Ventil sowie Verfahren zur Herstellung eines Ventils Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Ventil mit einem Gehäuse und einer Ventilkammer sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Ventils gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.

Bei Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotor muss aufgrund der in den nächsten Jahren anstehenden verschärften Abgasgesetzgebung unter anderem der Schadstoff NO _x reduziert werden. Eine Methode, die Zur Anwendung kommt, ist das SCR-Verfahren, bei dem der Schadstoff NO _x mittels eines flüssigen Reduktionsmittels zu Stickstoff und Wasser reduziert wird. Das Reduktionsmittel wird von einer Förderpumpe von einem Vorratsbehälter in ein Dosiermodul gefördert, wobei das Dosiermodul ein elektrisch geschaltetes Ventil aufweist, über welches die Menge des Reduktionsmittels zugemessen wird. Ein solches elektrisch schaltbares Ventil ist der EP 1747395 bekannt. Die in der Abgasnachbehandlung verwendeten flüssigen Reduktionsmittel, beispielsweise wässrige Harnstofflösung, haben jedoch eine sehr hohe Kriechneigung, so dass entsprechend hohe Anforderungen an die Abdichtung gestellt werden. Ferner neigen diese Flüssigkeiten bei Kontakt mit Luft zur Auskristallisation, wobei eine Auskristallisation im Bereich von Dichtungen zu entsprechenden Undichtigkeiten und unkontrolliertem Austritt des Reduktionsmittels führen können.

Offenbarung

Das erfindungsgemäße Ventil sowie das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Ventils mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben demgegenüber den Vorteil, dass das Dichtelement über eine Klebeverbindung im Gehäuse fixiert ist. Das Dichtelement wird durch die Auslenkung des Schalthebels in Teilbereichen gedrückt und in anderen Teilbereichen gezogen, wobei das Dichtelement in dem Bereich, in dem es gezogen wird, zumindest teilweise vom Gehäuse abheben kann oder anfängt zu rutschen, womit das Fluid aus der Ventilkammer zumindest teilweise entweichen kann. Durch ein Einkleben des Dichtringes wird ein solches Abheben bzw. ein Rutschen des Dichtelements sicher verhindert, so dass auch die Gefahr von Undichtigkeiten im Bereich des Dichtelements signifikant reduziert wird.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des vorgeschlagenen Ventils sowie des vorgeschlagenen Verfahrens zur Herstellung eines Ventils möglich.

Eine vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass das Gehäuse mindestens zwei Gehäuseteile umfasst, wobei das Dichtelement zwischen den mindestens zwei Gehäuseteilen angeordnet ist. Eine Teilung des Gehäuses erleichtert die Montage des Dichtelements. Zudem lässt sich der Schalthebel bei einem Teilbaren Gehäuse deutlich einfacher zu der Einlass- sowie der Auslassöffnung in der Ventilkammer positionieren.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass das Dichtelement ein Elastomerring ist, welcher den Schalthebel vollumfänglich umgibt. Durch einen Elastomerring, welcher den Schalthebel vollumfänglich umgibt, kann der Schalthebel im Bereich des Dichtelements im Gehäuse gelagert werden. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn der Schalthebel in den Elastomerring eingespritzt ist, so dass zwischen dem Schalthebel und dem Elastomerring eine zumindest zerstörungsfrei unlösbare Verbindung entsteht.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass das Dichtelement in das Gehäuse eingepresst ist. Durch das zusätzliche Einpressen des Dichtelements wird die Dichtwirkung weiter verbessert, wobei das Einpressen sich auch positiv auf die Haltbarkeit der Klebeverbindung auswirkt, da die auf die Klebeverbindung wirkenden Kräfte bei einer zusätzlichen Pressverbindung kleiner sind.

Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn das Dichtelement in eine Nut im Gehäuse eingelegt oder eingepresst ist, da sich durch die Nut die Kontaktflächen zwischen Dichtelement und Gehäuse vergrößern. Durch die größeren Kontaktflächen, insbesondere im Zusammenspiel mit einem eingepressten Dichtelement, sind die auf die Klebeverbindung wirkenden Kräfte nochmals reduziert, während die Dichtlänge vergrößert ist. Dadurch wird die Dichtwirkung zusätzlich erhöht.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass das Dichtelement aus einem säurefesten Gummi besteht. Für den Einsatz eines solchen Ventils in der Abgasnachbehandlung ist es wichtig, dass sich das Dichtelement unter der Einwirkung des Reduktionsmittels, ins- besondere wässriger Harnstofflösung, über die übliche Nutzungsdauer eines Kraftfahrzeuges, mindestens jedoch 10 Jahre, nicht zersetzt.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass das Dichtelement bauchig ausgebildet ist. Durch die bauchige Formgebung, so dass eine Absenkung des Schalthebels bei Belastung möglichst gering gehalten wird.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass das Dichtelement und/oder das Gehäuse im Klebebereich eine Beschichtung aufweisen. Durch eine Beschichtung des Dichtelements kann die Robustheit des Dichtelements erhöht werden. Durch eine Beschichtung des Gehäuses können die Klebeeigenschaften verbessert werden. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn das Gehäuse im Bereich der Nut eine Beschichtung aufweist.

Alternativ oder zusätzlich ist mit Vorteil vorgesehen, dass das Dichtelement in dem vorgesehenen Klebebereich plasmabehandelt ist. Durch die Plasmabehandlung kommt es unter Druckbelastung zu einer Verklebung der Bauteile. Dadurch wird die Reibung zwischen Dichtelement und Gehäuse erhöht. Die dazu nötige Druckbelastung wird insbesondere beim Einpressen des Dichtelements in das Gehäuse aufgebracht.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass die mindestens 2 Gehäuseteile zusammengepresst und mittels einer Schweißung dauerhaft miteinander verbunden werden. Dadurch sind Relativbewegungen zwischen den Gehäuseteilen ausgeschlossen, wodurch die Belastungen auf das Dichtelement und insbesondere auf die Klebestelle reduziert werden.

Zeichnungen

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Ventil mit einem Schalthebel.

Fig. 2 zeigt ein Dichtelement eines erfindungsgemäßen Ventils als Detaildarstellung

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausgestaltungen gemäß den Merkmalen der weiteren Ansprüche werden im Folgenden anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Figuren sind gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleicher Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. In der Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßes Ventil 10 dargestellt. Das Ventil 10 umfasst ein Gehäuse 20, welches einen ersten Gehäuseteil 22 und ein zweiten Gehäuseteil 24 umfasst. Zwischen dem ersten Gehäuseteil 22 und dem zweiten Gehäuseteil 24 ist eine Ventilkammer 25 ausgebildet, in die ein Schalthebel 40 hineinragt. Im ersten Gehäuseteil 22 ist eine Auslassöffnung 27 ausgebildet, welche durch ein mit dem Schalthebel 40 zusammenwirkendes Schließelement 42 verschließbar ist. Dabei wird das Schließelement 42 durch den Schalthebel 40 getragen. In dem zweiten Gehäuseteil 24 ist eine Einlassöffnung 26 ausgebildet, welche ebenfalls durch das Schließelement 42 verschließbar ist. Die Ventilkammer 25 in dem Gehäuse 20 ist ferner durch ein Dichtelement 52 begrenzt, wobei der Schalthebel 40 über das Dichtelement 52 im Gehäuse 20 gelagert ist. Auf seinem der Ventilkammer 25 abgewandten Seite steht der Schalthebel 40 mit einem Aktuator 60 in Wirkverbindung, wobei der Aktuator 60 geeignet ist, den Schalthebel 40 von einer Endposition, bei der die Einlassöffnung 26 in der Ventilkammer 25 verschlossen ist, bis zu einer zweiten Endposition, bei der die Auslassöffnung 27 in der Ventilkammer 25 verschlossen ist, zu bewegen. In den beiden Gehäuseteilen 22, 24 ist jeweils eine, bevorzugt umlaufende, Nut 28 ausgebildet, wobei das Dichtelement 52 in die Nut 28 eingepresst und über eine Klebeverbindung im Gehäuse 20 fixiert ist. Das Dichtelement 52 besteht aus einem Polymermaterial, bevorzugt aus einem Elastomerring 53, beispielsweise Gummi, um für eine entsprechende Abdichtung der Ventilkammer 25 zu sorgen und diese fluiddicht abzudichten. Dabei umgibt der Elastomerring 53 den Schalthebel 40 vollumfänglich, bevorzugt sind der Schalthebel 40 und der Elastomerring 53 stoffschlüssig verbunden, beispielsweise durch einspritzen des Schalthebels 40 bei der Herstellung des Elastomerrings 53. Das Dichtelement 52 dient somit als Lagerstelle für den Schalthebel 40 sowie als fluiddichte Abdichtung für die Ventilkammer 25. Das Schließelement 42 kann dabei entweder ebenfalls auf den Schalthebel 40 aufgespritzt sein, oder lösbar mit dem Schalthebel 40, beispielsweise durch eine Pressverbindung, verbunden sein.

In einer Ausgangsposition liegt das Schließelement 42 an der Auslassöffnung 27 der Ventilkammer 25 an, so dass ein Fluid, insbesondere wässrige Harnstoff lösung, in die Ventilkammer 25 einströmen kann. Dabei liegen die Endanschläge des Schalthebels 40 im Aktuator 60, um die Belastung auf das Schließelement 42 beim Verschließen der Einlassöffnung 26 bzw. der Auslassöffnung 27 zu begrenzen. Bei einer Bewegung zwischen den Endanschlägen dreht sich der Schalthebel 40 um einen Drehpunkt, welcher sich im Bereich des Dichtelements 52 befindet. In Fig. 2 ist zur weiteren Erläuterung der Bereich um das Dichtelement 52 im Detail dargestellt. Liegt der Schalthebel 40, bzw. das Schließelement 42 an der Auslassöffnung 27 im Gehäuse 20 an, so wird das Dichtelement 52 im Bereich 33 oberhalb des Schalthebels entlastet bzw. gedehnt, während es im Bereich 34 unterhalb des Dichthebels gestaucht bzw. zusammengedrückt wird. Auf das Dichtelement wirkende Kräfte können dabei in Abhängigkeit des Hebelarms und der Kraft des Aktuators 60, beispielsweise eines Magnetaktuators so groß sein, dass das Dichtelement 52 anfängt, in der Nut 28 zu rutschen oder sich ein Spalt zwischen d em Dichtelement 52 und der Nut 28 bzw. dem Gehäuse 20 bildet, in den das Fluid aus der Ventilkammer 25 eindringen kann. Dies ist bei Flüssigkeiten, wie beispielsweise wässrigen Harnstofflösung, welche bei Kontakt mit der Außenluit zur Kristallisation neigen besonders ungünstig, da sich diese Kristalle im Dichtbereich bilden. Wird der Schalthebel 40 durch den Aktuator 60 nun in Richtung des anderen Endanschlags bewegt, so dass das Schließelement 42 die Einlassöffnung 26 verschließt, verbleiben die Kristalle zwischen dem Gehäuse 20, bzw. der Nut 28 im Gehäuse 20 und dem Dichtelement 52, so dass die Ventilkammer 25 nicht mehr sauber abgedichtet werden kann und das Ventil 10 undicht wird. Um diesen Effekt zu vermeiden, wird das Dichtelement 52 im Gehäuse 20 bzw. in der Nut 28 eingeklebt, um ein Abheben bei der Entlastung sicher zu vermeiden. Somit dringt auch in ungünstigen Belastungsfällen keine Flüssigkeit in den Dichtbereich ein und es erfolgt weder direkt durch einen Spalt, noch indirekt über die beschriebene Kristallbildung, eine Undichtigkeit der Ventilkammer 25. Das Dichtelement 52 sollte dabei möglichst bauchig ausgebildet sein, d.h. keine Absätze oder Hinterschnitte aufweisen, um eine möglichst hohe Reibung zwischen Dichtelement 52 und dem Gehäuse 20 zu erzielen. Im Idealfall erfolgt die Abdichtung zwischen Dichtelement 52 und der Nut im Gehäuse durch ein Einpressen des Dichtelements 52, während die Klebeverbindung zwischen Dichtelement 52 und Gehäuse 20 dafür sorgt, dass es keine Relativbewegungen zwischen dem Dichtelement 52 und dem Gehäuse 20 gibt. Idealerweise ist das Dichtelement 52 so bauchig ausgebildet, dass eine Absenkung des Schalthebels 40 bei einer Belastung durch den Aktuator 60 möglichst gering bleibt. Zusätzlich ist vorgesehen, dass in das Gehäuse 20 im Bereich der vorgesehen Klebestelle in der Nut 28 eine Beschichtung, beispielsweise eine PTFA-Beschichtung, aufweist, um eine Beschädigung des Dichtelements 52 beim Einpressen in das Gehäuse 20 bzw. die Nut 28 zu vermeiden oder um die Klebeeigenschaften zwischen Dichtelement 52 und Beschichtung zu verbessern. Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, dass das Dichtelement 52 selbst eine Beschichtung aufweist, um eine Beschädigung des Dichtelements 52 beim Einpressen zu vermeiden. Ferner ist alternativ oder zusätzlich vorgesehen, dass das Dichtelement, zumindest in einem vorgesehen Klebebereich, plasmabehandelt ist, um sich beim bzw. unmittelbar nach dem Einpressen des Dichtelements in die Nut 28 im Gehäuse 20 mit dem Gehäuse 20 zu verbinden. Um die Dichtigkeit des Ventils 10 weiter zu verbessern ist vorgesehen, dass die mindestens zwei Gehäuseteile 22,24 nach dem einlegen des Schalthebels 50 und dem Einpressen und Verkleben des Dichtelements 52 zusammengepresst werden und anschließend über eine Schweißung dauerhaft miteinander verbunden werden.