WO2016177579A1 - Einheit zum regeln oder steuern eines fluiddrucks - Google Patents

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Mann and Hummel GmbH
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Definitions

  • the invention relates to a unit for regulating or controlling a fluid pressure, in particular for the pressure control of the internal combustion engine and / or the crankcase of the internal combustion engine of a motor vehicle.
  • Pressure control valves are used for example in the vent line between the crankcase and the intake tract of an internal combustion engine. The aim is not to let the pressure or negative pressure in the containers to be vented rise above a predetermined value.
  • blow-by gases occur, which arise because combustion gases in the cylinder pass the cylinder piston into the crankcase. These blow-by gases increase the pressure in the crankcase, which can lead to leakage and leakage of oil. In order to avoid an increase in pressure and dissipate the blow-by gases environmentally friendly, they are returned from the crankcase in the air intake tract of the internal combustion engine. On the other hand, the specified negative pressure value should not be significantly undershot, because otherwise would be sucked by leaks accidentally incorrect air in the crankcase.
  • switching membrane made of elastomer, often fluorosilicone rubber (FVMQ) used.
  • circuit foils are very flexible due to the specific properties of elastomers.
  • this switching foil opens or closes an opening in the pressure regulating valve.
  • the pressure ratio usually results from the pressure difference between the applied pressure in a first chamber and the prevailing pressure in a second chamber of the pressure regulating valve.
  • the pressure in the first chamber may be equal to the atmospheric pressure.
  • the switching foil must react to low switching pressures of the order of 1 to 250 mbar. Blow-by gases consist of unburned fuel, engine oil and other pollutants produced during combustion. These gases attack many types of elastomers, which can cause damage to the material properties. The components made of these materials become brittle, porous and cracked.
  • the switching foil made of an elastomer is usually designed as a rolling foil to realize a certain stroke of the film.
  • the material in the rolling area is additionally mechanically stressed by the rolling movement and simultaneous contact with blow-by gases and can thus be damaged.
  • An object of the invention is to provide a unit for switching at low pressure differentials, which achieves long service life when operating on an internal combustion engine with aggressive blow-by gases.
  • a further object of the invention is to provide a switching foil for such a unit for switching at low pressure differences, which achieves high lifetimes when operating on an internal combustion engine with aggressive blow-by gases.
  • a unit for controlling or controlling a fluid pressure comprising a valve housing comprising a fluid inlet and outlet, and a switching film, wherein the switching film of a fluorine and carbon-containing polymer film is formed.
  • the further object is achieved by a switching film for such a unit of a fluorine and carbon-containing polymer film.
  • a unit for controlling or controlling a fluid pressure with a valve housing comprising an inlet and an outlet for the fluid, as well as with a switching film for switching at pressure differences of 1 to 250 mbar, preferably from 1 to 100 mbar, for releasing or shutting off a flow of the fluid between the inflow and the outflow, wherein the switching foil is formed from a fluorine and carbon-containing polymer film.
  • the unit not only serves to enable or disable a flow, but also regulates the flow of fluid between the inflow and the outflow between the two switching states release or shut-off by a continuous change of the flow cross-section as a function of the pressure difference.
  • the fluorine and carbon polymer film is chemically resistant and can switch many cycles of the film valve.
  • the long-term stability of the unit is improved.
  • the fluorine and carbon containing polymer may be PTFE (polytetrafluoroethylene).
  • the switching foil may have a plate-like flat body, with a bending region surrounding a central closure region, wherein the bending region when switching the switching foil by a low-stretch, i. for practical application virtually strain-free, in particular strain-free, bending movement of the closure area relative to a valve seat in the axial direction on the valve seat or moved away from the valve seat.
  • the switching film in this embodiment can bend not only in a small area, but over a large area due to the plate-like shape, some areas of the switching foil are little strain. The bending movement is thus carried out over a large area of the switching foil and consequently with little elastic deformation in the form of a change in curvature with a low elongation, for example less than 10%.
  • the bending region may extend in a wave-like manner around the closure region in the radial direction.
  • the bending region expediently has at least one radially arranged shaft around the closure region, wherein the one or more waves are formed as concave and convexly extending regions of curvature having alternately arranged elevations and depressions of the switching foil.
  • an increase on a flat side of the switching foil corresponds to a depression on the other flat side of the switching foil.
  • the term wavy not only sinusoidal waves are to be understood but may, for example, also U-shaped or other concave or convex curved contours fall. Even a curved deflection only to one side of an imaginary film plane represents a wave there.
  • a conventional switching foil of elastomer of a conventional unit for the pressure control of an internal combustion engine and / or the pressure control of the crankcase of an internal combustion engine is replaced by a film of a fluorine and carbon-containing polymer.
  • a fluorine and carbon-containing polymer material such as PTFE can be produced in a sintering process and then mechanically processed.
  • Such a film is very stiff in its normal form and not suitable for flexible components.
  • PTFE has excellent chemical resistance and can be used in a very wide temperature range, whereby the modulus of elasticity increases very sharply towards low temperatures compared to elastomer materials.
  • PTFE is rather unsuitable for use as a film in the temperature range (-40 ° C to + 150 ° C) required for automotive applications on an internal combustion engine.
  • This disadvantage is advantageously avoided in the inventive unit by a special geometry and optionally by extremely thin wall thicknesses of the film of fluorine and carbon-containing polymer.
  • the immovable sealing area and the clamping area of the material can also be made stronger, and a specially developed geometry of the film without roll area, as he usually in the state of Technology is used, the rigid material can be brought into a form in which it has the necessary flexibility, but still meets the mechanical requirements for cracking, elongation and fatigue strength. Due to the special geometry no rolling movement takes place, but a low-stretch bending movement with a change in radius with the lifting movement of the switching film for a unit can be realized. According to an advantageous embodiment, the switching film has a substantially constant thickness over its entire extent.
  • the switching foil is essentially the same thickness, ie that the switching foil in the edge area is at most twice as thick as in the bending area.
  • the bending region may be slightly thinner than the edge region of the switching foil.
  • the switching foil is at most 0.5 mm thick.
  • a spring element may be provided, which is supported on the valve housing, which exerts a force on the closure region of the switching film.
  • the spring element exerts the appropriate counterforce on the switching film in order to achieve the control behavior of the unit in the desired pressure range.
  • the side facing away from the fluid to be controlled side of the switching film is usually applied to atmospheric pressure.
  • the spring element can be supported on the closure area via a plate. As a result, a stable support of the spring element is achieved on the switching film, so that a defined force is ensured in the switching film.
  • the switching foil which is designed according to the invention as a thin fluorine and carbon-containing polymer film, thereby protected against possible damage by the spring element.
  • the closure region may have a cup-shaped protuberance. Due to the cup-shaped protuberance a stable shape of the closure area is achieved, whereby a reliable seal when placing the Closure area can be ensured on the valve seat.
  • the protuberance itself is not influenced in its shape by the bending movement of the switching foil and retains it for the reliable sealing effect.
  • the spring element may be arranged around the cup-shaped protuberance. Thus, a uniform force is achieved by the spring element in the switching film, wherein the formed as a protuberance closure region is not affected by the introduction of force in its shape. This is all the more ensured, as the plate of the spring element is placed annularly around the protuberance, so that the plate additionally stabilizes the shape of the protuberance.
  • the protuberance as a closure region is arranged in an inner region of the spring element.
  • the spring element on its front side, which faces the protuberance be encapsulated.
  • a realization of the plate of the spring element in the form of an encapsulation with plastic can very conveniently and conveniently effect a compound of the spring element with the switching film.
  • the thin fluorine and carbon-containing polymer film is thus additionally protected against mechanical stress in the region of the spring element.
  • a first chamber of the unit can be acted upon by an atmospheric pressure.
  • the switching foil should be able to move as freely as possible, which is why a first chamber, which is separated by the switching foil from a second chamber in which the fluid to be controlled is separated, expediently with the surrounding area, ie the atmospheric pressure, communicates.
  • the spring element compensates for the atmospheric pressure, so that the control behavior of the switching foil can take place in a low pressure difference range.
  • the switching foil can be movable switchless between their maximum positions in the open and closed state. It can be done opening and closing the switching foil, without ever a moving contact plunger acts on both sides of the switching foil and these in the one or other direction moves. Rather, the switching film can be moved back and forth alone by a pressure difference on both sides of the switching film.
  • the switching foil can be moved back and forth between its maximum positions in the closed and opened state by means of movable mechanical actuating means engaging on the switching foil, for example switching tappets.
  • the closure region of the switching foil can interrupt the flow of the fluid between the inflow and the outflow.
  • the switching foil can rest directly on a sealing seat to interrupt the flow.
  • the switching foil can be moved between its maximum positions in the opened and closed state by applying atmospheric pressure as the control pressure on one side of the switching foil.
  • the switching foil is self-regulating, and the switching foil can be closed indirectly, via a pressure difference between atmospheric pressure in one chamber of the unit and a working pressure of the other chamber of the unit.
  • the working pressure can be, for example, a pressure in a crankcase of an internal combustion engine.
  • the switching foil can be movable between its maximum positions in the opened and closed state by applying a control pressure unequal to one atmospheric pressure on one side of the switching foil and / or providing a mechanical actuating means for switching the switching foil.
  • the switching foil can have a thickness of at most 0.5 mm, preferably of at most 0.3 mm, particularly preferably of at most 0.2 mm, at least in the bending region.
  • a thickness of the fluorine-and-carbon-containing polymer film for example PTFE film or PTFE-containing film, makes it possible for the film to bend sufficiently easily at low differential pressures without substantial elongation. drive.
  • wavy bending area and small thickness of the film can cooperate to allow low switching pressures.
  • the film can ensure the desired switching behavior by closing the valve seat with the closure region of the switching film.
  • the switching foil may have a diameter between 40 mm and 100 mm, preferably between 50 mm and 80 mm. Switching films in the specified diameter reach at the film thicknesses specified above enough freedom of bending movement to achieve the desired control behavior in one unit at the desired low pressure differences.
  • vent valves for conventional internal combustion engines in the automotive sector can be represented efficiently. It is conceivable that with correspondingly larger diameters, somewhat higher thicknesses of the switching foil in the range of more than 0.5 mm, e.g. at most 1 mm to 0.5 mm, are feasible.
  • a switching film for a unit which is formed from a fluorine-and-carbon-containing polymer film having a plate-like flat body, with a central closure region surrounding bending region, wherein the closure region for switching the switching film by a low-expansion, in particular strain-free, bending movement of the bending region in the axial direction is movable back and forth. Since the switching film in this embodiment can bend not only in a small area, but over a large area due to the plate-like shape, some areas of the switching film are little strain. The bending movement is thus carried out over a large area of the switching foil and consequently with little curvature.
  • the bending region may extend in a wave-like manner around the closure region in the radial direction.
  • the bending region expediently has at least one radially arranged shaft around the closure region, wherein the one or more waves are formed as concave and convexly extending regions of curvature with alternately arranged elevations and depressions of the switching foil.
  • a bulge on a flat side of the switching foil corresponds to a depression on the other flat side of the switching foil.
  • the central closure region can be everted in a pot shape. Due to the cup-shaped protuberance, a stable shape of the closure area is achieved, whereby a reliable seal can be ensured when placing the closure area on the valve seat.
  • the protuberance itself is not influenced in its shape by the bending movement of the switching foil and retains it for the reliable sealing effect.
  • At least the bending region can have a thickness of at most 0.5 mm, preferably of at most 0.3 mm, particularly preferably of at most 0.2 mm, and the flat body in particular has a diameter which is less than 150 mm between 40 mm and 100 mm, more preferably between 50 mm and 80 mm.
  • a small thickness of the fluorine-and-carbon polymer film makes it possible for the film to flex sufficiently easily at low differential pressures without experiencing substantial elongation. It is conceivable that with correspondingly larger diameters, somewhat higher thicknesses of the switching foil in the range of more than 0.5 mm, for example at most 1 mm to 0.5 mm, can be realized.
  • the film can ensure the desired switching behavior by closing the valve seat with the closure region of the switching film.
  • Faltenbalg Colouren which allow movement of the rigid PTFE material
  • such a construction is not necessary with such a thin film of a fluorine and carbon polymer, since the bending movement alone with the plate-shaped training with Radially wavy arranged areas of the switching film is made possible.
  • film-forming tapes in the specified diameter achieve sufficient bending freedom to achieve the desired control behavior in one unit at the desired low pressure differences.
  • vent valves for conventional internal combustion engines in the automotive sector can be represented efficiently.
  • the unit according to the invention is used for pressure control of an internal combustion engine and / or for pressure control of a crankcase of an internal combustion engine.
  • FIG. 1 shows a unit with a switching film of a fluorine and carbon-containing polymer according to an embodiment of the invention in a sectional view.
  • 2 shows a switching film made of a fluorine and carbon-containing polymer according to an embodiment of the invention in an isometric view.
  • 3 shows the switching foil from FIG. 2 in the unloaded state in longitudinal section;
  • FIG. 1 shows a sectional view of a unit 10 for regulating or controlling a fluid pressure with a switching film 22 made of a fluorine and carbon-containing polymer according to an embodiment of the invention.
  • This unit 10 is used for regulating or controlling a fluid pressure, in particular for use for pressure control of an internal combustion engine and / or for pressure control of a crankcase of an internal combustion engine.
  • the unit 10 has a valve housing 12 with a housing cover 14, wherein the valve housing 12 has an inlet 28 and a drain 30 for the fluid.
  • the switching film 22 is formed from a fluorine-and-carbon-containing polymer film, for example PTFE, and is clamped with a clamping region 60 between the valve housing 12 and the housing cover 14.
  • the switching foil 22 separates a first chamber 36 from a second chamber 38. There is a pressure difference between a first chamber 36 and a second chamber 38, the first chamber 36 communicating with the environment, ie the atmospheric pressure (not shown).
  • the switching foil 22 can be moved with pressure differences of 1 to 250 mbar, preferably from 1 to 100 mbar, and serves to release or shut off a flow of the fluid between the inflow 28 and the outflow 30.
  • the inflow 28 of the unit 10 is in the application example is fluidly connected to the crankcase of an internal combustion engine, while the outflow 30 is fluidly connected to the intake manifold.
  • the switching foil 22 has a plate-like flat body 16, with a wavy bending region 18 surrounding a central closure region 24.
  • the bending region 18 moves the closure region 24 in the axial direction L when switching the switching foil 22 by means of a low-expansion, in particular strain-free, bending movement the valve seat 32 toward or away from the valve seat 32.
  • the switching film 22 has for at least in the bending region 18 a Thickness of at most 0.5 mm, preferably of at most 0.3 mm, more preferably of at most 0.2 mm.
  • the diameter of the switching film 22 is between 40 mm and 100 mm, preferably between 50 mm and 80 mm.
  • the bending region 18 extends in a wave-like manner around the closure region 24 in the radial direction, with a depression on one flat side corresponding to a projection on the other flat side of the switching film 22.
  • the closure region 24 closes the valve seat 32 in a fluid-tight manner when it rests on the valve seat 32.
  • a spring element 26 is provided, which is supported on the valve housing 12, which exerts a force on the closure region 24 of the switching film 22 and thus compensates for the atmospheric pressure in the first chamber 36.
  • the spring element 26 is supported on the closure region 24 via an annular plate 34.
  • the closure region 24 is formed as a pot-shaped protuberance 20 of the switching film 22, wherein the plate 34 in the form of a support ring surrounds this protuberance in an annular manner.
  • the spring element 26 can act on the switching foil 22 without a plate 34 and be encapsulated on its end face, which faces the protuberance 20, to protect the switching foil 22, so that the encapsulation could replace the plate 34.
  • the edge 56 between the flat part of the switching film 22 and the protuberance 20 is adapted to the plate 34, so that the switching film 22 can rest directly on the plate 34.
  • the spring element 26 is thus arranged around the pot-shaped protuberance 20, which extends into the interior of the spring element 26.
  • FIG. 2 shows a switching film 22 made of a fluorine and carbon-containing polymer film according to an embodiment of the invention in an isometric view.
  • the switching film 22 for a unit 10 is formed from a fluorine-and-carbon-containing polymer film, for example PTFE, with a plate-like flat body 16, with a bending region 18 surrounding a central closure region 24, wherein the closure region 24 for switching the switching film 22 by a low-expansion, in particular strain-free, bending movement of the bending region 18 in the axial direction L back and forth is movable.
  • the central closure region 24 is realized in a cup-shaped protuberance.
  • the diameter 54 of the switching film 22 is between 40 mm and 100 mm, preferably between 50 mm and 80 mm.
  • the bending region 18 extends in a wave-like manner around the closure region 24 in the radial direction.
  • three shafts 40, 44, 48 are shown, which are arranged concentrically around the closure portion 24 and each having opposite curvatures, so that a bending movement of the flat body 16 is thereby promoted.
  • the switching foil of FIG. 2 is shown in the unloaded state in longitudinal section. In the unloaded state, the edge 56 between the flat portion of the switching film 22 and the cup-shaped protuberance 20 is at the same level as the outer clamping portion 60.
  • the bending portion 18 is formed in three shafts 40, 44, 48, with the radii 42, 46, 50 viewed in an alternating sequence from the first chamber 36 of the unit 10, convex, concave and convex.
  • the thickness 52 of the fluorinated and carbon-containing polymer film is in the range of at most 0.5 mm, preferably at most 0.3 mm, particularly preferably at most 0.2 mm.
  • Figure 4 shows the switching foil of Fig. 2 in the deflected state in longitudinal section.
  • the closure region 24 is significantly lowered and would rest in the unit 10 in FIG. 1, for example, on the valve seat 32.
  • the lowering movement of the closure region 24 is brought about by the bending movement of the switching film 22 by a radius extension of the three radii 42, 46, 50 of the three shafts 40, 44, 48, which are each arranged concentrically around the closure region 24 in a radial arrangement.
  • the arrows, with which the radii 42, 46, 50 are symbolized, are intended to express the radius extension.
  • the stroke 58 of the closure region 24 is compared to the stroke 58 of the switching film 22 shown in FIG. 2 in the unloaded state, as shown in Fig. 3, significantly enlarged.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einheit (10) zum Regeln oder Steuern eines Fluiddrucks, mit einem Ventilgehäuse (12) umfassend einen Zufluss (28) und einen Abfluss (30) für das Fluid, sowie mit einer Schaltfolie (22) zum Schalten bei Druckdifferenzen von höchstens 500 mbar, bevorzugt von höchstens 250 mbar, besonders bevorzugt von höchstens 100 mbar, zum Freigeben oder Absperren eines Durchflusses des Fluids zwischen dem Zufluss und dem Abfluss, wobei die Schaltfolie aus einer Fluor und Kohlenstoff aufweisenden Polymer-Folie gebildet ist. Die Erfindung betrifft ferner eine Schaltfolie für eine solche Einheit.

Description

Beschreibung
Einheit zum Regeln oder Steuern eines Fluiddrucks Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Einheit zum Regeln oder Steuern eines Fluiddrucks, insbesondere für die Druckregelung der Brennkraftmaschine und/oder des Kurbelgehäuses der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs. Stand der Technik
Druckregelventile werden beispielsweise in der Entlüftungsleitung zwischen Kurbelgehäuse und dem Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine verwendet. Dabei geht es darum, den Druck oder Unterdruck in den zu entlüftenden Behältern nicht über einen vorbestimmten Wert hinaus ansteigen zu lassen.
In Brennkraftmaschinen treten Blow-by-Gase auf, die dadurch entstehen, dass Verbrennungsgase im Zylinder am Zylinderkolben vorbei in das Kurbelgehäuse gelangen. Diese Blow-by-Gase lassen den Druck im Kurbelgehäuse ansteigen, wobei Leckagen und Auslaufen von Öl die Folge sein können. Um einen Druckanstieg zu vermeiden und die Blow-by-Gase umweltfreundlich abzuführen, werden diese aus dem Kurbelgehäuse in den Luftansaugtrakt der Brennkraftmaschine zurückgeführt. Andererseits soll der angegebene Unterdruckwert nicht wesentlich unterschritten werden, weil sonst durch Undichtigkeiten ungewollt Fehlluft in das Kurbelgehäuse gesaugt würde. Bei den Druckregelventilen die zurzeit verwendet werden, wird üblicherweise eine Schaltfolie, dem Fachmann auch unter dem Begriff "Schaltmembran" geläufig, aus Elastomer, häufig Fluorsilikon-Kautschuk (FVMQ), eingesetzt. Diese Schaltfolien sind aufgrund der spezifischen Eigenschaften von Elastomeren sehr flexibel. In Abhängigkeit der anliegenden Druckverhältnisse öffnet bzw. schließt diese Schaltfolie eine Öffnung im Druckregelventil. Das Druckverhältnis ergibt sich üblicherweise aus der Druckdifferenz zwischen dem anliegenden Druck in einer ersten Kammer und dem herrschenden Druck in einer zweiten Kammer des Druckregelventils. Der Druck in der ersten Kammer kann beispielsweise gleich dem Atmosphärendruck sein. Die Schaltfolie muss auf geringe Schaltdrücke in der Größenordnung von 1 bis 250 mbar reagieren. Blow-by-Gase bestehen aus unverbrannten Kraftstoffanteilen, Motorölanteilen und anderen bei der Verbrennung entstandenen Schadstoffen. Diese Gase greifen viele Elastomerarten an, wodurch es zu Schädigungen der Materialeigenschaft kommen kann. Die Bauteile aus diesen Materialien werden spröde, porös und rissig. Sind die Schaltfolien beschädigt, gelangen die umweltschädlichen Blow-by-Gase direkt in die Umgebung, da das System nicht mehr dicht ist. Die Schaltfolie aus einem Elastomer ist üblicherweise als Rollfolie ausgeführt, um einen gewissen Hub der Folie zu realisieren. Das Material im Rollbereich wird durch die Abrollbewegung bei gleichzeitigem Kontakt mit Blow-by-Gasen zusätzlich mechanisch belastet und kann so geschädigt werden.
Die DE 26 29 621 A1 offenbart ein Folienventil, dem Fachmann auch geläufig unter dem Begriff "Membranventil", mit einer an ihrem Rand zwischen dem Ventilgehäuse und dem Gehäusedeckel eingespannten Folie, die durch ein Druckstück an einer im Ventilgehäuse vorgesehenen Sitzfläche zur dichtenden Anlage zu bringen ist, wobei die Folie aus einer dem Gehäuseinnern zugewandten dünneren Schicht geringer Elastizität, z.B. aus PTFE, die gegen aggressive Durchflussmedien resistent ist und einer weiteren, dickeren Schicht aus gummielastischem Material besteht. Derartige Folienventile werden vor allem dort eingesetzt, wo eine hohe chemische Beständigkeit der mit dem Durchflussmedium in Berührung kommenden Werkstoffe gefordert wird. Da gummi- elastische Materialien dieser Anforderung nicht genügen, die chemisch resistenten Werkstoffe wie PTFE aber nicht die für eine einwandfreie Funktion nötige Elastizität besitzen, werden aus zwei Schichten bestehende Folien verwendet. Über die dicke, gummiartige Schicht wird der über das Druckstück ausgeübte Anpressdruck möglichst gleichmäßig auf die mit der Sitzfläche im Ventilgehäuse zusammenwirkende Dichtfläche der Schaltfolie übertragen. Dabei werden zum Schließen der zweischichtigen Folie über eine Druckspindel, die mit einem Handrad verbunden ist, relativ große Schaltdrücke von einigen bar auf die Folie ausgeübt, um die nötige Abdichtfunktion durch die steife PTFE- Schicht zu gewährleisten. Offenbarung der Erfindung
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einheit zum Schalten bei niedrigen Druckdifferenzen zu schaffen, das beim Betrieb an einer Brennkraftmaschine mit aggressiven Blow-by-Gasen hohe Lebensdauern erreicht. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltfolie für eine solche Einheit zum Schalten bei niedrigen Druckdifferenzen zu schaffen, die beim Betrieb an einer Brennkraftmaschine mit aggressiven Blow-by-Gasen hohe Lebensdauern erreicht.
Die vorgenannte Aufgabe wird nach einem Aspekt der Erfindung von einer Einheit zum Regeln oder Steuern eines Fluiddrucks gelöst, mit einem Ventilgehäuse umfassend einen Zufluss und einen Abfluss für das Fluid, sowie mit einer Schaltfolie, wobei die Schaltfolie aus einer Fluor und Kohlenstoff aufweisenden Polymer-Folie gebildet ist.
Nach einem anderen Aspekt der Erfindung wird die weitere Aufgabe durch eine Schaltfolie für eine solche Einheit aus einer Fluor und Kohlenstoff aufweisenden Polymer- Folie gelöst. Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
Es wird eine Einheit zum Regeln oder Steuern eines Fluiddrucks vorgeschlagen, mit einem Ventilgehäuse umfassend einen Zufluss und einen Abfluss für das Fluid, sowie mit einer Schaltfolie zum Schalten bei Druckdifferenzen von 1 bis 250 mbar, bevorzugt von 1 bis 100 mbar, zum Freigeben oder Absperren eines Durchflusses des Fluids zwischen dem Zufluss und dem Abfluss, wobei die Schaltfolie aus einer Fluor und Kohlenstoff aufweisenden Polymer-Folie gebildet ist. Die Einheit dient nicht nur zum Freigeben oder Absperren eines Durchflusses, sondern reguliert zwischen den zwei Schaltzuständen Freigabe oder Absperren durch eine kontinuierliche Veränderung des Durchflussquerschnittes in Abhängigkeit der Druckdifferenz den Durchfluss des Fluids zwischen dem Zufluss und dem Abfluss.
Die Fluor und Kohlenstoff aufweisende Polymer-Folie ist chemisch resistent und kann viele Schaltzyklen des Folienventils schalten. Die Langzeitstabilität der Einheit ist verbessert. Insbesondere kann das Fluor und Kohlenstoff aufweisende Polymer PTFE (Polytetrafluorethylen) sein. Alternativ kann das Fluor und Kohlenstoff aufweisende Polymer PTFE als Grundmaterial mit Zumischungen sein; ebenso kann das Fluor und Kohlenstoff aufweisende Polymer ein thermoplastisch verarbeitetbares PTFE sein.
Über ein Federelement, welches sich an dem Ventilgehäuse abstützt, wird dabei eine Kraft auf die Schaltfolie ausgeübt, um das Regelverhalten der Einheit geeignet einstellen zu können. Der Abfluss weist an einem im Ventilgehäuse angeordneten Ende einen Ventilsitz auf, welcher durch den Verschlussbereich der Schaltfolie verschließbar ist, wodurch eine Ableitung des Fluids von dem Zufluss zu dem Abfluss regelbar ist. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Schaltfolie einen tellerartigen Flachkörper aufweisen, mit einem einen zentralen Verschlussbereich umgebenden Biegebereich, wobei der Biegebereich beim Schalten der Schaltfolie durch eine dehnungsarme, d.h. für die praktische Anwendung praktisch dehnungsfrei, insbesondere dehnungsfreie, Biegebewegung den Verschlussbereich gegenüber einem Ventilsitz in axialer Richtung auf den Ventilsitz hin oder von dem Ventilsitz weg bewegt. Da die Schaltfolie in dieser Ausgestaltung sich nicht nur in einem kleinen Flächenbereich, sondern großflächig auf Grund der tellerartigen Form durchbiegen kann, sind einzelne Bereiche der Schaltfolie wenig dehnungsbelastet. Die Biegebewegung wird so über einen großen Bereich der Schaltfolie und demzufolge mit geringer elastischer De- formation in Form einer Krümmungsänderung mit geringer Dehnung, beispielsweise kleiner 10%, ausgeführt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Biegebereich sich in radialer Richtung wellenförmig um den Verschlussbereich erstrecken. Der Biegebereich weist dabei zweckmäßigerweise wenigstens eine radial angeordnete Welle um den Verschlussbereich auf, wobei die eine oder mehrere Wellen als konkav und konvex verlaufende Krümmungsbereiche mit abwechselnd angeordneten Erhöhungen und Vertiefungen der Schaltfolie ausgebildet sind. Dabei entspricht eine Erhöhung auf einer Flachseite der Schaltfolie einer Vertiefung auf der anderen Flachseite der Schaltfolie. Unter dem Begriff wellenförmig sind nicht nur sinusförmige Wellen zu verstehen sondern können beispielsweise auch U-förmige oder andere konkav oder konvex gekrümmte Konturen fallen. Auch eine gekrümmte Auslenkung nur zu einer Seite einer gedachten Folienebene stellt eine Welle da. Auf diese Weise kann ein günstiges Biegungsverhalten mit gleichförmigem Kraftverlauf bei gleichzeitig geringer bis gar keiner Dehnung der Fluor und Kohlenstoff aufweisenden Polymer-Folie erreicht werden, d.h. durch die Geometrie des Biegebereichs kann der zentrale Bereich der Schaltfolie dehnungsarm d.h. für die praktische Anwendung praktisch dehnungsfrei, oder sogar dehnungsfrei, in axialer Richtung bewegt werden. Auch können so Bewegungen der Fluor und Kohlenstoff aufweisenden Polymer-Folie bei sehr geringen Druckdifferenzen zwischen Vorderseite und Rückseite der Folie bewirkt werden. So ist ein Schalten des Ventils bei einer Druckdifferenz von weniger als 250 mbar möglich. Eine übliche Schaltfolie aus Elastomer einer üblichen Einheit für die Druckregelung einer Brennkraftmaschine und/oder die Druckregelung des Kurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine wird dabei durch eine Folie aus einem Fluor und Kohlenstoff aufweisenden Polymer ersetzt. Ein Fluor und Kohlenstoff aufweisendes Polymer-Material wie PTFE kann in einem Sinterprozess hergestellt und anschließend mechanisch be- arbeitet werden. Eine solche Folie ist in ihrer normalen Form sehr steif und nicht für flexible Bauteile geeignet. PTFE besitzt eine hervorragende chemische Beständigkeit und ist in einem sehr breiten Temperaturbereich einsetzbar, wobei sich der E-Modul zu tiefen Temperaturen hin im Vergleich zu Elastomer-Werkstoffen sehr stark erhöht. Aus diesem Grund ist PTFE für eine Anwendung als Folie in dem für Automobil- anwendungen an einer Brennkraftmaschine geforderten Temperaturbereich (-40°C bis +150°C) eher nicht geeignet. Dieser Nachteil wird bei der erfinderischen Einheit vorteilhaft durch eine spezielle Geometrie und optional durch extrem dünne Wandstärken der Folie aus Fluor und Kohlenstoff aufweisendem Polymer umgangen. Durch eine Reduzierung der Wandstärke des PTFE-Materials in einem beweglichen Bereich auf wenige zehntel Millimeter, wobei der unbewegliche Dichtbereich sowie der Einspannbereich des Materials auch stärker ausgeführt werden können, und einer speziell entwickelten Geometrie der Folie ohne Rollbereich, wie er sonst üblicherweise im Stand der Technik verwendet wird, kann das steife Material in eine Form gebracht werden, in der es die nötige Flexibilität aufweist, aber trotzdem die mechanischen Anforderungen hinsichtlich Rissbildung, Dehnung und Biegewechselfestigkeit erfüllt. Durch die spezielle Geometrie findet keine Rollbewegung mehr statt, sondern eine dehnungsarme Biegebewegung mit einer Radienänderung mit der eine Hubbewegung der Schaltfolie für eine Einheit realisiert werden kann. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Schaltfolie über ihre gesamte Ausdehnung eine im Wesentlichen konstante Stärke auf. Das bedeutet, dass senkrecht zu ihrer flächenhaften Ausdehnung die Schaltfolie im Wesentlichen gleich dick ist, d.h. dass die Schaltfolie im Randbereich höchstens doppelt so dick ist wie im Biegebereich. Dies kann vorteilhaft erreicht werden, in dem die Schaltfolie in einem Umformverfahren hergestellt wird, insbesondere durch Tiefziehen. Dabei kann der Biegebereich etwas dünner sein als der Randbereich der Schaltfolie. Vorzugsweise ist die Schaltfolie höchstens 0,5 mm dick. Durch den Verzicht auf Bereiche mit einer örtlich begrenzten, deutlich erhöhten Materialdicke, wie sie beispielsweise von bekannten Schaltmembranen aus Elastomer bekannt sind, kann dagegen eine solche Schaltfolie mit für praktische Erwägungen gleichmäßiger Materialstärke auf einfache Weise hergestellt werden. Bei Elastomermembranen variiert die Stärke der Membran typischerweise um ein Mehrfaches der dünneren Bereiche, da Elastomermembranen typischerweise mit einem Ur- formverfahren hergestellt werden, etwa durch Vulkanisieren des Elastomers in einem Presswerkzeug.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann ein Federelement vorgesehen sein, welches sich an dem Ventilgehäuse abstützt, das eine Kraft auf den Verschlussbereich der Schaltfolie ausübt. Das Federelement übt dabei die geeignete Gegenkraft auf die Schaltfolie aus, um das Regelverhalten der Einheit im gewünschten Druckbereich zu erreichen. Die dem zu regelnden Fluid abgewandte Seite der Schaltfolie wird dabei üblicherweise mit Atmosphärendruck beaufschlagt. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Federelement über einen Teller am Verschlussbereich abgestützt sein. Dadurch wird eine stabile Auflage des Federelements an der Schaltfolie erreicht, sodass eine definierte Krafteinleitung in die Schaltfolie gewährleistet ist. Gleichzeitig wird die Schaltfolie, die erfindungsgemäß als dünne Fluor und Kohlenstoff aufweisende Polymer-Folie ausgeführt ist, gegen eine eventuelle Beschädigung durch das Federelement dadurch geschützt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Verschlussbereich eine topfförmige Ausstülpung aufweisen. Durch die topfförmige Ausstülpung wird eine stabile Form des Verschlussbereichs erreicht, wodurch eine zuverlässige Abdichtung beim Aufsetzen des Verschlussbereichs auf dem Ventilsitz gewährleistet werden kann. Die Ausstülpung selbst wird dabei durch die Biegebewegung der Schaltfolie in ihrer Form nicht beein- flusst und behält diese für die zuverlässige Abdichtwirkung bei. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Federelement um die topfförmige Ausstülpung angeordnet sein. So wird eine gleichmäßige Krafteinleitung von dem Federelement in die Schaltfolie erreicht, wobei der als Ausstülpung ausgebildete Verschlussbereich durch die Krafteinleitung in seiner Form nicht beeinflusst wird. Dies wird umso mehr gewährleistet, als der Teller des Federelements ringförmig um die Aus- stülpung gelegt ist, sodass der Teller die Form der Ausstülpung zusätzlich stabilisiert. Die Ausstülpung als Verschlussbereich ist dabei in einem Innenbereich des Federelements angeordnet.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Federelement an seiner Stirnseite, die der Ausstülpung zugewandt ist, umspritzt sein. Auch eine Realisierung des Tellers des Federelements in Form einer Umspritzung mit Kunststoff kann sehr zweckmäßig und günstig eine Verbindung des Federelements mit der Schaltfolie bewirken. Außerdem wird die dünne Fluor und Kohlenstoff aufweisende Polymer-Folie dadurch gegen mechanische Beanspruchung im Bereich des Federelements zusätzlich geschützt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann eine erste Kammer der Einheit mit einem Atmosphärendruck beaufschlagbar sein. Zu einem effektiven Regelverhalten der Einheit soll sich die Schaltfolie möglichst frei bewegen können, weshalb eine erste Kammer, welche durch die Schaltfolie von einer zweiten Kammer, in der sich das zu regelnde Fluid befindet, abgetrennt ist, zweckmäßigerweise mit dem Umgebungsbereich, also dem Atmosphärendruck, in Verbindung steht. Das Federelement gleicht dabei den Atmosphärendruck aus, sodass das Regelverhalten der Schaltfolie in einem niedrigen Druckdifferenzbereich erfolgen kann. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Schaltfolie schaltstößellos zwischen ihren Maximalpositionen im geöffneten und geschlossenen Zustand bewegbar sein. Es kann ein Öffnen und Schließen der Schaltfolie erfolgen, ohne dass je ein beweglicher Kontaktstößel von beiden Seiten auf die Schaltfolie einwirkt und diese in die eine oder andere Richtung bewegt. Vielmehr kann die Schaltfolie alleine durch einen Druckunterschied zu beiden Seiten der Schaltfolie hin und her bewegt werden.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Schaltfolie über an der Schaltfolie an- greifende bewegliche mechanische Betätigungsmittel, wie beispielsweise Schaltstößel zwischen ihren Maximalpositionen im geschlossenen und geöffneten Zustand hin und her bewegbar ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Verschlussbereich der Schaltfolie den Durchfluss des Fluids zwischen dem Zufluss und dem Abfluss unterbrechen. Die Schaltfolie kann unmittelbar auf einem Dichtsitz aufliegen, um den Durchfluss zu unterbrechen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Schaltfolie zwischen ihren Maximal- Positionen im geöffneten und geschlossenen Zustand bewegbar sein, indem auf einer Seite der Schaltfolie Atmosphärendruck als Steuerdruck anliegt. Vorteilhaft ist die Schaltfolie selbstregulierend, und die Schaltfolie kann indirekt, über eine Druckdifferenz zwischen Atmosphärendruck in der einen Kammer der Einheit und einem Arbeitsdruck der anderen Kammer der Einheit geschlossen werden. Der Arbeitsdruck kann beispiels- weise ein Druck in einem Kurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine sein.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung kann die Schaltfolie zwischen ihren Maximalpositionen im geöffneten und geschlossenen Zustand bewegbar sein, indem auf einer Seite der Schaltfolie ein Steuerdruck ungleich einem Atmosphärendruck anliegt und/oder ein mechanisches Betätigungsmittel zum Schalten der Schaltfolie vorgesehen ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Schaltfolie zumindest im Biegebereich eine Dicke von höchstens 0,5 mm, bevorzugt von höchstens 0,3 mm, be- sonders bevorzugt von höchstens 0,2 mm aufweisen. Durch eine solch geringe Dicke der Fluor und Kohlenstoff aufweisenden Polymer-Folie, beispielsweise PTFE-Folie oder PTFE-haltige Folie, kann erreicht werden, dass sich die Folie genügend leicht bei niedrigen Differenzdrücken durchbiegen kann, ohne wesentliche Dehnung dabei zu er- fahren. Vorteilhaft können wellenförmiger Biegebereich und geringe Dicke der Folie zusammenwirken, um geringe Schaltdrücke zu ermöglichen. Die Folie kann das gewünschte Schaltverhalten durch Verschließen des Ventilsitzes mit dem Verschlussbereich der Schaltfolie gewährleisten. Im Gegensatz zu üblicherweise bei dickeren PTFE-Bauteilen angeordneten, mechanisch spanend oder schneidend hergestellten Faltenbalgbereichen, welche eine Bewegung des steifen PTFE-Materials ermöglichen, ist bei einer solch dünnen, Fluor und Kohlenstoff aufweisenden Polymer-Folie eine solche Konstruktion nicht nötig, da die Biegebewegung allein durch die tellerförmige Ausbildung mit radial wellenförmig angeordneten Bereichen der Schaltfolie ermöglicht wird.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Schaltfolie einen Durchmesser zwischen 40 mm und 100 mm, bevorzugt zwischen 50 mm und 80 mm aufweisen. Schaltfolien in dem angegebenen Durchmesser erreichen bei den zuvor angegebenen Foliendicken genügend Biegebewegungsfreiheit, um das gewünschte Regelverhalten in einer Einheit bei den gewünschten niedrigen Druckdifferenzen zu erreichen. So lassen sich Entlüftungsventile für übliche Brennkraftmaschinen im Automobilbereich effizient darstellen. Es ist denkbar, dass bei entsprechend größeren Durchmessern auch etwas höhere Dicken der Schaltfolie im Bereich von über 0,5 mm, z.B. höchstens 1 mm bis 0,5 mm, realisierbar sind.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Schaltfolie für eine Einheit vorgeschlagen, die aus einer Fluor und Kohlenstoff aufweisenden Polymer-Folie gebildet ist, mit einem tellerartigen Flachkörper, mit einem einen zentralen Verschlussbereich um- gebenden Biegebereich, wobei der Verschlussbereich zum Schalten der Schaltfolie durch eine dehnungsarme, insbesondere dehnungsfreie, Biegebewegung des Biegebereichs in axialer Richtung hin und her bewegbar ist. Da die Schaltfolie in dieser Ausgestaltung sich nicht nur in einem kleinen Flächenbereich, sondern großflächig auf Grund der tellerartigen Form durchbiegen kann, sind einzelne Bereiche der Schaltfolie wenig dehnungsbelastet. Die Biegebewegung wird so über einen großen Bereich der Schaltfolie und demzufolge mit geringer Krümmung ausgeführt. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Biegebereich sich in radialer Richtung wellenförmig um den Verschlussbereich erstrecken. Der Biegebereich weist dabei zweckmäßigerweise wenigstens eine radial angeordnete Welle um den Verschlussbereich auf, wobei die eine oder mehrere Wellen als konkav und konvex ver- laufende Krümmungsbereiche mit abwechselnd angeordneten Erhöhungen und Vertiefungen der Schaltfolie ausgebildet sind. Dabei entspricht eine Ausbuchtung auf einer Flachseite der Schaltfolie einer Eindellung auf der anderen Flachseite der Schaltfolie. Auf diese Weise kann ein günstiges Biegungsverhalten mit gleichförmigem Kraftverlauf bei gleichzeitig geringer (dehnungsarm) bis gar keiner Dehnung (dehnungsfrei) der Fluor und Kohlenstoff aufweisenden Polymer-Folie erreicht werden, d.h. durch die Geometrie des Biegebereichs kann der zentrale Bereich der Schaltfolie dehnungsarm oder sogar dehnungsfrei in axialer Richtung bewegt werden. Auch können so Bewegungen der Fluor und Kohlenstoff aufweisenden Polymer-Folie bei sehr geringen Druckdifferenzen zwischen Vorderseite und Rückseite der Folie bewirkt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der zentrale Verschlussbereich topf- förmig ausgestülpt sein. Durch die topfformige Ausstülpung wird eine stabile Form des Verschlussbereichs erreicht, wodurch eine zuverlässige Abdichtung beim Aufsetzen des Verschlussbereichs auf dem Ventilsitz gewährleistet werden kann. Die Ausstülpung selbst wird dabei durch die Biegebewegung der Schaltfolie in ihrer Form nicht beein- flusst und behält diese für die zuverlässige Abdichtwirkung bei.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann zumindest der Biegebereich eine Dicke von höchstens 0,5 mm, bevorzugt von höchstens 0,3 mm, besonders bevorzugt von höchstens 0,2 mm, und der Flachkörper insbesondere einen Durchmesser aufweisen, der weniger als 150 mm beträgt, bevorzugt zwischen 40 mm und 100 mm, besonders bevorzugt zwischen 50 mm und 80 mm liegt. Durch eine solch geringe Dicke der Fluor und Kohlenstoff aufweisenden Polymer-Folie kann erreicht werden, dass sich die Folie genügend leicht bei niedrigen Differenzdrücken durchbiegen kann, ohne wesentliche Dehnung dabei zu erfahren. Es ist denkbar, dass bei entsprechend größeren Durchmessern auch etwas höhere Dicken der Schaltfolie im Bereich von über 0,5 mm, z.B. höchstens 1 mm bis 0,5 mm, realisierbar sind. Die Folie kann das gewünschte Schaltverhalten durch Verschließen des Ventilsitzes mit dem Verschlussbereich der Schaltfolie gewährleisten. Im Gegensatz zu üblicherweise bei dickeren PTFE-Folien angeordneten Faltenbalgbereichen, welche eine Bewegung des steifen PTFE-Materials ermöglichen, ist bei einer solch dünnen Folie aus einem Fluor und Kohlenstoff aufweisenden Polymer eine solche Konstruktion nicht nötig, da die Biegebewegung allein durch die tellerförmige Ausbildung mit radial wellenförmig angeordneten Bereichen der Schaltfolie ermöglicht wird. Schaltfolien in dem angegebenen Durchmesser erreichen bei den zuvor angegebenen Foliendicken genügend Biegebewegungsfreiheit, um das gewünschte Regelverhalten in einer Einheit bei den ge- wünschten niedrigen Druckdifferenzen zu erreichen. So lassen sich Entlüftungsventile für übliche Brennkraftmaschinen im Automobilbereich effizient darstellen.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die erfindungsgemäße Einheit zur Druckregelung einer Brennkraftmaschine und/oder zur Druckregelung eines Kurbelge- häuses einer Brennkraftmaschine verwendet.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen beispielhaft:
Fig. 1 eine Einheit mit einer Schaltfolie aus einem Fluor und Kohlenstoff aufweisenden Polymer nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Schnittdarstellung; Fig. 2 eine Schaltfolie aus einem Fluor und Kohlenstoff aufweisenden Polymer nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in isometrischer Ansicht; Fig. 3 die Schaltfolie aus Fig. 2 in unbelastetem Zustand im Längsschnitt; und
Fig. 4 die Schaltfolie aus Fig. 2 in ausgelenktem Zustand im Längsschnitt. Ausführungsformen der Erfindung
In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen. Figur 1 zeigt in einer Schnittdarstellung eine Einheit 10 zum Regeln oder Steuern eines Fluiddrucks mit einer Schaltfolie 22 aus einem Fluor und Kohlenstoff aufweisenden Polymer nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Diese Einheit 10 dient zum Regeln oder Steuern eines Fluiddrucks, insbesondere zur Verwendung zur Druckregelung einer Brennkraftmaschine und/oder zur Druckregelung eines Kurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine. Die Einheit 10 weist ein Ventilgehäuse 12 mit einem Gehäusedeckel 14 auf, wobei das Ventilgehäuse 12 einen Zufluss 28 und einen Abfluss 30 für das Fluid aufweist. Die Schaltfolie 22 ist aus einer Fluor und Kohlenstoff aufweisenden Polymer-Folie, beispielsweise PTFE, gebildet und ist mit einem Einspannbereich 60 zwischen Ventilgehäuse 12 und dem Gehäusedeckel 14 eingespannt. Die Schaltfolie 22 trennt eine erste Kammer 36 von einer zweiten Kammer 38. Es herrscht eine Druckdifferenz zwischen einer ersten Kammer 36 und einer zweiten Kammer 38, wobei die erste Kammer 36 mit der Umgebung, also dem Atmosphärendruck, in Verbindung (nicht dargestellt) steht. Die Schaltfolie 22 kann mit Druckdifferenzen von 1 bis 250 mbar, bevorzugt von 1 bis 100 mbar, bewegt werden und dient zum Freigeben oder Absperren eines Durchflusses des Fluids zwischen dem Zufluss 28 und dem Abfluss 30. Der Zufluss 28 der Einheit 10 ist im Einsatzfall z.B. mit dem Kurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine fluidmäßig verbunden, während der Abfluss 30 mit dem Ansaugtrakt fluid- mäßig verbunden ist. Die Schaltfolie 22 weist einen tellerartigen Flachkörper 16 auf, mit einem einen zentralen Verschlussbereich 24 umgebenden wellenförmigen Biegebereich 18. Der Biegebereich 18 bewegt beim Schalten der Schaltfolie 22 durch eine dehnungsarme, insbesondere dehnungsfreie, Biegebewegung den Verschlussbereich 24 gegenüber einem Ventilsitz 32 in axialer Richtung L auf den Ventilsitz 32 hin oder von dem Ventilsitz 32 weg. Die Schaltfolie 22 weist dafür zumindest im Biegebereich 18 eine Dicke von höchstens 0,5 mm, bevorzugt von höchstens 0,3 mm, besonders bevorzugt von höchstens 0,2 mm auf. Der Durchmesser der Schaltfolie 22 liegt dabei zwischen 40 mm und 100 mm, bevorzugt zwischen 50 mm und 80 mm. Der Biegebereich 18 erstreckt sich in radialer Richtung wellenförmig um den Verschlussbereich 24, wobei eine Vertiefung auf einer Flachseite einer Erhebung auf der anderen Flachseite der Schaltfolie 22 entspricht. Der Verschlussbereich 24 verschließt den Ventilsitz 32 fluiddicht, wenn er auf dem Ventilsitz 32 aufliegt. Ein Federelement 26 ist vorgesehen, welches sich an dem Ventilgehäuse 12 abstützt, das eine Kraft auf den Verschlussbereich 24 der Schaltfolie 22 ausübt und so den Atmosphärendruck in der ersten Kammer 36 kompensiert. Das Federelement 26 ist dabei über einen ringförmig ausgebildeten Teller 34 am Verschlussbereich 24 abgestützt. Der Verschlussbereich 24 ist als eine topfförmige Ausstülpung 20 der Schaltfolie 22 ausgebildet, wobei der Teller 34 in Form eines Stützrings diese Ausstülpung ringförmig einfasst. Das Federelement 26 kann alternativ ohne Teller 34 an der Schaltfolie 22 angreifen und dabei an seiner Stirnseite, die der Ausstülpung 20 zugewandt ist, zum Schutz der Schaltfolie 22 umspritzt sein, so dass die Umspritzung den Teller 34 ersetzen könnte. Die Kante 56 zwischen dem flachen Teil der Schaltfolie 22 und der Ausstülpung 20 ist dem Teller 34 angepasst, so dass die Schaltfolie 22 direkt an dem Teller 34 aufliegen kann. Das Federelement 26 ist demzufolge um die topfförmige Ausstülpung 20 angeordnet, die sich in das Innere des Federelements 26 erstreckt.
Figur 2 zeigt eine Schaltfolie 22 aus einer Fluor und Kohlenstoff aufweisenden Polymer- Folie nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in isometrischer Ansicht. Die Schaltfolie 22 für eine Einheit 10 ist aus einer Fluor und Kohlenstoff aufweisenden Polymer-Folie, beispielsweise PTFE, gebildet, mit einem tellerartigen Flachkörper 16, mit einem einen zentralen Verschlussbereich 24 umgebenden Biegebereich 18, wobei der Verschlussbereich 24 zum Schalten der Schaltfolie 22 durch eine dehnungsarme, insbesondere dehnungsfreie, Biegebewegung des Biegebereichs 18 in axialer Richtung L hin und her bewegbar ist. Der zentrale Verschlussbereich 24 ist in einer topfförmigen Ausstülpung realisiert. Der Durchmesser 54 der Schaltfolie 22 liegt zwischen 40 mm und 100 mm, bevorzugt zwischen 50 mm und 80 mm. Der Biegebereich 18 erstreckt sich in radialer Richtung wellenförmig um den Verschlussbereich 24. Bei dem Aus- führungsbeispiel in Figur 2 sind drei Wellen 40, 44, 48 dargestellt, die konzentrisch um den Verschlussbereich 24 angeordnet sind und jeweils entgegengesetzte Krümmungen aufweisen, so dass eine Biegebewegung des Flachkörpers 16 dadurch begünstigt wird. In Figur 3 ist die Schaltfolie aus Fig. 2 in unbelastetem Zustand im Längsschnitt dargestellt. Im unbelasteten Zustand liegt die Kante 56 zwischen dem flachen Bereich der Schaltfolie 22 und der topfförmigen Ausstülpung 20 auf demselben Niveau wie der äußere Einspannbereich 60. Der Biegebereich 18 ist in drei Wellen 40, 44, 48 ausgebildet, die mit den Radien 42, 46, 50 in alternierender Folge von der ersten Kammer 36 der Einheit 10 betrachtet, konvex, konkav und konvex ausgebildet sind. Zumindest im Biegebereich 18 liegt die Dicke 52 der Fluor und Kohlenstoff aufweisenden Polymer- Folie im Bereich von höchstens 0,5 mm, bevorzugt von höchstens 0,3 mm, besonders bevorzugt von höchstens 0,2 mm. Der Flachkörper 16 der Schaltfolie 22 in Figur 3 weist wie dargestellt insbesondere einen Durchmesser 54 auf, der zwischen 40 mm und 100 mm, bevorzugt zwischen 50 mm und 80 mm liegt.
Figur 4 zeigt die Schaltfolie aus Fig. 2 in ausgelenktem Zustand im Längsschnitt. Der Verschlussbereich 24 ist deutlich abgesenkt und würde in der Einheit 10 in Figur 1 so beispielsweise auf dem Ventilsitz 32 aufliegen. Die Absenkbewegung des Verschluss- bereichs 24 wird bewirkt durch die Biegebewegung der Schaltfolie 22 durch eine Radienverlängerung der drei Radien 42, 46, 50 der drei Wellen 40, 44, 48, die jeweils in radialer Anordnung konzentrisch um den Verschlussbereich 24 angeordnet sind. Die Pfeile, mit denen die Radien 42, 46, 50 symbolisiert sind, sollen die Radienverlängerung ausdrücken. Der Hub 58 des Verschlussbereichs 24 ist gegenüber dem Hub 58 der in Fig. 2 dargestellten Schaltfolie 22 in unbelastetem Zustand, wie in Fig. 3 gezeigt, deutlich vergrößert. Die Kante 56 zwischen dem flachen Bereich der Schaltfolie 22 und dem Verschlussbereich 24 behält dagegen die annähernd rechtwinklige Form trotz der Biegebewegung bei, da der Flachkörper 16 der Schaltfolie 22 einen ausgedehnten Biegebereich 18 aufweist und demzufolge die Krümmung des gesamten Biegebereichs 18 einen sehr großen Krümmungsradius aufweist.

Claims

Ansprüche
1 . Einheit (10) zum Regeln oder Steuern eines Fluiddrucks, mit einem Ventilgehäuse (12) umfassend einen Zufluss (28) und einen Abfluss (30) für das Fluid, sowie mit einer Schaltfolie (22) zum Schalten bei Druckdifferenzen von 1 bis 250 mbar, bevorzugt von 1 bis 100 mbar, zum Regulieren, Freigeben oder Absperren eines Durchflusses des Fluids zwischen dem Zufluss (28) und dem Abfluss (30), wobei die Schaltfolie (22) aus einem Fluor und Kohlenstoff aufweisenden Polymer-Material gebildet ist.
2. Einheit nach Anspruch 1 , wobei die Schaltfolie (22) einen tellerartigen Flachkörper (16) aufweist, mit einem einen zentralen Verschlussbereich (24) umgebenden Biegebereich (18), wobei der Biegebereich (18) beim Schalten der Schaltfolie (22) durch eine dehnungsarme, insbesondere dehnungsfreie, Biege- bewegung den Verschlussbereich (24) gegenüber einem Ventilsitz (32) in axialer
Richtung (L) auf den Ventilsitz (32) hin oder von dem Ventilsitz (32) weg bewegt.
3. Einheit nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Biegebereich (18) sich in radialer Richtung wellenförmig um den Verschlussbereich (24) erstreckt.
4. Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schaltfolie (22) über die gesamte Ausdehnung eine Stärke aufweist, die um höchstens 50% variiert. 5. Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Federelement (26) vorgesehen ist, welches sich an dem Ventilgehäuse (12) abstützt und eine Kraft auf die Schaltfolie (22) ausübt, wobei vorzugsweise das Federelement (26) über einen Teller (34) auf der Schaltfolie (22) abgestützt ist. 6. Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Verschlussbereich (24) eine topfförmige Ausstülpung (20) aufweist. Einheit nach einem der Ansprüche 5 bis 6, wobei das Federelement (26) um die topfförmige Ausstülpung (20) angeordnet ist.
Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schaltfolie (22) zwischen ihren Maximalpositionen im geöffneten und geschlossenen Zustand bewegbar ist, indem auf einer Seite der Schaltfolie (22) Atmosphärendruck als Steuerdruck anliegt.
Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Schaltfolie (22) zwischen ihren Maximalpositionen im geöffneten und geschlossenen Zustand bewegbar ist, indem auf einer Seite der Schaltfolie (22) ein Steuerdruck ungleich einem Atmosphärendruck anliegt und/oder ein mechanisches Betätigungsmittel zum Schalten der Schaltfolie (22) vorgesehen ist.
Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schaltfolie (22) zumindest im Biegebereich (18) eine Dicke (52) von höchstens 0,5 mm, bevorzugt von höchstens 0,3 mm, besonders bevorzugt von höchstens 0,2 mm aufweist und/oder wobei die Schaltfolie (22) einen Durchmesser (54) kleiner 150 mm, bevorzugt zwischen 40 mm und 100 mm, besonders bevorzugt zwischen 50 mm und 80 mm aufweist.
Schaltfolie (22) für eine Einheit (10) zum Regeln oder Steuern eines Fluiddrucks nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die aus einem Fluor und Kohlenstoff aufweisenden Polymer-Material gebildet ist, mit einem tellerartigen Flachkörper (16), mit einem einen zentralen Verschlussbereich (24) umgebenden Biegebereich (18), wobei der Verschlussbereich (24) zum Schalten der Schaltfolie (22) durch eine dehnungsarme, insbesondere dehnungsfreie, Biegebewegung des Biegebereichs (18) in axialer Richtung (L) hin und her bewegbar ist.
Schaltfolie nach Anspruch 1 1 , wobei der Biegebereich (18) sich in radialer Richtung wellenförmig um den Verschlussbereich (24) erstreckt. Schaltfolie nach Anspruch 1 1 oder 12, wobei der zentrale Verschlussbereich (24) topfförmig ausgestülpt ist.
Schaltfolie nach einem der Ansprüche 1 1 bis 13, wobei zumindest der Biegebereich (18) eine Dicke (52) von höchstens 0,5 mm, bevorzugt von höchstens 0,3 mm, besonders bevorzugt von höchstens 0,2 mm, und/oder der Flachkörper (16) insbesondere einen Durchmesser (54) aufweist, der weniger als 150 mm beträgt, bevorzugt zwischen 40 mm und 100 mm liegt, besonders bevorzugt zwischen 50 mm und 80 mm liegt.
15. Schaltfolie nach einem der Ansprüche 1 1 bis 14, wobei das Fluor und Kohlenstoff aufweisende Polymer-Material Polytetrafluorethylen oder Polytetrafluor- ethylen mit Zumischungen oder thermoplastisch verarbeitetbares Polytetrafluor- ethylen ist.
16. Verwendung einer Einheit (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zur Druckregelung einer Brennkraftmaschine und/oder zur Druckregelung eines Kurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine.
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