DE102012224131B3

DE102012224131B3 - Ventil

Info

Publication number: DE102012224131B3
Application number: DE102012224131.0A
Authority: DE
Inventors: Torsten Barz; Rosario Bonanno
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2012-12-21
Publication date: 2014-06-05
Anticipated expiration: 2032-12-22
Also published as: WO2014095403A1

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Ventil mit einem Gehäuse 11, einem in dem Gehäuse 11 angeordneten Solenoid 14, einem von dem Solenoid 14 bewegbaren Stift 16 und einem mit dem Stift 14 verbundenen Kolben 16. Der Kolben 17 ist topfförmig gestaltet und am Boden 18 des topfförmigen Kolbens 17 ist ein Federelement 23 angeordnet, welches einteilig mit dem Boden 18 verbunden ist. Der Stift 16 ist mit dem Federelement 23 verbunden und dass das Federelement 23 ist derart ausgebildet, dass es eine Relativbewegung des Kolbens 17 gegenüber dem Stift 16 ermöglicht.

Description

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.
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 Verschließen durch das Anlegen des Kolbens an einen Ventilsitz an. Der Ventilsitz wird vom Gehäuse des Turboladers gebildet, an dem das Ventil angeflanscht wird. Das hat zur Folge, dass der Ventilsitz nicht vollkommen parallel zum Kolben steht, was für ein schnelles und vor allem dichtes Schließen erforderlich wäre. Um trotzdem ein sicheres Schließen zu gewährleisten, muss sich der Kolben an den Ventilsitz anpassen. Hierzu ist es bekannt, den Stift an seinem dem Kolben zugewandten Ende mit einem Kugelkopf auszubilden und die entsprechende Aufnahme am Kolben als Kugelpfanne zu gestalten. Nachteilig hierbei ist die aufwändige Gestaltung. Die gelenkige Anbindung des Kolbens an den Stift ermöglicht ein relativ großes Verschwenken, wobei große Schwenkwinkel beim schnellen Schließen hinderlich sind. Zudem sind Relativbewegungen miteinander verbundener Teile mit Reibung und den damit bekannten Nachteilen verbunden.
Aus der DE 10 2004 028 968 A1 ist ein Ventil mit einem Doppelsitz bekannt, bei dem ein erstes Ventilglied über einen Kugelkopf mit einem Stößel verbunden ist und ein zweites Ventilglied über eine Feder mit dem ersten Ventilglied in Verbindung steht, so dass beim Bewegen des Stößels zuerst das erste Ventilglied und über die Feder anschließend das zweite Ventilglied bewegt wird.
Aus der DE 83 33 595 U1 ist ein Ventil mit einem topfförmigen Kolben bekannt, dessen Boden eine Bohrung von einer Spindel durchdrungen wird, wobei der Kolben mit der Spindel verschraubt ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ventil zu schaffen, dass einen einfachen Aufbau besitzt und ein schnelles und sicheres Schließen ermöglicht.
Gelöst wird die Aufgabe dadurch, dass der Kolben topfförmig gestaltet ist, dass am Boden des topfförmigen Kolbens ein Federelement angeordnet ist, welches einteilig mit dem Boden verbunden ist, dass der Stift mit dem Federelement verbunden ist und dass das Federelement derart ausgebildet ist, dass es eine Relativbewegung des Kolbens gegenüber dem Stift ermöglicht.
Das Vorsehen eines Federelementes ermöglicht eine Relativbewegung zwischen Kolben und Stift, wodurch sich die Lageabweichungen zwischen Kolben und Ventilsitz ausgleichen lassen. Dabei ist gewährleistet, dass die Relativbewegung ausschließlich durch Verformung des Federelements erfolgt. Eine Bewegung mit Reibung zwischen zwei Bauteilen wird so vermieden. Mit der Gestaltung des Federelements lässt sich der Schwenkwinkel des Kolbens gezielt einstellen. Dadurch ist sichergestellt, dass nur ein geringes Verschwenken des Kolbens gegenüber dem Stift möglich ist, was ein schnelles Schließen des Ventils garantiert, da sich der Schwenkwinkel begrenzen lässt. Je nach Anwendungsfall lassen sich Schwenkwinkel von einigen Grad bis zu einigen Zehntelgrad realisieren. Das Ventil ist so an verschiedene Anwendungsgebiete anpassbar, wodurch das Ventil ein breites Einsatzgebiet besitzt. Zudem ist der Kolben mit dem Federelement relativ einfach gestaltet, was die Herstellbarkeit vereinfacht.
In einer einfachen Ausgestaltung sind der Kolben und der Stift über eine Rastverbindung miteinander verbunden. Da die Bewegung ausschließlich über das Federelement erzeugt wird, kann die Rastverbindung wesentlich steifer und somit sicherer ausgebildet werden, als dies bei einer Verbindung möglich wäre, bei der beide Teile zueinander beweglich sein müssen.
Eine besonders sichere Verbindung zwischen Kolben und Stift wird dadurch erreicht, dass das Federelement mit dem Stift fest verbunden, vorzugsweise verschraubt ist.
Die Ausbildung des Federelements erlaubt eine große Formenvielfalt. In einer einfach herzustellenden Ausgestaltung ist das Federelement als Bügel ausgebildet.
Die Verbindung mit dem Stift erfolgt in einfacher Weise dadurch, dass der Bügel mittig einen Bereich zum Verbinden mit dem Stift besitzt und zu beiden Seiten des mittleren Bereichs je einen federnden Bereich aufweist.
Die federnden Bereiche lassen sich durch eine entsprechende Gestaltung der Querschnittsform des Bügels erzeugen. In einer wesentlich leichter herzustellenden Ausgestaltung sind die federnden Bereiche dadurch erzeugt, dass der Bügel in diesen Bereichen eine Querschnittsverjüngung aufweist. Dadurch kann die Querschnittsform beibehalten werden. Mit dieser Ausgestaltung wird zudem erreicht, dass der Kolben dadurch verschwenkt wird, dass ein federnder Bereich in eine Richtung und der andere federnde Bereich in die entgegengesetzte Richtung ausgelenkt wird. Neben Biegung können die federnden Bereiche auf Torsion beansprucht werden. Das hat den Vorteil, dass der Kolben nicht nur in eine Richtung, sondern in mehrere Richtungen gegenüber dem Stift schwenkbar ist.
Eine gute Anbindung des Federelements an den Kolben bei leichter Herstellbarkeit ist gegeben, wenn der Boden des Kolbens eine Öffnung aufweist und an der Außenseite des Bodens das Federelement die Öffnung überspannt, so dass der Stift durch die Öffnung im Boden hindurch ragt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung besitzt der innerhalb des topfförmigen Kolbens liegende Bereich des Stifts einen größeren Durchmesser als die Öffnung im Boden des Kolbens. Dadurch wird ein Durchrutschen des Stifts durch die Öffnung verhindert. Auf diese Weise erhält man eine Verliersicherung zur einfacheren Montage. Gleichzeitig wird im Falle einer Beschädigung der Verbindung zwischen Stift und Kolben verhindert, dass Teile des Stifts in die Leitung gelangen.
Ein Ventil mit geringerer axialer Länge, welches somit weniger Bauraum beansprucht, wird in einer anderen Ausgestaltung dadurch geschaffen, dass das Federelement innerhalb des topfförmigen Kolbens angeordnet ist.
Eine besonders einfache Verbindung des Kolbens mit dem Stift wird mittels einer Verbindung erzielt, bei der der Stift an seinem dem Solenoid abgewandten Ende einen Schlitz aufweist, in den das Federelement eingreift.
Ein sicheres Verrasten wird dadurch erreicht, dass der Schlitz eine Raststufe besitzt, die vorzugsweise dem Querschnitt des Federelements entspricht.
Eine einfache Ausgestaltung, die gleichzeitig eine gute Beweglichkeit des Kolbens gegenüber dem Stift ermöglicht, besteht darin, dass das Federelement einen kreisförmigen Querschnitt besitzt.
Um die Druckbelastung des Ventils, insbesondere des Gehäuses zu reduzieren, besitzt der Kolben Öffnungen im Boden.
In einer weiteren Ausgestaltung besitzt der Stift eine den Stift durchdringende Längsbohrung, über die ein Druckausgleich ins Gehäuse erfolgen kann.
Für einen noch schnelleren Druckausgleich und um gegebenenfalls Geräusche infolge des Druckausgleichs zu minimieren, besitzt der Stift zusätzlich eine rechtwinklig zur Längsachse verlaufende Querbohrung, die ebenfalls den Stift durchdringt und mit der Längsbohrung verbunden ist.
Ein schnelles Öffnen und Schließen des Ventils aufgrund geringer Massen wird mit einem Ventil erreicht, dessen Kolben aus Kunststoff besteht.
An mehreren Ausführungsbeispielen wird die Erfindung näher beschrieben. Es zeigen in:
1 eine schematische Darstellung der Anordnung des Ventils,
2 eine Draufsicht des Ventils,
3 einen Schnitt durch das Ventil nach 2,
4 den Stift des Ventils und
5 eine weitere Ausführungsform des Kolbens.
1 zeigt einen Teil des Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs mit einem Zylinder 1, einem darin bewegbaren Zylinderkolben 2, einer in den Zylinder 1 mündende Frischluftleitung 3 mit einer darin angeordneten Drosselklappe 4 und einer aus dem Zylinder 1 herausführenden Abgasleitung 5. Weiter ist ein Turbolader 6 angeordnet, der mit beiden Leitungen 3, 5 verbunden ist. Der Turbolader 6 besteht aus einer mit der Abgasleitung 5 verbundenen Turbine 7 und einem mit der Frischluftleitung 5 verbundenen Kompressor 8. Über eine Bypassleitung 9 kann bei schließender Drosselklappe 4 vom Kompressor 8 aufgebauter Druck durch Ableiten der verdichteten Luft zurückgeführt werden. Die Bypassleitung 9 wird durch ein Schubumluftventil 10 geöffnet oder geschlossen.
Das Ventil 10 in 2 besteht aus einem Gehäuse 11 mit einteilig angeformter Buchse 12 zum elektrischen Verbinden des Ventils 10. Das Gehäuse 11 besitzt weiter einen angeformten Flansch 13 und drei Bohrungen 13a, über die das Gehäuse 11 am Turbolader 6 im Bereich der Bypassleitung 9 angeflanscht ist.
In dem Gehäuse 11 ist nach 3 ein Solenoid 14 mit einer Spule 15 und einem Metallstift 16 angeordnet. Der Metallstift 16 ist mit einem topfförmigen Kolben 17 aus Kunststoff verbunden, der am Umfang seines Bodens 18 eine umlaufende Dichtkante 19 besitzt. In der gezeigten Schließstellung liegt die Dichtkante 19 auf dem Ventilsitz 20 an, um die Bypassleitung zu verschließen. Der Stift 16 besitzt einen innerhalb des topfförmigen Kolbens 17 liegenden Bereich 21 mit einem größeren Durchmesser als die Öffnung 22 und auf seiner dem Solenoid 14 abgewandten Seite einen Bereich 21' mit kleinerem Durchmesser, der durch eine Öffnung 22 im Boden 18 hindurch ragt und mit einem als Bügel 23 ausgebildeten Federelement verrastet ist, wobei der Bügel 23 die Öffnung 22 an der Außenseite des Bodens 18 überspannt. Für die Verrastung weist der Stift 16 einen Schlitz 24 auf, in den der Bügel 23 eingreift. Der Bügel 23 ist einteilig mit dem Boden 18 ausgebildet und im mittleren Bereich 25 mit dem Stift 16 verbunden. Zu beiden Seiten des mittleren Bereichs 25 sind federnde Bereiche 26 angeordnet. Die federnden Bereiche 26 besitzen einen geringen Querschnitt als der mittlere Bereich, wodurch sie ihre federnde Wirkung erhalten. Auf diese Weise kann der Kolben zum Ausgleich von Lageungenauigkeiten am Ventilsitz beispielsweise um 0,8° im Uhrzeigersinn verschwenken, indem der rechte federnde Bereich 26 vom Boden 18 weg ausgelenkt, während der linke federnde Bereich 26 zum Boden 18 hin ausgelenkt wird. Der Kolben 17 mit dem Bügel 23 und seinen Bereichen 25, 26 ist in 5 in vergrößerter Darstellung gezeigt.
4 zeigt den Stift 16 mit dem Bereich 21' des kleineren Durchmessers, in dem der Schlitz 24 angeordnet ist. Am Schlitzgrund ist eine Raststufe 27 ausgebildet, in die der Bügel 23 einrastet. Die Raststufe 27 besitzt wie der Bügel 23 einen kreisförmigen Querschnitt. Der Stift 16 besitzt weiter eine Längsbohrung 28 und eine rechtwinklig dazu angeordnete Querbohrung 29. Beide Bohrungen 28, 29 durchdringen den Stift 16 und dienen dem Druckausgleich im Gehäuse 11, wobei die Querbohrung 29 zum schnelleren Druckausgleich vorgesehen ist.
5 zeigt eine weitere Ausgestaltung des Kolbens 17 mit einem innerhalb des topfförmigen Kolbens 17 angeordneten Federelement 23. Das als Bügel 23 ausgebildete Federelement besitzt einen mittigen Bereich 25, der zum Verbinden mit dem Stift 16 in der Raststufe 27 einen größeren Querschnitt besitzt. Zu beiden Seiten des Bereichs 25 sind Bereiche 26 angeordnet, die aufgrund ihres kleineren Querschnitts federnd wirken. Dadurch ist der Kolben 17 in der Zeichenebene schwenkbar, indem die Bereiche 26 auf Biegung durch Auslenkung nach oben und unten beansprucht werden. Der Kolben 17 ist auch senkrecht dazu schwenkbar, indem die Bereiche 26 auf Torsion infolge des Verdrehens beansprucht werden. Ein Schlitz 30 im Bügel 23 ermöglicht das leichtere Einrasten des Bügels im Stift 16 und erhöht gleichzeitig die Federwirkung der Bereiche 26.

Claims

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 (17) topfförmig gestaltet ist, dass am Boden (18) des topfförmigen Kolbens (17) ein Federelement (23) angeordnet ist, welches einteilig mit dem Boden (18) verbunden ist, dass der Stift (16) mit dem Federelement (23) verbunden ist und dass das Federelement (23) derart ausgebildet ist, dass es eine Relativbewegung des Kolbens (17) gegenüber dem Stift (16) ermöglicht.
Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (23) mit dem Stift (16) mittels einer Rastverbindung (25) verbunden ist.
Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (23) mit dem Stift (16) fest verbunden ist.
Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (23) mit dem Stift (16) verschraubt ist.
Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement als Bügel (23) ausgebildet ist.
Ventil nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bügel (23) mittig einen Bereich (25) zum Verbinden mit dem Stift (16) besitzt und zu beiden Seiten des mittleren Bereichs (25) je einen federnden Bereich (26) aufweist.
Ventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die federnden Bereiche (26) durch eine Querschnittsverjüngung gebildet sind.
Ventil nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (18) des Kolbens (17) eine Öffnung (22) aufweist, dass an der Außenseite des Bodens (18) das Federelement (23) die Öffnung (22) überspannt, dass der Stift (16) durch die Öffnung (22) im Boden (18) hindurch ragt.
Ventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der innerhalb des topfförmigen Kolbens (17) liegende Bereich (21) des Stifts (16) einen größeren Durchmesser als die Öffnung (22) besitzt.
Ventil nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (23) innerhalb des topfförmigen Kolbens (18) angeordnet ist.
Ventil nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stift (16) eine durchgehende Längsbohrung (28) besitzt.
Ventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Stift (16) eine rechtwinklig zur Längsachse verlaufende Querbohrung (29) und den Stift (16) durchdringende Querbohrung (29) besitzt, die mit der Längsbohrung (28) verbunden ist.
Ventil nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (17) aus Kunststoff ist.