DE102016226071A1

DE102016226071A1 - Ventil

Info

Publication number: DE102016226071A1
Application number: DE102016226071.5A
Authority: DE
Inventors: Rosario Bonanno
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2016-12-22
Filing date: 2016-12-22
Publication date: 2018-06-28
Also published as: JP2020502455A; US11168806B2; JP6887503B2; CN110100129A; KR20190099005A; EP3559529A1; WO2018114927A1; US20200116273A1

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Ventil mit einem Gehäuse 1, einem in dem Gehäuse 1 angeordneten Solenoid 5, einem von dem Solenoid 5 bewegbaren Stift 7, einem mit dem Stift 7 verbundenen Kolben 8 und einer zwischen Gehäuse 1 und Kolben 8 angeordneten Dichtung 16. Dichtung 16 ist eine axial wirkende Dichtung 16 ist, die im geschlossenen Zustand des Ventils mit einer Dichtfläche 24 des Kolbens 8 zusammenwirkt

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 und einer zwischen Gehäuse und Kolben angeordneten 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 Verschließen durch das Anlegen des Kolbens an einen Ventilsitz an. Der Ventilsitz wird vom Gehäuse des Turboladers gebildet, an dem das Ventil angeflanscht wird. Darüber hinaus muss der axial verschiebliche Kolben gegen das Gehäuse abgedichtet sein. Hierzu ist es bekannt, in dem Gehäuse eine V-förmige Dichtung anzuordnen, deren Schenkel jeweils am Gehäuse und an der Mantelfläche des Kolbens anliegen. Durch die Vorspannung der beiden Schenkel wird die Dichtwirkung erzielt. Nachteilig hierbei ist, dass die am Kolben anliegende Dichtlippe des einen Schenkels infolge der Kolbenbewegung beim Öffnen und Schließen Reibung ausgesetzt ist, was einen erhöhten Verschleiß zur Folge hat.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ventil mit verbesserter Dichtfunktion zu schaffen.
Gelöst wird die Aufgabe dadurch, dass die Dichtung eine axial wirkende Dichtung ist, die im geschlossenen Zustand des Ventils mit einer Dichtfläche des Kolbens zusammenwirkt.
Mit der Anordnung einer axial wirkenden Dichtung, die mit dem Kolben nur im geschlossenen Zustand zusammenwirkt, wird erreicht, dass die Berührung von Dichtung und Kolben auf einen Zeitraum beschränkt wird, in der sich der Kolben in Ruhe befindet einschließlich eines Zeitraums unmittelbar bevor der Kolben zur Ruhe kommt. Damit ist gemeint, dass sich Kolben und Dichtung bereits kurz vor der Schließstellung berühren. Mit der letzten Bewegung des Kolbens in die Schließstellung wird die Dichtung so verformt, dass die Dichtflächen gegeneinander vorgespannt sind. Mit der axial wirkenden Dichtung wird daher verhindert, dass die Dichtung während der Bewegung des Kolbens beim Öffnen und Schließen in Kontakt mit dem Kolben ist und einer damit einhergehenden Reibung ausgesetzt ist. Ein reibungsbedingter Verschleiß wird somit verhindert und die Lebensdauer der Dichtung verbessert.
Ein Berühren von Dichtung und Kolben wird zuverlässig verhindert, wenn die Dichtfläche am Kolben einen größeren Durchmesser als die Mantelfläche des Kolbens besitzt. Durch diese Ausgestaltung kann die kolbenseitige Dichtfläche der Dichtung ebenfalls mit einem größeren Durchmesser als die Mantelfläche des Kolbens gestaltet werden.
Der Kolben lässt sich mit einer einfach herzustellenden und somit kostengünstigen Form gestalten, wenn die Dichtfläche des Kolbens an der dem Solenoid zugewandten Seite des Kolbens angeordnet ist.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist die Dichtfläche des Kolbens eine nach radial außen vorstehende Kante.
Die axial wirkende Dichtung hat den Vorteil, dass sie sowohl mit metallischen Kolben als auch mit Kolben aus Kunststoff zusammenwirken kann.
Bei der Verwendung eines metallischen Kolbens lässt sich die radial nach außen vorstehende Kante besonders einfach durch Tiefziehen des Kolbens und damit ohne einen zusätzlichen Arbeitsschritt herstellen. Es ist aber auch denkbar, die Kante durch Umbördeln der dem Solenoid zugewandten Seite des Kolbens herzustellen. Ein derartiger zusätzlicher Arbeitsschritt erfordert nur wenig Aufwand.
Bei einem aus Kunststoff bestehenden Kolben lässt sich die radial vorstehende Kante ohne zusätzlichen Aufwand vorsehen, wenn sie beim Spritzgießen des Kolbens erzeugt wird.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung besteht die Dichtung aus einem Polytetrafluorethylen (PTFE). Dieses Material ist gut verarbeitbar und zeichnet sich durch einen geringen Reibungswiderstand aus.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung besitzt die Dichtung eine gehäuseseitige Dichtfläche und eine kolbenseitige Dichtfläche, wobei beide Dichtflächen durch einen elastisch verformbaren Bereich verbunden sind. Die Verformung des elastischen Bereichs in der Schließstellung des Ventils bewirkt eine Vorspannung unter der die Dichtflächen der Dichtung am Gehäuse und am Kolben anliegen, was die Dichtwirkung erhöht.
Die Dichtung gestaltet sich gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung besonders einfach und kostengünstig, wenn der elastisch verformbare Bereich die beiden Dichtflächen in radialer und axialer Richtung voneinander beabstandet. In einfachsten Fall kann der elastische Bereich geradlinig bezogen auf den Querschnitt der Dichtung ausgebildet sein. Die Vorspannung der Dichtflächen gegenüber den jeweils benachbarten Bauteilen lässt sich in weiten Grenzen, durch die Gestaltung des elastischen Bereichs einstellen. So kann der elastische Bereich entweder eine konstante oder eine veränderliche Querschnittsfläche besitzen. Die Länge des elastischen Bereichs ist ebenfalls geeignet die Vorspannung zu beeinflussen. Es ist aber auch möglich, die Vorspannung durch den Winkel, in dem der elastische Bereich die beiden Dichtflächen der Dichtung verbindet, gezielt einzustellen.
Ein Berühren von Kolben und Dichtung wird zuverlässig vermieden, wenn der Innendurchmesser der Dichtung größer als der Außendurchmesser des Bereichs der Mantelfläche des Kolbens ist, der bei der Bewegung des Kolbens an der Dichtung vorbei bewegt wird. Auf diese Weise führen auch Maßänderungen der Einzelteile des Ventils infolge von Temperaturerhöhungen nicht zu einem Kontakt von Kolben und Dichtung während des Öffnens oder Schließens.
An einem Ausführungsbeispiel wird die Erfindung näher beschrieben. Es zeigt in

1 eine Schnittdarstellung eines Ventils nach dem Stand der Technik und
2 eine vergrößerte Darstellung des Kolbens im Dichtbereich eines erfindungsgemäßen Ventils.

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 der gezeigten Einbaulage schließt sich an den Flansch 3 eine Gehäusebuchse 13 an. 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 verbunden, der am Umfang seines Bodens 9 eine axial abstehende ringförmige Dichtfläche 10 besitzt. In der gezeigten Schließstellung liegt die Dichtfläche 10 auf dem Ventilsitz 11 an, um die Bypassleitung 4 zu verschließen, so dass kein Medium von aus der Leitung 4 in die Leitung 12 strömen kann. Eine Feder 7a drückt dabei den Kolben 8 in Richtung Ventilsitz 11. Gegen die von der Feder 7a erzeugte Kraft wirkt die aufgrund des Drucks in der Leitung 12 auf den Boden 9 wirkende Kraft.
2 zeigt den dem Gehäuse 1 zugewandten Bereich des Kolbens 8 mit seiner zylindrischen Mantelfläche 14 in Schließstellung.
Die Gehäusebuchse 13 besitzt einen nach radial innen weisenden Kragen 15. Auf diesem Kragen 15 liegt eine Dichtung 16 auf. Die Dichtung 16 besitzt einen Bereich 17 mit einer gehäuseseitigen Dichtfläche 18 und einen Bereich 19 mit einer kolbenseitigen Dichtfläche 20. Die Bereiche 17, 19 und damit die Dichtflächen 18, 20 sind durch einen elastisch verformbaren Bereich 21 verbunden. Der gehäuseseitige Bereich 17 ist zwischen dem Kragen 15 und einem in der Gehäusebuchse 13 angeordneten Zylinder 22 geklemmt, so dass die Dichtung 16 fest in der Gehäusebuchse 13 angeordnet ist. Der aus Metall bestehende Kolben 8 besitzt ein seinem offenen Ende eine durch Umbördeln hergestellte, nach radial außen vorstehende Kante 23 mit einer Dichtfläche 24. Beim Schließen des Kolbens 8 bewegt sich dieser nach unten. Unmittelbar vor Erreichen der Schließstellung tritt die Dichtfläche 24 des Kolbens 8 mit der Dichtfläche 20 der Dichtung 16 in Kontakt. Beim weiteren Bewegen des Kolbens 8 in die Schließstellung drückt die Dichtfläche 24 gegen die Dichtfläche 20, was zu einer Verformung des elastischen Bereichs 21 führt. Durch diese Verformung wird eine Vorspannung der beiden Dichtflächen 24, 20 erzielt.

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 zwischen Gehäuse und Kolben angeordneten Dichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung eine axial wirkende Dichtung (16) ist, die im geschlossenen Zustand des Ventils mit einer Dichtfläche (24) des Kolbens (8) zusammenwirkt.
Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtfläche (24) am Kolben (8) einen größeren Durchmesser als die Mantelfläche (14) des Kolbens (8) besitzt.
Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtfläche (24) des Kolbens (8) an der dem Solenoid zugewandten Seite des Kolbens (8) angeordnet ist.
Ventil nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtfläche (24) des Kolbens (8) eine nach radial außen vorstehende Kante (23) ist.
Ventil nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (8) aus Metall oder Kunststoff besteht.
Ventil nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die radial nach außen vorstehende Kante (23) des metallischen Kolbens (8) durch Tiefziehen des Kolbens (8) oder durch Umbördeln der dem Solenoid (5) zugewandten Seite des Kolbens (8) herstellbar ist.
Ventil nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (16) aus PTFE besteht.
Ventil nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (16) eine gehäuseseitige Dichtfläche (18) und eine kolbenseitige Dichtfläche (20) besitzt, und dass beide Dichtflächen (17, 18, 19, 20), durch einen elastisch verformbaren Bereich (21) verbunden sind.
Ventil nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elastisch verformbare Bereich (21) die beiden Dichtflächen (17, 18, 19, 20) in radialer und axialer Richtung voneinander beabstandet.
Ventil nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser der Dichtung (16) größer als der Außendurchmesser des Bereichs der Mantelfläche (14) des Kolbens (8) ist, der bei der Bewegung des Kolbens (8) an der Dichtung (16) vorbei bewegt wird.