EP3559529A1 - Ventil - Google Patents

Ventil

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EP3559529A1
EP3559529A1 EP17829958.2A EP17829958A EP3559529A1 EP 3559529 A1 EP3559529 A1 EP 3559529A1 EP 17829958 A EP17829958 A EP 17829958A EP 3559529 A1 EP3559529 A1 EP 3559529A1
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EP
European Patent Office
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piston
seal
valve according
housing
sealing surface
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Withdrawn
Application number
EP17829958.2A
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English (en)
French (fr)
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Rosario Bonanno
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Vitesco Technologies GmbH
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CPT Group GmbH
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Publication date
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    • F16K39/00—Devices for relieving the pressure on the sealing faces
    • F16K39/02—Devices for relieving the pressure on the sealing faces for lift valves
    • F16K39/024—Devices for relieving the pressure on the sealing faces for lift valves using an auxiliary valve on the main valve
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16K31/06—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a magnet, e.g. diaphragm valves, cutting off by means of a liquid
    • F16K31/0686—Braking, pressure equilibration, shock absorbing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16K31/0644—One-way valve
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    • F16K1/00—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces
    • F16K1/32—Details
    • F16K1/34—Cutting-off parts, e.g. valve members, seats
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16K25/00—Details relating to contact between valve members and seats
    • F16K25/005—Particular materials for seats or closure elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16K27/00—Construction of housing; Use of materials therefor
    • F16K27/02—Construction of housing; Use of materials therefor of lift valves
    • F16K27/029—Electromagnetically actuated valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12—Control of the pumps
    • F02B37/16—Control of the pumps by bypassing charging air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/32—Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings
    • F16J15/3204—Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings with at least one lip

Definitions

  • Valve The invention relates to a valve comprising a housing, a solenoid arranged in the housing, a pin movable by the solenoid and a piston connected to the pin and a seal arranged between housing and piston.
  • Such valves are used, inter alia, as a diverter valve on the turbocharger in motor vehicles to release a bypass to the suction side in overrun and are thus known.
  • rapid opening and closing of the valve is an essential prerequisite. In particular, when closing it depends on the immediate Ver ⁇ closing by the application of the piston to a valve seat.
  • the valve seat is formed by the housing of the turbocharger to which the valve is flanged.
  • the axially displaceable piston must be sealed against the housing.
  • a V-shaped seal ⁇ whose legs abut each case on the housing and on the lateral surface of the piston. By the bias of the two legs, the sealing effect is achieved.
  • the disadvantage here is that the voltage applied to the piston sealing lip of the one leg is exposed as a result of the piston movement during opening and closing friction, resulting in increased wear.
  • the invention is therefore based on the object to provide a valve with improved sealing function.
  • the seal is an axially acting seal, which cooperates in the closed state of the valve with a sealing surface of the piston.
  • the piston can be designed with a simple to manufacture and thus inexpensive form when the sealing surface of the piston is arranged on the side facing the solenoid of the piston.
  • the axially acting seal has the advantage that it can interact with both metallic pistons and plastic pistons.
  • the radially outwardly projecting edge can be particularly easily produced by deep drawing of the piston and thus without an additional step. But it is also conceivable, the edge by crimping the side facing the solenoid of the piston manufacture. Such an additional step requires little effort.
  • the radially projecting edge can be provided without additional effort when it is generated during injection molding of the piston.
  • the seal consists of a polytetrafluoroethylene (PTFE). This material is easy to process and is characterized by a low frictional resistance.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • the seal has a housing-side sealing surface and a piston-side sealing surface, wherein both sealing surfaces are connected by an elastically deformable region.
  • the deformation of the elastic region in the closed position of the valve causes a bias under which the sealing surfaces of the seal against the housing and the piston, which increases the sealing effect.
  • the seal is particularly simple and inexpensive, according to another advantageous embodiment, when the elastically deformable region spaced apart the two sealing surfaces in the radial and axial directions.
  • the elastic region can be formed in a straight line relative to the cross section of the seal.
  • the bias of the sealing surfaces relative to the respective adjacent components can be adjusted within wide limits by the design of the elastic region.
  • the elastic region can have either a constant or a variable cross-sectional area ⁇ .
  • the length of the elastic region is also suitable for influencing the preload. But it is also possible to set the bias by the angle at which the elastic region connects the two sealing surfaces of the seal targeted.
  • Fig. 1 is a sectional view of a valve according to the prior art and Fig. 2 is an enlarged view of the piston in the sealing ⁇ area of a valve according to the invention.
  • Figure 1 shows the valve comprising a housing 1 with integrally molded socket 2 for electrically connecting the valve.
  • the housing 1 further has an integrally formed flange 3 and three bores 3a, via which the housing 1 is flanged to a turbocharger, not shown, in the region of the bypass line 4.
  • a housing bushing 13 connects to the flange 3.
  • a solenoid 5 with a coil 6 and a metal pin 7 is arranged in the housing 1, a solenoid 5 with a coil 6 and a metal pin 7 is arranged.
  • the metal pin 7 is connected to a pot-shaped piston 8, which has an axially projecting annular sealing surface 10 at the periphery of its bottom 9.
  • the sealing surface 10 bears against the valve seat 11 in order to close the bypass line 4, so that no medium can flow from the line 4 into the line 12.
  • a spring 7a presses the piston 8 in the direction of the valve seat 11. Against the force generated by the spring 7a, the force acting on the bottom 9 due to the pressure in the line 12 acts.
  • Figure 2 shows the housing 1 facing the region of the piston 8 with its cylindrical lateral surface 14 in the closed position.
  • the housing bush 13 has a radially inwardly facing collar 15.
  • On this collar 15 is a seal 16.
  • the seal 16 has a region 17 with a housing-side sealing surface 18 and a region 19 with a piston-side sealing surface 20.
  • the regions 17, 19 and thus the sealing surfaces 18, 20 are connected by an elastically deformable region 21.
  • the housing-side region 17 is clamped between the collar 15 and a cylinder 22 arranged in the housing bush 13, so that the seal 16 is fixedly arranged in the housing bushing 13.
  • the piston 8 made of metal has an open end which is produced by crimping, radially outwardly projecting edge 23 having a sealing surface 24.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Ventil mit einem Gehäuse (1), einem in dem Gehäuse (1) angeordneten Solenoid (5), einem von dem Solenoid bewegbaren Stift (7), einem mit dem Stift (7) verbundenen Kolben (8) und einer zwischen Gehäuse (1) und Kolben (8) angeordneten Dichtung (6). Dichtung (16) ist eine axial wirkende Dichtung (16) ist, die im geschlossenen Zustand des Ventils mit einer Dichtfläche (24) des Kolbens (8) zusammenwirkt

Description

Beschreibung
Ventil Gegenstand der Erfindung ist ein Ventil mit einem Gehäuse, einem in dem Gehäuse angeordneten Solenoid, einem von dem Solenoid bewegbaren Stift und einem mit dem Stift verbundenen Kolben und einer zwischen Gehäuse und Kolben angeordneten Dichtung. Solche Ventile werden unter anderem als Schubumluftventil am Turbolader in Kraftfahrzeugen eingesetzt, um im Schubbetrieb einen Bypass zur Saugseite freizugeben und sind somit bekannt. Um ein zu starkes Abbremsen des Turboladers zu verhindern, aber auch ein schnelles Anfahren zu gewährleisten, ist ein schnelles Öffnen und Schließen des Ventils eine wesentliche Voraussetzung. Insbesondere beim Schließen kommt es auf das sofortige Ver¬ schließen durch das Anlegen des Kolbens an einen Ventilsitz an. Der Ventilsitz wird vom Gehäuse des Turboladers gebildet, an dem das Ventil angeflanscht wird. Darüber hinaus muss der axial verschiebliche Kolben gegen das Gehäuse abgedichtet sein. Hierzu ist es bekannt, in dem Gehäuse eine V-förmige Dichtung anzu¬ ordnen, deren Schenkel jeweils am Gehäuse und an der Mantelfläche des Kolbens anliegen. Durch die Vorspannung der beiden Schenkel wird die Dichtwirkung erzielt. Nachteilig hierbei ist, dass die am Kolben anliegende Dichtlippe des einen Schenkels infolge der Kolbenbewegung beim Öffnen und Schließen Reibung ausgesetzt ist, was einen erhöhten Verschleiß zur Folge hat.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ventil mit verbesserter Dichtfunktion zu schaffen.
Gelöst wird die Aufgabe dadurch, dass die Dichtung eine axial wirkende Dichtung ist, die im geschlossenen Zustand des Ventils mit einer Dichtfläche des Kolbens zusammenwirkt.
Mit der Anordnung einer axial wirkenden Dichtung, die mit dem Kolben nur im geschlossenen Zustand zusammenwirkt, wird er- reicht, dass die Berührung von Dichtung und Kolben auf einen Zeitraum beschränkt wird, in der sich der Kolben in Ruhe befindet einschließlich eines Zeitraums unmittelbar bevor der Kolben zur Ruhe kommt. Damit ist gemeint, dass sich Kolben und Dichtung bereits kurz vor der Schließstellung berühren. Mit der letzten Bewegung des Kolbens in die Schließstellung wird die Dichtung so verformt, dass die Dichtflächen gegeneinander vorgespannt sind. Mit der axial wirkenden Dichtung wird daher verhindert, dass die Dichtung während der Bewegung des Kolbens beim Öffnen und Schließen in Kontakt mit dem Kolben ist und einer damit einhergehenden Reibung ausgesetzt ist. Ein reibungsbedingter Verschleiß wird somit verhindert und die Lebensdauer der Dichtung verbessert . Ein Berühren von Dichtung und Kolben wird zuverlässig verhindert, wenn die Dichtfläche am Kolben einen größeren Durchmesser als die Mantelfläche des Kolbens besitzt. Durch diese Ausgestaltung kann die kolbenseitige Dichtfläche der Dichtung ebenfalls mit einem größeren Durchmesser als die Mantelfläche des Kolbens gestaltet werden.
Der Kolben lässt sich mit einer einfach herzustellenden und somit kostengünstigen Form gestalten, wenn die Dichtfläche des Kolbens an der dem Solenoid zugewandten Seite des Kolbens angeordnet ist.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist die
Dichtfläche des Kolbens eine nach radial außen vorstehende Kante.
Die axial wirkende Dichtung hat den Vorteil, dass sie sowohl mit metallischen Kolben als auch mit Kolben aus Kunststoff zusammenwirken kann.
Bei der Verwendung eines metallischen Kolbens lässt sich die radial nach außen vorstehende Kante besonders einfach durch Tiefziehen des Kolbens und damit ohne einen zusätzlichen Arbeitsschritt herstellen. Es ist aber auch denkbar, die Kante durch Umbördeln der dem Solenoid zugewandten Seite des Kolbens herzustellen. Ein derartiger zusätzlicher Arbeitsschritt erfordert nur wenig Aufwand.
Bei einem aus Kunststoff bestehenden Kolben lässt sich die radial vorstehende Kante ohne zusätzlichen Aufwand vorsehen, wenn sie beim Spritzgießen des Kolbens erzeugt wird.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung besteht die Dichtung aus einem Polytetrafluorethylen (PTFE) . Dieses Material ist gut verarbeitbar und zeichnet sich durch einen geringen Reibungswiderstand aus.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung besitzt die Dichtung eine gehäuseseitige Dichtfläche und eine kolbenseitige Dichtfläche, wobei beide Dichtflächen durch einen elastisch verformbaren Bereich verbunden sind. Die Verformung des elastischen Bereichs in der Schließstellung des Ventils bewirkt eine Vorspannung unter der die Dichtflächen der Dichtung am Gehäuse und am Kolben anliegen, was die Dichtwirkung erhöht.
Die Dichtung gestaltet sich gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung besonders einfach und kostengünstig, wenn der elastisch verformbare Bereich die beiden Dichtflächen in radialer und axialer Richtung voneinander beabstandet. In ein- fachsten Fall kann der elastische Bereich geradlinig bezogen auf den Querschnitt der Dichtung ausgebildet sein. Die Vorspannung der Dichtflächen gegenüber den jeweils benachbarten Bauteilen lässt sich in weiten Grenzen, durch die Gestaltung des elastischen Bereichs einstellen. So kann der elastische Bereich entweder eine konstante oder eine veränderliche Querschnitts¬ fläche besitzen. Die Länge des elastischen Bereichs ist ebenfalls geeignet die Vorspannung zu beeinflussen. Es ist aber auch möglich, die Vorspannung durch den Winkel, in dem der elastische Bereich die beiden Dichtflächen der Dichtung verbindet, gezielt einzustellen. Ein Berühren von Kolben und Dichtung wird zuverlässig vermieden, wenn der Innendurchmesser der Dichtung größer als der Außendurchmesser des Bereichs der Mantelfläche des Kolbens ist, der bei der Bewegung des Kolbens an der Dichtung vorbei bewegt wird. Auf diese Weise führen auch Maßänderungen der Einzelteile des Ventils infolge von Temperaturerhöhungen nicht zu einem Kontakt von Kolben und Dichtung während des Öffnens oder Schließens.
An einem Ausführungsbeispiel wird die Erfindung näher be- schrieben. Es zeigt in
Fig. 1 eine Schnittdarstellung eines Ventils nach dem Stand der Technik und Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des Kolbens im Dicht¬ bereich eines erfindungsgemäßen Ventils.
Figur 1 zeigt das Ventil, umfassend ein Gehäuse 1 mit einteilig angeformter Buchse 2 zum elektrischen Verbinden des Ventils. Das Gehäuse 1 besitzt weiter einen angeformten Flansch 3 und drei Bohrungen 3a, über die das Gehäuse 1 an einem nicht dargestellten Turbolader im Bereich der Bypassleitung 4 angeflanscht ist. In der gezeigten Einbaulage schließt sich an den Flansch 3 eine Gehäusebuchse 13 an. In dem Gehäuse 1 ist ein Solenoid 5 mit einer Spule 6 und einem Metallstift 7 angeordnet. Der Metallstift 7 ist mit einem topfförmigen Kolben 8 verbunden, der am Umfang seines Bodens 9 eine axial abstehende ringförmige Dichtfläche 10 besitzt. In der gezeigten Schließstellung liegt die Dichtfläche 10 auf dem Ventilsitz 11 an, um die Bypassleitung 4 zu ver- schließen, so dass kein Medium von aus der Leitung 4 in die Leitung 12 strömen kann. Eine Feder 7a drückt dabei den Kolben 8 in Richtung Ventilsitz 11. Gegen die von der Feder 7a erzeugte Kraft wirkt die aufgrund des Drucks in der Leitung 12 auf den Boden 9 wirkende Kraft.
Figur 2 zeigt den dem Gehäuse 1 zugewandten Bereich des Kolbens 8 mit seiner zylindrischen Mantelfläche 14 in Schließstellung. Die Gehäusebuchse 13 besitzt einen nach radial innen weisenden Kragen 15. Auf diesem Kragen 15 liegt eine Dichtung 16 auf. Die Dichtung 16 besitzt einen Bereich 17 mit einer gehäuseseitigen Dichtfläche 18 und einen Bereich 19 mit einer kolbenseitigen Dichtfläche 20. Die Bereiche 17, 19 und damit die Dichtflächen 18, 20 sind durch einen elastisch verformbaren Bereich 21 verbunden. Der gehäuseseitige Bereich 17 ist zwischen dem Kragen 15 und einem in der Gehäusebuchse 13 angeordneten Zylinder 22 geklemmt, so dass die Dichtung 16 fest in der Gehäusebuchse 13 angeordnet ist. Der aus Metall bestehende Kolben 8 besitzt ein seinem offenen Ende eine durch Umbördeln hergestellte, nach radial außen vorstehende Kante 23 mit einer Dichtfläche 24. Beim Schließen des Kolbens 8 bewegt sich dieser nach unten. Unmittelbar vor Erreichen der Schließstellung tritt die Dichtfläche 24 des Kolbens 8 mit der Dichtfläche 20 der Dichtung 16 in Kontakt. Beim weiteren Bewegen des Kolbens 8 in die Schließstellung drückt die Dichtfläche 24 gegen die Dichtfläche 20, was zu einer Verformung des elastischen Bereichs 21 führt. Durch diese Verformung wird eine Vorspannung der beiden Dichtflächen 24, 20 erzielt.

Claims

Patentansprüche
1. Ventil mit einem Gehäuse, einem in dem Gehäuse angeordneten Solenoid, einem von dem Solenoid bewegbaren Stift, einem mit dem Stift verbundenen Kolben und einer zwischen Gehäuse und
Kolben angeordneten Dichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung eine axial wirkende Dichtung (16) ist, die im geschlossenen Zustand des Ventils mit einer Dichtfläche (24) des Kolbens (8) zusammenwirkt.
2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die
Dichtfläche (24) am Kolben (8) einen größeren Durchmesser als die Mantelfläche (14) des Kolbens (8) besitzt.
3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtfläche (24) des Kolbens (8) an der dem Solenoid zugewandten Seite des Kolbens (8) angeordnet ist.
4. Ventil nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtfläche (24) des
Kolbens (8) eine nach radial außen vorstehende Kante (23) ist .
5. Ventil nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (8) aus Metall oder
Kunststoff besteht.
6. Ventil nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die radial nach außen vor- stehende Kante (23) des metallischen Kolbens (8) durch
Tiefziehen des Kolbens (8) oder durch Umbördeln der dem Solenoid (5) zugewandten Seite des Kolbens (8) herstellbar ist .
7. Ventil nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (16) aus PTFE besteht . Ventil nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (16) eine ge- häuseseitige Dichtfläche (18) und eine kolbenseitige Dichtfläche (20) besitzt, und dass beide Dichtflächen (17, 18, 19, 20), durch einen elastisch verformbaren Bereich (21) verbunden sind.
Ventil nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elastisch verformbare Bereich (21) die beiden Dichtflächen (17, 18, 19, 20) in radialer und axialer Richtung voneinander beabstandet.
Ventil nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser der Dichtung (16) größer als der Außendurchmesser des Bereichs der Mantelfläche (14) des Kolbens (8) ist, der bei der Bewegung des Kolbens (8) an der Dichtung (16) vorbei bewegt wird .
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