DE102017102075A1

DE102017102075A1 - Rückschlagventil mit Vereisungsschutz

Info

Publication number: DE102017102075A1
Application number: DE102017102075.6A
Authority: DE
Inventors: Andreas Maas
Original assignee: Eichenauer Heizelemente GmbH and Co KG
Current assignee: Eichenauer Heizelemente GmbH and Co KG
Priority date: 2016-02-03
Filing date: 2017-02-02
Publication date: 2017-08-03
Anticipated expiration: 2037-02-03
Also published as: US10196946B2; DE102017000936A1; DE102017102075B4; US20180216506A1

Abstract

Beschrieben wird ein Rückschlagventil für eine gasführende Leitung in einem Kraftfahrzeug, insbesondere zur Entlüftung eines Kurbelgehäuses, mit einem Ventilgehäuse (1), das einen Ventilsitz (4) aufweist, einem Ventilteller (5), der in einer Schließstellung an dem Ventilsitz (4) anliegt, und einer elektrischen Heizeinrichtung zum Beheizen des Ventilgehäuses (1), wobei der Ventilteller (5) einstückig mit einem Feder- und Befestigungsabschnitt (5a) ausgebildet ist, der an dem Ventilgehäuse (1) befestigt ist und eine Schließkraft erzeugt, die den Ventilteller (5) gegen den Ventilsitz (4) drückt, und wobei das Ventilgehäuse (1) einen Metallkörper (2) aufweist, der den Ventilsitz (4) bildet und an seiner Außenseite eine thermische Kopplungsfläche (7) bildet, auf der die elektrische Heizeinrichtung sitzt und die sich zusammen mit der elektrischen Heizeinrichtung sowohl in Strömungsrichtung als auch in entgegengesetzter Richtung über den Ventilsitz (4) hinaus erstreckt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Rückschlagventil mit Vereisungsschutz. Derartige Ventile werden bei Leitungen für gasförmige Fluide verwendet, wenn eine Vereisung aufgrund von geringen Umgebungs- oder Fluidtemperaturen zu befürchten ist. Insbesondere werden derartige Ventile in Abgasrückführleitungen sowie zur Entlüftung von Kurbelgehäusen in Kraftfahrzeugen eingesetzt, wo sich Wasser in den Fluidleitungen, den Ventilkörpern und den Ventilsitzen niederschlagen und gefrieren kann. Die Vereisung kann dann zu einer Einschränkung der Funktion der Kurbelgehäuseentlüftung führen.
Bekannt sind, beispielsweise aus DE 10 2012 108 013 A1 , separate beheizte Rückschlagventile, die am Ende einer Blowby-Leitung angeordnet sind und dabei durch wärmeleitende Bauteile, insbesondere eine gut wärmeleitende Leitungswand, durch die Beheizung der Blowby-Leitung mitbeheizt werden. Nachteilig sind hierbei der hohe Montageaufwand und die aufwändige Ventiltechnik.
Aufgabe ist daher eine Ventilausführung zu entwickeln, die mit wenig Aufwand sicher vor Vereisung geschützt ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Ventil mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Ein erfindungsgemäßes Rückschlagventil hat einen Ventilteller, der einstückig mit einem Feder- und Befestigungsabschnitt ausgebildet ist, der an dem Ventilgehäuse befestigt ist und eine Schließkraft erzeugt, die den Ventilteller gegen einen Ventilsitz drückt. Der Ventilteller einschließlich Feder- und Befestigungsabschnitt können kostengünstig aus einem Blech ausgeschnitten werden. Vorteilhaft ist ein erfindungsgemäßes Ventil so besonders einfach und damit massearm ausgeführt und in einen beheizten Leitungsabschnitt integriert.
Das Ventilgehäuse eines erfindungsgemäßen Rückschlagventils weist einen Metallkörper auf, der den Ventilsitz bildet und an seiner Außenseite eine thermische Kopplungsfläche bildet, auf der eine elektrische Heizeinrichtung sitzt. Die thermische Kopplungsfläche und die Heizeinrichtung erstrecken sich zusammen mit der elektrischen Heizeinrichtung sowohl in Strömungsrichtung als auch in entgegengesetzter Richtung jeweils über den Ventilsitz hinaus. Von der Heizeinrichtung erzeugte Wärme wird so über die Kopplungsfläche in den Metallkörper eingeleitet und dem Ventilsitz sowie dem Ventilteller zugeführt. Der Metallkörper kann beispielsweise aus einer Aluminiumbasislegierung sein und so eine sehr gute Wärmeleitung haben.
Die elektrische Heizeinrichtung kann einen oder mehrere keramische PTC Heizwiderstände aufweisen, beispielsweise in Form einer Platte. Bevorzugt erstreckt sich der PTC Heizwiderstand sowohl in Strömungsrichtung als auch in entgegengesetzter Richtung jeweils über den Ventilsitz hinaus.
Die thermische Kopplungsfläche ist bevorzugt plan ausgeführt. Auf diese Weise lässt sich eine besonders gute thermische Ankopplung des Metallkörpers an die Heizeinrichtung erreichen. Die elektrische Heizeinrichtung kann zusätzlich zu einem oder mehreren keramischen PTC Heizwiderständen ein oder zwei Kontaktbleche aufweisen. Wenn die Heizeinrichtung zwei Kontaktbleche aufweist, ist der PTC Heizwiderstand zwischen den beiden Kontaktblechen angeordnet. Eines der beiden Kontaktbleche befindet sich dann zwischen der thermischen Kopplungsfläche und dem PTC Heizwiderstand bzw. den PTC Heizwiderständen. Wenn die Heizeinrichtung nur ein Kontaktblech aufweist, kann der Metallkörper zur elektrischen Kontaktierung des PTC Heizwiderstands bzw. der PTC Heizwiderstände verwendet werden. Die Heizeinrichtung kann zusätzlich einen Kunststoffrahmen aufweisen, der den oder die PTC Heizwiderstände und das oder die Kontaktbleche hält.
Bei einem erfindungsgemäßen Rückschlagventil ist der Ventilteller bzw. dessen Feder- und Befestigungsabschnitt bevorzugt nicht entlang des gesamten inneren Umfangs des Ventilgehäuse an dem Ventilgehäuse befestigt, sondern nur entlang eines Teils des Umfangs, der bevorzugt weniger als 1/10 des Gesamtumfangs ausmacht. Beispielsweise kann der Feder- und Befestigungsabschnitt mit zwei Nieten, die nebeneinander angeordnet sind, an dem Ventilgehäuse befestigt sein. Möglich ist dabei auch, dass der Feder- und Befestigungsabschnitt entlang von zwei Umfangsabschnitten an dem Ventilgehäuse befestigt ist, zwischen denen jeweils ein Abstand ist, beispielsweise mittels zweier sich gegenüber liegende Nieten.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Feder- und Befestigungsabschnitt den Ventilteller umgibt. Bevorzugt besteht der Feder- und Befestigungsabschnitt aus zwei C-förmigen Bereichen, die den Ventilteller umgeben. Die beiden C-förmigen Bereiche können zusammen den Ventilteller vollständig umgeben oder an einem oder beiden Enden in einem Abstand von einander angeordnet sei. Ein solcher Abstand ist bevorzugt kleiner als 1/10 des Umfangs, beispielsweise nicht mehr als 1/20 des Umfangs. Möglich ist, dass die beiden C-förmigen Bereiche jeweils nur an einem ihrer Enden mit dem Ventilteller verbunden sind. Möglich ist aber auch, dass die beiden C-förmigen Bereiche jeweils mit ihren beiden Enden an dem Ventilteller befestigt sind.
Ein Feder- und Befestigungsabschnitt, der den Ventilteller umgibt, ermöglicht eine einfache und zuverlässige Befestigung an dem Metallgehäuse, beispielsweise indem der Feder- und Befestigungsabschnitt in dem der Verbindungsstelle zum Ventilteller gegenüber liegendem Bereich eingeklemmt oder vernietet ist. Dadurch ist in einfachster Weise eine Lagerung des Ventiltellers am Ventilsitz erreicht. Möglich ist auch, zusätzlich einen vollständigen äußeren Ring auszubilden, der im der Verbindungsstelle zum Ventilteller gegenüberliegenden Bereich mit dem Feder- und Befestigungsabschnitt verbunden ist und voll umfänglich am Metallgehäuse fixiert ist.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Metallkörper des Ventilgehäuses zumindest teilweise mit einem Kunststoffmantel umspritzt ist. Der Kunststoffmantel ist dann Teil des Ventilgehäuses. Er kann Abschnitte des Metallkörpers unbedeckt lassen oder den Metallkörper auf seiner vollen Länge umgeben. Der Kunststoffmantel kann dabei einen oder mehrere Leitungsabschnitte bilden, also in Strömungsrichtung eines durch das Rückschlagventil strömenden Gases oder der entgegengesetzten Richtung über den Metallköper vorstehen.
Bevorzugt ist der Feder- und Befestigungsabschnitt des Ventiltellers mittels des Kunststoffmantels an dem Metallkörper befestigt, beispielsweise durch Einklemmen zwischen Kunststoffmantel und Metallkörper oder indem der Kunststoffmantel einen oder mehrere Nieten bildet, die durch Öffnungen des Feder- und Befestigungsabschnitt und des Metallkörpers hindurchgreifen. Beim Herstellen des Kunststoffmantels durch Spritzgießen können als Nieten Vorsprünge ausgebildet werden, die durch Öffnungen des Feder- und Befestigungsabschnitt und des Metallkörpers hindurch greifen und später heiß verstemmt werden. Der Niet oder die Nieten sind dann einstückig mit dem Kunststoffmantel ausgebildet.
Die beschriebene Kombination aus einem Metallkörper, der eine thermische Kopplungsfläche für eine elektrische Heizeinrichtung und einen Ventilsitz ausbildet, mit einem Kunststoffmantel des Metallkörpers und einem einstückig mit einem Feder- und Befestigungsabschnitt ausgebildeten Ventilteller ermöglicht es, den Ventilsitz mit einer nahezu beliebigen Form auszubilden, insbesondere kreisrund.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel eines Rückschlagventils für eine Leitung zur Entlüftung eines Kurbelgehäuses;
2 eine Schnittansicht zu 1 quer zum Ventilteller;
3 eine Schnittansicht zu 1 parallel zum Ventilteller;
4 eine schematische Darstellung einer alternativen Ausgestaltung von Ventilteller mit Feder- und Befestigungsabschnitt; und
5 eine schematische Darstellung einer weiteren alternativen Ausgestaltung von Ventilteller mit Feder- und Befestigungsabschnitt.
Das in den 1 bis 3 dargestellt Rückschlagventil ist für eine gasführende Leitung in einem Kraftfahrzeug vorgesehen, beispielsweise für eine Leitung zur Entlüftung eines Kurbelgehäuses oder eine Abgasrückführleitung. Das Rückschlagventil hat ein Ventilgehäuse 1, das einen Metallkörper 2 und einen Kunststoffmantel 3, mit dem der Metallkörper 2 umspritzt ist und der einen Leitungsabschnitt bildet, aufweist. Der Metallkörper 2 bildet einen Rohrabschnitt und einen Ventilsitz 4, an dem in der Schließstellung ein Ventilteller 5 als Schließglied anliegt. Der Ventilsitz 4 kann als ein in Strömungsrichtung vorstehender Ringansatz ausgebildet sein, wie dies in 2 zu sehen ist.
Der Ventilteller 5 ist einstückig mit einem Feder- und Befestigungsabschnitt 5a ausgebildet, beispielsweise indem der Ventilteller 5 und der Feder- und Befestigungsabschnitt 5a aus einem Stück Blech ausgeschnitten sind. Der Ventilteller 5 ist über den Feder- und Befestigungsabschnitt 5a an dem Ventilgehäuse 1 befestigt. Der Feder- und Befestigungsabschnitt 5a erzeugt dabei eine Schließkraft, die den Ventilteller 5 gegen den Ventilsitz 4 drückt. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Feder- und Befestigungsabschnitt 5a ringförmig ausgebildet und weist zwei C-förmiger Hälften auf. Der Feder- und Befestigungsabschnitt 5a ist über einen oder mehrere Stege mit dem Ventilteller 5 verbunden ist. Dieser Feder- und Befestigungsabschnitt 5a ist nur entlang eines Teils seines Umfangs an dem Ventilgehäuse 1 befestigt. Dazu ist im Ausführungsbeispiel ein dem Steg gegenüberliegender Bereich mit 2 Nieten am Metallkörper 2 befestigt. Alternativ könnte aber auch der dem Steg gegenüberliegende Bereich mit einem weiteren äußeren Befestigungsring verbunden sein, der zwischen einer Ringschulter des Ventilgehäuses 1 und einem Befestigungsring eingespannt, also entlang des gesamten Umfangs an dem Ventilgehäuse 1 befestigt ist.
Der Feder- und Befestigungsabschnitt 5a ist mit dem Metallkörper 2 des Ventilgehäuses 1 vernietet, indem der Kunststoffmantel 3 Stifte 6 oder andere Vorsprünge ausbildet, die durch Öffnungen des Metallkörpers 2 und des Feder- und Befestigungsabschnitts 5a hindurchgreifen und verstemmt sind. Der Kunststoffmantel 3 kann beispielsweise aus einem thermoplastischen Kunststoff sein, so dass die Stifte 6 oder Vorsprünge beim Nieten heiß verstemmt werden können.
Der Niet bzw. die Nieten bilden zwischen dem Metallkörper 2 und dem Feder- und Befestigungsabschnitt 5a jeweils eine Ringschulter 6a, auf welcher der Feder- und Befestigungsabschnitt 5a sitzt. Diese Ringschulter 6a hat in Strömungsrichtung gesehen eine kleinere Höhe als der Ventilsitz 4. Beim Vernieten, also beim Stauchen der Stifte 6, wird der Feder- und Befestigungsabschnitt 5a gegen diese Ringschulter 6a gedrückt und dadurch vorgespannt. In seiner Schließstellung liegt der Ventilteller 5 deshalb mit einer Vorspannung an dem Ventilsitz 4 an.
Der Metallkörper 2 bildet an einer Außenseite eine thermische Kopplungsfläche 7, auf der eine elektrische Heizeinrichtung sitzt. Diese thermische Kopplungsfläche 7 ist plan ausgebildet und erstreckt sich sowohl in Strömungsrichtung als auch in entgegengesetzter Richtung über den Ventilsitz 4 hinaus. Vorteilhaft kann deshalb von der Heizeinrichtung erzeugte Wärme auf kurzen Wegen zu dem Ventilsitz 4 geleitet werden, so dass der eventuell beim Fahrzeugstart daran festgefrorene Ventilteller 5 sehr effizient und schnell freigeschmolzen werden kann und das Ventil in Strömungsrichtung öffnet. Im Hinblick auf eine gute Wärmeleitung kann der Metallkörper 2 beispielsweise aus einer Aluminiumbasislegierung bestehen.
Die elektrische Heizeinrichtung kann ein keramisches PTC Heizelement 8 enthalten, beispielsweise auf Basis von Bariumtitanat. Ein plattenförmiges PTC Heizelement 8 ermöglicht eine sehr gute Wärmeankopplung an die plan ausgebildete thermische Kopplungsfläche 7. Das PTC Heizelement 8 erstreckt sich bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sowohl in Strömungsrichtung als auch in entgegengesetzter Richtung über den Ventilsitz 4 hinaus, so dass kurze Wärmeleitungswege gewährleistet sind.
Das PTC Heizelement 8 kann von der thermischen Kopplungsfläche 7 elektrisch kontaktiert werden. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist dies aber nicht der Fall. Wie 2 zeigt, ist zwischen der thermischen Kopplungsfläche 7 und dem PTC Heizelement 8 ein Kontaktblech 9 angeordnet. Dabei kann zwischen der Kopplungsfläche 7 und dem Kontaktblech 9 eine elektrische Isolationsschicht 10 liegen, beispielsweise Kunststofffolie. Ein zweites Kontaktblech 11 liegt an der gegenüberliegenden Seite des PTC Heizelements 8 an.
Die Heizeinrichtung kann von dem Kunststoffmantel 3 bedeckt sein oder, wie bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel, von einer separaten Abdeckung 12, beispielsweise einem weiteren Kunststoffteil. Die Abdeckung 12 ist an dem Kunststoffmantel 3 befestigt, beispielsweise durch Verrasten oder Verschweißen, und kann das Gehäuse eines elektrischen Steckverbinders bilden.
4 zeigt schematisch eine alternative Ausgestaltung des Ventiltellers 5 mit dazugehörendem Feder- und Befestigungsabschnitt 5a. Ähnlich wie bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel weißt der Feder- und Befestigungsabschnitt 5a zwei C-förmige Bereiche auf. Im Unterschied zu dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel sind diese beiden C-förmigen Bereiche 5a aber an zwei gegenüberliegenden Stellen mit dem Ventilteller 5 verbunden. Jeder der C-förmigen Bereiche 5a ist in der Nähe seiner Mitte mit dem Ventilgehäuse vernietet. Entsprechende Vorsprünge 6 des Kunststoffmantels 3 sind in 4 dargestellt.
5 zeigt schematisch eine weitere alternative Ausgestaltung des Ventiltellers 5 mit dazugehörendem Feder- und Befestigungsabschnitt 5a. Dieses Ausführungsbeispiel ähnelt dem in 3 gezeigten Beispiel und unterscheidet sich von diesem im wesentlich dadurch, dass dem bei 3 aus zwei C-förmigen Bereichen gebildeten Befestigungsabschnitt 5a ein Ring hinzugefügt ist, der die beiden C-förmigen Bereiche umgibt. Dieser Ring kann durch Vernieten oder Einklemmen an dem Ventilgehäuse befestigt werden.
Bezugszeichenliste

1: Ventilgehäuse
2: Metallkörper
3: Kunststoffmantel
4: Ventilsitz
5: Ventilteller
5a: Feder- und Befestigungsabschnitt
6: Stift
6a: Ringschulter
7: Kopplungsfläche
8: PTC Heizelement
9: Kontaktblech
10: Isolationsschicht
11: Kontaktblech
12: Abdeckung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012108013 A1 [0002]

Claims

Rückschlagventil für eine gasführende Leitung in einem Kraftfahrzeug, insbesondere zur Entlüftung eines Kurbelgehäuses, mit einem Ventilgehäuse (1), das einen Ventilsitz (4) aufweist, einem Ventilteller (5), der in einer Schließstellung an dem Ventilsitz (4) anliegt, und einer elektrischen Heizeinrichtung zum Beheizen des Ventilgehäuses (1), wobei der Ventilteller (5) einstückig mit einem Feder- und Befestigungsabschnitt (5a) ausgebildet ist, der an dem Ventilgehäuse (1) befestigt ist und eine Schließkraft erzeugt, die den Ventilteller (5) gegen den Ventilsitz (4) drückt, wobei das Ventilgehäuse (1) einen Metallkörper (2) aufweist, der den Ventilsitz (4) bildet und an seiner Außenseite eine thermische Kopplungsfläche (7) bildet, auf der die elektrische Heizeinrichtung sitzt und die sich zusammen mit der elektrischen Heizeinrichtung sowohl in Strömungsrichtung als auch in entgegengesetzter Richtung über den Ventilsitz (4) hinaus erstreckt.
Rückschlagventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Feder- und Befestigungsabschnitt (5a) durch einen oder mehrere Nieten an dem Ventilgehäuse (1) befestigt ist.
Rückschlagventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallkörper (2) zumindest teilweise mit einem Kunststoffmantel (3) umspritzt ist.
Rückschlagventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilteller (5) mittels des Kunststoffmantels (3) an dem Ventilgehäuse (1) befestigt ist
Rückschlagventil nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Niet oder die Nieten einstückig mit dem Kunststoffmantel (3) ausgebildet sind.
Rückschlagventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Niet oder die Nieten sowohl durch Öffnungen des Metallkörpers (2) als auch des Feder- und Befestigungsabschnitts (5a) hindurchgreifen.
Rückschlagventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Niet oder die Nieten jeweils eine Ringschulter (6a) zwischen dem Metallkörper (2) und dem Feder- und Befestigungsabschnitt (5a) des Ventiltellers (5) bilden, auf welcher der Feder- und Befestigungsabschnitt (5a) sitzt.
Rückschlagventil nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoffmantel (3) einen Leitungsabschnitt bildet.
Rückschlagventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (4) als ein in Strömungsrichtung vorstehender Ringansatz ausgebildet ist.
Rückschlagventil nach Anspruch 7 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringschulter (6a) in Strömungsrichtung gesehen eine kleinere Höhe als der Ringansatz hat, so dass der Ventilteller (5) in seiner Schließstellung mit einer Vorspannung an dem Ventilsitz (4) anliegt.