DE102015005692A1

DE102015005692A1 - Druckregelventil

Info

Publication number: DE102015005692A1
Application number: DE102015005692.1A
Authority: DE
Inventors: Volker Kümmerling; Thomas Jessberger; Lukas Bock
Original assignee: Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 2015-05-06
Filing date: 2015-05-06
Publication date: 2016-11-10
Also published as: CN107532731A; US10795384B2; WO2016177579A1; BR112017022016A2; KR102560938B1; US20180074527A1; JP6767391B2; KR20180002622A; BR112017022016B1; JP2018515728A; DE112016002051A5; CN115059777A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Druckregelventil (10) zum Regeln oder Steuern eines Fluiddrucks, mit einem Ventilgehäuse (12) umfassend einem Gehäusedeckel (14), einen Zuflussstutzen (28) und einen Abflussstutzen (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 Zuflussstutzen (28) und dem Abflussstutzen (30), wobei die Schaltfolie (22) aus einer PTFE-Folie gebildet ist. Die Erfindung betrifft ferner eine Schaltfolie (22) für ein solches Druckregelventil (10).

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Druckregelventil zum Regeln oder Steuern eines Fluiddrucks, insbesondere für die Kurbelgehäuseentlüftung 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 gummielastische 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, ein Druckregelventil 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 ein solches Druckregelventil 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 einem Druckregelventil zum Regeln oder Steuern eines Fluiddrucks gelöst, mit einem Ventilgehäuse umfassend einen Gehäusedeckel, einen Zuflussstutzen und einen Abflussstutzen für das Fluid, sowie mit einer Schaltfolie, wobei die Schaltfolie aus einer PTFE-Folie gebildet ist.
Nach einem anderen Aspekt der Erfindung wird die weitere Aufgabe durch eine Schaltfolie für ein solches Druckregelventil aus einer PTFE-Folie gelöst.
Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
Es wird ein Druckregelventil zum Regeln oder Steuern eines Fluiddrucks vorgeschlagen, mit einem Ventilgehäuse umfassend einen Gehäusedeckel, einen Zuflussstutzen und einen Abflussstutzen 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 Zuflussstutzen und dem Abflussstutzen, wobei die Schaltfolie aus einer PTFE-Folie gebildet ist. Das Druckregelventil 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 Zuflussstutzen und dem Abflussstutzen.
Die PTFE-Folie ist chemisch resistent und kann viele Schaltzyklen des Folienventils schalten. Die Langzeitstabilität des Druckregelventils ist verbessert.
Über ein Federelement, welches sich an dem Ventilgehäuse abstützt, wird dabei eine Kraft auf die Schaltfolie ausgeübt, um das Regelverhalten des Druckregelventils geeignet einstellen zu können. Der Abflussstutzen 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 Zuflussstutzen zu dem Abflussstutzen 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, 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 Deformation 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 PTFE-Folie erreicht werden, d. h. durch die Geometrie des Biegungsbereichs kann der zentrale Bereich der Schaltfolie dehnungsarm oder sogar dehnungsfrei in axialer Richtung bewegt werden. Auch können so Bewegungen der PTFE-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 eines üblichen Druckregelventils für die Kurbelgehäuseentlüftung einer Brennkraftmaschine wird dabei durch eine Folie aus PTFE ersetzt. PTFE kann in einem Sinterprozess hergestellt und anschließend mechanisch bearbeitet 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 Automobilanwendungen an einer Brennkraftmaschine geforderten Temperaturbereich (–40°C bis +150°C) eher nicht geeignet. Dieser Nachteil wird bei dem erfinderischen Druckregelventil vorteilhaft durch eine spezielle Geometrie und optional durch extrem dünne Wandstärken der Folie aus PTFE umgangen. Durch eine Reduzierung der Wandstärke des PTFE-Materials in einem beweglichen Bereich auf wenige zehntel Millimeter, wobei der unbewegliche Dichtbereich sowie der Einspannungsbereich 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 ein Druckregelventil 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. Durch den Verzicht auf Bereiche mit einer örtlich begrenzten, erhöhten Materialdicke, wie sie beispielsweise von bekannten Schaltmembranen aus Elastomer bekannt sind, kann dagegen eine solche Schaltfolie mit im Wesentlichen gleichmäßiger Materialstärke auf einfache Weise hergestellt werden.
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 des Druckregelventils 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 PTFE-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 beeinflusst 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 Ausstülpung 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 PTFE-Folie dadurch gegen mechanische Beanspruchung im Bereich des Federelements zusätzlich geschützt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann eine erste Kammer des Druckregelventils mit einem Atmosphärendruck beaufschlagbar sein. Zu einem effektiven Regelverhalten des Druckregelventils 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 zumindest im Biegebereich eine Dicke von höchstens 0,5 mm, bevorzugt von höchstens 0,3 mm, besonders bevorzugt von höchstens 0,2 mm aufweisen. Durch eine solch geringe Dicke der PTFE-Folie kann erreicht werden, dass sich die Folie genügend leicht bei niedrigen Differenzdrücken durchbiegen kann, ohne wesentliche Dehnung dabei zu erfahren. 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 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 einem Druckregelventil 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 ein Druckregelventil vorgeschlagen, die aus einer PTFE-Folie gebildet ist, mit einem tellerartigen Flachkörper, mit einem einen zentralen Verschlussbereich umgebenden 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 verlaufende 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 PTFE-Folie erreicht werden, d. h. durch die Geometrie des Biegungsbereichs kann der zentrale Bereich der Schaltfolie dehnungsarm oder sogar dehnungsfrei in axialer Richtung bewegt werden. Auch können so Bewegungen der PTFE-Folie bei sehr geringen Druckdifferenzen zwischen Vorderseite und Rückseite der Folie bewirkt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der zentrale Verschlussbereich topfförmig ausgestülpt sein. 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 beeinflusst 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 PTFE-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 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 einem Druckregelventil bei den gewünschten niedrigen Druckdifferenzen zu erreichen. So lassen sich Entlüftungsventile für übliche Brennkraftmaschinen im Automobilbereich effizient darstellen.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird das erfindungsgemäße Druckregelventil zur Kurbelgehäuseentlüftung 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:
1 ein Druckregelventil mit einer PTFE-Schaltfolie nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Schnittdarstellung;
2 eine Schaltfolie aus einer PTFE-Folie nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in isometrischer Ansicht;
3 die Schaltfolie aus 2 in unbelastetem Zustand im Längsschnitt; und
4 die Schaltfolie aus 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.
1 zeigt in einer Schnittdarstellung ein Druckregelventil 10 mit einer PTFE-Schaltfolie 22 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Druckregelventil 10 dient zum Regeln oder Steuern eines Fluiddrucks, insbesondere zur Verwendung zur Kurbelgehäuseentlüftung einer Brennkraftmaschine. Das Druckregelventil 10 weist ein Ventilgehäuse 12 mit einem Gehäusedeckel 14 auf, wobei das Ventilgehäuse 12 einen Zuflussstutzen 28 und einen Abflussstutzen 30 für das Fluid aufweist. Die Schaltfolie 22 ist aus einer PTFE-Folie 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 Zuflussstutzen 28 und dem Abflussstutzen 30. Der Zuflussstutzen 28 des Druckregelventils 10 ist im Einsatzfall z. B. mit dem Kurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine fluidmäßig verbunden, während der Abflussstutzen 30 mit dem Ansaugtrakt fluidmäßig 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.
2 zeigt eine Schaltfolie 22 aus einer PTFE-Folie nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in isometrischer Ansicht. Die Schaltfolie 22 für ein Druckregelventil 10 ist aus einer PTFE-Folie 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 Ausführungsbeispiel in 2 sind drei Wellen 40, 44, 48 dargestellt, die konzentrisch um den Verschlussbereich 24 angeordnet sind und jeweils entgegengesetzte Krümmung aufweisen, so dass eine Biegebewegung des Flachkörpers 16 dadurch begünstigt wird.
In 3 ist die Schaltfolie aus 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 des Druckregelventils 22 betrachtet, konvex, konkav und konvex ausgebildet sind. Zumindest im Biegebereich 18 liegt die Dicke 52 der PTFE-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 3 weist wie dargestellt insbesondere einen Durchmesser 54 auf, der zwischen 40 mm und 100 mm, bevorzugt zwischen 50 mm und 80 mm liegt.
4 zeigt die Schaltfolie aus 2 in ausgelenktem Zustand im Längsschnitt. Der Verschlussbereich 24 ist deutlich abgesenkt und würde im Druckregelventil 10 in 1 so beispielsweise auf dem Ventilsitz 32 aufliegen. Die Absenkbewegung des Verschlussbereichs 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 2 dargestellten Schaltfolie 22 in unbelastetem Zustand, wie in 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.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 2629621 A1 [0006]

Claims

Druckregelventil (10) zum Regeln oder Steuern eines Fluiddrucks, mit einem Ventilgehäuse (12) umfassend einen Gehäusedeckel (14), einen Zuflussstutzen (28) und einen Abflussstutzen (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 Zuflussstutzen (28) und dem Abflussstutzen (30), wobei die Schaltfolie (22) aus einem PTFE-Material gebildet ist.
Druckregelventil 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, Biegebewegung den Verschlussbereich (24) gegenüber einem Ventilsitz (32) in axialer Richtung (L) auf den Ventilsitz (32) hin oder von dem Ventilsitz (32) weg bewegt.
Druckregelventil nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Biegebereich (18) sich in radialer Richtung wellenförmig um den Verschlussbereich (24) erstreckt.
Druckregelventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schaltfolie (22) über die gesamte Ausdehnung eine im Wesentlichen konstante Stärke aufweist.
Druckregelventil 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.
Druckregelventil nach Anspruch 5, wobei das Federelement (26) über einen Teller (34) auf der Schaltfolie (22) abgestützt ist.
Druckregelventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Verschlussbereich (24) eine topfförmige Ausstülpung (20) aufweist.
Druckregelventil nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei das Federelement (26) um die topfförmige Ausstülpung (20) angeordnet ist.
Druckregelventil 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.
Druckregelventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 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 ein Druckregelventil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die aus einem PTFE-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 11, wobei der Biegebereich (18) sich in radialer Richtung wellenförmig um den Verschlussbereich (24) erstreckt.
Schaltfolie nach Anspruch 11 oder 12, wobei der zentrale Verschlussbereich (24) topfförmig ausgestülpt ist.
Schaltfolie nach einem der Ansprüche 11 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 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.
Verwendung eines Druckregelventils (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zur Kurbelgehäuseentlüftung einer Brennkraftmaschine.