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Patent Searching and Data


Title:
SEAL AND FLUID VALVE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/197321
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a seal 4 for use in a fluid valve 2. The seal 4 comprises a first, elastically deformable plastic part 10 and a second plastic part 12 in the form of a hard sealing element which is connected to the first plastic part 10. The first and second plastic parts 10, 12 form a seal assembly 4 having a first face end SEI for bearing sealingly against a movable valve body 6 of the fluid valve 2 and a second face end SEII for bearing sealingly against a valve housing 8 of the fluid valve 2. At least the first face end SEI has a first end face SI with a circumferentially protruding bead 15 for sealing off from the movable valve body 6.The invention also relates to a fluid valve 2 having at least one such seal 4.

Inventors:
POPA, Alexandru
Application Number:
EP2019/058778
Publication Date:
October 17, 2019
Filing Date:
April 08, 2019
Export Citation:
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Assignee:
CPT GROUP GMBH (Vahrenwalder Straße 9, Hannover, 30165, DE)
International Classes:
F16K5/06; F01P7/14; F16J15/10; F16K11/087
Foreign References:
DE202015100400U12016-05-02
DE19632533C11997-10-02
EP1318337A22003-06-11
US20050072953A12005-04-07
US6361051B12002-03-26
GB1229515A1971-04-21
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
BARZ, Torsten (Sodener Str. 9, Schwalbach, 65824, DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Dichtung (4) zur Verwendung in einem Fluidventil (2), umfassend : ein erstes, elastisch verformbares Kunststoffteil (10) und ein zweites, als Hart-Dichtelement ausgebildetes Kunst¬ stoffteil (12) , welches mit dem ersten Kunststoffteil (10) verbunden ist, wobei das erste und das zweite Kunststoffteil (10, 12) eine Dichtungsanordnung (4) mit einem ersten stirnseitigen Ende (SEi) zur dichtenden Anlage gegen einen stellbaren Ventilkörper (6) des Fluidventils (2) und ein zweites stirnseitiges Ende (SEn) zur dichtenden Anlage gegen ein Ventilgehäuse (8) des Fluidventils (2) bilden, wobei zumindest das erste stirnseitige Ende (SEi) eine erste Stirnseite (Si) mit einer umlaufend vorspringenden Wulst (15) zur Abdichtung gegenüber dem stellbaren Ventilkörper (6) aufweist.

2. Dichtung nach Anspruch 1, wobei das zweite Kunststoffteil (12) in Gestalt einer dünnwandigen Struktur ausgebildet ist, welche im Bereich der Wulst (15) gegenüber dem stellbaren Ventilkörper (6) abdichtet.

3. Dichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das zweite

Kunststoffteil (12) zumindest im Bereich der Wulst (15) komplementär zum ersten Kunststoffteil (10) geformt ist, wobei sich das erste Kunststoffteil (10) in das zweite Kunststoffteil (12) erstreckt und dabei die Wulst (15) bildet .

4. Dichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei das zweite

Kunststoffteil (12) als eine dünne KunststoffSchicht auf das erste Kunststoffteil (10) aufvulkanisiert ist.

5. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei in das erste Kunststoffteil (10) zumindest ein Stützelement (14) aus Kunststoff und/oder Metall integriert ist.

6. Dichtung nach Anspruch 5, wobei das Stützelement (14) geschlossen umlaufend ausgebildet ist.

7. Dichtung nach Anspruch 5 oder 6, wobei das Stützelement (14) zumindest ein Festlegungsmittel (16) zur relativen

Festlegung des Stützelements (14) gegenüber dem ersten Kunststoffteil (10) aufweist.

8. Dichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei das

Stützelement (14) mit dem Kunststoff des ersten Kunst stoffteils (10) zumindest teilweise umspritzt ist.

9. Dichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bezüglich einer Dichtungsöffnung (5) am ersten Kunst stoffteil (10) innenseitig zumindest eine fluidisch kraftverstärkende Ausnehmung (16) ausgeformt ist.

10. Dichtung nach Anspruch 9, wobei die Ausnehmung (16) ge schlossen umlaufend ausgebildet ist.

11. Dichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Ausnehmung (16) durch zwei einander gegenüber liegende, lippenartige, elastisch verformbare und fluidisch kraftverstärkende Abschnitte (11, 13) begrenzt wird, die eine Eintritts öffnung (18) für ein Fluid bilden.

12. Dichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bezüglich einer Dichtungsöffnung (5) an der Dichtung (4) ventilkörper- und außenseitig zumindest ein lippenartiger, elastisch verformbarer und fluidisch kraftverstärkender Abschnitt (7) angeformt ist.

13. Dichtung nach Anspruch 12, wobei der lippenartige Abschnitt (7) geschlossen umlaufend ausgebildet ist.

14. Dichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Stirnseite (Si) der Dichtung (4) gegenüber einer Längsrichtung (X - X) der Dichtung (4), korrespondierend zur Formgebung des Ventilkörpers (6) schräg gestellt ist.

15. Dichtung nach Anspruch 14, wobei die erste Stirnseite (Si) mit der Längsrichtung (X - X) einen Winkel von etwa 45° bis 75° einschließt.

16. Dichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dichtung (4) kreisringförmig oder zumindest im Wesentlichen kreisringförmig ausgebildet ist.

17. Dichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Hart-Dichtelement aus einem ein PTFE-Kunststoff ausge bildet ist.

18. Fluidventil mit zumindest einer Dichtung (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Abdichtung eines An

schlussbereiches des Fluidventils (2).

19. Fluidventil nach Anspruch 18 in Gestalt eines Mehrwe- ge-Ventils .

20. Verwendung eines Fluidventils (2) nach Anspruch 18 oder 19 als Kühlwasserventil.

21. Verwendung nach Anspruch 20, wobei das Fluidventil (2) als Kühlwasserventil eines Fahrzeugs verwendet wird.

Description:
Beschreibung

Dichtung und Fluidventil

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dichtung und ein Fluid ventil mit einer solchen Dichtung. Unter einem Fluidventil ist dabei insbesondere ein Kühlwasserventil, insbesondere zur Verwendung in einem Fahrzeug zu verstehen. Unter einem Fahrzeug ist dabei jede Art von Fahrzeug zu verstehen, welches zum Betrieb mit einem flüssigen und/oder gasförmigen Kraftstoff versorgt werden muss, insbesondere aber Personenkraftwagen und/oder Nutzfahrzeuge. Ferner kann es sich beim Fahrzeug auch um ein teilelektrisches oder vollelektrisches Fahrzeug handeln, insbesondere aber um Personenkraftwagen und/oder Nutzfahrzeuge.

Dichtungen als solche können unterschiedliche Aufgaben haben. Sie können z.B. dem Zweck dienen, ungewollte Fluidverluste zu vermeiden oder zumindest zu begrenzen. Unter einem Fluid kann dabei ein flüssiges und/oder gasförmiges Medium verstanden werden .

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Dichtung zur Verwendung in einem Fluidventil, insbesondere in Gestalt eines Kühlwasserventils bereitzustellen, welche höchsten Anforde rungen an eine Langzeit-Dichtheit unter bekanntlich großen Temperaturschwankungen einer Verbrennungsmotorenperipherie und/oder einer Elektromotorenperipherie gerecht wird. Die Dichtung soll darüber hinaus kostengünstig herstellbar sein.

Diese Aufgabe wird durch den Anspruch 1 gelöst, der eine Dichtung zur Verwendung in einem Fluidventil unter Schutz stellt. Es wird ferner ein Fluidventil mit einer solchen Dichtung unter Schutz gestellt (vgl. Anspruch 18) sowie eine Verwendung des Fluid ventils als Kühlwasserventil (vgl. Anspruch 20). Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteran sprüche . Es wird eine Dichtung zur Verwendung in einem Fluidventil vorgeschlagen. Die Dichtung umfasst dabei ein erstes, elastisch verformbares Kunststoffteil und ein zweites, als Hart-Dicht- element ausgebildetes Kunststoffteil , welches mit dem ersten Kunststoffteil verbunden ist. Das erste und das zweite Kunst stoffteil bilden dabei eine Dichtungsanordnung mit einem ersten stirnseitigen Ende zur statisch dichtenden Anlage gegen einen stellbaren Ventilkörper des Fluidventils und ein zweites stirn seitiges Ende zur dynamisch dichtenden Anlage gegen ein Ventil gehäuse des Fluidventils. Dabei weist das erste stirnseitige Ende eine erste Stirnseite mit einer umlaufend vorspringenden Wulst zur Abdichtung gegenüber dem stellbaren Ventilkörper auf. Aber auch das zweite stirnseitige Ende kann eine zweite Stirnseite mit einer umlaufend vorspringenden Wulst zur Abdichtung gegenüber dem Ventilgehäuse aufweisen.

Unter einem Hart-Dichtelement ist dabei grundsätzlich ein harter Kunststoff zu verstehen, der sich als solcher beim Zusammenwirken mit dem Ventilkörper in einer Einbaulage der Dichtung im Fluid ventil, in welcher der Ventilkörper die Dichtung mit Druck beaufschlägt und dabei verspannt, elastisch nicht oder zumindest im Wesentlichen elastisch nicht zusammendrücken lässt. Der auf die Dichtung ausgeübte Druck variiert dabei abhängig von einer Toleranzlage des Fluidventils und infolge einer Verstellung bzw. Aktuierung des Ventilkörpers.

Das Hart-Dichtelement verleiht der Dichtung ventilkörperseitig eine gewünschte Härte und Gleitfähigkeit, um mit dem Ventilkörper optimal Zusammenwirken zu können. Das erste Kunststoffteil hingegen verleiht der Dichtung eine gewünschte elastische Verformbarkeit bzw. ein gewünschtes elastisches Verhalten. Beim Hart-Dichtelement kann es sich dabei z.B. um einen PTFE— Kunststoff (PTFE steht dabei für Polytetrafluorethylen) und dergleichen mehr handeln. Beim ersten Kunststoffteil hingegen kann es sich z.B. um einen EPDM-Kunststoff (EPDM steht dabei für Ethylen-Propylen-Dien) und dergleichen mehr handeln. Die vorgeschlagene Dichtung löst die eingangs gestellte Aufgabe. Dabei wird ferner vorgeschlagen, das zweite Kunststoffteil in Gestalt einer dünnwandigen Struktur auszubilden, welche im Bereich der Wulst gegenüber dem stellbaren Ventilkörper ab dichtet. Dies trägt zur Material- und somit zur Kosteneinsparung bei .

Nach einer Ausführungsform kann das zweite Kunststoffteil zumindest im Bereich der Wulst komplementär zum ersten Kunst stoffteil geformt sein, wobei sich das erste Kunststoffteil in das zweite Kunststoffteil erstreckt und dabei die Wulst bildet. Auch dies trägt zur Material- und somit zur Kosteneinsparung bei.

Nach einer weiteren Ausführungsform kann das zweite Kunst stoffteil als eine dünne KunststoffSchicht auf das erste Kunststoffteil aufvulkanisiert sein, so dass das erste und zweite Kunststoffteil eine einstückige Kunststoffteileanordnung bilden .

Nach einer weiteren Ausführungsform kann in das erste Kunst stoffteil zumindest ein Stützelement aus Kunststoff und/oder Metall integriert sein. Das Stützelement kann dabei geschlossen umlaufend ausgebildet sein. Ferner kann das Stützelement zu mindest ein Festlegungsmittel zur relativen Festlegung des Stützelements gegenüber dem ersten Kunststoffteil aufweisen.

Nach einer weiteren Ausführungsform ist das Stützelement mit dem Kunststoff des ersten Kunststoffteils zumindest teilweise umspritzt. Alternativ dazu kann das Stützelement mit dem ersten Kunststoffteil auch nur gefügt sein. Dabei kann das erste Kunststoffteil auf das Stützelement aufgezogen oder in das Stützelement eingedrückt sein.

Nach einer weiteren Ausführungsform ist bezüglich einer

Dichtungsöffnung am ersten Kunststoffteil innenseitig bzw. an einer umlaufenden Innenseite des ersten Kunststoffteils zu mindest eine fluidisch bzw. hydraulisch kraftverstärkende Ausnehmung ausgeformt. Dabei kann die Ausnehmung zweckmäßi gerweise geschlossen umlaufend ausgebildet sein. Die Ausnehmung kann dabei vorteilhafterweise durch zwei einander gegenüber liegende, lippenartige, elastisch verformbare, fluidisch bzw. hydraulisch kraftverstärkende Abschnitte begrenzt sein, die eine Eintrittsöffnung der Ausnehmung für ein Fluid bilden.

Zusätzlich dazu kann bezüglich der Dichtungsöffnung an der Dichtung ventilkörper- und außenseitig zumindest ein lippen artiger, elastisch verformbarer, fluidisch bzw. hydraulisch kraftverstärkender Abschnitt angeformt sein. Dabei kann dieser lippenartige Abschnitt zweckmäßigerweise geschlossen umlaufend ausgebildet sein.

Nach einer weiteren Ausführungsform ist die erste Stirnseite der Dichtung gegenüber einer Längsrichtung der Dichtung, korres pondierend zur Formgebung des Ventilkörpers schräg gestellt. Der Ventilkörper kann z.B. abschnittsweise Zylinder- und/oder kugelförmig ausgeformt sein. Die erste Stirnseite kann dabei mit der Längsrichtung einen Winkel von etwa 45° bis 75° einschließen. Dies begünstigt die Dichtwirkung der Dichtung.

Die vorgeschlagene Dichtung kann als solche z.B. kreisringförmig oder zumindest im Wesentlichen kreisringförmig ausgebildet sein. Aber auch andere davon abweichende Formgebungen sind grund sätzlich möglich und mit dem im Rahmen dieser Offenbarung vorgeschlagenen Dichtungsprinzip kompatibel.

Es wird ferner ein Fluidventil mit zumindest einer Dichtung der zuvor beschriebenen Art zur Abdichtung eines Anschlussbereiches des Fluidventils, insbesondere in Gestalt eines Mehrwege-Ventils - welches z.B. als Mischventil oder Verteilerventil fungieren kann - vorgeschlagen.

Des Weiteren wird eine Verwendung eines solchen Fluidventils als Kühlwasserventil, insbesondere eines Fahrzeugs vorgeschlagen. Das Kühlwasserventil kann dabei die Funktion eines Mischventils oder Verteilerventils haben.

Im Weiteren wird die Erfindung unter Bezugnahme auf Figuren darstellungen im Einzelnen erläutert. Aus den Unteransprüchen und der nachfolgend detaillierten Beschreibung einer vorge schlagenen Ausführungsform ergeben sich weitere vor-teilhafte Weiterbildungen der Erfindung. Hierzu zeigen:

Fig.l eine Schnittdarstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäß vorgeschlagenen Dichtung in einem Fluidventil ,

Fig.2 eine vergrößerte Darstellung der in Fig.l gezeigten

Ausführungsform,

Fig.3 eine perspektivische Darstellung des in den Fig.l und 2 gezeigten Stützelements,

Fig.4 eine perspektivische Schnittdarstellung der in den Fig.l und 2 gezeigten Ausführungsform,

Fig.5 eine Draufsicht sowie eine perspektivische Ansicht des

Stützelements und

Fig.6 eine perspektivische Darstellung der in den Fig.l, 2 und

4 gezeigten Dichtung.

Fig.l und Fig.2 veranschaulichen eine Schnittdarstellung eines Fluidventils 2, welches zur Verwendung als Kühlwasserventil - auch Kühlwassersteuerventil oder Kühlwasserregelventil genannt - in einem Fahrzeug vorgesehen ist. Das Fluidventil 2 kann dabei z.B. als Mischventil oder Verteilerventil fungieren. Im Flu idventil 2 ist eine kreisringförmige, einstückige Dichtung 4 zwischen einem stellbaren, abschnittsweise kugelförmigen Ventilkörper 6 und einem Ventilgehäuse 8 angeordnet. Die Dichtung 4 umfasst dabei ein erstes, elastisch verformbares Kunst- stoffteil 10 sowie ein zweites, als Hart-Dichtelement ausge bildetes Kunststoffteil 12, welches als solches in Gestalt einer dünnen KunststoffSchicht auf das erste Kunststoffteil 10 aufvulkanisiert ist. Dieses Hart-Dichtelement kann dabei beispielsweise aus einem PTFE-Kunststoff und dergleichen mehr ausgebildet sein. Das ventilkörperseitige Ende SEi der Dichtung umfasst dabei eine Stirnseite Si mit einer umlaufend vor springenden Wulst 15, die mit dem Ventilkörper 6 statisch dichtwirkend zusammenwirkt und dabei linien- und/oder flä chenartig abdichtet.

Die KunststoffSchicht 12 ist ferner im Bereich der Wulst 15 komplementär zum Kunststoffteil 10 geformt, wobei sich das Kunststoffteil 10 in die KunststoffSchicht 12 erstreckt und dabei die Wulst 15 bildet.

Bezüglich einer Dichtungsöffnung 5 (vgl. Fig.6) ist am Kunst stoffteil 10 innenseitig bzw. an einer geschlossen umlaufenden Innenseite des Kunststoffteils 10 eine geschlossen umlaufende, fluidisch kraftverstärkende Ausnehmung 16 ausgeformt, deren geschlossen umlaufende, fluidische Eintrittsöffnung 18 durch zwei einander gegenüber liegende, lippenartige, elastisch verformbare und fluidisch kraftverstärkende Abschnitte 11, 13 begrenzt wird (siehe Fig.l oder Fig.2) . Der ventilkörperseitige Abschnitt 13 ist dabei ventilkörperseitig von der besagten KunststoffSchicht 12 überzogen. Zwar reduziert diese Kunst stoffschicht 12 als solche die elastische Verformbarkeit des Abschnitts 13, jedoch wirkt dieser dünnwandige Abschnitt 13 im Sinne eines offenen und biegeweichen Profils und verbleibt somit zum Ventilkörper 6 hin hinreichend elastisch verformbar bzw. anschaulich um eine Querrichtung Z - Z biegbar, so dass der Abschnitt 13 die Dichtwirkung der Wulst 15 bei einem sich entsprechend einstellenden fluidischen Druck p a zusätzlich unterstützt. Der Druck p a bewirkt zudem, dass sich der ven tilgehäuseseitige Abschnitt 11 hin zum Ventilgehäuse 8 elastisch verformt bzw. anschaulich um die Querrichtung Z - Z biegt und dabei die dynamische Dichtwirkung am ventilgehäuseseitigen Ende SEII der Dichtung 4 zusätzlich unterstützt. Der Druck p a weitet die Eintrittsöffnung 18 und somit die Ausnehmung 16 förmlich auf.

Auch wenn die Figurendarstellungen dies nicht zeigen, kann grundsätzlich auch das ventilgehäuseseitige Ende SEII der Dichtung 4 eine Stirnseite Sn mit einer umlaufend vorspringenden Wulst umfassen, die mit dem Ventilgehäuse 8 dynamisch dichtwirkend zusammenwirkt und dabei linien- und/oder flächenartig abdichtet.

Des Weiteren ist bezüglich der Dichtungsöffnung 5 an der Dichtung 4 ventilkörper- und außenseitig ein geschlossen umlaufender, lippenartiger, elastisch verformbarer und fluidisch kraft verstärkender Abschnitt 7 angeformt, der als solcher ventil ¬ körperseitig von der besagten KunststoffSchicht 12 überzogen ist. Dabei gilt auch mit Bezug auf diesen Abschnitt 7 - analog zum besagten Abschnitt 13 -, dass die KunststoffSchicht 12 als solche zwar die elastische Verformbarkeit des Abschnitts 7 reduziert, jedoch verbleibt auch dieser Abschnitt 7, der im Sinne eines dünnwandigen offenen und biegeweichen Profils wirkt, zum Ventilkörper 6 hin hinreichend elastisch verformbar bzw. an schaulich um die Querrichtung Z - Z biegbar, so dass der Abschnitt 7 die Dichtwirkung der Wulst 15 bei einem sich entsprechend einstellenden fluidischen Druck pi zusätzlich unterstützt.

Die ventilkörperseitige Stirnseite Si der Dichtung 4 ist zudem gegenüber einer Längsrichtung X - X der Dichtung 4, korres pondierend zur Formgebung des kugelförmigen Ventilkörperab ¬ schnitts 6 schräg gestellt (siehe. z.B. Fig.l oder Fig.2) . Die Stirnseite Si kann dabei mit der Längsrichtung X - X einen Winkel von etwa 45° bis 75° einschließen, um die ventilkörperseitige Dichtwirkung zu begünstigen.

Ferner ist in das Kunststoffteil 10 ein kreisringförmiges, geschlossen umlaufend ausgebildetes Stützelement 14 aus Metall oder Kunststoff integriert, welches zur Stabilität der Dichtung 4 beiträgt (siehe. z.B. Fig.l, Fig.2 oder Fig.3). Das Stüt ¬ zelement 14 ist dabei mit dem Kunststoff des Kunststoffteils 10 im Wesentlichen vollständig umspritzt. Das Stützelement 14 umfasst ferner z.B. vier stiftartige Vorsprünge 14 r , die über den Umfang des Stützelements 14 gleichmäßig, d.h. um 90° zueinander versetzt angeordnet sind und bezüglich der Dichtungsöffnung 5 am Stützelement 14 radial außenseitig bzw. an einer umlaufenden Außenseite des Stützelements 14 radial nach außen vorspringen. Bis auf die Stirnseite des freien Endes des jeweiligen Vor sprunges 14 r ist das Stützelement 14 vollständig vom Kunststoff des Kunststoffteils 10 umspritzt bzw. in das Kunststoffteil 10 integriert, wobei die jeweilige Stirnseite z.B. zumindest im Wesentlichen bündig mit der Außenseite des Kunststoffteils 10 abschließt. Diese stiftartigen Vorsprünge 14 r fungieren dabei als Festlegungsmittel zur relativen Festlegung des Stützelements 14 gegenüber dem Kunststoffteil 10. Neben der in den Figuren dargestellten viereckigen Querschnittsform des Stützelements 14 (vgl. z.B. Fig.4) sind grundsätzlich auch andere Quer- schnittsformen denkbar, so z.B. eine kreisförmige oder drei eckige Querschnittsform. Durch eine entsprechende Wahl der Querschnittsform lässt sich auch eine gewünschte Federkonstante des Kunststoffteils 10 einstellen und somit das elastische Verhalten der Dichtung 4 beeinflussen.

Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Aus führungen erläutert wurden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist. Außerdem sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den exemplarischen Ausführungen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die Anwendungen und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die Umsetzung von mindestens einer exemp larischen Ausführung gegeben, wobei diverse Änderungen, ins besondere in Hinblick auf die Funktion und Anordnung der be schriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten Merkmalskombinationen ergibt.