DE102008005088B3

DE102008005088B3 - Ventil mit einem federnd beweglichen oder elastisch und/oder flexibel verformbaren Dichtelement

Info

Publication number: DE102008005088B3
Application number: DE102008005088A
Authority: DE
Inventors: Ekkehard Bielass
Original assignee: A Kayser Automotive Systems GmbH
Current assignee: A Kayser Automotive Systems GmbH
Priority date: 2008-01-18
Filing date: 2008-01-18
Publication date: 2009-07-30
Anticipated expiration: 2028-01-19
Also published as: CN101487536A; US8544816B2; US20090183510A1; CN101487536B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Ventil mit einem beweglich angeordneten Ventilkörper zum wahlweisen Öffnen und Schließen eines Ventildurchlasses, wobei an dem Ventilkörper ein Dichtelement, beispielsweise eine Lippendichtung, derart angeordnet ist, dass das Dichtelement an einem Ventilsitz zur Anlage kommt, wenn der Ventilkörper in Schließrichtung bewegt wird, und wobei zumindest ein Außenumfangsabschnitt des Dichtelements im Wesentlichen in der Bewegungsrichtung des Ventilkörpers auf federnde Weise beweglich ist oder elastisch und/oder flexibel verformbar ist, und radial außerhalb des Außenumfangsabschnitts des Dichtelements ein Schutzkragen angeordnet ist, der an dem Ventilkörper fixiert ist, um das Dichtelement vor einer Beschädigung und/oder einer übermäßigen Verformung zu schützen.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Ventil mit einem elastischen und/oder flexiblen Dichtelement, wie beispielsweise einer Lippendichtung, oder einem beweglich angeordneten Dichtelement.
Lippendichtungen sind Dichtungselemente, die elastisch und/oder plastisch verformbar sind, um unabhängig von Längentoleranzen oder anderen Toleranzen eines Ventilsitzes und/oder Ventilkörpers eine Abdichtung eines Ventildurchlasses zu gewährleisten. Derartige Lippendichtungen bestehen somit beispielsweise aus einem dünnen Blatt aus Gummi, Silikon oder dergleichen, das elastisch und/oder plastisch verformbar ist, um sich an einen Ventilsitz anzuschmiegen.
Beispielsweise aus der Patentschrift DE 10 2004 044 439 B4 ist ein derartiges Ventil mit einer Lippendichtung bekannt. Wie in den 5 und 6 gezeigt ist, ist bei diesem in der vorgenannten Patentschrift offenbarten Ventil eine Lippendichtung 4 in eine Nut 3C eines Ventilkörpers 3 eingesetzt und dichtet an einer ringförmigen axialen Fläche eines Gehäuseelements 21 ab, wenn der Ventilkörper 3 sich in der Schließstellung befindet. In der Öffnungsstellung des Ventilkörpers 3 hebt die Lippendichtung 4 von der axialen Anlagefläche des Gehäuseelements 21 ab und gibt einerseits einen radialen Spalt zwischen dem Dichtelement 4 und dem Gehäuseelement 21 frei, um einen Ventilinnenraum mit einem unterhalb der Lippendichtung 4 befindlichen Raum zu verbinden. Darüber hinaus ist die Lippendichtung 4 nicht dichtend in die Nut 3C eingesetzt. Dies bedeutet, daß der Ventilinnenraum bei geöffnetem Ventilkörper 3 auch über einen (nicht gezeigten) Spalt zwischen der Lippendichtung 4 und Nutseitenwänden 3C2, 3C3 bzw. einen Spalt zwischen der Lippendichtung 4 und einem Nutgrund 3C1 der Nut 3C mit einem Ventilaußenraum verbunden ist.
Aufgrund der Strömung eines Fluids durch den Spalt zwischen der Lippendichtung 4 und dem Gehäuseelement 21 einerseits und durch den Spalt zwischen der Lippendichtung 4 und den Nutseitenwänden 3C2, 3C3 bzw. der Lippendichtung 4 und dem Nutgrund 3C1 der Nut 3C wird eine dynamische Druckveränderung verursacht, um eine Kraft auf die Lippendichtung 4 auszuüben. Derart steht an dem Nutgrund 3C1 ein höherer Druck an als an einem Außenumfang der Lippendichtung 4, um die Lippendichtung 4 radial nach außen zu drücken bzw. aufzublähen.
Darüber hinaus gibt es beispielsweise aufgrund des Bernoulli-Effekts in dem sehr kleinen Spalt zwischen Lippendichtung 4 und Gehäuseelement 21 einen dynamischen Druckabfall, um das Dichtelement 4 zu dem Gehäuseelement 21 hin zu ziehen. Aufgrund der elastischen und/oder plastischen Verformbarkeit der Lippendichtung 4 erfolgt eine entsprechende Verformung aufgrund der Druckänderung.
Durch die Verformung der Lippendichtung 4 kann ein Fall eintreten, daß ein Außenumfangsabschnitt der Lippendichtung 4 an dem Gehäuseelement 21 zur Anlage kommt, um während der Bewegung des Ventilskörpers 3 an dem Gehäuseelement 21 zu reiben. Ein derartiger Zustand ist jedoch unerwünscht, weil die Reibung der Lippendichtung 4 an dem Gehäuseelement 21 einerseits zu einem Verschleiß der Lippendichtung 4 führt und ein Abrieb der Lippendichtung 4 das Ventil verschmutzen kann. Darüber hinaus erschwert die Reibung der Lippendichtung 4 an dem Gehäuseelement 21 die Bewegung des Ventilkörpers 3, um die Schaltzeit des Ventils insgesamt zu verlängern bzw. einen Schaltvorgang möglicherweise sogar vollkommen zu behindern.
Wenn darüber hinaus das in der Patentschrift DE 10 2004 044 439 B4 offenbarte Ventil als ein Ventil der Einsetzart ausgebildet ist, bei dem eine Dichtung 3A an einem Dichtsitz eines Gehäuses abdichtet, wenn das Ventil in das entsprechende Gehäuse eingebaut ist, ergibt sich noch folgendes Problem. Da der Ventilsitz, an dem die Dichtung 3A im Betrieb zur Anlage kommt, kein Bauteil des Ventils der Einsetzart ist, sondern ein Bauteil einer von dem Ventil separaten Komponente ist, kann sich bei ausgebautem Ventil das Dichtelement 3A nicht an dem Dichtsitz abstützen.
Demgemäß wird der Ventilkörper 3 durch die Feder 10 so stark gedrückt, daß eine Verformung des Dichtelements 4 auftritt. Bei längerer Lagerung des Ventils außerhalb des Gehäuses wie beispielsweise in einem Ersatzteillager, kann dies dazu führen, daß die Lippendichtung 4 plastisch und/oder dauerhaft verformt wird, um die Funktionsfähigkeit des Ventils nach dem Einbau zu beeinträchtigen. Es besteht somit ein Bedarf, die Lippendichtung 4 vor einer unerwünschten Verformung zu schützen.
EP 0 153 516 A1 offenbart ein Sicherheitsventil mit einer elastischen Dichtung, die durch eine Feder gegen einen Sitz vorgespannt ist. DE 1 400 550 A offenbart einen Ventilkörper mit einer Aussparung, die einen Raum für ein Federn der Dichtung vergrößert. DE 10 2004 044 439 B4 beschreibt ein Abblaseventil für einen Turbolader mit einer Lippendichtung.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Ventils, das die Nachteile des Stands der Technik vermeidet. Insbesondere soll ein Ventil mit einem federnd beweglichen oder elastisch und/oder flexibel verformbaren Dichtelementgeschaffen werden, bei dem die Funktion der Lippendichtung und Betriebssicherheit des Dichtelements verbessert ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Diese Aufgabe wird durch ein Ventil mit einem beweglich angeordneten Ventilkörper zum wahlweisen Öffnen und Schließen eines Ventildurchlasses gelöst, wobei an dem Ventilkörper ein Dichtelement derart angeordnet ist, daß das Dichtelement an einem Ventilsitz zur Anlage kommt, wenn der Ventilkörper in Schließrichtung bewegt wird, und wobei zumindest ein Außenumfangsabschnitt des Dichtelements in der Bewegungsrichtung des Ventilkörpers auf federnde Weise beweglich ist oder elastisch und/oder flexibel verformbar ist, und radial außerhalb des Außenumfangsabschnitts des Dichtelements ein Schutzkragen angeordnet ist, der an dem Ventilkörper fixiert ist, wobei zwischen dem Dichtelement und dem Schutzkragen ein Spalt als Fluiddurchtritt ausgebildet ist und der Schutzkragen eine Verformung des Dichtelements radial nach außen begrenzt, um bei einer Öffnungs- oder Schließbewegung des Ventilkörpers ein Reiben des Außenumfangsabschnitts an einem radial außerhalb des Dichtelements angeordneten Gehäuseelement zu verhindern.
Der radial außerhalb des Außenumfangsabschnitts des Dichtelements angeordnete Schutzkragen begrenzt eine Verformung des Dichtelements radial nach außen und verhindert ein Reiben des Außenumfangsabschnitts des Dichtelements an einem radial außerhalb des Dichtelements angeordnetem Gehäuseelement, wenn der Ventilkörper axial bewegt wird, um das Ventil zu öffnen oder zu schließen. Da der Schutzkragen an dem Ventilkörper fixiert ist, bewegt sich der Schutzkragen zusammen mit dem Dichtelement. Somit gibt es keine Reibung des Außenumfangsabschnitts des Dichtelements, selbst wenn der Außenumfangsabschnitt an dem Schutzkragen anliegt, weil der Schutzkragen sich zusammen mit dem Dichtelement beim Öffnen und Schließen des Ventils bewegt.
Vorzugsweise weist der Schutzkragen ein Kolbenhemd auf, das in einen Zylinder gleitend eingesetzt ist. Der Zylinder ist dabei vorzugsweise im wesentlichen stationär bzw. unbeweglich angeordnet. Beispielsweise kann der Zylinder mit einem Ventilgehäuse fix verbunden sein oder der Zylinder kann in einem Abschnitt des Ventilgehäuses selbst angeordnet sein.
Indem der Schutzkragen kolbenartig mit einem Kolbenhemd ausgebildet ist, kann der Schutzkragen bei einer Öffnungs- und Schließbewegung des Ventilkörpers mit geringer Reibung leicht innerhalb des Zylinders gleiten. Reibungswiderstände werden somit minimiert, um ein schnelles Schalten des Ventils zu gewährleisten und des weiteren einen Reibungsabrieb zu minimieren, um eine Verschmutzung des Ventils aufgrund von Abrieb zu verhindern. Das Kolbenhemd kann eine Hülsenform haben, ohne Unterbrechungen am Umfang, es können jedoch auch Unterbrechungen wie beispielsweise Schlitze oder Öffnungen in dem Kolbenhemd angeordnet sein. Eine Hülsenform ohne Unterbrechung bietet den Vorteil einer exakten Führung des Schutzkragens innerhalb des Zylinders. Andererseits bieten Unterbrechungen wie Schlitze und Öffnungen in dem Kolbenhemd den Vorteil einer Verringerung der bewegten Massen. Je nach Anwendungsfall wird somit ein Kolbenhemd mit oder ohne Unterbrechungen eingesetzt.
Vorzugsweise ist das Dichtelement als Lippendichtung aus Gummi mit einer Shore-A-Härte von 40 bis 70 hergestellt, am meisten bevorzugt mit einer Shore-A-Härte von 50 bis 60. Die Lippendichtung hat dabei vorzugsweise die Gestalt eines Blatts mit einer Dicke von 0,3 bis 2 mm, am besten im Bereich von 0,5 bis 1 mm.
Vorzugsweise ist der Außenumfangsabschnitt des Dichtelements in einem Bereich von 0,1 bis 1 mm, vorzugsweise in einem Bereich von 0,3 bis 0,6 mm elastisch verformbar oder federnd beweglich.
Gummi hat sich für die Herstellung der Lippendichtung als sehr geeignet erwiesen, insbesondere in einer Shore-A-Härte von 40 bis 70. Ein derartiger Gummi hat einerseits eine ausreichende Elastizität, um einen Toleranzausgleich in der Länge, d. h. in der axialen Richtung des Ventilkörpers beispielsweise im Bereich von 0,3 bis 0,6 mm vorzusehen und andererseits eine ausreichende Formstabilität, um nach einer Verformung vorzugsweise aufgrund entsprechender Elastizität und/oder der innewohnenden Formgedächtniseigenschaften die ursprüngliche Form wieder anzunehmen, wenn eine Verformungskraft weggenommen wird.
Vorzugsweise ist der Schutzkragen derart verlängert, dass sein Ende als Anschlag dient, der mit einem unbeweglich angeordneten Anschlagelement zusammenwirkt, um eine Verformung und/oder Bewegung des Außenumfangsabschnitts des Dichtelements zu begrenzen.
Das Zusammenwirken eines an dem Ventilkörper angeordneten Anschlags mit einem an einem Gehäuseelement oder dergleichen angeordneten Anschlagelement begrenzt eine Bewegung des Ventilkörpers, wenn das Ventil beispielsweise als ein Ventil der Einsetzart ausgebildet ist und das Ventil noch nicht in das dafür vorgesehene Gehäuse eingebaut ist. Derart kann eine übermäßige Verformung der Lippendichtung bzw. des Dichtelements bei der Lagerung des Ventils zur Ersatzteilhaltung verhindert werden. Dies bietet den Vorteil, daß die Lippendichtung bzw. das Dichtelement sofort nach dem Einbau des Ventils die ordnungsgemäße und funktionsfähige Form hat, um sofort einsetzbar zu sein. Im Gegensatz hierzu war es nach dem Stand der Technik teilweise notwendig, abzuwarten, bis das Dichtelement nach einer längeren Zeitdauer, die mehrere Tage betragen konnte, die ordnungsgemäße Form wieder angenommen hat, um sich an den Dichtsitz anzuschmiegen.
Des weiteren wird die Aufgabe mit einem Ventil, insbesondere mit den zuvor genannten Merkmalen, mit einem beweglich angeordneten Ventilkörper zum wahlweisen Öffnen und Schließen eines Ventildurchlasses gelöst, wobei an dem Ventilkörper ein Dichtelement derart angeordnet ist, daß das Dichtelement an einem Ventilsitz zur Anlage kommt, wenn der Ventilkörper in Schließrichtung bewegt wird, und wobei zumindest ein Außenumfangsabschnitt des Dichtelements im wesentlichen in der Bewegungsrichtung des Ventilkörpers auf federnde Weise beweglich ist oder elastisch und/oder flexibel verformbar ist, und an dem Ventilkörper ein Anschlag vorgesehen ist, der mit einem unbeweglich angeordneten Anschlagelement zusammenwirkt, um eine Verformung und/oder Bewegung des Außenumfangsabschnitts des Dichtelements zu begrenzen, wobei an dem Ventilkörper ein weiteres Dichtelement angeordnet ist, um ein Doppelsitzventil zu bilden, wobei das Ventil als ein Ventil der Einsetzart gestaltet ist, das in ein Gehäuse einzusetzen ist und wobei ein weiterer Ventilsitz in dem Gehäuse angeordnet ist, der mit dem weiteren Dichtelement zusammenwirkt, und an dem Ventilkörper ein Anschlag vorgesehen ist, der mit einem unbeweglich angeordneten Anschlagelement zusammenwirkt, um eine Verformung und/oder Bewegung des Außenumfangsabschnitts des Dichtelements derart zu begrenzen, dass in einem nicht in das Gehäuse montierten Zustand eine übermäßige Verformung des Dichtelements verhindert wird.
Vorzugsweise ist das Ventil als ein Ventil der Einsetzart gestaltet, das in ein (von dem Ventil getrennt ausgebildetes) Gehäuse einzusetzen ist und mittels eines Flansches mit Dichtung oder O-Ring einen Innenraum des Gehäuses abdichtet.
Vorzugsweise ist der Ventilkörper so in dem Ventil geführt, daß eine Achse des Ventilkörpers um einen vorgegebenen Winkel gegenüber einer Achse eines Aktuators schwenkbar ist, um Toleranzen der Fertigung und des Einbaus auszugleichen, so daß eine gleichmäßige Anlage des weiteren Dichtelements des Ventilkörpers an dem Ventilsitz des Gehäuses gewährleistet ist.
Vorzugsweise wird das zuvor beschriebene Ventil zum Ablassen eines Ladedrucks eines Turboladers verwendet, d. h. es wird in den Ladekreislauf eines Turboladers einer Brennkraftmaschine eingebaut.
Des weiteren wird oben genannte Aufgabe durch einen Turbolader mit einem derartigen Ventil zum Ablassen eines Ladedrucks gelöst.
Des weiteren wird obige Aufgabe durch eine Brennkraftmaschine mit einem Turbolader und einem derartigen Ventil gelöst, bei der ansprechend auf ein Drosselklappenschließsignal das Ventil geöffnet wird, um den Ladedruck in den Ansaugtrakt stromaufwärts des Turboladers abzulassen. Indem das Ventil beim Erhalten eines Drosselklappenschließsignals sehr schnell öffnet und demgemäß den Ladedruck sehr schnell abläßt, wird ein vorteilhaftes Ansprechverhalten der Brennkraftmaschine erzielt.
Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
1 zeigt ein erfindungsgemäßes Ventil mit Lippendichtung im Schnitt, wenn das Ventil beispielsweise als ein Ventil der Doppelsitzart ausgebildet ist und in ein von dem Ventil separates Gehäuse eingesetzt ist, wobei das Gehäuse den Ventilsitz für ein weiteres Dichtelement des Ventils der Doppelsitzart aufweist.
2 zeigt eine Detailansicht der Lippendichtung des Ventils gemäß 1.
3 zeigt eine Gegenüberstellung bezüglich des freigegebenen Durchlaßquerschnitts eines nur geringfügig elastischen Dichtelements im Vergleich zu der Lippendichtung.
4 zeigt dieselbe Detailansicht wie 2, jedoch ist ein Strömungsweg eines Fluids aus dem Ventilinnenraum in einen Ventilaußenraum über die Lippendichtung hinweg eingezeichnet.
5 zeigt eine herkömmliches Ventil mit Lippendichtung.
6 zeigt eine Detailansicht des herkömmlichen Ventils aus 5.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 ein elektromagnetisches 2/2-Wegeventil (Ventil mit zwei Anschlüssen und zwei Schaltstellungen) der stromlos geschlossenen Art, das als ein Ventil der sogenannten Einsetzart ausgebildet ist, als ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf eine derartige Ausführung enes Ventils beschränkt. Die Erfindung kann auch auf andere Arten von Ventilen angewandt werden, wie beispielsweise ein Rückschlagventil, das durch einen Differenzdruck zwischen einem Einlaß und Auslaß gesteuert wird und bei Erreichen eines vorgegebenen Differenzdrucks in einer Strömungsrichtung öffnet, während eine Strömung des Fluids in der entgegengesetzten Strömungsrichtung nicht zugelassen wird. Dementsprechend ist die vorliegende Erfindung auch auf einen sogenannten Differenzdruckregler anwendbar, der genauso wie eine Rückschlagventil aufgebaut ist und einen Differenzdruck zwischen zwei Druckabschnitten oder Druckkammern regeln bzw. steuern kann. Derartige Differenzdruckregler werden beispielsweise in Kraftstoffzufuhrsystemen von Kraftfahrzeugen zum Regeln eines Kraftstoffeinspritzdrucks relativ zu einem Umgebungsdruck eingesetzt. Darüberhinaus kann das erfindungsgemäße Ventil auch für einen Druckregler eingesetzt werden, der beispielsweise einen Druck in einem Behälter regeln bzw. steuern kann.
Demgemäß ist unter dem Begriff "Ventil" ein Bauteil mit einem durch einen Ventilkörper steuer- bzw. regelbaren Durchlaß für ein Fluid zu verstehen, wie beispielsweise ein Differenzdruckregler, ein Druckregler, ein Rückschlagventil, ein Magnetventil, ein handbetätigtes Ventil, ein pneumatisch oder hydraulisch betätigtes Ventil oder dergleichen.
Das in den 1 bis 4 gezeigte elektromagnetisch betätigte Magnetventil hat unter anderem ein erfindungsgemäßes Ventil mit Lippendichtung. Je nach Stellung eines in einer axialen Richtung beweglichen Ventilkörpers 103 dichtet ein Außenumfangsabschnitt 104A eines Dichtelements 104 bzw. einer Lippendichtung durch Anliegen an einem Ventilsitz 122 einen Durchlaß des Ventils ab oder gibt diesen frei, wenn der Ventilkörper 103 in 1 gesehen nach oben bewegt wird.
Die Strömung des Fluids durch den freigegebenen Durchlaß hindurch ist insbesondere in der Detailansicht in 4 gezeigt. In dieser 4 ist der Außenumfangsabschnitt 104A des Dichtelements 104 von dem Ventilsitz 122 abgehoben, um einen entsprechenden Durchlaß freizugeben. Dabei ist zu beachten, daß das Fluid aus dem Ventilinnenraum Vi durch einen (nicht gezeigten) Spalt zwischen (später beschriebenen) Elementen 109 und 121 hindurchtreten kann, wie durch einen Pfeil S1 gezeigt ist.
Alternativ oder zusätzlich kann das Fluid aus dem Ventilinnenraum Vi durch einen (nicht gezeigten) Spalt zwischen (später beschriebenen) Elementen 109 und 125 sowie durch einen (nicht gezeigten) Spalt zwischen einem (später beschriebenen) Element 109 und dem Dichtelement 104 hindurchtreten, wie durch einen Pfeil S2 gezeigt ist.
Wenn der Ventilkörper 103 in 1 abwärts bewegt wird, wird der Außenumfangsabschnitt 104A des Dichtelements 104 an dem Ventilsitz 122 in Anlage gebracht, um dort eine Abdichtung zwischen dem Ventilinnenraum Vi und dem Ventilaußenraum Va vorzusehen. Das Dichtelement 104 ist als eine sogenannte Lippendichtung ausgebildet, die im wesentlichen aus einem dünnen Blatt mit einer Stärke von 0,3 bis 2 mm, am besten im Bereich zwischen 0,5 und 1 mm und aus einem geeigneten Material wie beispielsweise Gummi oder Silikon oder dergleichen ausgebildet ist. Eine Lippendichtung aus Gummi hat vorzugsweise eine Shore-A-Härte von 40 bis 70, am besten im Bereich von 50 bis 60 Shore A.
Ein derartig dünnes Blatt aus Gummi, Silikon oder dergleichen hat eine entsprechende Flexibilität, um über einen größeren Bereich einer (in 1 unteren Position) des Ventilkörpers 103, d. h. in einer Schließposition bzw. einem Schließbereich des Ventilkörpers 103 geschlossen zu bleiben. Diese Eigenschaft der Lippendichtung soll insbesondere unter Bezugnahme auf 3 näher erläutert werden. In 3 ist auf der horizontalen Achse ein Ventilhub H eines Ventilkörpers 103 aufgetragen und auf der vertikalen Achse ist ein freigelegter Durchlaßquerschnitt A aufgetragen. Wie durch die gestrichelte Linie in 3 gezeigt ist, nimmt bei einem herkömmlichen im wesentlichen starren Dichtelement eines Ventilkörpers ein freigelegter Durchlaßquerschnitt des Ventils in Abhängigkeit von dem Ventilhub im wesentlichen linear bzw. proportional zu.
Im Gegensatz hierzu hat die Lippendichtung 104 die durch die durchgezogene Linie in 3 gezeigte Charakteristik. Beim Anheben des Ventilkörpers 103 bleibt die Lippendichtung 104 aufgrund des höheren Drucks in dem Ventilinnenraum Vi gegenüber dem Ventilaußenraum Va und aufgrund der Flexibilität des Außenumfangsabschnitts 104A der Lippendichtung 104 zunächst über einen verhältnismäßig großen Hubbereich des Ventilkörpers 103 geschlossen. Beim Erreichen eines vorgegebenen Hubs des Ventilkörpers 103 öffnet die Lippendichtung 104 aufgrund des Abhebens des Außenumfangsabschnitts 104A von dem Ventilsitz 122 und federt aufgrund seiner Elastizität im wesentlichen in seiner Ursprungsform zurück bzw. kehrt aufgrund seiner Formgedächtniseigenschaften zu der Ursprungsform zurück, um einen plötzlichen steilen Anstieg des freigelegten Durchlaßquerschnitts über einen verhältnismäßig kleinen Hub zu erzeugen und um später nach erfolgter Wiederherstellung der Ursprungsform der Lippendichtung 104 einen ähnlichen linearen Anstieg des freigelegten Durchlaßquerschnitts wie eine weniger oder kaum elastische herkömmliche Dichtung zu haben.
Diese Charakteristik einer Lippendichtung 104 kann für verschiedene Anwendungsfälle verwendet werden. Beispielsweise kann hierdurch eine entsprechende Totzeitregelung eines Differenzdruckreglers oder eines Druckreglers bzw. eine entsprechende Hysterese eines Regelkreises erzeugt werden. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel wird diese Charakteristik jedoch für ein Doppelsitzventil verwendet, um Fertigungstoleranzen auszugleichen.
Bei einem derartigen Doppelsitzventil, wie es in den 1, 2 und 4 gezeigt ist, befindet sich ein weiteres Dichtelement 124 an demselben Ventilkörper 103, an dem auch die Lippendichtung 104 angebracht ist. Wenn beide Dichtelemente 104 und 124 bei dem gezeigten Doppelsitzventil im wesentlichen starre Dichtelemente wären, würde aufgrund von Fertigungstoleranzen nur ein Dichtelement vollständig schließen und das andere Dichtelement geöffnet bleiben. Genauer erläutert, wenn aufgrund von Fertigungstoleranzen ein Abstand zwischen der Dichtanlagefläche der beiden Dichtelemente 104, 124 größer als ein Abstand der Dichtanlagefläche der beiden Ventilsitze 122, 51 wäre, würde der Ventilkörper 103 bei seiner Abwärtsbewegung durch Anlegen des Dichtelements 124 an dem Ventilsitz 51 in seiner Bewegung angehalten werden. Aufgrund des größeren Abstands der Dichtanlageflächen der Dichtelemente 104, 124 gegenüber dem Abstand der entsprechenden Ventilsitze 51, 122 und einer starren Ausbildung der Dichtelemente 104, 124, würde das obere Dichtelement 104 leicht geöffnet bleiben, um einen Durchlass freizulassen.
Im umgekehrten Fall, wenn der Abstand der Ventilsitze 51, 122 etwas größer wäre als der Abstand der Anlageflächen der Dichtelemente 104, 124, würde in der Abwärtsbewegung des Ventilkörpers 103 das Dichtelement 104 an dem Ventilsitz 122 in Anlage kommen, um die Abwärtsbewegung des Ventilkörpers 103 anzuhalten. Aufgrund des größeren Abstands der Ventilsitze 51, 122 gegenüber dem etwas kleineren Abstand der Anlageflächen der Dichtelemente 104, 124, würde in diesem Fall das Dichtelement 124 leicht geöffnet bleiben, um einen Durchlass freizulassen. Aufgrund von Fertigungstoleranzen ist es praktisch unmöglich, den Abstand der Ventilsitze 51, 122 dem Abstand der Dichtflächen der Dichtelemente 104, 124 exakt gleich zu machen. Somit würde bei einer im wesentlichen starren Dichtung der Dichtelemente 104, 124 immer einer der beiden Ventildurchlässe geöffnet bleiben. Ein derartiger Fall ist bei einem solchen Doppelsitzventil unerwünscht.
Mit der elastisch verformbaren Lippendichtung 104 kann dieses Problem auf einfache Weise gelöst werden. Dabei ist der Abstand der Anlageflächen des Dichtelements 104 von der Anlagefläche des Dichtelements 124 etwas geringer eingestellt als der Abstand der Anlageflächen der Ventilsitze 51, 122. Somit wird bei einem Schließvorgang des Ventilkörpers 103 die Lippendichtung 104 an dem Ventilsitz 122 zur Anlage gebracht, wenn das Dichtelement 124 noch nicht vollständig geschlossen ist. Aufgrund der Verformbarkeit der Lippendichtung 104 kann jedoch der Ventilkörper 103 weiter abwärts bewegt werden bis das Dichtelement 124 an dem Ventilsitz 51 in dichtende Anlage gebracht wird.
An dem Ventilkörper 103 ist des weiteren ein Schutzkragen 109 angebracht, der an dem Ventilkörper 103 fixiert ist und sich mit der Bewegung des Ventilkörpers 103 mitbewegt und die Lippendichtung 104 schützt. Wenn das Ventil geöffnet wird, strömt bzw. fließt ein Fluid aus dem Ventilinnenraum Vi, wie vorher beschrieben ist, durch Spalte zwischen einem Sicherungsring 125 und dem Schutzkragen 109, (die Spalte sind in den Figuren nicht gezeigt) und Spalte zwischen dem Schutzkragen 109 und der Lippendichtung 104. Aufgrund dieser ausgebildeten Strömung des Fluids herrscht an einem Innendurchmesser der Lippendichtung 104 ein etwas größerer Druck als auf einen Außendurchmesser der Lippendichtung 104 wirkt. Aufgrund dieser Druckdifferenz wird die Lippendichtung 104 radial aufgeweitet, um mit einem Außenumfangsabschnitt 104A radial nach außen gedrückt zu werden. Der Schutzkragen 109 hat einen als Kolbenhemd 109A ausgebildeten Abschnitt, an dem in diesem Fall der Außenumfangsabschnitt 104A des Dichtelements 104 in Anlage kommt.
Da der Schutzkragen 109 zusammen mit seinem Kolbenhemd 109A genauso wie das Dichtelement 104 zusammen mit dem Ventilkörper 103 bewegt wird, gibt es durch Anliegen des Außenumfangsabschnitts 104A der Lippendichtung 104 an dem Kolbenhemd 109A des Schutzkragens 109 keine Reibung, wenn der Ventilkörper 103 bewegt wird. Demgemäß wird eine Beschädigung bzw. ein Verschleiß der Lippendichtung 104 verhindert. Darüber hinaus wird kein Abrieb erzeugt, um keine Verunreinigung des Ventilinnenraums zu verursachen.
Vorzugsweise ist das Kolbenhemd 109A in einen Zylinder 121 des Ventils eingesetzt, um eine reibungsarme Verschiebung des Ventilkörpers 103 innerhalb des Ventils zu gewährleisten. Zwischen dem Kolbenhemd 109A und dem Zylinder 121 wird eine entsprechende Reibpaarung ausgewählt, wie beispielsweise ein Teflonbauteil gegenüber einem Kunststoffbauteil aus beispielsweise Polyamid PA oder Polyvenylensulfid PPS oder ein teflonbeschichtetes Bauteil oder dergleichen. Es kann jedoch auch jeder andere reibungsarme Kunststoff zum Gleiten gegenüber einem anderen Kunststoffbauteil verwendet werden. Somit wird ein Ventil geschaffen, das eine Reibung einer Lippendichtung 104 an einer Außenwand aufgrund des Aufblähens der Lippendichtung 104 in der radialen Richtung verhindert. Demgemäß kann das Ventil sehr schnell schalten, weil keine unerwünschten erhöhten Reibungswiderstände erzeugt werden.
Des weiteren ist in dem Lippenventil ein Anschlag 109C zum Ineingrifftreten mit einem Anschlagelement 123 vorgesehen. Der Eingriff zwischen dem Anschlag 109C und dem Anschlagelement 123 begrenzt eine maximale Verformung des Außenumfangsabschnitts 104A der Lippendichtung 104. Wenn die Lippendichtung 104 in dem in dem Ausführungsbeispiel gezeigten Doppelsitzventil der Einsetzart angewandt wird, wird somit bei ausgebautem Ventil, d. h. wenn das Ventil nicht in ein Gehäuse 50 mit Ventilsitz 51 eingebaut ist, eine Schließbewegung des Ventilkörpers 103 aufgrund einer in dem Ventil angeordneten Feder 110 durch Anliegen des Anschlags 109C an dem Anschlagelement 123 begrenzt. Derart kann eine übermäßige unzulässige Verformung der Lippendichtung 104 verhindert werden.
Wenn im Gegensatz hierzu diese Lippendichtung 104 ohne Anliegen des Anschlags 109C an dem Anschlag 123 übermäßig verformt werden würde, könnte dies ansonsten zu einem Fall führen, daß nach dem Einbauen des Ventils der Einsetzart in das Gehäuse 50 mit Ventilsitz 51 die Lippendichtung 104 aufgrund der übermäßigen Verformung nach oben hoch stehen würde, d. h. ein bleibender Verformungsrest in der Lippendichtung verursacht werden würde. Dies könnte dazu führen, dass die Lippendichtung 104 im eingebauten Zustand nicht mehr ordnungsgemäß auf dem Ventilsitz 122 aufliegen würde, um den Ventildurchlaß nur unvollständig zu schließen.
Dieser Fall wird durch Vorsehen des Anschlags 109C an dem Anschlagelement 123 verhindert. Wenn demgemäß der Anschlag 109C an dem Anschlagelement 123 anliegt (bei ausgebautem Zustand des Doppelsitzventils der Einsetzart des gezeigten Ausführungsbeispiels), wird der Außenumfangsabschnitt 104A der Lippendichtung 104 um maximal einen Millimeter nach oben verformt, vorzugsweise in einem Bereich von lediglich 0,3 bis 0,5 mm. Derart kann nach Einbauen des Ventils der Einsetzart und entsprechendes Anheben des Ventilkörpers 103 durch Ineingrifftreten des Dichtelements 124 an dem in dem Gehäuse 50 vorgesehenen Ventilsitz 51 die Lippendichtung 104 elastisch zurückgestellt werden, um in dem geschlossenen Zustand des Ventils an dem Ventilsitz 122 anzuliegen.
Vorzugsweise ist der Anschlag 109C als ein Endabschnitt des Kolbenhemds 109A des Schutzkragens 109 ausgebildet. Der Anschlag 109C kann jedoch auch separat von dem Schutzkragen 109 ausgebildet sein.
Der Schutzkragen 109 weist des weiteren einen Kolbenboden 109B auf, um das Kolbenhemd 109A, das gleitfähig in den Zylinder 121 eingesetzt ist, an dem Ventilkörper 103 zu fixieren. Die Fixierung erfolgt vorzugsweise zusammen mit der Lippendichtung 104 über einen Sicherungsring 125, der in eine Nut des Ventilkörpers 103 eingesetzt wird. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf eine derartige Fixierung der Lippendichtung 104 und des Schutzkragens 109 beschränkt. Es kann vielmehr jede andere bekannte Fixiermethode angewandt werden, wie beispielsweise Ankleben, Anschrauben, Stecken, Einschnappen oder dergleichen.
Obwohl es in den Figuren nicht gezeigt ist, kann der Kolbenboden 109B des weiteren Durchlaßöffnungen aufweisen, um durch entsprechende Dimensionierung der Durchlaßöffnungen zusätzlich oder alternativ zu dem Spalt zwischen dem Sicherungsring 125 und dem Kolbenboden 109B des Schutzkragens 109 einen Fluiddurchtritt zu schaffen. Durch Ausbilden dieser Durchlaßöffnungen in dem Kolbenboden 109B bzw. Dimensionieren oder Nichtausbilden der Durchlaßöffnungen kann ein Strömungswiderstand zwischen dem Ventilinnenraum Vi und dem Ventilaußenraum Va an die entsprechenden Einsatzbedingungen angepaßt werden.
Des weiteren kann eine untere Fläche des Kolbenbodens 109B des Schutzkragens radiale Nuten aufweisen, um einen Durchlaßquerschnitt des Spalts zwischen der Lippendichtung 104 und dem Kolbenboden 109B des Schutzkragens 109 vorzusehen bzw. zu vergrößern. Dies hat darüber hinaus den Vorteil, dass ein Druckgefälle, d. h. eine Druckdifferenz an der Lippendichtung 104 verringert wird, um ein Aufblähen der Lippendichtung 104 zu vermindern. In anderen Worten wird eine elastische Verformung der Lippendichtung 104 in einer radialen Richtung zu dem Kolbenhemd 109A hin durch Vermindern der Druckdifferenz zwischen einem Innenumfang der Lippendichtung 104 und einem Außenumfang der Lippendichtung 104 vermindert.
Das in 1 gezeigte Ventil hat vorzugsweise des weiteren ein im wesentlichen zylindrisches Gehäuse 101 mit einer zylindrischen Spule 107, die über einen elektrischen Anschluß 108 mit Strom versorgt wird. Innerhalb der zylindrischen Spule 107 ist ein Magnetanker 102 angeordnet, der ansprechend auf eine Stromzufuhr zu der elektrischen Spule 107, in 1 gesehen, nach oben gezogen wird, um den an seinem unteren Ende befestigten Ventilkörper 103 mit nach oben zu ziehen.
Der Magnetanker 102 ist innerhalb des Gehäuses 101 vorzugsweise mittels einer teflonbeschichteten Lagerschale vorzugsweise aus magnetischem Material, beispielsweise Eisen, geführt. Vorzugsweise wird ein Spulenkörper eingesetzt, wie dieser in der Patentanmeldung DE 10 2005 000 985 A1 beschrieben ist. Weiter bevorzugt ist ein (nicht gezeigter) Abstandshalter für den Magnetanker 102 vorgesehen, wie in der Patentschrift DE 10 2004 044 439 B4 beschrieben ist, deren Abstandshalter unter Bezugnahme eingeschlossen ist. Durch diesen Abstandhalter wird ein Luftspalt zwischen dem Magnetanker 102 und einer oberen Anschlagfläche des Magnetankers 102 gewährleistet, um den Magnetkreis an dieser Stelle zu unterbrechen, wenn der Magnetanker 102 nach oben angezogen wird. Hierdurch wird ein zu starkes Anhaften bzw. Ankleben des Magnetankers 102 in seiner oberen angezogenen Stellung verhindert, so daß ein sicheres Schließen des Ventils bei der Unterbrechung der Stromzufuhr zu der Spule 107 gewährleistet ist.
Ein Schließen des Ventils wird durch eine Feder 110 erzielt, wenn eine Stromzufuhr zu der Spule 107 unterbrochen wird.
Der Ventilkörper 103 ist vorzugsweise aus Kunststoff gefertigt. Hierzu eignet sich insbesondere Polyamid 6.6 mit einem Glasfaseranteil von 10 bis 50%, vorzugsweise 30%, um eine ausreichende Festigkeit des Ventilkörpers 103 zu erzielen. Der Ventilkörper 103 kann jedoch auch aus einem anderen geeigneten Kunststoff gefertigt sein. An einer Stirnseite des Ventilkörpers 103 ist ein Dichtungelement 124 angeordnet, das aus einem Elastomer hergestellt und an den Ventilkörper 103 angegossen sein kann. Dieses Dichtelement 124 tritt in Eingriff mit einem Dichtsitz 51, der beispielsweise in einem Turboladergehäuse 50 angeordnet ist. Das gesamte Ventil wird über einen Flansch 106 in das (Turbolader)-gehäuse 50 eingesetzt und vorzugsweise mit Schrauben daran gesichert. Zur Abdichtung ist eine Dichtung, vorzugsweise ein O-Ring 105, an einer Stirnseite des Flansches 106 angeordnet.
Alternativ kann jedoch ein (nicht gezeigtes) Gummiformteil eingesetzt werden, wie es in der Patentschrift DE 10 2004 044 439 B4 beschrieben ist. Dieses Gummiformteil bietet den Vorteil, dass es gleichzeitig den Flansch 106 gegenüber dem Turboladergehäuse 50 und das Ventilgehäuse 101 gegenüber einem Gehäuseelement 21 abdichtet.
Die Erfindung wurde anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. In dem Ausführungsbeispiel ist die Lippendichtung 104 als ein dünnes flexibles Blatt aus Gummi, Silikon oder dergleichen ausgebildet. Diese Lippendichtung 104 ist vorzugsweise elastisch rückstellfähig verformbar ausgebildet. Die Lippendichtung 104 kann jedoch auch so ausgebildet sein, daß eine bleibende plastische Verformung des Blatts erzeugt wird, um die Ventileigenschaften entsprechend an die Einsatzbedingungen anzupassen.
Des weiteren kann anstelle eines verformbaren dünnen Blatts als Lippendichtung 104 eine im wesentlichen starre Dichtung angewandt werden, wenn diese beispielsweise durch eine Feder an dem Ventilkörper 103 angebracht ist. Ein derart federnd angeordnetes im wesentlichen starres Dichtelement kann dieselbe Funktion erfüllen wie das dünne verformbare Blatt der Lippendichtung 104.
Das Kolbenhemd 109A des Schutzkragens 109 hat vorzugsweise eine Hülsenform ohne Durchgänge bzw. Unterbrechungen oder Schlitze.
Die Erfindung ist nicht auf das hier gezeigte Ausführungsbeispiel eines Doppelsitzventils der sogenannten Einsetzart beschränkt. Die Lippendichtung 104 mit Schutzkragen 109 kann genauso in jeder anderen Art von Ventil wie beispielsweise einem Rückschlagventil, einem Differenzdruckregler, einem Druckregler, einem Mehrwegeventil, einem handgetätigten Ventil oder dergleichen angewandt werden.

1: Ventilgehäuse
2: Magnetanker
2A: Verdickung
2B: Durchlaßkanal
2C: axiale Endseite
2D: Abschnitt mit geringem Durchmesser
3: Ventilkörper
3A: Dichtung
3B: Rastnase
3C: Nut
3C1: Nutgrund
3C2: Nutseitenwand
3C3: Nutseitenwand
3D: Stirnseite
3E: Rückseite
4: Dichtung
5: O-Ring
6: Flansch
7: Magnetspule
8: elektrischer Anschluß
9: Stift
10: Feder
11: Abstandhalter
12: Lagerschale
21: Gehäuseelement
22: Ventilsitz
50: Turboladergehäuse
51: Ventilsitz
101: Ventilgehäuse
102: Magnetanker
103: Ventilkörper
104: Dichtelement
104A: Außenumfangsabschnitt
105: O-Ring
106: Flansch
107: Magnetspule
108: elektrischer Anschluß
109: Schutzkragen
109A: Kolbenhemd
109B: Kolbenboden
109C: Anschlag
110: Feder
121: Zylinder
122: Ventilsitz
123: Anschlagelement
124: Dichtelement
125: Sicherungsring
Vi: Ventilinnenraum
Va: Ventilaußenraum

Claims

Ventil mit einem beweglich angeordneten Ventilkörper (103) zum wahlweisen Öffnen und Schließen eines Ventildurchlasses, wobei an dem Ventilkörper (103) ein Dichtelement (104) derart angeordnet ist, daß das Dichtelement (104) an einem Ventilsitz (122) zur Anlage kommt, wenn der Ventilkörper (103) in Schließrichtung bewegt wird, und wobei zumindest ein Außenumfangsabschnitt (104A) des Dichtelements (104) in der Bewegungsrichtung des Ventilkörpers (103) auf federnde Weise beweglich ist oder elastisch und/oder flexibel verformbar ist, und radial außerhalb des Außenumfangsabschnitts (104A) des Dichtelements (104) ein Schutzkragen (109) angeordnet ist, der an dem Ventilkörper (103) fixiert ist, wobei zwischen dem Dichtelement (104) und dem Schutzkragen (109) ein Spalt als Fluiddurchtritt ausgebildet ist und der Schutzkragen (109) eine Verformung des Dichtelements (104) radial nach außen begrenzt, um bei einer Öffnungs- oder Schließbewegung des Ventilkörpers (103) ein Reiben des Außenumfangsabschnitts (104A) an einem radial außerhalb des Dichtelements (104) angeordneten Gehäuseelement zu verhindern.
Ventil nach Anspruch 1, wobei der Schutzkragen (109) ein Kolbenhemd (109A) aufweist, das in einen Zylinder (121) gleitend eingesetzt ist.
Ventil nach Anspruch 2, wobei das Kolbenhemd (109A) eine Hülsenform ohne Unterbrechungen am Umfang aufweist.
Ventil nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Schutzkragen (109) derart verlängert ist, dass sein Ende als Anschlag (109C) dient, der mit einem unbeweglich angeordneten Anschlagelement (123) zusammenwirkt, um eine Verformung und/oder Bewegung des Außenumfangsabschnitts (104A) des Dichtelements (104) zu begrenzen.
Ventil mit einem beweglich angeordneten Ventilkörper (103) zum wahlweisen Öffnen und Schließen eines Ventildurchlasses, wobei an dem Ventilkörper (103) ein Dichtelement (104) derart angeordnet ist, daß das Dichtelement (104) an einem Ventilsitz (122) zur Anlage kommt, wenn der Ventilkörper (103) in Schließrichtung bewegt wird, und wobei zumindest ein Außenumfangsabschnitt (104A) des Dichtelements (104) in der Bewegungsrichtung des Ventilkörpers (103) auf federnde Weise beweglich ist oder elastisch und/oder flexibel verformbar ist, wobei an dem Ventilkörper (103) ein weiteres Dichtelement (124) angeordnet ist, um ein Doppelsitzventil zu bilden, wobei das Ventil als ein Ventil der Einsetzart gestaltet ist, das in ein Gehäuse (50) einzusetzen ist und wobei ein weiterer Ventilsitz (51) in dem Gehäuse (50) angeordnet ist, der mit dem weiteren Dichtelement (124) zusammenwirkt, und an dem Ventilkörper (103) ein Anschlag (109C) vorgesehen ist, der mit einem unbeweglich angeordneten Anschlagelement (123) zusammenwirkt, um eine Verformung und/oder Bewegung des Außenumfangsabschnitts (104A) des Dichtelements (104) derart zu begrenzen, dass in einem nicht in das Gehäuse (50) montierten Zustand eine übermäßige Verformung des Dichtelements (104) verhindert wird.
Ventil nach Anspruch 5, wobei das Ventil der Einsetzart mittels eines Flansches (6) mit Dichtung oder O-Ring (5) einen Innenraum des Gehäuses (50) abdichtet.
Ventil nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Dichtelement (104) als Lippendichtung aus Gummi mit einer Shore-A-Härte von 40 bis 70, vorzugsweise einer Shore-A-Härte von 50 bis 60 hergestellt ist.
Ventil nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Außenumfangsabschnitt (104A) des Dichtelements (104) in einem Bereich von 0,1 bis 1 mm, vorzugsweise in einem Bereich von 0,3 bis 0,6 mm elastisch verformbar oder federnd beweglich ist.
Ventil nach Anspruch 7 oder 8, wobei der Ventilkörper (103) so in dem Ventil geführt ist, daß eine Achse des Ventilkörpers (103) um einen vorgegebenen Winkel gegenüber einer Achse eines Aktuators (102, 107) schwenkbar ist, um Toleranzen der Fertigung und des Einbaus auszugleichen, so daß eine gleichmäßige Anlage des weiteren Dichtelements (124) des Ventilkörpers (103) an dem Ventilsitz (51) des Gehäuses (50) gewährleistet ist.
Verwendung eines Ventils nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zum Ablassen eines Ladedrucks eines Turboladers.
Turbolader mit einem Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zum Ablassen eines Ladedrucks.
Brennkraftmaschine mit einem Turbolader und einem Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der ansprechend auf ein Drosselklappenschließsignal das Ventil geöffnet wird, um den Ladedruck in den Ansaugtrakt stromaufwärts des Turboladers abzulassen.