DE102018115914A1 - Elektrohydraulisches Ventil mit einer Ventilhülse aus Kunststoff - Google Patents
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Abstract
Aufgabe: Es sollen geeignete Werkstoffe für die Ventilhülse und den Ventilschieber gefunden werden, die bei den vorgegebenen Einsatzbedingungen, wie Druck, Temperatur und Fluideigenschaften, eine ausreichende Lebensdauer erreichen. Vorzugsweise soll ein Überschleifen der Ventilhülse und des Ventilschiebers vermieden werden und es sollen annähernd Durchflusskennlinien des Ventils erreicht werden, wie sie mit scharfkantig geschliffenen metallischen Ventilbauteilen gemessen werden.Lösung: Die Ventilhülse (2) ist aus einem ersten Kunststoff hergestellt, der aus PPS (Polyphenylensulfid) mit zwei Füllstoffen besteht,und der Ventilschieber (3) aus einem zweiten Kunststoff hergestellt, der aus PEEK (Polyetheretherketon) mit einem Füllstoff besteht. Anwendung: Ansteuerung von verstellbaren Schmierölpumpen in Verbrennungsmotoren und Betätigung von Kupplungen in Getrieben.
Description
- Die Erfindung betrifft ein elektrohydraulisches Ventil entsprechend dem ersten Patentanspruch, sowie zwei Verfahren zur Herstellung des Ventils.
- Stand der Technik:
- Elektrohydraulische Ventile mit einer Ventilhülse aus Kunststoff sind bekannt, zum Beispiel aus der Druckschrift
DE 10 2014 012 306 A1 .
Auch Ventile mit einem Ventilschieber aus Kunststoff sind bekannt.
Wichtige Probleme bei der Auslegung und Herstellung solcher Ventile sind die sehr engen erforderlichen Durchmessertoleranzen für die zentrale Bohrung der Ventilhülse und für den Außendurchmesser, wenn die Ventilhülse ohne weitere Dichtmittel in einer Aufnahmebohrung eines Gehäuses angeordnet ist. - Aufgabe:
- Es sollen geeignete Werkstoffe für die Ventilhülse und den Ventilschieber gefunden werden, die bei den vorgegebenen Einsatzbedingungen, wie Druck, Temperatur und Fluideigenschaften, eine ausreichende Lebensdauer erreichen. Vorzugsweise soll ein Überschleifen der Ventilhülse und des Ventilschiebers vermieden werden und es sollen annähernd Durchflusskennlinien des Ventils erreicht werden, wie sie mit scharfkantig geschliffenen metallischen Ventilbauteilen gemessen werden.
- Lösung:
- Die auf die Vorrichtung gerichteten Aufgaben werden durch die Merkmale des ersten Anspruchs gelöst, vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen 2 bis 7 angegeben, die beiden letzten Ansprüche beschreiben Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
- Das erfindungsgemäße elektrohydraulische Ventil enthält mindestens einen Elektromagneten, eine Ventilhülse und einen darin beweglich aufgenommenen Ventilschieber.
- Die die Ventilhülse ist in einer Aufnahmebohrung eines Gehäuses aus einem Leichtmetall aufgenommen und ist im Betrieb unbeweglich.
Die Ventilhülse ist aus einem ersten Kunststoff hergestellt, der aus einem teilkristallinen oder aus einem amorphen und wasserabweisenden Hochtemperaturthermoplast besteht.
Der Kunststoff wird als wasserabweisend angesehen, wenn die Wasseraufnahme bei der höchsten betrieblichen Einsatztemperatur nicht mehr als 1 % des Gewichts beträgt.
Vorzugsweise besteht der Werkstoff der Ventilhülse aus PPS (Polyphenylensulfid) mit zwei Füllstoffen. Der Kunststoff PPS weist eine gute Medienbeständigkeit auf und gestattet eine gute Formgenauigkeit nach dem Spritzprozess.
Der Ventilschieber ist aus einem zweiten Kunststoff hergestellt, der aus einem teilkristallinen oder aus einem amorphen und wasserabweisenden Hochtemperaturthermoplast besteht.
Vorzugsweise besteht der Werkstoff des Ventilschiebers aus PEEK (Polyetheretherketon) mit einem Füllstoff. Der Kunststoff PEEK weist ebenfalls eine gute Medienbeständigkeit, eine hohe Festigkeit und eine gute Formgenauigkeit nach dem Spritzprozess auf. - Weiter vorzugsweise besteht die Ventilhülse aus dem Kunststoff PPS, der mit ca. 30% Kohlefasern gefüllt ist, eingeschränkt auf 20% bis 40%, vorzugsweise auf 25% bis 35%, weiter vorzugsweise auf 28% bis 32% eingeschränkt.
Dabei ist der Kunststoff PPS zusätzlich mit ca. 15% PTFE (Polytetrafluorethylen) gefüllt, eingeschränkt auf 10% bis 20%, vorzugsweise auf 12% bis 18%, weiter vorzugsweise auf 14% bis 16% eingeschränkt.
In einer alternativen Ausführung der Ventilhülse besteht diese aus PPS mit ca. 40% Glasfaserfüllung und 20% mineralischer Füllung. - Der Ventilschieber besteht vorzugsweise aus dem Kunststoff PEEK, der mit ca. 30% Kohlefasern gefüllt ist, eingeschränkt auf 20% bis 40%, vorzugsweise auf 25% bis 35%, weiter vorzugsweise auf 28% bis 32% eingeschränkt.
Die optimalen Füllungsgrade wurden in Versuchen ermittelt. - Das Durchmesserspiel zwischen der Ventilhülse und dem Ventilschieber beträgt vorteilhafterweise weniger als 1,5% des Nenndurchmessers, vorzugsweise weniger als 1%, wobei es mindestens 0,15% des Nenndurchmessers beträgt, vorzugsweise mindestens 0,2%.
Diese Durchmesserspiele sind erreichbar, weil bei dem eingesetzten Verfahren zur Herstellung der Ventilhülse ein Zylinderformfehler von weniger als 0,003% des Nenndurchmessers erreicht wird.
Das Durchmesserspiel zwischen der Ventilhülse und der Aufnahmebohrung des Gehäuses beträgt vorteilhafterweise weniger als 0,3% des Bohrungsdurchmessers, vorzugsweise weniger als 0,25%, weiter vorzugsweise weniger als 0,22%.
Diese geringen Spiele lassen sich wegen der geeigneten Wahl des Werkstoffs für die Ventilhülse erreichen, insbesondere der Wärmeausdehnungsfaktor des gefüllten Werkstoffs ist auf die Einsatzbedingungen abgestimmt. - Bei besonders hohen Anforderungen an die Dichtheit werden die Ventilhülse und/oder der Ventilschieber an ihrem Außendurchmesser überschliffen, bei normalen Anforderungen ist ein Überschleifen wegen der im Spritzgussprozess erreichten Genauigkeit nicht erforderlich.
- Das Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Ventils besteht mindestens aus den folgenden Schritten:
- - Herstellung der Ventilhülse aus PPS mit Füllstoffen durch Spritzgießen mit beweglichen Kernen für Querbohrungen in der Ventilhülse, wobei die Kerne der inneren Bohrung der Ventilhülse mit hoher Genauigkeit angepasst sind.
- - Herstellung des Ventilschiebers aus PEEK mit Füllstoff durch Spritzgießen
- - Fügen des Ventilschiebers in die Ventilhülse
- - Fügen der Baugruppe aus Ventilhülse und Ventilschieber in eine Aufnahmebohrung eines Gehäuses.
- Anwendung:
- Elektrohydraulische Ventile der beschriebenen Gattung werden zur Ansteuerung von verstellbaren Schmierölpumpen in Verbrennungsmotoren und zur Betätigung von Kupplungen in Getrieben verwendet.
- Bilder:
-
1 zeigt einen Querschnitt des erfindungsgemäßen elektrohydraulischen Ventils. - Beispielhafte Beschreibung:
- Ein elektrohydraulisches Ventil (
1 ) gemäß1 enthält einen Elektromagneten (6 ) eine Ventilhülse (2 ) und einen darin beweglich aufgenommenen Ventilschieber (3 ). Dabei ist die Ventilhülse (2 ) in einer Aufnahmebohrung (4 ) eines Gehäuses (5 ) aus einem Leichtmetall im Betrieb unbeweglich aufgenommen.
Die Ventilhülse (2 ) ist aus einem ersten Kunststoff hergestellt ist, der aus PPS (Polyphenylensulfid) mit zwei Füllstoffen besteht, und der Ventilschieber (3 ) ist aus einem zweiten Kunststoff hergestellt ist, der aus PEEK (Polyetheretherketon) mit einem Füllstoff besteht. - Die Ventilhülse (
2 ) besteht aus dem Kunststoff PPS, der mit 20% bis 40% Kohlefaser, vorzugsweise mit 25% bis 35%, weiter vorzugsweise mit 28% bis 32% Kohlefaser gefüllt ist, und zusätzlich mit 10% bis 20% PTFE (Polytetrafluorethylen) gefüllt ist, vorzugsweise mit 12% bis 18%, weiter vorzugsweise mit 14% bis 16%. - Der Ventilschieber (
3 ) besteht aus dem Kunststoff PEEK, der mit 20% bis 40%Kohlefasern gefüllt ist, vorzugsweise mit 25% bis 35%, weiter vorzugsweise mit 28% bis 32%. - Das Durchmesserspiel zwischen der Ventilhülse (
2 ) und dem Ventilschieber (3 ) beträgt weniger als 1,5% des Nenndurchmessers, vorzugsweise weniger als 1%, wobei es mindestens 0,15% des Nenndurchmessers beträgt, vorzugsweise mindestens 0,2%. - Das Durchmesserspiel zwischen der Ventilhülse (
2 ) und der Aufnahmebohrung (4 ) des Gehäuses (5 ) beträgt weniger als 0,3% des Bohrungsdurchmessers, vorzugsweise weniger als 0,25%, weiter vorzugsweise weniger als 0,22%. - Die Ventilhülse (
2 ) und der Ventilschieber (3 ) sind an ihrem Außendurchmesser vorzugsweise unbearbeitet, aber im Fall besonderer Anforderungen ist der Ventilschieber (3 ) überschliffen, und im Fall weiterer besonderer Anforderungen ist auch die Ventilhülse (2 ) an ihrem Außendurchmesser überschliffen. Besondere Anforderungen können hohe Dichtigkeitsanforderungen oder sehr weite Temperaturgrenzen im Einsatz sein. - Bezugszeichenliste
-
- 1.
- Elektrohydraulisches Ventil
- 2.
- Ventilhülse
- 3.
- Ventilschieber
- 4.
- Aufnahmebohrung
- 5.
- Gehäuse
- 6.
- Elektromagnet
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102014012306 A1 [0002]
Claims (11)
- Elektrohydraulisches Ventil (1), mindestens einen Elektromagneten (6), eine Ventilhülse (2) und einen darin beweglich aufgenommenen Ventilschieber (3) enthaltend, wobei die Ventilhülse (2) in einer Aufnahmebohrung (4) eines Gehäuses (5) aus einem Leichtmetall im Betrieb unbeweglich aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet dass die Ventilhülse (2) aus einem ersten Kunststoff hergestellt ist, der aus einem teilkristallinen oder aus einem amorphen und wasserabweisenden Hochtemperaturthermoplast besteht, und dass der Ventilschieber (3) aus einem zweiten Kunststoff hergestellt ist, der aus einem teilkristallinen oder aus einem amorphen und wasserabweisenden Hochtemperaturthermoplast besteht.
- Elektrohydraulisches Ventil (1) nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilhülse (2) aus PPS (Polyphenylensulfid) mit mindestens einem Füllstoff besteht. - Elektrohydraulisches Ventil (1) nach
Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilhülse (2) aus dem Kunststoff PPS mit zwei Füllstoffen, nämlich Kohlefasern und PTFE (Polytetrafluorethylen) gefüllt ist. - Elektrohydraulisches Ventil (1) nach
Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilhülse (2) aus dem Kunststoff PPS besteht, der mit 20% bis 40% Kohlefaser, vorzugsweise mit 25% bis 35%, weiter vorzugsweise mit 28% bis 32% Kohlefaser gefüllt ist und zusätzlich mit 10% bis 20% PTFE (Polytetrafluorethylen) gefüllt ist, vorzugsweise mit 12% bis 18%, weiter vorzugsweise mit 14% bis 16%. - Elektrohydraulisches Ventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschieber (3) aus PEEK (Polyetheretherketon) mit mindestens einem Füllstoff besteht.
- Elektrohydraulisches Ventil (1) nach
Anspruch 5 , dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschieber (3) aus dem Kunststoff PEEK besteht, der mit Kohlefasern gefüllt ist. - Elektrohydraulisches Ventil (1) nach
Anspruch 6 , dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschieber (3) aus dem Kunststoff PEEK besteht, der mit 20% bis 40%Kohlefasern gefüllt ist, vorzugsweise mit 25% bis 35%, weiter vorzugsweise mit 28% bis 32%. - Elektrohydraulisches Ventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchmesserspiel zwischen der Ventilhülse (2) und dem Ventilschieber (3) weniger als 1,5% des Nenndurchmessers beträgt, vorzugsweise weniger als 1%, wobei es mindestens 0,15% des Nenndurchmessers beträgt, vorzugsweise mindestens 0,2%.
- Elektrohydraulisches Ventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchmesserspiel zwischen der Ventilhülse (2) und der Aufnahmebohrung (4) des Gehäuses (5) weniger als 0,3% des Bohrungsdurchmessers beträgt, vorzugsweise weniger als 0,25%, weiter vorzugsweise weniger als 0,22%.
- Elektrohydraulisches Ventil (1) nach einem der
Ansprüche 1 bis5 , dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilhülse (2) und/oder der Ventilschieber (3) an ihrem Außendurchmesser überschliffen sind. - Verfahren zur Herstellung eines Elektrohydraulisches Ventils (1), eine Ventilhülse (2) und einen darin beweglich aufgenommenen Ventilschieber (3) enthaltend, wobei die Ventilhülse (2) in einer Aufnahmebohrung (4) eines Gehäuses (5) aus einem Leichtmetall im Betrieb unbeweglich aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens aus den folgenden Schritten besteht: - Herstellung der Ventilhülse (2) aus PPS mit Füllstoffen durch Spritzgießen mit beweglichen Kernen für Querbohrungen (6) in der Ventilhülse - Herstellung des Ventilschiebers (3) aus PEEK mit Füllstoff durch Spritzgießen - Fügen des Ventilschiebers (3) in die Ventilhülse (2) - Fügen der Baugruppe aus Ventilhülse (2) und Ventilschieber (3) in eine Aufnahmebohrung (4) eines Gehäuses (5).
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