Dichtungsanordnung Ausführungsbeispiele der Erfindung befassen sich mit Dichtungsanordnungen, die beispielsweise zur Abdichtung eines Ventils verwendet werden können.

Dichtungen kommen in großer Zahl bei vielen technischen Anwendungen zum Einsatz. Bei Anwendungen, bei denen das zur Dichtung verwendete Material in direktem Kontakt mit einem beweglichen Bauteile steht, ist eine hohe Verschleißfestigkeit des Dichtungsmaterials erforderlich. Beispielsweise bei Wellendichtringen, mittels derer eine drehende Welle bezüglich eines Gehäuses abgedichtet werden soll, muss das Material der Dichtung verschleißfest sein, da erheblichen Relativgeschwindigkeiten zwischen dem Dichtungsmaterial und der Oberfläche der Welle bzw. des beweglichen Bauteils auftreten können. Der- art verschleißfeste Dichtungsmaterialien sind relativ hart und unelastisch.

Bei anderen Abdichtungen zwischen 2 Bauelementen findet keine Relativbewegung zwischen dem Dichtungsmaterial, also dem Material, aus dem die Dichtung besteht, und den abzudichtenden Bauteilen statt, wenngleich sich die Bauteile selbst relativ zueinander be- wegen können. Beispiele für solche Dichtungen sind Faltenbälge, wie sie beispielsweise bei Kfz-Lenkungen oder -Achsen verwendet werden. Hierbei werden Dichtungsmaterialien verwendet, die eine hohe Elastizität aufweisen, deren Verschleißfestigkeit jedoch, beispielsweise im Hinblick auf einen möglichen Abrieb, gering ist. Bei der Auswahl der Materialien, aus denen eine Dichtungsanordnung besteht, ist darüber hinaus auf die Betriebsbedingungen, in denen die Dichtung verwendet werden soll, Rücksicht zu nehmen. Diese können teilweise sehr anspruchsvoll sein. Beispielsweise wird bei modernen PKWs zur Minderung der Emissionen von Stickoxiden (NOx) eine Abgasrück- führung verwendet, bei der Teile des Abgases dem Verbrennungsraum erneut zugeführt werden, um die Verbrennungstemperatur und damit den Ausstoß von Stickoxiden zu senken. Die rückgeführte Abgasmenge wird in einer als Abgasrückführventil bezeichneten Anordnung mittels eines Ventils geregelt. Die Betätigung des Ventils kann beispielsweise über einen Nocken oder über einen elektromotorischen Antrieb erfolgen. Eine Abdichtung des Ventils bezüglich des Gehäuses des Abgasrückführventils kann bei modernen PKWs erforderlich sein, da diese häufig über Sensoren verfügen, die einem zentralen Steuergeräts die momentane Position des Abgasrückführungsventils melden, so dass dieses bei der Berechnung der Betriebsparameter des Motors diese Information verwenden kann. Aus diesem Grund darf an der Ventilführung kein Abgas vorbei gelangen, da das mehrere 100° heiße Abgas oder deren Kondensate solche elektronischen bzw. sensorischen Komponenten zerstören würde. Diese sind typischerweise außerhalb des abgasführenden Volumens, meist in einem Bereich auf der Rückseite des eigentlichen Ventils, beispielsweise beim Antrieb des Ventils angeordnet. Eine Dichtung in einem solchen Abgasrückführventil kann also Temperaturen von -40 °C beim Kaltstart bis zu +200 °C im Betrieb ausgesetzt sein.

Bei Dichtungen, bei denen eine Relativbewegung der beiden zueinander abzudichtenden Bauelemente auftreten kann, werden häufig elastomere Dichtlippen verwendet. Bei mangelnder Schmierung und wenn die beiden mittels der Dichtung abgedichteten Bauteile eine Relativbewegung zueinander ausführen, verschleißen diese Dichtung jedoch häufig schnell, sind also wenig standfest. Ferner können solche Dichtungen nicht zuverlässig über einen großen Temperaturbereich eingesetzt werden, da Elastomere bereits oberhalb der Glasübergangstemperatur (der Temperatur, bei der Elastomere ihre Elastizität verlieren) eine erhebliche Verminderung der Elastizität erfahren können. Bei niedrigeren Temperaturen kann eine elastomere Dichtlippe daher häufig den Relativbewegungen der abzudichtenden Bauteile nicht mehr folgen bzw. diese ausgleichen, da die Flexibilität des Elastomers bereits zu stark reduziert ist. Die Folge davon ist eine Reduktion bzw. ein Verlust der Dichtwirkung.

Verschleißfeste Dichtungsmaterialien, die bei Bauteilen eingesetzt werden, die eine Relativbewegung zueinander ausführen, so dass im Betrieb eine Relativbewegung zwischen dem Dichtungsmaterial und einem Bauelement auftritt, weißen also eine zu geringe Flexibilität bzw. Elastizität auf, als dass sie größeren Relativbewegungen bzw. größeren Ab- Standsvariationen zwischen den zu dichtenden Bauteilen folgen könnten. Flexible Dich- tungsmaterialen sind aus Gründen des Verschleißes häufig nicht verwendbar.

Es besteht somit die Notwendigkeit, eine Dichtungsanordnung bereitzustellen, die univer- seller einsetzbar ist.

Ausführungsbeispiele von Dichtungsanordnungen ermöglichen dies, indem bei einer Dichtungsanordnung zwischen einem inelastischen Träger und einem Dichtungsmaterial, das in Kontakt mit einem zu dichtenden, relativ zum Dichtungsmaterial beweglichen Bauteil ste- hen kann, ein elastisches Material angeordnet wird, das eine größere Elastizität aufweist als das Dichtungsmaterial selbst.

Dadurch kann ein im Hinblick auf Verschleiß geeignetes Dichtungsmaterial verwendet werden, um eine hohe Standfestigkeit der Dichtungsanordnung zu gewährleisten. Gleich- zeitig kann eine mögliche Relativbewegung zwischen den zueinander abzudichtenden Bauteilen ausgeglichen werden, indem die Elastizität des elastischen Materials genutzt wird, welches sich wiederum an dem inelastischen Träger abstützt. Somit kann für den verschleißträchtigen direkten Kontakt mit einem beweglichen Bauteil ein geeignetes Dichtungsmaterial verwendet werden, wohingegen aufgrund des zusätzlichen elastischen Mate- rials sichergestellt ist, dass das Dichtungsmaterial den Bewegungen folgen kann, die das mit dem Dichtungsmaterial in Kontakt stehende Bauteil relativ zu dem inelastischen Träger oder einem weiteren Bauteil ausführt. Ausführungsbeispiele von Dichtungsanordnungen können bei hoher Verschleißfestigkeit die Abdichtung jederzeit gewährleisten. Bei einigen Ausführungsbeispielen ist das elastische Material zwischen dem Dichtungsmaterial und dem inelastischen Träger derart angeordnet, dass eine auf das Dichtungsmaterial einwirkende Kraft über das elastische Material auf den inelastischen Träger übertragen wird. Mit anderen Worten stützt sich das elastische Material am inelastischen Träger ab und ermöglicht aufgrund seiner eigenen Elastizität eine Relativbewegung zwischen den beiden abzudichtenden Bauteilen, die auch in einer zur Oberfläche des abzudichten Bauteils senkrechten Richtung erfolgen kann.

Bei einigen Ausführungsbeispielen wird als elastisches Material ein Material gewählt, dass ein Polysiloxan (Silikon) umfasst. Das elastische Material besteht bei einigen Ausfüh- rungsbeispielen zu mehr als 50, zu mehr als 70, zu mehr als 90 bzw. zu mehr als 95 Gewichtsprozent aus Polysiloxan. Dies kann den Vorteil haben, dass Dichtungsanordnungen, deren flexibles Material Polysiloxan im oben angegebenen Umfang aufweist, in einem hohen Temperaturbereich, beispielsweise von weniger als -50 °C bis zu mehr als 250 °C ein- gesetzt werden können, da das Material in diesem Temperaturbereich eine hohe Elastizität aufweist.

Bei einigen Ausführungsbeispielen wird als Dichtungsmaterial ein Material verwendet, dass ein Polytetrafluorethylen umfasst. Das Dichtungsmaterial besteht bei einigen Ausfüh- rungsbeispielen zu mehr als 50, zu mehr als 70, zu mehr als 90 bzw. zu mehr als 95 Gewichtsprozent aus Polytetrafluorethylen. Dies ermöglicht es einigen Ausführungsbeispielen, hohen Relativbewegungen zwischen dem Dichtungsmaterial und dem mit dem Dichtungsmaterial in Kontakt stehenden Bauteil standzuhalten, da Polytetrafluorethylen (PTFE) einen äußerst geringen Reibungskoeffizienten aufweist. Darüber hinaus ist es äußerst tem- peraturstabil. PTFE als Dichtungsmaterial bzw. PTFE-Dichtlippen weisen ein sehr gutes Verschleißverhalten bei trockener Reibung, d.h. also auch ohne Schmierung auf und sind nicht zuletzt auch deshalb äußerst standfest.

Bei einigen Ausführungsbeispielen wird der inelastische Träger von einem Gehäuse bzw. von einem Teil eines Bauteils, bezüglich dessen eine Abdichtung erfolgen soll, selbst gebildet. Dies kann die Fertigungskosten und die Einsetzbarkeit von Dichtungsanordnung weiter erhöhen.

Bei einigen Ausführungsbeispielen wird ein Ventil in einem Abgasrückführventil mittels eines Ausführungsbeispiels einer Dichtungsanordnung, die ein PTFE umfassendes Dichtungsmaterial und ein Polysiloxan umfassendes elastisches Material aufweist, bezüglich des Gehäuses des Abgasrückführventils abgedichtet. Mittels dieser Kombination der Materialien kann bei den Ausführungsbeispielen selbst über einen großen Temperaturbereich von beispielsweise -40 °C bis 200 °C eine zuverlässige Abdichtung erzielt werden, da die guten Notlaufeigenschaften von Dichtungen aus gefüllten PTFE- Werkstoffen mit den guten elastischen Eigenschaften eines Silikonringes zur Anpressung der Dichtlippe bzw. des Dichtungsmaterials an den Schaft kombiniert werden. Dies kann eine zuverlässige Dichtwirkung gewährleisten, selbst wenn ein Schaft des Ventils in der radialen Richtung, also senkrecht zu dessen Oberfläche bzw. zu dessen abzudichtender Fläche, hohe Abweichun- gen von der Nominalposition zeigen sollte. Bei Abgasrückführventilen sind solche Abweichungen häufig, da aufgrund des hohen Temperaturbereichs ein Spiel zwischen dem Ventilschaft und der Ventilführung vergleichsweise groß sein muss, um ein Klemmen des Ventils bei allen Betriebstemperaturen zu verhindern.

Bei weiteren Ausführungsbeispielen wird beispielsweise ein beweglicher Schlitten mittels eines Ausführungsbeispiels einer Dichtungsanordnung abgedichtet. Bei weiteren Ausführungsbeispielen sind die Dichtungsanordnung somit lediglich in einer Dimension linear ausgedehnt und umschließen einen zu dichtenden Gegenstand nicht vollständig. Ausfüh- rungsbeispiele von Dichtungsanordnungen sind dabei nicht auf zylindersymmetrische

Dichtungen, die beispielsweise zum Abdichten von Wellen oder Stangen bzw. Ventilstangen verwendet werden können, beschränkt.

Einige Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend, bezugneh- mend auf die beigefügten Figuren, näher erläutert.

Es zeigen: Figur 1 eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer Dichtungsanordnung;

Figur 2 ein Beispiel einer Gestaltung des Dichtungsmaterials des Ausführungsbeispieles von Figur 1 ; Figur 3 ein weiteres Beispiel einer Gestaltung des Dichtungsmaterials des Ausführungsbeispieles von Figur 1 ; und

Figur 4 ein Ausführungsbeispiel eines Abgasrückführventils. Figur 1 zeigt eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer Dichtungsanordnung, die einen inelastischen Träger 2, ein Dichtungsmaterial 4 und ein elastisches Material 6 umfasst. Das elastische Material 6 ist zwischen dem inelastischen Träger 2 und dem Dichtungsmaterial 4 angebracht und steht mit diesen jeweils physikalisch in Kontakt bzw. liegt an diesen an. Bei dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel wird ein Ventilschaft 8 eines Ventils bezüglich eines Gehäuses bzw. einer Ventilführung in dem Gehäuse abgedichtet, wobei das Gehäuse selbst den inelastischen Träger 2 der Dichtungsanordnung bildet. Das Gehäuse bzw. der inelastische Träger 2 weist eine ringförmige Ausnehmung 10 auf, innerhalb der das Dichtungsmaterial 4 und des elastischen Materials 6 angeordnet ist. In der rotationssymmetrischen Anordnung von Figur 1 kann sich der Ventilschaft 8 in und entgegen einer axialen Richtung 12, in der Figur also von links nach rechts, bewegen.

Weist die Führung des Ventilschafts 8, die vorliegend von einer Bohrung mit einem Durchmesser 14 gebildet wird, bezüglich dem Ventilschaft 8 ein Spiel auf, ist der Durchmesser 14 der Bohrung also größer als der Durchmesser des Ventilschafts 8, kann sich der Ventilschaft 8 bezüglich des Gehäuses und damit bezüglich des inelastischen Trägers 2 der Dichtungsanordnung in einer zur axialen Richtung senkrechten radialen Richtung 16 bewegen.

Da das elastische Material 6 in der radialen Richtung 14 zwischen der Dichtlippe bzw. dem Dichtungsmaterial 4 und der radialen Gehäusewand bzw. dem inelastischen Träger 2 angeordnet ist, wird das Dichtungsmaterial 4 elastisch gegen den Ventilschaft 8 gepresst. Dadurch kann das Dichtungsmaterial 4, auch wenn dies aufgrund seiner eigenen Elastizität sonst nicht möglich wäre, über eine elastische Deformation des in Form eines O-Ringes ausgebildeten elastischen Materials 6 einer radialen Bewegung des Ventilschafts 8 folgend.

Somit kann sowohl eine hohe Verschleißfestigkeit als auch eine Dichtigkeit in einem großen Temperatur- und Betriebsparameterbereich gewährleistet werden. Das Anpressen des Dichtungsmaterials 4 kann dabei, anders als beispielsweise beim Verwenden von Stahldrahtfedern am Umfang des Dichtungsmaterials, erfolgen, ohne dass hohe Anpressdrücke erforderlich wären, was den Verschleiß und die Leistungsverluste beim Betrieb des Ventils erhöhen würde.

In diesem Sinne soll unter einem inelastischen Träger 2 hier und in den anderen Ausführungsbeispielen ein Träger aus einem Material verstanden werden, dessen Elastizität geringer ist als die Elastizität des elastischen Materials 6, sodass bei dem Ausüben einer Kraft auf das elastische Material 6 das elastische Material 6 deformiert wird und nicht der ine- lastische Träger 2. D.h., wirkt in der radialen Richtung 16 nach außen eine Kraft auf das Dichtungsmaterial 4, die über das elastische Material 6 auf den inelastischen Träger 2 übertragen wird, deformiert sich lediglich das elastische Material 6. Als Materialien für inelastische Träger 2 kommen beispielsweise Metalle oder Kunststoffe, beispielsweise du- roplastische Kunststoffe, in Betracht, die abseits ihrer Energie-Elastizität keine weiteren elastischen Eigenschaften aufweisen.

In Richtung des abzudichtenden Volumens, also in der axialen Richtung 12 an das elastische Material 6 angrenzend, erstreckt sich bei dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbei- spiel das Dichtungsmaterial 4 selbst bis zu dem inelastischen Träger 2, was dem Schutz des inelastischen Materials 6 vor den im abzudichtenden Volumen enthaltenen Substanzen dienen kann. Durch die dadurch zusätzlich erreichte Abstützung der Dichtungsanordnung in der axialen Richtung 12 kann darüber hinaus ein geringer Bauchraum erreicht werden. Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer geometrischen Form des Dichtungsmaterials 4, wie es bei dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel verwendet werden kann. Figur 2 zeigt einen Schnitt durch ein Segment des Dichtungsrings bzw. des Ringes aus Dichtungsmaterial 4 und des Ringes aus elastischem Material 6. Zusätzlich zu den in Figur 1 gezeigten Merkmalen weist das Dichtungsmaterial 4 in Figur 2 eine Ausnehmung 18 auf, die ein Schmiermittel aufnehmen kann, um eine zusätzliche Schmierung und Verringerung der Reibung bei der Relativbewegung zwischen dem Dichtungsmaterial 4 und dem Ventilschaft 8 bewirken kann. Zu diesem Zweck ist die Ausnehmung auf der dem inelastischen Träger 2 abgewandten Seite des Dichtungsmaterials 4, also auf der dem Ventilschaft 8 zugewandten Seite des Dichtungsmaterials 4 angeordnet.

Figur 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer geometrischen Form des Dichtungsmaterials 4, bei dem zusätzlich zu der Ausnehmung 18 eine Dichtlippe 20 verwendet wird, die sich von der Oberfläche des Dichtungsmaterials 4 in Richtung des Ventilschafts 10 erstreckt, um ein zur Schmierung verwendetes Fett lokal zu halten und die Dauer der Schmierung zu erhöhen bzw. den Verlust von Schmiermittel zu minimieren. D.h., zusätzlich zu den Ausnehmungen 18 in der Dichtlippe bzw. dem Dichtmaterial 4 wird Fett zu Schmierung lokal gehalten, wobei eine zusätzlich angebrachte Rückhalte- bzw. Dichtlippe 20 auf der der Dichtkannte gegenüberliegenden Seite der Dichtlippe eine einzubringende Fettmenge noch vergrößern kann, indem Fett zusätzlich zu den Kammern auf der dem Ventilschaft 8 zugewandten Seite aufgenommen und für eine Initialschmierung verwendet werden kann.

Figur 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Abgasrückführventils 22 in einer schemati- sehen Schnittansicht. Das Abgasrückführventil 22 umfasst ein Gehäuse 24, innerhalb dessen ein Ventil 26 angeordnet ist, das einen Abgasstrom durch das Abgasrückführventil 22 regelt, der zwischen einem Eingang 28 und einem Ausgang 30 des Abgasrückführventils 22 fließen kann. Das Ventil 26 ist mittels eines Ausführungsbeispiels einer Dichtungsanordnung bezüglich eines Ventilsitzes 32 abgedichtet, wobei in dem in Figur 4 illustrierten Ausführungsbeispiel der inelastische Träger 2 durch einen Teil des Gehäuses 18 des Abgasrückführventils 22 gebildet wird. Das Dichtungsmaterial 4 und das elastische Material 6 befinden sich im in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel innerhalb einer Ausnehmung 34 in dem den inelastischen Träger 2 bildenden Gehäuse 24. Bei weiteren Ausführungsbeispielen kann sich das elastische Material 6 auch an dem Ventilschaft abstützen, was im Defektfall einen Austausch der Dichtungsanordnung zusammen mit dem Ventil 26 ermöglichen kann.

Um trotz der großen Temperaturunterschiede, die die beim normalen Betrieb eines Abgas- rückführventils auftreten, eine zu jedem Zeitpunkt gute Abdichtung des Ventils 26 bezüglich des Ventilsitzes 32 zu gewährleisten, wird bei dem Ausführungsbeispiel, das in Figur 4 dargestellt ist, als Dichtungsmaterial ein gefüllter PTFE-Werkstoff verwendet. Darüber hinaus wird als elastisches Material ein O-Ring aus einem Silikon bzw. aus einem Polysi- loxan eingesetzt, sodass während sämtlicher Betriebszustände und Temperaturen, das heißt z.B. zwischen -40 °C und 200 °C, die Gehäusedurchführung des Ventilschafts gegen vorbeiströmendes Gas und eventuell auftretendes Kondensat abgedichtet werden kann, um Störungen und defekte angrenzender Komponenten, die sich beispielsweise auf der dem Abgasraum abgewandten Seite des Ventils 26 befinden können, zu vermeiden. Als Beispiel für eine solche Komponente ist in Figur 4 schematisch ein Ventilpositionssensor 36 dargestellt.

Wenngleich bei den vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispielen Dichtungsanordnungen beschrieben wurden, die ein Gehäuse bzw. ein Bauteil bezüglich eines zylindrische Schaftes abdichten, versteht es sich von selbst, dass weitere Ausführungsbeispiele von Dichtungsanordnungen verwendet werden können, um nicht rotations symmetrische, beispielsweise quaderförmige Bauteile, sowie Wellen beliebigen, beispielsweise elliptischen Querschnitts, abzudichten. Darüber hinaus können weitere Ausführungsbeispiele von Dichtungsanordnungen verwendet werden, die ein Bauteil nicht vollständig umschließen, sondern sich beispielsweise linear in eine Richtung erstrecken. Bei einem solchen Ausführungsbeispiel kann das Dichtungsmaterial beispielsweise von einer Seite auf einem Tisch einer Presse oder einer ähnlichen Vorrichtung aufliegen, um eine Dichtung zwischen zwei linear zueinander beweglichen Elementen zu erzielen.

Bezugszeichenliste

2 inelastischer Träger

4 Dichtungsmaterial

6 elastisches Material 8 Ventilschaft

10 ringförmige Ausnehmung

12 axiale Richtung

14 Durchmesser

16 radiale Richtung

18 Ausnehmung

20 Dichtlippe

22 Abgasrückführventil

24 Gehäuse

26 Ventil

28 Eingang

30 Ausgang

32 Ventilsitz

34 Ausnehmung

36 Ventilpositionssensor