DE102018115914B4

DE102018115914B4 - Elektrohydraulisches Ventil mit einer Ventilhülse aus Kunststoff

Info

Publication number: DE102018115914B4
Application number: DE102018115914.5A
Authority: DE
Inventors: Thomas Kretzer; David Jung; Stefan Pilz; Wolfgang Petri; Thomas Lütz; Ralf Holzhauer; Stefan Schmidt
Original assignee: Thomas Magnete GmbH
Current assignee: Thomas Magnete GmbH
Priority date: 2018-07-02
Filing date: 2018-07-02
Publication date: 2021-01-21
Anticipated expiration: 2038-07-03
Also published as: DE102018115914A1

Abstract

Elektrohydraulisches Ventil (1), mindestens einen Elektromagneten (6), eine Ventilhülse (2) und einen darin beweglich aufgenommenen Ventilschieber (3) enthaltend, wobei die Ventilhülse (2) in einer Aufnahmebohrung (4) eines Gehäuses (5) aus einem Leichtmetall im Betrieb unbeweglich aufgenommen ist, wobei die Ventilhülse (2) aus einem ersten Kunststoff hergestellt ist, der aus einem teilkristallinen oder aus einem amorphen und wasserabweisenden Hochtemperaturthermoplast besteht und dass der Ventilschieber (3) aus einem zweiten Kunststoff hergestellt ist, der aus einem teilkristallinen oder aus einem amorphen und wasserabweisenden Hochtemperaturthermoplast besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilhülse (2) aus PPS (Polyphenylensulfid) mit zwei Füllstoffen, nämlich Kohlefasern und PTFE (Polytetrafluorethylen) gefüllt ist, wobei der Ventilschieber (3) aus PEEK (Polyetheretherketon) mit mindestens einem Füllstoff besteht, wobei der Kunststoff PEEK mit Kohlefasern gefüllt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrohydraulisches Ventil entsprechend dem ersten Patentanspruch.
Stand der Technik:
Elektrohydraulische Ventile mit einer Ventilhülse aus Kunststoff sind bekannt, zum Beispiel aus der Druckschrift DE 10 2014 012 306 A1 .
Auch Ventile mit einem Ventilschieber aus Kunststoff sind bekannt.
Wichtige Probleme bei der Auslegung und Herstellung solcher Ventile sind die sehr engen erforderlichen Durchmessertoleranzen für die zentrale Bohrung der Ventilhülse und für den Außendurchmesser, wenn die Ventilhülse ohne weitere Dichtmittel in einer Aufnahmebohrung eines Gehäuses angeordnet ist.
Die DE 10 2014 012 306 A1 offenbart eine Ventilhülse, welche aus einem ersten Kunststoff besteht, der in seinen Eigenschaften vor allem hinsichtlich einer guten Abformbarkeit, einer hohen Maßstabilität und einer ausreichenden Schweißbarkeit ausgewählt ist. Eine Ventilstange besteht aus einem zweiten Kunststoff, der in seinen Eigenschaften hinsichtlich einer sehr geringen Reibung und einem geringen Verschleiß ausgewählt ist.
Die DE 10 2005 051 177 A1 offenbart eine elektromagnetische Stelleinheit für ein Hydraulikventil mit einem Elektromagneten mit einer Spule und einem Anker, der in einer Ankerführung beweglich gelagert ist und auf ein Stellglied einwirkt, bei der eine aus Kunststoff im Spritzverfahren hergestellte Lagerstruktur für den Anker an der Stelleinheit ausgebildet ist.
Die DE 101 50 030 A1 offenbart ein hydraulisches Sicherheitsventil mit einem Gehäuse, das eine Ventilkammer mit einem Eingang und zwei Ausgängen aufweist, in der ein Schieber angeordnet ist, mit dem ein Ausgang verschließbar ist.
Aufgabe:
Es sollen geeignete Werkstoffe für die Ventilhülse und den Ventilschieber gefunden werden, die bei den vorgegebenen Einsatzbedingungen, wie Druck, Temperatur und Fluideigenschaften, eine ausreichende Lebensdauer erreichen. Vorzugsweise soll ein Überschleifen der Ventilhülse und des Ventilschiebers vermieden werden und es sollen annähernd Durchflusskennlinien des Ventils erreicht werden, wie sie mit scharfkantig geschliffenen metallischen Ventilbauteilen gemessen werden.
Lösung:
Die auf die Vorrichtung gerichteten Aufgaben werden durch die Merkmale des ersten Anspruchs gelöst, vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen 2 bis 6 angegeben.
Das erfindungsgemäße elektrohydraulische Ventil enthält mindestens einen Elektromagneten, eine Ventilhülse und einen darin beweglich aufgenommenen Ventilschieber.
Die die Ventilhülse ist in einer Aufnahmebohrung eines Gehäuses aus einem Leichtmetall aufgenommen und ist im Betrieb unbeweglich.
Die Ventilhülse ist aus einem ersten Kunststoff hergestellt, der aus einem teilkristallinen oder aus einem amorphen und wasserabweisenden Hochtemperaturthermoplast besteht, wobei die Ventilhülse aus PPS (Polyphenylensulfid) mit zwei Füllstoffen, nämlich Kohlefasern und PTFE (Polytetrafluorethylen) gefüllt ist.

Der Kunststoff wird als wasserabweisend angesehen, wenn die Wasseraufnahme bei der höchsten betrieblichen Einsatztemperatur nicht mehr als 1 % des Gewichts beträgt.
Der Kunststoff PPS weist eine gute Medienbeständigkeit auf und gestattet eine gute Formgenauigkeit nach dem Spritzprozess.
Der Ventilschieber ist aus einem zweiten Kunststoff hergestellt, der aus einem teilkristallinen oder aus einem amorphen und wasserabweisenden Hochtemperaturthermoplast besteht, wobei der Ventilschieber aus PEEK (Polyetheretherketon) mit mindestens einem Füllstoff besteht, wobei der Kunststoff PEEK mit Kohlefasern gefüllt ist. Der Kunststoff PEEK weist ebenfalls eine gute Medienbeständigkeit, eine hohe Festigkeit und eine gute Formgenauigkeit nach dem Spritzprozess auf.
Weiter vorzugsweise besteht die Ventilhülse aus dem Kunststoff PPS, der mit ca. 30% Kohlefasern gefüllt ist, eingeschränkt auf 20% bis 40%, vorzugsweise auf 25% bis 35%, weiter vorzugsweise auf 28% bis 32% eingeschränkt.
Dabei ist der Kunststoff PPS zusätzlich mit ca. 15% PTFE (Polytetrafluorethylen) gefüllt, eingeschränkt auf 10% bis 20%, vorzugsweise auf 12% bis 18%, weiter vorzugsweise auf 14% bis 16% eingeschränkt.
In einer alternativen Ausführung der Ventilhülse besteht diese aus PPS mit ca. 40% Glasfaserfüllung und 20% mineralischer Füllung.
Der Ventilschieber besteht vorzugsweise aus dem Kunststoff PEEK, der mit ca. 30% Kohlefasern gefüllt ist, eingeschränkt auf 20% bis 40%, vorzugsweise auf 25% bis 35%, weiter vorzugsweise auf 28% bis 32% eingeschränkt.
Die optimalen Füllungsgrade wurden in Versuchen ermittelt.
Das Durchmesserspiel zwischen der Ventilhülse und dem Ventilschieber beträgt vorteilhafterweise weniger als 1,5% des Nenndurchmessers, vorzugsweise weniger als 1%, wobei es mindestens 0,15% des Nenndurchmessers beträgt, vorzugsweise mindestens 0,2%.
Diese Durchmesserspiele sind erreichbar, weil bei dem eingesetzten Verfahren zur Herstellung der Ventilhülse ein Zylinderformfehler von weniger als 0,003% des Nenndurchmessers erreicht wird.
Das Durchmesserspiel zwischen der Ventilhülse und der Aufnahmebohrung des Gehäuses beträgt vorteilhafterweise weniger als 0,3% des Bohrungsdurchmessers, vorzugsweise weniger als 0,25%, weiter vorzugsweise weniger als 0,22%.
Diese geringen Spiele lassen sich wegen der geeigneten Wahl des Werkstoffs für die Ventilhülse erreichen, insbesondere der Wärmeausdehnungsfaktor des gefüllten Werkstoffs ist auf die Einsatzbedingungen abgestimmt.
Bei besonders hohen Anforderungen an die Dichtheit werden die Ventilhülse und/oder der Ventilschieber an ihrem Außendurchmesser überschliffen, bei normalen Anforderungen ist ein Überschleifen wegen der im Spritzgussprozess erreichten Genauigkeit nicht erforderlich.
Anwendung:
Elektrohydraulische Ventile der beschriebenen Gattung werden zur Ansteuerung von verstellbaren Schmierölpumpen in Verbrennungsmotoren und zur Betätigung von Kupplungen in Getrieben verwendet.
Bilder:

1 zeigt einen Querschnitt des erfindungsgemäßen elektrohydraulischen Ventils.

Beispielhafte Beschreibung:
Ein elektrohydraulisches Ventil (1) gemäß 1 enthält einen Elektromagneten (6) eine Ventilhülse (2) und einen darin beweglich aufgenommenen Ventilschieber (3). Dabei ist die Ventilhülse (2) in einer Aufnahmebohrung (4) eines Gehäuses (5) aus einem Leichtmetall im Betrieb unbeweglich aufgenommen.
Die Ventilhülse (2) ist aus einem ersten Kunststoff hergestellt ist, der aus PPS (Polyphenylensulfid) mit zwei Füllstoffen besteht, und der Ventilschieber (3) ist aus einem zweiten Kunststoff hergestellt ist, der aus PEEK (Polyetheretherketon) mit einem Füllstoff besteht.
Die Ventilhülse (2) besteht aus dem Kunststoff PPS, der mit 20% bis 40% Kohlefaser, vorzugsweise mit 25% bis 35%, weiter vorzugsweise mit 28% bis 32% Kohlefaser gefüllt ist, und zusätzlich mit 10% bis 20% PTFE (Polytetrafluorethylen) gefüllt ist, vorzugsweise mit 12% bis 18%, weiter vorzugsweise mit 14% bis 16%.
Der Ventilschieber (3) besteht aus dem Kunststoff PEEK, der mit 20% bis 40% Kohlefasern gefüllt ist, vorzugsweise mit 25% bis 35%, weiter vorzugsweise mit 28% bis 32%.
Das Durchmesserspiel zwischen der Ventilhülse (2) und dem Ventilschieber (3) beträgt weniger als 1,5% des Nenndurchmessers, vorzugsweise weniger als 1%, wobei es mindestens 0,15% des Nenndurchmessers beträgt, vorzugsweise mindestens 0,2%.
Das Durchmesserspiel zwischen der Ventilhülse (2) und der Aufnahmebohrung (4) des Gehäuses (5) beträgt weniger als 0,3% des Bohrungsdurchmessers, vorzugsweise weniger als 0,25%, weiter vorzugsweise weniger als 0,22%.
Die Ventilhülse (2) und der Ventilschieber (3) sind an ihrem Außendurchmesser vorzugsweise unbearbeitet, aber im Fall besonderer Anforderungen ist der Ventilschieber (3) überschliffen, und im Fall weiterer besonderer Anforderungen ist auch die Ventilhülse (2) an ihrem Außendurchmesser überschliffen. Besondere Anforderungen können hohe Dichtigkeitsanforderungen oder sehr weite Temperaturgrenzen im Einsatz sein.
Bezugszeichenliste

1.: Elektrohydraulisches Ventil
2.: Ventilhülse
3.: Ventilschieber
4.: Aufnahmebohrung
5.: Gehäuse
6.: Elektromagnet

Claims

Elektrohydraulisches Ventil (1), mindestens einen Elektromagneten (6), eine Ventilhülse (2) und einen darin beweglich aufgenommenen Ventilschieber (3) enthaltend, wobei die Ventilhülse (2) in einer Aufnahmebohrung (4) eines Gehäuses (5) aus einem Leichtmetall im Betrieb unbeweglich aufgenommen ist, wobei die Ventilhülse (2) aus einem ersten Kunststoff hergestellt ist, der aus einem teilkristallinen oder aus einem amorphen und wasserabweisenden Hochtemperaturthermoplast besteht und dass der Ventilschieber (3) aus einem zweiten Kunststoff hergestellt ist, der aus einem teilkristallinen oder aus einem amorphen und wasserabweisenden Hochtemperaturthermoplast besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilhülse (2) aus PPS (Polyphenylensulfid) mit zwei Füllstoffen, nämlich Kohlefasern und PTFE (Polytetrafluorethylen) gefüllt ist, wobei der Ventilschieber (3) aus PEEK (Polyetheretherketon) mit mindestens einem Füllstoff besteht, wobei der Kunststoff PEEK mit Kohlefasern gefüllt ist.
Elektrohydraulisches Ventil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilhülse (2) aus dem Kunststoff PPS besteht, der mit 20% bis 40% Kohlefaser, vorzugsweise mit 25% bis 35%, weiter vorzugsweise mit 28% bis 32% Kohlefaser gefüllt ist und zusätzlich mit 10% bis 20% PTFE (Polytetrafluorethylen) gefüllt ist, vorzugsweise mit 12% bis 18%, weiter vorzugsweise mit 14% bis 16%.
Elektrohydraulisches Ventil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschieber (3) aus dem Kunststoff PEEK besteht, der mit 20% bis 40% Kohlefasern gefüllt ist, vorzugsweise mit 25% bis 35%, weiter vorzugsweise mit 28% bis 32%.
Elektrohydraulisches Ventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchmesserspiel zwischen der Ventilhülse (2) und dem Ventilschieber (3) weniger als 1,5% des Nenndurchmessers beträgt, vorzugsweise weniger als 1%, wobei es mindestens 0,15% des Nenndurchmessers beträgt, vorzugsweise mindestens 0,2%.
Elektrohydraulisches Ventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchmesserspiel zwischen der Ventilhülse (2) und der Aufnahmebohrung (4) des Gehäuses (5) weniger als 0,3% des Bohrungsdurchmessers beträgt, vorzugsweise weniger als 0,25%, weiter vorzugsweise weniger als 0,22%.
Elektrohydraulisches Ventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilhülse (2) und/oder der Ventilschieber (3) an ihrem Außendurchmesser überschliffen sind.