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Patent Searching and Data


Title:
VALVE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/114644
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a valve having a housing (1), a solenoid (5) disposed in the housing (1), a pin (7) that can be moved by the solenoid (5), a piston (8) connected to the pin (7), and a seal. The piston (8) consists of a metal, has two regions that are oriented concentrically and in parallel to the pin axis, and a seal which consists of a material different from that of the piston, said seal being arranged in the head region of the piston.

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Inventors:
BONANNO, Rosario (Am Schnittelberg 14, Bad Soden, 65812, DE)
Application Number:
EP2017/082972
Publication Date:
June 28, 2018
Filing Date:
December 15, 2017
Export Citation:
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Assignee:
CONTINENTAL AUTOMOTIVE GMBH (Vahrenwalder Straße 9, Hannover, 30165, DE)
International Classes:
F16K39/02; F02B37/16; F16K31/06
Domestic Patent References:
WO2016041659A12016-03-24
WO2012020419A12012-02-16
WO2006029814A12006-03-23
Foreign References:
DE102014113540B32016-02-04
EP3067599A12016-09-14
DE10248125A12004-05-13
DE1456069A11969-10-23
Other References:
None
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Claims:
Patentansprüche

1. Ventil mit einem Gehäuse, einem in dem Gehäuse angeordneten Solenoid, einem von dem Solenoid bewegbaren Stift, einem mit dem Stift verbundenen Kolben und einer Dichtung, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (8) aus Metall besteht, zwei konzentrisch und parallel zur Stiftachse ausgerichtete Bereiche besitzt und eine Dichtung aus einem vom Kolben verschiedenen Material besitzt, wobei die Dichtung im Bodenbereich des Kolbens angeordnet ist.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der

Kolben aus Edelstahl, vorzugsweise einem Chrom-Nickel- Stahl, besteht.

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung aus einem Gummi, vorzugsweise EPDM, oder einem Kunststoff, vorzugsweise PPA, besteht. 4. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die

Dichtung ringförmig ausgebildet ist und einen Schlitz aufweist, in dem ein dem Gehäuse abgewandter Rand des Kolbens angeordnet ist. 5. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die

Dichtung eine Dicke von 0,3 mm bis 5 mm, vorzugsweise von 0,5 mm bis 3 mm, besitzt.

6. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass beiden konzentrisch und parallel zur Stiftachse ausgerichteten

Bereiche einteilig miteinander verbunden sind.

7. Ventil nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der radial innere Bereich mindestens 30 %, vorzugsweise 50 % und insbesondere 80 % der

Kolbenhöhe besitzt.

8. Ventil nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben mit dem Stift direkt verbunden, vorzugsweise geschweißt, oder vernietet ist. 9. Ventil nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall des Kolbens eine Dicke von 0,3 mm bis 0,8 mm, vorzugsweise von 0,4 mm bis 0,6 mm und insbesondere von 0,5 mm, besitzt.

Description:
Beschreibung

Ventil Gegenstand der Erfindung ist ein Ventil mit einem Gehäuse, einem in dem Gehäuse angeordneten Solenoid, einem von dem Solenoid bewegbaren Stift und einem mit dem Stift verbundenen Kolben und einer Dichtung. Solche Ventile werden unter anderem als Schubumluftventil am Turbolader in Kraftfahrzeugen eingesetzt, um im Schubbetrieb einen Bypass zur Saugseite freizugeben und sind somit bekannt. Um ein zu starkes Abbremsen des Turboladers zu verhindern, aber auch ein schnelles Anfahren zu gewährleisten, ist ein schnelles Öffnen und Schließen des Ventils eine wesentliche Voraussetzung. Insbesondere beim Schließen kommt es auf das sofortige Ver ¬ schließen durch das Anlegen des Kolbens an einen Ventilsitz an. Der Kolben ist daher aus Gewichtsgründen aus Kunststoff ausgebildet. Der Ventilsitz wird vom Gehäuse des Turboladers gebildet, an dem das Ventil angeflanscht wird. Aufgrund der über die Lebensdauer erforderlichen hohen Anzahl von Schließzyklen und die betriebsbedingten Temperaturbelastungen werden an den Kunststoff und die Ausgestaltung des Kolbens, insbesondere im Bereich der Dichtkante hohe Anforderungen an das Bauteil ge- stellt. Die Kosten für derartige Kolben sind dementsprechend. Zudem kommt es in Einzelfällen zu einer nachlassenden Dichtwirkung über die Lebenszeit. Zudem kommt es aufgrund der Druckverhältnisse in den Leitungen dazu, dass neben den Kräften in und gegen die Schließrichtung zusätzliche Momente auf den Kolben und damit auch auf die Feder einwirken, was bezüglich der Feder die Gefahr des Ausknickens beinhaltet.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ventil mit einem zuverlässigen Betriebsverhalten über die Lebenszeit zu schaffen. Das Ventil soll dabei kostengünstig sein. Gelöst wird die Aufgabe dadurch, dass der Kolben aus Metall besteht, zwei konzentrisch und parallel zur Stiftachse aus ¬ gerichtete Bereiche besitzt und eine Dichtung aus einem vom Kolben verschiedenen Material besitzt, wobei die Dichtung im Bodenbereich des Kolbens angeordnet ist.

Die Ausbildung des Kolbens aus Metall mit der im Bodenbereich angeordneten Dichtung ermöglicht die Trennung der Funktion des Abdichtens vom eigentlichen Kolben. Dies ermöglicht eine einzig auf die Dichtfunktion ausgerichtete Gestaltung der Dichtung, so dass die Dichtfunktion verbessert wird. Gleichzeitig kann dadurch der Kolben einfacher gestaltet werden, wodurch seine Herstellung kostengünstig ist. Das Vorsehen von zwei konzentrisch und parallel zur Stiftachse ausgerichteten Bereichen hat den Vorteil, dass der äußere Bereich wie bisher die äußere Mantelfläche des Kolbens bildet, der innere konzentrische Bereich zur Abstützung der Feder Verwendung findet. Die deutlich verringerte Komplexität des Kolbens, insbesondere im Boden ¬ bereich erlaubt die Herstellung des Kolbens mittels Tiefziehens. Ein Metallkolben hat zudem den Vorteil einer höheren Temperaturbeständigkeit, so dass das erfindungsgemäße Ventil ein breiteres Einsatzgebiet, insbesondere bei höheren Temperaturen, abdecken kann. Eine größere Beständigkeit gegenüber aggressiven Medien und damit eine längere Lebensdauer sind gegeben, wenn der Kolben aus Edelstahl, vorzugsweise einem Chrom-Nickel-Stahl, besteht. Eine gute Medienbeständigkeit wird bei der Dichtung dadurch erreicht, dass als Dichtungsmaterial ein Gummi, vorzugsweise Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) , oder ein Kunststoff, vorzugsweise Polyphthalamid (PPA) , verwendet wird. Sowohl Gummi als auch Kunststoff eignen sich gut zur Abdichtung gegenüber metallischen Ventilsitzen. Zudem können sie Lageungenauigkeiten aufgrund von Toleranzen oder über die Lebensdauer ausgleichen.

Die Verbindung der Dichtung mit dem Kolben gestaltet sich gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung besonders einfach, wenn die Dichtung ringförmig ausgebildet ist und einen Schlitz aufweist, in dem ein dem Gehäuse abgewandter Rand des Kolbens angeordnet ist. In dieser Ausgestaltung kann die Dichtung im einfachsten Fall und somit besonders kostengünstig auf den Rand aufgepresst werden. In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung ist die Dichtung an den Rand anvulkanisiert. Auf diese Weise wird ein besonders inniger Verbund von Kolben und Dichtung erreicht. Sofern die Dichtung aus Kunststoff besteht, ist es auch möglich, den Rand mit der Dichtung zu umspritzen.

In Abhängigkeit von den Dichtanforderungen und dem Einbauort kann die Dichtung gezielt angepasst werden. In einfacher Weise kann dies durch die Dicke des Dichtungskörpers erfolgen, wobei als Dichtungskörper der Teil der Dichtung verstanden wird, der außerhalb des Kolbens angeordnet ist. Hierbei hat sich gezeigt, dass eine Dicke vom 0,3 mm bis 5 mm, vorzugsweise von 0,5 mm bis 3 mm, vorteilhaft ist.

Die beiden konzentrisch und parallel zur Stiftachse ausge- richteten Bereiche lassen sich besonders einfach dadurch erzeugen, dass der äußere Bereich die Mantelfläche eines topf- förmigen Kolbens ist und der innere, zwischen Stift und Man ¬ telfläche des Kolbens befindliche Bereich ein mit dem Kolben, vorzugsweise mittels Schweißen verbundener Zylinder ist. Der Kolben lässt sich jedoch als Tiefziehteil und damit in nur einem Arbeitsschritt und besonders kostengünstig herstellen, wenn gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung die beiden konzentrisch und parallel zur Stiftachse ausgerichteten Bereiche einteilig miteinander verbunden sind. Der radial äußere Bereich bildet ebenso die Mantelfläche des Kolbens, während der radial innere Bereich die Feder gegen ein Ausknicken schützt. Es wird kein zusätzliches Bauteil benötigt.

Das Ausknicken der Feder wird zuverlässig verhindert, wenn der radial innere Bereich mindestens 30 %, vorzugsweise 50 % und insbesondere 80 %, der Kolbenhöhe besitzt. Die Verbindung des Kolbens mit dem Stift kann entweder durch Schweißen oder Vernieten erfolgen. Beide Verbindungsarten haben den Vorteil, dass der Kolben direkt und somit ohne ein zu ¬ sätzliches Bauteil mit dem ebenfalls aus Metall bestehenden Stift verbunden werden kann. Bei einem Kunststoffkolben wird zu dessen Verbindung mit dem Stift ein zusätzliches Verbindungsteil be ¬ nötigt .

Das Verbinden mit dem Stift wird vereinfacht, wenn der radial innere Bereich für das Abstützen der Feder in einen ebenen Bereich, der den Boden des Kolbens bildet, übergeht.

Aufgrund der höheren Stabilität von Metall gegenüber Kunststoff, kann die Wandstärke des Kolbens deutlich geringer ausgebildet werden. In Abhängigkeit vom Einsatzgebiet hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn das Metall des Kolbens eine Dicke von 0,3 mm bis 0,8 mm, vorzugsweise von 0,4 mm bis 0,6 mm und insbesondere von 0,5 mm, besitzt. Dabei wird durch die geringere Wandstärke eines Metallkolbens gegenüber einem Kolben aus Kunststoff die höhere Dichte von Metall gegenüber Kunststoff kompensiert, so dass das Gewicht des Ventils nicht wesentlich beeinflusst wird.

An einem Ausführungsbeispiel wird die Erfindung näher be- schrieben. Es zeigt in

Fig. 1 eine Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen

Ventils und Fig. 2 eine vergrößerte Schnittdarstellung des Kolbens.

Figur 1 zeigt das Ventil, umfassend ein Gehäuse 1 mit einteilig angeformter Buchse 2 zum elektrischen Verbinden des Ventils. Das Gehäuse 1 besitzt weiter einen angeformten Flansch 3 und drei Bohrungen 3a, über die das Gehäuse 1 an einem nicht dargestellten Turbolader im Bereich der Bypassleitung 4 angeflanscht ist. In dem Gehäuse 1 ist ein Solenoid 5 mit einer Spule 6 und einem Metallstift 7 angeordnet. Der Metallstift 7 ist mit einem topfförmigen Kolben 8 aus einem Chrom-Nickel-Stahl mittels einer Nietverbindung verbunden. Eine Feder 9 spannt den Kolben 8 im unbetätigten Zustand des Solenoids 5 gegen einen Ventilsitz 10 vor, um die Bypassleitung 4 zu verschließen, so dass kein Medium von der Bypassleitung 4 in die Leitung 11 strömen kann. Die Feder 9 stützt sich dabei am Solenoid 5 und am Kolben 8 ab. Der Kolben 8 besitzt eine Wandstärke von 0,5 mm. Der Kolben 8 in Fig. 2 besitzt zwei konzentrische und parallel zur Stiftachse ausgerichtete Bereiche 12, 13, die einteilig miteinander verbunden sind, indem ein Bereich 12 durch eine 180 ° -Umlenkung in den anderen Bereich 13 übergeht. Der radial äußere Bereich 12 bildet die Mantelfläche eines topfförmigen Kolbens 8. Der radial innere Bereich 13 verhindert ein Ausknicken der Feder 9. Nach radial innen geht der Bereich 13 in einen ebenen, den Boden des Kolbens 8 bildenden Bereich 14 über. Der Bereich 14 besitzt eine Bohrung durch die der Metallstift 7 hindurchgeführt und mit dem Boden vernietet ist. Zusätzliche, im ebenen Bereich 14 vorgesehene Öffnungen 15 ermöglichen einen Druckausgleich mit dem Inneren des Ventils. Der radial äußere Bereich 12 besitzt auf seiner dem Gehäuse 1 abgewandten Seite einen umlaufenden Rand 16. An diesen Rand ist eine Dichtung 17 aus PPA angespritzt. Um ein Lösen der Dichtung 17 vom Rand zusätzlich zu verhindern, ist der Rand 16 in einem Winkel von kleiner 45° nach radial außen abgewinkelt. Es ist auch denkbar, den Verbund von Dichtung 17 und Rand 16 dadurch zu erhöhen, dass der Rand 16 Durchbrüche aufweist, die beim Umspritzen des Randes 16 mit der Dichtung 17 vom Kunststoffmaterial ausgefüllt werden. Beim Öffnen und Schließen des Ventils bewegt sich der Kolben 8 gegenüber einem zum Gehäuse 1 gehörenden Gehäuseteil 18. Das Gehäuseteil 18 weist einen radial nach innen gerichteten Kragen

19 auf, auf dem eine V-förmige Dichtung 20 aufliegt. Die Dichtung

20 wird auf der gegenüberliegenden Seite von einem Teil des Gehäuses 1 gehalten. Die radial innere Dichtlippe der Dichtung

20 liegt am die Mantelfläche des Kolbens 8 bildenden Bereich 12 an .