/oder die Verbindung der Schaltfolie mit den Gehäuseteilen nicht beeinträchtigen.
  • Günstigerweise kann die Schaltfolie durch wenigstens eine radial innerhalb der Fügefläche in dem wenigstens einen Gehäuseteil radial umlaufende Nut, welche radial innen durch einen Rand, insbesondere einen Abrollrand, 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 an, bevorzugt jedoch an zwei Rändern gleichzeitig an. Um eine Beschädigung der Schaltfolie während des Fügeverfahrens wie zum Beispiel 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.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Schaltfolie 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 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.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
  • Es zeigen beispielhaft:
    • 1 eine Einheit mit einer Schaltfolie aus thermoplastischem Kunststoff 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 Einheit mit Schaltfolie nach einem nächsten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Schnittdarstellung in nicht-verpresstem Zustand der Schaltfolie;
    • 4 die Einheit aus 3 mit verschweißtem Gehäuse in einer Schnittdarstellung;
    • 5 einen Ausschnitt des Fügebereichs der Einheit aus 3 in Schnittdarstellung in nicht-verpresstem Zustand der Schaltfolie;
    • 6 einen Ausschnitt des Fügebereichs der Einheit aus 4 mit angepresster Folie;
    • 7 einen vereinfachten Ausschnitt des Fügebereichs einer Einheit nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Gehäuseteil in Schnittdarstellung in nicht-verpresstem Zustand der Schaltfolie;
    • 8 den vereinfachten Ausschnitt des Fügebereichs der Einheit aus 7 in Schnittdarstellung in verpresstem Zustand der Schaltfolie;
    • 9 eine schematische Darstellung eines Fügebereichs mit einer über ein federndes Vorspannelement verpresster Schaltfolie nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
    • 10 eine schematische Darstellung eines Fügebereichs mit einer radial geklemmten Schaltfolie nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
    • 11 eine schematische Darstellung eines Fügebereichs mit über eine Schraubverbindung verbundenen Gehäuseteilen nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
    • 12 eine schematische Darstellung eines Fügebereichs mit verklemmter Schaltfolie nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
    • 13 eine schematische Darstellung eines Fügebereichs mit verklemmter Schaltfolie nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
    • 14 eine schematische Darstellung eines Fügebereichs mit über einen Eckbereich verklemmter Schaltfolie nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
    • 15 eine schematische Darstellung eines Fügebereichs mit über einen Eckbereich verklemmter 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 thermoplastischem Kunststoff nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. 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 thermoplastischem Kunststoff, beispielsweise PA, PP oder PE, 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 an die Fügeflächen 50, 52 der beiden Gehäuseteile 13, 14 fluiddicht angepresst. In den Ausführungsbeispielen in den 1 und 2 sind jeweils die Vorspannelemente 44 schematisch dargestellt. Details zur Verspannung der Schaltfolie 22 über die Vorspannelemente 44 sind den 9 bis 15 zu entnehmen.
  • 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 auf Grund 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.
  • In 3 ist eine Einheit 10 mit fluiddicht angepresster Schaltfolie 22 nach einem nächsten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem Schnitt dargestellt. Das Federelement 26 ist dabei der Übersichtlichkeit halber weggelassen. In der 5 ist ein Ausschnitt des Gehäuses 12 der Einheit 10 aus 3 mit dem Fügebereich 42 dargestellt.
  • Im Gegensatz zu den beiden Ausführungsbeispielen in den 1 und 2 sind bei der Einheit 10 in 3 keine Nuten 54, 56 vorgesehen. Die Schaltfolie 22 ist zwischen den beiden Gehäuseteilen 13, 14 fluiddicht eingespannt. Ränder 58, 60 mit einem Abrollradius zur Entlastung der Schaltfolie 22 sind jedoch vorgesehen.
  • Ein radial außen liegender Fügebereich 42 der Schaltfolie 22 wird im Bereich der Fügeflächen 50, 52 an das erste Gehäuseteil 13 fluiddicht angepresst, indem die Schaltfolie auf das eine Gehäuseteil 13 mit dem Fügebereich 42 über der Fügefläche 50 aufgelegt wird und der Fügebereich 42 an die Fügefläche 50, 52 über ein Vorspannelement 44, beispielsweise einen O-Ring, angepresst wird. Die Schaltfolie 22 kann dabei vorteilhaft wenigstens im Bereich des Fügebereichs 42 eine aktivierte Oberfläche mit veränderter Oberflächenspannung aufweisen, um eine gute Dichtwirkung 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.
  • 4 zeigt die Einheit 10 aus 3 mit verschweißtem Gehäuse 12. In der 6 ist ein Ausschnitt des Gehäuses 12 der Einheit 10 aus 4 mit dem Fügebereich 42 dargestellt.
  • Das Gehäuse 12 wird an einem radialen Außenumfang vorzugsweise nach Einlegen und leichtem Verpressen der Schaltfolie 22 über das Vorspannelement 44 mittels Schweißen verschlossen. Zu diesem Zweck ist das wenigstens eine Gehäuseteil 13, 14 radial außerhalb der Fügefläche 50, 52 zum Verschließen des Öffnungsquerschnitts 40 mittels Schweißen ausgebildet. Dazu weist das erste Gehäuseteil 13 einen umlaufenden Rand 66 auf, welcher dazu vorgesehen ist, mit dem zweiten Gehäuseteil 14 verschweißt zu werden.
  • Im Vergleich der in den 5 und 6 gezeigten Ausschnitte ist deutlich zu erkennen, dass die beiden Gehäuseteile 13, 14 unmittelbar nach Auflegen der Schaltfolie 22 und Aufsetzen des zweiten Gehäuseteils 14 durch den umlaufenden Rand 66 des ersten Gehäuseteils 13 auf Abstand gehalten werden, welcher erst nach dem Verschweißen der beiden Gehäuseteile 13, 14 durch Aufschmelzen des Materials verschwindet, so dass dadurch die beiden Gehäuseteile 13, 14 dicht aufeinander liegen und die Schaltfolie 22 über das Vorspannelement 44 dazwischen verpresst ist. Das Vorspannelement 44 wird beim Nachstellen des Abstandes zwischen den beiden Gehäuseteilen 13, 14 beim Verschweißen durch den Druck auf die beiden Gehäuseteile 13, 14 zunehmend verpresst. Das aufgeschmolzene Material des Randes 66 kann als Schweißraupe zu beiden Seiten des Randes 66 wegfließen.
  • Die beiden 7 und 8 zeigen einen vereinfachten Ausschnitt des Fügebereichs 42 einer Einheit 10 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Gehäuseteil 13 in Schnittdarstellung in nicht-verpresstem Zustand der Schaltfolie 22.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel liegt das Vorspannelement 44 in einer Nut 46, welche in der Fügefläche 50 des Gehäuseteils 13 angeordnet ist und ist so bei der Montage der Einheit 10 besser fixiert. Die Schaltfolie 22 wird dann mit dem Fügebereich 42 über das Vorspannelement 44 gelegt und kann so beim Schließen des Gehäuses 12 über das zweite Gehäuseteil 14 angepresst werden. Das Vorspannelement 44 wird dann in der Nut 46 verpresst und kann sich in der Nut 46 parallel zur Schaltfolie 22 in radialer Richtung ausdehnen. 8 zeigt die angepresste Schaltfolie 22 mit verpresstem Vorspannelement 44, jedoch ohne Darstellung des zweiten Gehäuseteils 14. Alternativ kann das erste Gehäuseteil 13 mit aufgelegter Schaltfolie 22 für den Betrieb auch an ein anderes Bauteil einer Brennkraftmaschine gepresst werden.
  • Alternativ kann die Nut 46 auch in dem zweiten Gehäuseteil 14 angeordnet sein, so dass wie in dem Ausführungsbeispiel in den 3 und 4 das Vorspannelement 44 weiter zwischen der Schaltfolie 22 und dem zweiten Gehäuseteil 14 angeordnet sein kann.
  • In 9 ist eine schematische Darstellung eines Fügebereichs 42 mit einer über ein federndes Vorspannelement 44 verpresster Schaltfolie 22 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung zu sehen. Das Vorspannelement 44, beispielsweise in Form eines Federelements, ist in einer in der Fügefläche 52 des zweiten Gehäuseteils 14 angeordneten Nut 46 angeordnet und so zur Montage fixiert. Die Schaltfolie 22 liegt mit ihrem Fügebereich 42 zwischen den beiden Gehäuseteilen 13, 14 und kann so über das Vorspannelement 44 und die Fügeflächen 50, 52 vorteilhaft verpresst werden, um eine fluiddichte Abdichtung des Öffnungsquerschnitts 40 und des Gehäuses 12 zu erreichen.
  • 10 zeigt eine schematische Darstellung eines Fügebereichs 42 mit einer radial geklemmten Schaltfolie 22 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dabei wird die Schaltfolie 22 ebenfalls zwischen den Fügeflächen 50, 52 der beiden Gehäuseteile 13, 14 verpresst und zusätzlich über ein radial an einer Außenseite angeordnetes Vorspannelement 44, beispielsweise einen Simmerring, eine Schlauchschelle oder einen Schnapphaken, radial geklemmt und gehalten. Das Vorspannelement 44 kann beim Verklemmen in eine im ersten Gehäuseteil 13 radial angeordnete Nut 46 eintauchen und so die Schaltfolie 22 in der Nut 46 verpressen.
  • 11 zeigt eine schematische Darstellung eines Fügebereichs 42 mit über eine Schraubverbindung 68 verbundenen Gehäuseteilen 13, 14 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Schaltfolie 22 ist zwischen den beiden Gehäuseteilen 13, 14 verpresst, welche mittels der Schraubverbindung 68 verbunden sind. Die Schraubverbindung 68, beispielsweise in Form einer Schraube mit Mutter als Gegenstück, ist dabei durch eine Öffnung in der Schaltfolie 22 geführt. Auf diese Weise lässt sich die Schaltfolie 22 zuverlässig verklemmen und eine fluiddichte Verbindung zwischen den Gehäuseteilen 13, 14 sowie des Öffnungsquerschnitts 40 darstellen.
  • In 12 ist eine schematische Darstellung eines Fügebereichs 42 mit verklemmter Schaltfolie 22 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Hierbei wird die Schaltfolie 22 über eine Erhebung 72 in der Fügefläche 52 des zweiten Gehäuseteils 14, welche in eine gegenüberliegende Nut 46 der Fügefläche 50 des ersten Gehäuseteils 14 eingreift, verklemmt und zur Fixierung der Schaltfolie 22 beim Verpressen der beiden Gehäuseteile 13, 14 gehalten.
  • 13 zeigt eine schematische Darstellung eines Fügebereichs 42 mit verklemmter Schaltfolie 22 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Schaltfolie 22 selbst eine Prägung 70 als Erhebung auf, mittels derer die Schaltfolie 22 vorteilhaft zwischen den Fügeflächen 50, 52 der beiden Gehäuseteile 13, 14 verklemmt werden kann.
  • In 14 ist eine schematische Darstellung eines Fügebereichs 42 mit über einen Eckbereich verklemmter Schaltfolie 22 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Das zweite Gehäuseteil 14 greift dabei mit einem radial umlaufenden Rand über das erste Gehäuseteil 13, so dass die Schaltfolie 22, wenn sie über das erste Gehäuseteil 13 gelegt wird und das zweite Gehäuseteil 14 darüber geschoben wird, dadurch in axialer Richtung abgebogen und so eingeklemmt wird. Damit kann eine zuverlässige fluiddichte Verbindung der beiden Gehäuseteile 13, 14 und Abdichtung des Öffnungsquerschnitts 40 erreicht werden.
  • 15 zeigt als Erweiterung zu dem in 14 dargestellten Ausführungsbeispiel eine schematische Darstellung eines Fügebereichs 42 mit über einen Eckbereich verklemmter Schaltfolie 22 mit zusätzlicher Fixierung. Dabei weist der radial umlaufende Rand des zweiten Gehäuseteils 14 eine nach radial innen gerichtete Erhebung 72, welche komplementär zu einer umlaufenden Nut 46 im ersten Gehäuseteil 13 ausgebildet ist, auf. Wird die Schaltfolie 22 über das erste Gehäuseteil 13 gelegt und das zweite Gehäuseteil darüber geschoben, so kann die Schaltfolie durch die Erhebung 72 und die Nut 46 verklemmt werden, so dass dadurch eine sichere Fixierung der Schaltfolie 22 erreicht werden kann.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 2629621 A1 [0006]

Claims (13)

  1. 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 thermoplastischem Kunststoff gebildet ist, wobei ein Öffnungsquerschnitt (40) des wenigstens einen Gehäuseteils (13, 14) durch die Schaltfolie (22) abgeschlossen ist.
  2. 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 und fluiddicht verbunden.
  3. Einheit nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein radial außen liegender Fügebereich (42) der Schaltfolie (22) mit wenigstens einem Gehäuseteil (13, 14) verklebt ist, insbesondere stoffschlüssig und/oder formschlüssig verklebt ist.
  4. Einheit nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein radial außen liegender Fügebereich (42) der Schaltfolie (22) mit dem wenigstens einen Gehäuseteil (13, 14) durch wenigstens teilweises Aufschmelzen des Fügebereichs (42) der Schaltfolie (22) und/oder der Fügefläche (50, 52) des Gehäuseteils (13, 14) verbunden ist, insbesondere stoffschlüssig und/oder formschlüssig verbunden ist.
  5. Einheit nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein radial außen liegender Fügebereich (42) der Schaltfolie (22) an die Fügefläche (50, 52) des wenigstens einen Gehäuseteils (13, 14) fluiddicht angepresst ist.
  6. 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, wobei wenigstens eines der Bauteile Anbindungselement (44), Gehäuseteil (13, 14), und/oder Schaltfolie (22) als Sinterteil und/oder als 3D-Druckteil ausgebildet ist.
  7. Einheit nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein radial außen liegender Fügebereich (42) der Schaltfolie (22) mit dem wenigstens einen Gehäuseteil (13, 14) durch ein Schaummaterial (44) verbunden ist, insbesondere stoffschlüssig und/oder formschlüssig verbunden ist.
  8. 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 Anbindungselement (44) mit dem wenigstens einen Gehäuseteil (13, 14) verbunden ist, insbesondere stoffschlüssig und/oder formschlüssig verklebt, verschweißt oder angepresst ist, wobei das Anbindungselement (44) aus Kunststoff gebildet ist und/oder durch Anspritzen an den Fügebereich (42) gebildet ist.
  9. 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) eine erste Kammer (36) von einer zweiten Kammer (38) fluiddicht getrennt ist.
  10. Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der thermoplastische Kunststoff ein Polyamid oder Polypropylen oder Polyethylen ist, insbesondere ein Füllstoff enthaltender Kunststoff ist.
  11. 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 thermoplastischem Kunststoff gebildet ist, und wobei ein radial außen liegender Fügebereich (42) der Schaltfolie (22) im Bereich wenigstens einer Fügefläche (50, 52) an das wenigstens eine Gehäuseteil (13, 14) fluiddicht verbunden wird, umfassend - Auflegen der Schaltfolie auf das wenigstens eine Gehäuseteil (13, 14) mit dem Fügebereich (42) über der Fügefläche (50, 52); - Verbinden des Fügebereichs (42) mit der Fügefläche (50, 52).
  12. Verfahren nach Anspruch 11 , wobei nach dem Auflegen der Schaltfolie (22) auf das wenigstens erste Gehäuseteil (13) mit dem Fügebereich (42) über der Fügefläche (50, 52) ein zweites Gehäuseteil (14) auf die Schaltfolie (22) aufgelegt wird und dadurch ein Gehäuse (12) gebildet wird, wobei der Fügebereich (42) der Schaltfolie (22) beim Verschließen des Gehäuses (12) im Bereich der Fügefläche (50, 52) verbunden wird.
  13. Verwendung einer Einheit (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zur Druckregelung einer Brennkraftmaschine und/oder zur Druckregelung eines Kurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine.
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