DE19619285A1

DE19619285A1 - Aufladeeinrichtungs-Umgehungsventil

Info

Publication number: DE19619285A1
Application number: DE19619285A
Authority: DE
Inventors: James C Smith; Dennis R Walling
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1995-05-11
Filing date: 1996-05-13
Publication date: 1996-11-14
Also published as: US5586744A; JPH08319845A

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Auf ladeeinrichtungen für Verbrennungsmotoren und insbeson dere auf ein Bypass- bzw. Umgehungsventil mit verbesser ten Zuverlässigkeitseigenschaften zur Verwendung mit Aufladeeinrichtungen.

Stand der Technik

Bypass- oder Umgehungsventile werden vorgesehen zur Ver wendung mit aufgeladenen Motoren, wie beispielsweise mittels Turboladern oder Superladern (supercharger) um eine übermäßige Aufladung des Motors zu verhindern. Bei einer Konfiguration ist das Umgehungsventil so konstru iert, daß es unter Druck gesetzte Abgase von einer Abgas sammelleitung stromaufwärts von der Hochdruckturbine eines Turboladers freigibt, wenn der Abgasdruck einen vorbestimmten Druck übersteigt. Alternativ dazu kann das Umgehungs- bzw. Ablaßventil unter Druck gesetzte Einsaug luft von einer Einsaugsammelleitung freigeben, wenn der Einlaßluftdruck einen vorbestimmten Druck übersteigt. Unabhängig von dem Punkt bzw. der Stelle der Freigabe, öffnet sich das Umgehungs- bzw. Ablaßventil, um den Ladedruck unter einen vorbestimmten Druck zu vermindern, bei dem sich das Umgehungs- bzw. Ablaßventil dann schließt.

Typischerweise umfaßt das Umgehungs- bzw. Ablaßventil einen innerhalb eines Gehäuses bewegbaren Kolben. Unter Druck gesetzte Sammelleitungsgase werden zu einer Seite des Kolbens geleitet, um den Kolben zwischen einer ersten und einer zweiten Position zu betätigen. Eine Membran ist zwischen dem beweglichen Kolben und dem Gehäuse vorge sehen, um eine Dichtung über den Kolben hinweg vorzuse hen. Da sich die Membran jedesmal elastisch verbiegen muß, wenn sich der Kolben bewegt, muß die Membran reißfest und widerstandsfähig beispielsweise gegenüber Ermüdung des Membranmaterials sein. Sollte die Membran reißen, so werden unter Druck gesetzte Sammelleitungsgase zur Atmosphäre hin abgelassen und die Motorleistung wird vermindert. Zusätzlich zur Widerstandsfähigkeit gegenüber fortgesetzter Arbeitszyklen, muß die Membran in der Lage sein, der Hochdruck- und Hochtemperaturumgebung zu widerstehen, die bei Umgehungs- bzw. Ablaßventilen beispielsweise in einer Abgasumgebung üblich ist.

Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, ein verbessertes Bypass- bzw. Umgehungs- oder Ablaßventil vorzusehen und insbesondere ein Ablaßventil vorzusehen, das eine Belastung der Membran während zyklischen Be triebs vermindert.

Offenbarung der Erfindung

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin dung ist ein Umgehungs- oder Bypassventil offenbart, welches folgendes aufweist: ein Gehäuse, einen in dem Gehäuse bewegbar angeordneten Kolben, wobei der Kolben eine erste und eine zweite Kammer in dem Gehäuse defi niert und zwischen einer ersten und einer zweiten Position betätigbar ist, ein erstes Dichtglied, das mit dem Kolben verbunden ist, wobei das erste Dichtglied in der Lage ist, eine Dichtung gegenüber einer Druckgas enthaltenden Sammelleitung vorzusehen, ein zweites Dichtglied, das zwischen dem Kolben und dem Gehäuse verbunden ist, um zwischen der ersten und der zweiten Kammer abzudichten, wobei das zweite Dichtglied sich elastisch verbiegt, wenn der Kolben zwischen der ersten und der zweiten Position betätigt wird, und einen An schlag, der in dem Gehäuse vorgesehen ist zur Begrenzung des Weges des Kolbens und um dadurch das elastische Verbiegen des zweiten Dichtglieds zu begrenzen, wobei der Anschlag entweder die erste oder die zweite Position des Kolbens definiert. In einem besonderen Ausführungsbei spiel ist das zweite Dichtglied eine ringförmige Membran, die zwischen dem Kolben und dem Gehäuse verbunden ist. Die ringförmige Membran ist vorgeformt, um einen äußeren ringförmigen Teil zur Verbindung mit dem Gehäuse, einen inneren ringförmigen Teil zur Verbindung mit dem Kolben und einen im Querschnitt allgemein U-förmigen Mittelteil zu definieren, welcher zwischen dem äußeren ringförmigen Teil und dem inneren ringförmigen Teil angeordnet ist. In diesem besonderen Ausführungsbeispiel begrenzt der An schlag das elastische Verbiegen des U-förmigen Mittel teils, um Belastungen zu vermindern und die Lebensdauer zu erhöhen.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Bypass- bzw. Umgehungsventil offenbart, welches folgendes aufweist: ein Gehäuse, einen in dem Gehäuse bewegbar angeordneten Kolben, wobei der Kolben eine erste und eine zweite Kammer in dem Gehäuse defi niert und zwischen einer ersten und einer zweiten Posi tion betätigbar ist, ein erstes Dichtglied, das mit dem Kolben verbunden ist, wobei das erste Dichtglied geeignet ist, um eine Dichtung gegenüber einer Druckgas enthal tenden Sammelleitung vorzusehen, ein zweites Dichtglied, das zwischen dem Kolben und dem Gehäuse verbunden ist, um zwischen der ersten und der zweiten Kammer abzudichten, wobei das zweite Dichtglied sich elastisch verbiegt zwischen einer ersten Position, in der der verbogene Teil des zweiten Dichtglieds unter Druck steht bzw. kompri miert ist, und einer zweiten Position, in der der ver bogene Teil des zweiten Dichtglieds unter Spannung steht. Gemäß einem besonderen Ausführungsbeispiel ist das zweite Dichtglied eine ringförmige Membran, die zwischen dem Kolben und dem Gehäuse verbunden ist. Die ringförmige Membran ist vorgeformt, um einen äußeren ringförmigen Teil zur Verbindung mit dem Gehäuse, einen inneren ring förmigen Teil zur Verbindung mit dem Kolben und einen im Querschnitt allgemein U-förmigen Mittelteil zu definie ren, welcher zwischen dem äußeren ringförmigen Teil und dem inneren ringförmigen Teil angeordnet ist. Bei diesem besonderen Ausführungsbeispiel verbiegt sich der U-förmi gen Mittelteil zwischen einer ersten Position, in der der U-förmige Teil unter Druck steht bzw. komprimiert ist, und einer zweiten Position, in der der U-förmige Teil unter Spannung steht, um Belastungen zu vermindern und die Lebensdauer zu erhöhen.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren offenbart zum Anbringen einer Membran zwischen einem Gehäuse und einem sich bewegenden Kolben eines Bypass- bzw. Umgehungsventils, wobei die Membran vorgeformt ist, um einen äußeren ringförmigen Teil zur Verbindung mit dem Gehäuse, einem inneren ring förmigen Teil zur Verbindung mit dem Kolben und einen im Querschnitt allgemein U-förmigen Mittelteil zu definie ren, welcher zwischen dem äußeren ringförmigen Teil und dem inneren ringförmigen Teil angeordnet ist, wobei das Verfahren den folgenden Schritt aufweist: Verbinden der Membran zwischen dem Gehäuse und dem sich bewegenden Kolben, und zwar derart, daß sich die Membran elastisch verbiegt zwischen einer ersten Position, in der der U-förmige Mittelteil komprimiert ist, und einer zweiten Position, in der der U-förmige Mittelteil unter Spannung steht.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1a ist eine Querschnittsansicht eines herkömmlichen Bypass- bzw. Umgehungsventils in einer geschlos senen Position.

Fig. 1b ist eine Querschnittsansicht des Bypass- bzw. Umgehungsventils gemäß Fig. 1a in seiner offenen Position.

Fig. 2a ist eine Querschnittsansicht eines Bypass- bzw. Umgehungsventils in einer geschlossenen Position gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2b ist eine Querschnittsansicht eines Bypass- bzw. Umgehungsventils gemäß Fig. 2a in seiner offenen Position.

Fig. 3a ist eine Querschnittsansicht eines Bypass- bzw. Umgehungsventils in einer geschlossenen Position gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vor liegenden Erfindung.

Fig. 3b ist eine Querschnittsansicht des Bypass- bzw. Umgehungsventils gemäß Fig. 3a in seiner offenen Position.

Beste Art der Ausführung der Erfindung

Zum Zwecke der Förderung des Verständnisses der Grundsätze der Erfindung wird nun Bezug auf die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele genommen und es werden spezielle Ausdrücke verwendet, um diese zu beschreiben. Es sei jedoch bemerkt, daß dadurch keine Begrenzung des Umfangs der Erfindung beabsichtigt ist, da solche Veränderungen und weitere Modifikationen der dargestellten Einrichtung und weitere Anwendungen der Grundsätze der Erfindung, wie sie darin dargestellt sind, in Betracht gezogen werden, wie es dem Fachmann normaler weise klar ist, an den sich die Erfindung richtet.

Bezugnehmend nunmehr auf Fig. 1a ist ein Umgehungs- oder Bypassventil 10 in seiner geschlossenen Position gezeigt. Das Bypassventil 10 ist ein typisches Bypassventil des Standes der Technik, indem es einen Kolben 12 umfaßt, der an einem Ventilkörper 14 angebracht ist. Ein Gehäuse 15 umfaßt einen oberen Gehäuseteil 16 und einen unteren Gehäuseteil 18. Das Gehäuse 15 definiert eine Hochdruck kammer 20 und eine Niedrigdruckkammer 22 zur Betätigung des Kolbens 12 und des Ventilkörpers 14 zwischen offenen und geschlossenen Positionen. Der Kolben 12 ist bewegbar zwischen einer ersten und einer zweiten Position inner halb des Gehäuses 15 ansprechend auf den Druck innerhalb der Hochdruckkammer 20, wie im weiteren beschrieben wird. Eine Membran 24 ist vorgesehen und erstreckt sich zwi schen dem bewegbaren Kolben 12 und dem festen Gehäuse 15, um eine Dichtung zwischen den Kammern 20 und 22 vorzu sehen.

Der Ventilkörper 14 umfaßt einen Schaft 23, der mit dem Kolben 12 verbunden ist und ein verjüngtes bzw. abge schrägtes Dichtende 25, das geeignet ist zur Dichtung gegen eine entsprechend verjüngte bzw. abgeschrägte Dichtoberfläche 26 einer Sammelleitung 28. Der untere Gehäuseteil 18 umfaßt eine Lager- oder Führungshülse 30 zum Führen der Hin- und Herbewegung des Schafts 23. Die Hülse 30 ist in einem Gehäuseteil 18 durch einen Halte ring 32 gehalten. Ein Hochdruckanschluß 34 ist in dem unteren Gehäuseglied 18 angeordnet und ist geeignet, Hochdruckgase von einer Druckansaug- bzw. -einlaß sammelleitung zu der Kammer 20 über herkömmliche Hochdruckleitungen (nicht gezeigt) zu leiten.

Der Kolben 12 umfaßt ein oberes Kolbenglied 36 und ein unteres Kolbenglied 38, die in ihre Lage gegen eine Schulter 40 des Sitzventilschafts 23 geklemmt sind. Ein Befestiger 44 und eine Lagerscheibe 46 klemmen den Kolben 12 an den Ventilkörper 14.

Die Membran 24 ist eine flexible ringförmige Membran, die aus einem silikonverstärktem Nomex®-Material besteht. Die Membran 24 umfaßt ein radial inneres Dichtende 48, einen Mittelteil 49 und ein radial äußeres Dichtende 50. Obwohl sie flexibel ist, ist die Membran vorgeformt oder (spritzguß-)geformt, und zwar in eine Form, bei der der Mittelteil 49 im Querschnitt allgemein U-förmig ist und wobei die Enden 48 und 50 sich flanschartig von dem Mittelteil 49 nach außen erstrecken. Als solche besitzt die Membran einen freien Zustand oder einen Zustand ohne Belastungen, wobei jegliche Abweichung davon das Membran material belastet bzw. spannt.

Die Membran 24 ist an ihrem radial inneren Dichtende 48 zwischen dem oberen Kolbenglied 36 und dem unteren Kolbenglied 38 in abdichtender Weise eingeklemmt. Die Membran ist ferner an ihrem radial äußeren Dichtende 50 zwischen dem oberen Gehäuseglied 16 und dem unteren Gehäuseglied 18 in abdichtender Weise eingeklemmt. Das radial innere Dichtende 48 umfaßt eine Lippe oder einen erhöhten bzw. verdickten Teil 52 als Mittel zur mechani schen Verriegelung mit dem Kolben 12. Das radial äußere Dichtende 50 umfaßt Lageroberflächen 54 und 56 zur mechanischen Verriegelung zwischen dem oberen Gehäuseteil 16 bzw. dem unteren Gehäuseteil 18. Befestiger 58 klemmen die Membran 24 in ihre Lage zwischen dem oberen Gehäuse teil 16 und dem unteren Gehäuseteil 18.

Da die Membran 24 eine vorgeformte Form bzw. Gestalt be sitzt, umfaßt das obere Kolbenglied 36 einen aufragenden Umfangsteil 45 mit einem oberen Ende 47. Der Kolbenteil 45 trägt den Mittelteil 49, um die freie Form der Membran 24 so weit wie möglich aufrecht zu erhalten, wenn sie sich elastisch verbiegt, um die Bewegung des Kolbens 12 innerhalb des Gehäuses 15 aufzunehmen bzw. zu berück sichtigen.

Der obere Gehäuseteil 16 umfaßt Vorspannmittel in Form einer Feder 60, die zwischen dem Kolben 12 und dem oberen Gehäuseteil 16 angeordnet ist. Die Feder 60 übt einen vorbestimmten Druck auf den Kolben 12 und den Ventil körper 14 aus, um den Ventilkörper 14 zu seiner geschlos senen Position hin vorzuspannen. Bei Einlaßgasdrücken unterhalb des vorbestimmten Druckes, der durch die Feder rate der Feder 60 eingestellt ist, bleibt der Ventil körper 14 geschlossen, wie es in Fig. 1a gezeigt ist. Bei Einlaßgasdrücken oberhalb des vorbestimmten Drucks, der durch die Federrate der Feder 60 eingestellt ist, werden der Kolben 12 und der Ventilkörper 14 betätigt bzw. geöffnet, wie es in Fig. 1b gezeigt ist. Eine Zumeßöffnung 61 belüftet die Kammer 22 zur Atmosphäre hin.

Unter Bezugnahme nun auf Fig. 1b ist der Gesamtweg des Kolbens 12 und des Ventilkörpers 14 während des Betriebs mit "A" bezeichnet. Der Gesamtweg "A" ist nur durch die Federrate der Feder 60 begrenzt; d. h., daß sich der Kolben 12 nach oben bewegt, bis der Druck der Abgase in der Kammer 20 durch den von der zusammengedrückten bzw. komprimierten Feder 60 ausgeübten Druck ausgeglichen ist. Die Membran 24 muß sich elastisch verbiegen, um den Gesamtweg des Kolbens 12 und des Sitzventils bzw. des Sitzventilkörpers 14 aufzunehmen bzw. zu berücksichtigen.

Insbesondere verbiegt sich die Membran 24 um eine gleiche Distanz entsprechend dem Gesamtweg oder der Versetzung "A". Wenn sich die Membran 24 verbiegt, wird ein Teil 62 entlang der Außenwand 63 des oberen Kolbenglieds 36 geführt. Wegen der Größe des Weges "A" wird die Membran 24 jedoch zu stark verbogen, indem sich das radial innere Ende 48 der Membran 24 von einem Punkt unterhalb des radial äußeren Endes 50 (Fig. 1a) zu einem Punkt ober halb des radial äußeren Endes 50 (Fig. 1b) verbiegt. Wenn sich die Membran 24 zu stark verbiegt, verbiegt sich der Mittelteil 49 derart, daß ein Teil 62 davon mit der Innenwand 64 des oberen Gehäuseteils 16 in Kontakt kommt. Der Kontakt zwischen der Membran 24 und der Innenwand 64 erzeugt eine Abnutzung, die dazu neigt, die Ermüdungs lebensdauer der Membran zu vermindern bzw. zu verkürzen. Ferner führt das starke Verbiegen der Membran dazu, daß der große Betrag des Weges "A" einen entsprechend großen Betrag von Dehnung bzw. Spannung (stretching) und ent sprechend hoher Zugbelastung in der Membran 24 ergibt. Fortgesetzter Wechsel der Membran 24 zwischen ihrem freien Zustand und einer solchen hohen Zugbelastung vermindert die Ermüdungslebensdauer der Membran.

Bezugnehmend nun auf die Fig. 2a und 2b ist ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt, welches den Gesamtweg des Kolbens 12 und des Sitzventils 14 und somit den Gesamtweg und die Verbiegung der Membran 24 begrenzt. In Fig. 2a ist das Bypass- bzw. Umgehungs ventil 100 mit den gleichen Bauteilen gezeigt, wie das Bypass- bzw. Umgehungsventil 10. Zusätzlich umfaßt das Bypassventil 100 einen Befestiger 102, der in eine Bohrung 104 des oberen Gehäuseteils 16 geschraubt ist. Der Befestiger 102 erstreckt sich über eine vorbestimmte Länge in die Kammer 22, um einen mechanischen Anschlag zur Begrenzung des Weges des Kolbens 12 und des Sitz ventils 14 vorzusehen. Insbesondere kann das Sitzventil bzw. der Ventilkörper 14 sich nur so weit nach oben bewegen, bis der Schaft 23 mit dem Befestiger 102 in Kontakt kommt (Fig. 2b).

Infolgedessen wird der Gesamtweg "B" des Kolbens 12 und des Ventilkörpers 14 des Bypassventils 100 signifikant vermindert, verglichen mit dem Gesamtweg "A" des Bypass ventils 10, und das sich ergebende Verbiegen und Dehnen bzw. Strecken der Membran 24 wird in ähnlicher Weise be grenzt. Zusätzlich wird die Art der Verbiegung begrenzt. Insbesondere, wenn der Ventilkörper 14 des Bypassventils 100 in seiner geschlossenen Position ist, wie es in Fig. 2a gezeigt ist, ist die Membran 24 in der gleichen ver bogenen bzw. ausgelenkten Position wie beim Bypassventil 10 (Fig. 1a). Wenn der Ventilkörper 14 jedoch in seiner offenen Position ist, wie es in Fig. 2b gezeigt ist, ist die verbogene bzw. ausgelenkte Position der Membran 24 signifikant anders als bei dem Bypassventil 10 (Fig. 1b).

Beim Bypassventil 100 bleibt insbesondere der radial innere Teil 48 der Membran 24 unterhalb des radial äuße ren Teils 50, während beim Bypassventil 10 der radial innere Teil zu stark verbogen wird zu einem Punkt ober halb des radial äußeren Teils 50. Infolgedessen kommt die Membran 24 des Bypassventils 100 nicht in Kontakt mit der Innenwand 64 und daher wird die Abnutzung der Membran vermindert. Da die Verbiegung der Membran 24 begrenzt ist, ist ferner auch die entsprechende Größe des Dehnens bzw. Streckens und der assoziierten Zugbelastung be grenzt. Infolgedessen ergibt ein fortgesetzter Wechsel der Membran 24 zwischen ihrem freien Zustand und einer be grenzten Zugbelastung eine erhöhte bzw. verlängerte Ermüdungslebensdauer des Bypassventils 100 gegenüber dem Bypassventil 10.

Bezugnehmend auf Fig. 3a und 3b ist ein zweites Aus führungsbeispiel der Erfindung gezeigt, das den Gesamtweg des Kolbens 12 und des Sitzventils 14 begrenzt und ferner das Verbiegen der Membran 24 kontrolliert bzw. steuert. In Fig. 3a ist ein Bypass- bzw. Umgehungsventil 200 ge zeigt, das ähnliche Bauteile umfaßt, wie die Bypass ventile 10 und 100. Zusätzlich zu den mechanischen Stopp mitteln in Form des Befestigers 102 umfaßt das Bypassven til 200 einen Abstandshalter 202, der zwischen einem mo difizierten oberen Gehäuseteil 203 und dem unteren Ge häuseteil 18 eingeklemmt ist, und entsprechende Abstands halter 204, die zwischen der Feder 60 und dem modifizier ten oberen Teil 203 eingeklemmt sind. Als solche werden die Federrate der Feder 60 und der Weg des Ventilkörpers 14 beibehalten. Insbesondere ist der Gesamtweg "C" des Kolbens 12 und des Ventilkörpers 14 des Bypassventils 200 der gleiche wie der Gesamtweg "B" des Bypassventils 100. Jedoch ist das sich ergebende Verbiegen der Membran 24 beim Bypassventil 200 signifikant verändert gegenüber den Bypassventilen 10 und 100.

Beim Bypassventil 200 ist die Befestigung der Membran 24 an dem Gehäuse angehoben bzw. erhöht gegenüber den By passventilen 10 und 100, so daß der U-förmige Mittelteil 49 durch Druck- bzw. Kompressionskräfte belastet ist, wie in Fig. 3a gezeigt ist. Insbesondere ist der Teil 62 des Mittelteils 49 "abgerollt", so daß seine vorgeformte "U"-Form abgeflacht oder reduziert ist, um eine Druck belastung auf seine Oberseite auszuüben. Wenn der Kolben 12 betätigt wird, wird die Druckbelastung auf die Ober seite des U-förmigen Mittelteils 49 auf Null vermindert, was dem freien Zustand der Membran 24 entspricht. Ein darüber hinausgehender Weg des Kolbens 12 erhöht die Zugbelastung der Oberseite des U-förmigen Mittelteils 49. Insbesondere wird der Teil 62 des Mittelteils 49 "ge rollt" (bzw. aufgerollt), so daß seine vorgeformte "U"-Form erhöht bzw. angehoben wird, um seine Oberseite zu dehnen, bzw. zu spannen. Infolgedessen wird die zykli sche Belastung entlang des durchgebogenen Teils der Membran 24 verändert von einem Bereich zwischen geringer oder keiner Zugbelastung und maximaler Zugbelastung (wie beim Bypassventil 10) und von einem Bereich zwischen keiner oder wenig Zugbelastung und einer begrenzten Zug belastung (wie beim Bypassventil 100) zu einem Bereich zwischen einer verminderten Druckbelastung oder einer negativen Zugbelastung und einer verminderten Zug belastung. Insbesondere überträgt bzw. verändert das Bypassventil 200 den Arbeitsbelastungsbereich des Bypassventils 100 von einem Bereich der Zugbelastung zwischen Null und einem Maximum zu einem Bereich von negativer bis positiver Zugbelastung, um die Ermüdungs lebensdauer weiter zu erhöhen bzw. zu verlängern. Bei dem besonderen, bevorzugten, gezeigten Ausführungsbeispiel sind die maximalen negativen und positiven Arbeits belastungen des Bypassventils 200 jeweils die Hälfte der maximalen Arbeitszugbelastung des Bypassventils 100.

Während die Erfindung in den Zeichnungen und der vorher gehenden Beschreibung in Einzelheiten dargestellt und beschrieben wurde, ist diese als veranschaulichend und nicht als einschränkend anzusehen, wobei verständlich ist, daß nur das bevorzugte Ausführungsbeispiel gezeigt und beschrieben wurde und daß alle Änderungen und Modifi kationen geschützt werden sollen, die in den Umfang der Erfindung fallen.

Zusammenfassend sieht die Erfindung also folgendes vor:
Ein Bypass- bzw. Umgehungsventil ist offenbart zur Ver wendung mit Turbo- bzw. aufgeladenen Motoren. Das Umgehungsventil läßt Abgase stromaufwärts von der Hochdruckturbine des Turboladers ab, um die Turbolader drehzahl und den assoziierten Ladedruck zu vermindern. Das Umgehungsventil umfaßt einen Kolben, der an einem Sitzventil befestigt ist und innerhalb eines Gehäuses bewegbar ist. Das Gehäuse nimmt unter Druck gesetzte Ansaug- bzw. Einlaßgase an einer Seite des Kolbens auf, um das Sitzventil zwischen einer offenen und einer geschlossenen Position zu betätigen. Eine Membran ist in abdichtender Weise zwischen dem Kolben und dem Gehäuse angeordnet. Das Gehäuse umfaßt mechanische Anschlagmittel zum Begrenzen des Kolbenwegs, wodurch das Verbiegen der Membran reduziert bzw. vermindert wird. Zusätzlich ist die Membran derart in dem Gehäuse angeordnet, daß sich die Membran zwischen Kompressions- und Zugbelastungen mit verminderten Spitzenwerten verbiegt, um die Ermüdungs lebensdauer der Membran zu erhöhen bzw. zu verlängern.

Claims

1. Bypass- bzw. Umgehungsventil, welches folgendes auf weist:
ein Gehäuse;
eine Sammelleitung, die geeignet ist, ein Druckgas darin zu enthalten;
einen Kolben, der in dem Gehäuse bewegbar angeordnet ist, wobei der Kolben eine erste und eine zweite Kammer in dem Gehäuse definiert und zwischen einer ersten und einer zweiten Position betätigbar ist;
ein erstes Dichtglied, das mit dem Kolben verbunden ist, wobei das erste Dichtglied in der Lage ist, eine Dichtung gegenüber einer Öffnung der Sammel leitung vorzusehen;
eine ringförmige Membran, die zwischen dem Kolben und dem Gehäuse verbunden ist, um zwischen der ersten und der zweiten Kammer abzudichten, wobei die ringförmige Membran sich elastisch verbiegt, wenn der Kolben zwischen der ersten und der zweiten Posi tion betätigt wird;
wobei die ringförmige Membran vorgeformt ist, um einen äußeren ringförmigen Teil zur Verbindung mit dem Gehäuse, einen inneren ringförmigen Teil zur Verbindung mit dem Kolben und einen Mittelteil zu definieren, der im Querschnitt allgemein U-förmig ist und zwischen dem äußeren ringförmigen Teil und dem inneren ringförmigen Teil angeordnet ist;
wobei sich die ringförmige Membran elastisch verbiegt zwischen einer ersten Position, in der der Mittelteil unter Druck steht bzw. komprimiert ist, und einer zweiten Position, in der der Mittelteil unter Spannung steht.

2. Bypassventil gemäß Anspruch 1, wobei das Ventil ferner einen Anschlag aufweist, der in dem Gehäuse vorgesehen ist, und zwar zur Begrenzung des Weges des Kolbens, um dadurch das Verbiegen der Membran zu begrenzen, wobei der Anschlag entweder die erste oder die zweite Position des Kolbens definiert.

3. Bypassventil gemäß Anspruch 1, wobei das Gehäuse einen oberen Gehäuseteil und einen unteren Gehäu seteil umfaßt;
wobei der Kolben ein oberes Kolbenglied und ein unteres Kolbenglied umfaßt; und
wobei der äußere ringförmige Teil der Membran zwischen dem oberen Gehäuseteil und dem unteren Gehäuseteil eingeklemmt ist, und wobei der innere ringförmige Teil der Membran zwischen dem oberen Kolbenglied und dem unteren Kolbenglied eingeklemmt ist.

4. Bypassventil gemäß Anspruch 3, wobei das obere Kolbenglied einen aufragenden Umfangsteil umfaßt zum Tragen des Mittelteils der Membran, wobei der Mittelteil sich so verbiegt, daß er vollständig außer Kontakt mit dem Gehäuse gerät, wenn der Kolben zwischen der ersten und der zweiten Position betä tigt wird.

5. Bypassventil gemäß Anspruch 4, wobei der aufragende Umfangsteil eine obere Kolbenoberfläche definiert und wobei sich der Mittelteil unterhalb der oberen Kolbenoberfläche verbiegt, wenn der Kolben zwischen der ersten und der zweiten Position betätigt wird.

6. Bypassventil gemäß Anspruch 5, wobei das Bypass ventil ferner einen Abstandshalter aufweist, der zwischen dem oberen Gehäuseteil und dem unteren Gehäuseteil eingeklemmt ist, und wobei der äußere ringförmige Teil der Membran zwischen dem oberen Gehäuseteil und dem Abstandshalter eingeklemmt ist, wobei der Abstandshalter bezüglich der ringförmigen Membran derart angeordnet ist, daß die ringförmige Membran sich zwischen der ersten Position, in der der Mittelteil unter Druck steht bzw. komprimiert wird, und der zweiten Position, in der der Mittel teil unter Spannung steht, verbiegt.

7. Bypass- bzw. Umgehungsventil, das folgendes auf weist;
ein Gehäuse;
einen Kolben, der in dem Gehäuse bewegbar angeordnet ist, wobei der Kolben eine erste und eine zweite Kammer in dem Gehäuse definiert und zwischen einer ersten und einer zweiten Position betätigbar ist;
ein erstes Dichtglied, das mit dem Kolben verbunden ist, wobei das erste Dichtglied in der Lage ist, eine Dichtung gegenüber einer Druckgas enthaltenden Sammelleitung vorzusehen;
ein zweites Dichtglied, das zwischen dem Kolben und dem Gehäuse verbunden ist, um zwischen der ersten und der zweiten Kammer abzudichten, wobei das zweite Dichtglied sich elastisch verbiegt, wenn der Kolben zwischen der ersten und der zweiten Position betä tigt wird; und
einen Anschlag, der in dem Gehäuse vorgesehen ist zur Begrenzung des Weges des Kolbens, um dadurch das Verbiegen des zweiten Dichtglieds zu begrenzen, wo bei der Anschlag entweder die erste oder die zweite Position für den Kolben definiert.

8. Bypassventil gemäß Anspruch 7, wobei das zweite Dichtglied eine ringförmige Membran ist, die zwischen dem Kolben und dem Gehäuse verbunden ist, um zwischen der ersten und der zweiten Kammer abzudichten, wobei sich die ringförmige Membran verbiegt, wenn der Kolben zwischen der ersten und der zweiten Position betätigt wird.

9. Bypassventil gemäß Anspruch 8, wobei die ringförmige Membran einen äußeren ringförmigen Teil, der mit dem Gehäuse verbunden ist, einen inneren ringförmigen Teil, der mit dem Kolben verbunden ist, und einen Mittelteil umfaßt, der im Querschnitt allgemein U-förmig ist und zwischen dem äußeren ringförmigen Teil und dem inneren ringförmigen Teil angeordnet ist.

10. Bypassventil gemäß Anspruch 9, wobei das Gehäuse einen oberen Gehäuseteil und einen unteren Gehäu seteil umfaßt; wobei der Kolben ein oberes Kolben glied und ein unteres Kolbenglied umfaßt; und wobei der äußere ringförmige Teil der Membran zwischen dem oberen Gehäuseteil und dem unteren Gehäuseteil ein geklemmt ist und wobei der innere ringförmige Teil der Membran zwischen dem oberen Kolbenglied und dem unteren Kolbenglied eingeklemmt ist.

11. Bypassventil gemäß Anspruch 10, wobei das obere Kolbenglied einen aufragenden Umfangsteil umfaßt zum Tragen des Mittelteils der Membran.

12. Verfahren zum Anbringen einer Membran zwischen einem Gehäuse und einem betätigten Kolben eines Bypass- bzw. Umgehungsventils, wobei die Membran vorgeformt ist, um einen äußeren ringförmigen Teil zur Verbin dung mit dem Gehäuse, einen inneren ringförmigen Teil zur Verbindung mit dem Kolben und einen Mittel teil zu definieren, der im Querschnitt allgemein U-förmig ist und zwischen dem äußeren ringförmigen Teil und dem inneren ringförmigen Teil angeordnet ist, wobei das Verfahren den folgenden Schritt auf weist: Verbinden der Membran zwischen dem Gehäuse und dem betätigten Kolben, so daß sich die Membran verbiegt zwischen einer ersten Position, in der der U-förmige Mittelteil unter Druck steht bzw. komprimiert wird, und einer zweiten Position, in der der U-förmige Mittelteil unter Spannung steht.