DE102021130614A1

DE102021130614A1 - Ventil mit flexiblem Dichtelement

Info

Publication number: DE102021130614A1
Application number: DE102021130614.0A
Authority: DE
Inventors: Rolf Brockmann; Matthias Benedikt Schnitzler; Christian Schneider
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2021-11-23
Filing date: 2021-11-23
Publication date: 2023-05-25
Also published as: WO2023094169A1

Abstract

Vorgeschlagen wird ein Ventil zur Durchleitung eines gasförmigen Mediums mit einem Dichtelement, einem Gehäuse und einem Kanal, über den ein angeschlossenes Aggregat verbindbar ist, wobei das Dichtelement tellerförmig ausgeführt ist und eine ringförmige, flexible Dichtlippe umfasst, die in mehrere Funktionsstellungen bewegbar ist, nämlich in eine Grundstellung, eine Befüllstellung und eine Entleerstellung. Die Dichtlippe des Dichtelements steht in der Grundstellung mit einer ersten Dichtfläche in Kontakt, so dass ein Einlassquerschnitt verschlossen ist, wobei das Dichtelement in eine Befüllstellung bewegbar ist, in der ein Auslassquerschnitt zwischen einer zweiten Dichtfläche und dem Dichtelement verschlossen ist und der Einlassquerschnitt zwischen erster Dichtfläche und Dichtlippe sowie ein Funktionsquerschnitt zwischen Gehäuse und Dichtlippe freigegeben wird.Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die Querschnittsflächen von Einströmquerschnitt und Funktionsquerschnitt ein Verhältnis zwischen 1:0,9 und 1:1,2 zueinander aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Ventil zur Durchleitung eines gasförmigen Mediums mit einem Dichtelement zur Ansteuerung eines angeschlossenen Aggregats.
Ein derartiges Ventil wird beispielweise eingesetzt um die Durchleitung eines gasförmigen Mediums, insbesondere Druckluft, in einen Öldruckbehälter oder aus diesem heraus zu steuern. Das Öl im Ölbehälter dient zum Befüllen und Entleeren eines Wandlers, einer Turbokupplung oder Retarders. Dabei ist es wichtig, dass die Befüllung sowie die Entleerung sehr schnell erfolgen können. Das bedeutet, dass das Ventil relativ große Durchströmquerschnitte für die Luft aufweisen muss.
Der grundsätzliche Aufbau eines solchen Ventils ist bekannt. Das Dichtelement des Ventils kann von einer Grundstellung, je nach Strömungsrichtung des Luftstroms, stufenlos in eine Befüllstellung oder eine Entleerstellung bewegt werden. Die Durchlassquerschnitte werden vom anliegenden Luftvolumenstrom bestimmt.
Das enthaltene Dichtelement ist tellerförmig ausgeführt und umfasst eine elastische Dichtlippe, die in den drei Funktionsstellungen unterschiedlich belastet wird. Es hat sich herausgestellt, dass mit der bekannten Auslegung die neuen Anforderungen an ein solches Ventil nicht erfüllt werden können.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Ventil vorzuschlagen, welches derart ausgelegt ist, dass es den höheren Anforderungen genügt.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Ausführung entsprechend dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.
Vorgeschlagen wird ein Ventil zur Durchleitung eines gasförmigen Mediums mit einem Dichtelement, einem Gehäuse und einem Kanal, über den ein angeschlossenes Aggregat verbindbar ist, wobei das Dichtelement tellerförmig ausgeführt ist und eine ringförmige, flexible Dichtlippe umfasst, die in mehrere Funktionsstellungen bewegbar ist, nämlich in eine Grundstellung, eine Befüllstellung und eine Entleerstellung. Die Dichtlippe des Dichtelements steht in der Grundstellung mit einer ersten Dichtfläche in Kontakt, so dass ein Einlassquerschnitt verschlossen ist, wobei das Dichtelement in eine Befüllstellung bewegbar ist, in der ein Auslassquerschnitt zwischen einer zweiten Dichtfläche und dem Dichtelement verschlossen ist und der Einlassquerschnitt zwischen erster Dichtfläche und Dichtlippe sowie ein Funktionsquerschnitt zwischen Gehäuse und Dichtlippe freigegeben wird.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die Querschnittsflächen von Einströmquerschnitt und Funktionsquerschnitt ein Verhältnis zwischen 1:0,9 und 1:1,2 zueinander aufweisen.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Querschnittsflächen von Einströmquerschnitt und Funktionsquerschnitt ein Verhältnis von 1:1 zueinander aufweisen.
In beiden Ausführungen kommt es durch die Optimierung der Kräfte, insbesondere der Kräfte, die durch den durchströmenden Luftvolumenstrom entstehen dazu, dass das Dichtelement weniger belastet bzw. ausgelenkt wird, was sich vorteilhaft auf die Lebensdauer des Dichtelementes auswirkt.
Bei einer weiteren Ausführung kann vorgesehen werden, dass die Querschnittsflächen von Einströmquerschnitt und Funktionsquerschnitt auf die Maße der aufgequollenen Dichtlippe ausgelegt sind.
Das Dichtelement kann beispielsweise aus HNBR oder einem anderen Elastomer bestehen.
In einer bevorzugten Ausführung kann der Kanal derart angeordnet sein, dass ein Luftvolumenstrom in der Offenstellung der Dichtlippe mittig auf die Kanalöffnung trifft. Erfindungsgemäß wird darunter verstanden, dass die Dichtlippe des Dichtelements soweit ausgelenkt wird, dass die Richtung des Luftstroms so ausgerichtet ist, dass dieser in Richtung der Kanalöffnung gelenkt wird.
Weiterhin kann zusätzlich eine Feder vorgesehen werden, mittels der das Dichtelement in Richtung Entleerstellung bewegbar ist. Die Federkraft der Feder kann in einer Ausführung derart ausgelegt sein, dass das Dichtelement in der Grundstellung nicht mit der zweiten Dichtfläche in Kontakt steht. So wird immer ein Auslassquerschnitt freigegeben, so dass kein Restdruck im angeschlossenen Aggregat verbleibt.
In einer alternativen Ausführung kann vorgesehen sein, dass die Federkraft so gering ist, dass der Auslassquerschnitt und der Einlassquerschnitt in der Grundstellung durch die Federkraft des Dichtungselementes verschlossen werden und durch die Federkraft der Feder lediglich eine Unterstützung der Bewegung des Dichtungselementes in eine Auslassstellung erfolgt.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren erläutert. Die Figuren zeigen im Einzelnen:

1 Ventil in der Grundstellung
2 Ventil in der Befüllstellung
3 Ventil in der Entleerstellung

Die 1-3 stellen das Ventil 1 in seinen drei wesentlichen Funktionsstellungen dar.
1 zeigt das Ventil mit dem Dichtelement 7 in der Grundstellung. Bei dem Dichtelement 7 handelt es sich um ein tellerförmiges Element, das einen Bodenbereich und eine Dichtlippe 10 umfasst. Der Bodenbereich des Dichtelementes 7 liegt auf der Trägerfläche 17 des Kolbens 6 auf oder ist auf diese auf vulkanisiert und die Dichtlippe 10 ist derart flexibel ausgelegt, dass sie in die drei Funktionsstellungen bewegt bzw. gebogen werden kann.
1 zeigt eine mögliche Grundstellung des Dichtungselements 7, wenn kein Druckunterschied zwischen Kanal (angeschlossenem Öldruckbehälter) und Auslasskammer 14 vorhanden ist oder die Druckdifferenz annähernd ausgeglichen ist.
Die Federwirkung des Dichtelementes 7 bewirkt die entsprechende Bewegung in diese Grundstellung. Unabhängig von der Ausführung ist in der Grundstellung sichergestellt, dass die Dichtlippe 10 immer an der ersten Dichtfläche 8 anliegt, so dass der Durchgang von Einlasskammer 12 in die Kammer 13 verschlossen ist.
Die Federkraft der Feder 5 kann unterschiedlich ausgelegt sein. In einer Ausführung ist vorgesehen, dass in der Grundstellung ein geringer Auslassquerschnitt 19 geöffnet bleibt, so dass in der Grundstellung die vollständige Entlüftung des Öldruckbehälters über den Kanal 3 sichergestellt ist.
In einer weiteren Ausführung wird auf die Feder 5 verzichtet oder die Federkraft der Feder 5 ist derart gering gewählt, dass das Dichtelement 7 in der Grundstellung auf beiden Dichtflächen 8 und 9 anliegt und die Querschnitte 15 und 19 verschließt. Die Feder 5 ist dann nur zur Unterstützung der Bewegung des Dichtungselements 7 in die Entleerstellung vorgesehen.
2 zeigt das Ventil mit dem Dichtelement 7 in der Befüllstellung, bei der der Durchgang 19 zwischen Auslasskammer 14 und Kammer 13 geschlossen ist. Das Dichtelement 7 bzw. die Dichtlippe 10 geht in eine Befüllstellung sobald der Steuerdruck in der Kammer 12 groß genug ist die Dichtlippe 10 in eine Offenstellung zu bewegen, bei der ein Öffnungsquerschnitt 15 freigegeben wird. Oder anders ausgedrückt ein Steuerdruck überschritten wird. Nach dem Öffnen strömt ein Luftvolumenstrom durch zwei Ringspalte, den Einströmquerschnitt 15 und den Funktionsquerschnitt 16.
Der Einströmquerschnitt 15 wird zwischen erster Dichtfläche 8 und Dichtlippe 10 und der Funktionsquerschnitt 16 zwischen Dichtlippe 10 und Gehäusewand gebildet. Abhängig vom Druck und dem durchströmenden Luftvolumenstrom ändern sich die Kräfte auf das Dichtungselement 7 und insbesondere auf die Dichtlippe 10, deren elastische Verformung von den wirkenden Kräften abhängt.
Maßgeblich wird die Auslenkung der Dichtlippe vom Einströmquerschnitt 15 und dem Funktionsquerschnitt 16 beeinflusst. In einer bevorzugten Ausbildung sind die Dichtlippe 10 und das Gehäuse 2 derart gestaltet, dass der Einströmquerschnitt 15 und der Funktionsquerschnitt 16 bei einer festgelegten Auslenkung der Dichtlippe 10 gleiche Querschnittsflächen oder Durchströmflächen aufweisen, so dass die Durchströmgeschwindigkeiten der Luft im Wesentlichen identisch sind.
Alternativ könnte die Auslegung derart erfolgen, dass die Durchströmflächen des Einströmquerschnitts 15 und des Funktionsquerschnitts 16 ein Verhältnis zwischen 1:0,9 und 1:1,2 zueinander aufweisen.
Der Kanal 3 kann dabei derart angeordnet sein, dass ein Luftvolumenstrom in der Offenstellung der Dichtlippe mittig auf die Kanalöffnung 11 trifft. Wie dargestellt ist die Dichtlippe 10 des Dichtelements 7 soweit ausgelenkt, dass die Richtung des Luftstroms so ausgerichtet ist, dass dieser in Richtung der Kanalöffnung gelenkt wird. Idealerweise trifft der Luftstrom mittig auf die Kanalöffnung 11.
Das Material, aus der das Dichtelement gefertigt ist, vorzugsweise HNBR oder ein anderes Elastomer, spielt bei der Auslegung eine weitere Rolle. Insbesondere wenn mit der durchströmenden Luft ein Ölnebel mit dem Dichtelement 7 in Kontakt kommt. Dichtelemente aus elastischen Materialien, wie einer Gummimischung, können bei dem Kontakt mit Ölhaltiger Luft, mit Öl oder anderen chemischen Fremdstoffen aufquellen. Dies führt zu einer Maß- und Eigenschaftsänderung des Dichtelementes. Der Einströmquerschnitt 15 und der Funktionsquerschnitt 16 können auch auf das gequollene Dichtelement 7, bzw. insbesondere Dichtlippe 10, ausgelegt sein.
3 zeigt das Ventil in der Entleerstellung in die das Ventil geschaltet wird, wenn die Druckverhältnisse sich derart ändern, dass von der Kammer 13 ausgehend ein höherer Druckkraft auf das Ventil 7 wirkt als von der Einlasskammer 12. Es wird der Auslassquerschnitt 18 freigegeben, so dass über den Kanal 3 die Entlüftung des angeschlossenen Öldruckbehälters erfolgt.
Bezugszeichenliste

1: Ventil
2: Gehäuse
3: Kanal
4: Gehäuse
5: Feder
6: Kolben
7: Dichtelement
8: erste Dichtfläche
9: zweite Dichtfläche
10: Dichtlippe
11: Kanalöffnung
12: Einlasskammer
13: Kammer
14: Auslasskammer
15: Einlassquerschnitt
16: Funktionsquerschnitt
17: Trägerfläche
18: Auslassquerschnitt

Claims

Ventil (1) zur Durchleitung eines gasförmigen Mediums mit einem Dichtelement (7), einem Gehäuse (2, 4) und einem Kanal (3), über den ein angeschlossenes Aggregat mit dem Ventil (1) verbindbar ist, wobei das Dichtelement (7) tellerförmig ausgeführt ist und eine ringförmige, flexible Dichtlippe (10) umfasst, die in mehrere Funktionsstellungen bewegbar ist, nämlich in eine Grundstellung, eine Befüllstellung und eine Entleerstellung und wobei die Dichtlippe (10) des Dichtelements (7) in der Grundstellung mit einer ersten Dichtfläche (8) in Kontakt steht, so dass ein Einlassquerschnitt (15) verschlossen ist, wobei das Dichtelement (7) in eine Befüllstellung bewegbar ist, in der ein Auslassquerschnitt (18) zwischen einer zweiten Dichtfläche (9) und dem Dichtelement (7) verschlossen ist und der Einlassquerschnitt (15) zwischen erster Dichtfläche (8) und Dichtlippe (10) sowie ein Funktionsquerschnitt zwischen Gehäuse (2, 4) und Dichtlippe (10) freigegeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsflächen von Einströmquerschnitt (15) und Funktionsquerschnitt (16) ein Verhältnis zwischen 1:0,9 und 1:1,2 zueinander aufweisen.
Ventil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsflächen von Einströmquerschnitt (15) und Funktionsquerschnitt (16) ein Verhältnis von 1:1 zueinander aufweisen
Ventil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (7) aus einem Material besteht, welches aufquellen kann, wenn es in Kontakt mit einem Öl, ölhaltiger Luft oder einem Fremdmedium kommt.
Ventil (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsflächen von Einströmquerschnitt (15) und Funktionsquerschnitt (16) auf die Maße der aufgequollenen Dichtlippe (10) ausgelegt sind.
Ventil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement aus HNBR oder einem anderen Elastomer besteht.
Ventil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (3) derart angeordnet ist, dass ein Luftvolumenstrom in der Offenstellung der Dichtlippe (10) mittig auf die Kanalöffnung (11) trifft.
Ventil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Feder (5) vorgesehen ist, mittels der eine Bewegung des Dichtelements (7) in Richtung Entleerstellung unterstützt wird.
Ventil (1) nah Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Federkraft der Feder (5) derart ausgelegt ist, dass das Dichtelement (7) in der Grundstellung nicht mit der zweiten Dichtfläche (9) in Kontakt steht.