DE102023203070A1 - sealing device and valve device - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Dichtungsvorrichtung (10) zum Abdichten eines Spaltes (23) zwischen einem Bauteil (21) und einem relativ zu dem Bauteil (21) bewegbaren Ventilelement (22) aufweisend einen ersten Dichtungsabschnitt (11), der zur Anordnung an dem Bauteil (21) ein erstes Dichtungsmaterial in Form eines Elastomers zum Definieren einer Formstabilität zwischen dem Bauteil (21) und dem Ventilelement (22) umfasst, und einen zweiten Dichtungsabschnitt (12) mit einem zweiten Dichtungsmaterial in Form eines mikroporigen Schaumstoffs zur Anpassung an das Ventilelement (22). Ferner betrifft die Erfindung eine Ventilvorrichtung (20).The invention relates to a sealing device (10) for sealing a gap (23) between a component (21) and a valve element (22) that is movable relative to the component (21), having a first sealing section (11) that comprises a first sealing material in the form of an elastomer for defining dimensional stability between the component (21) and the valve element (22) for arrangement on the component (21), and a second sealing section (12) with a second sealing material in the form of a microporous foam for adaptation to the valve element (22). The invention further relates to a valve device (20).
Description
Die Erfindung betrifft eine Dichtungsvorrichtung zum Abdichten eines Spaltes zwischen einem Bauteil und einem relativ zu dem Bauteil bewegbaren Ventilelement, sowie eine Ventilvorrichtung.The invention relates to a sealing device for sealing a gap between a component and a valve element movable relative to the component, as well as a valve device.
Insbesondere für batterieelektrische Fahrzeuge ist ein Thermomanagementsystem zum Temperieren der Batterie, des Pulswechselrichters und des Fahrzeuginnenraums von hoher Bedeutung. Hauptbaustein dieses Thermomanagementsystems sind Ventilelemente, häufig Drehschieber oder Längsschieber, welche angrenzende Kühlkreisläufe freigeben oder versperren.A thermal management system for controlling the temperature of the battery, the pulse inverter and the vehicle interior is particularly important for battery-electric vehicles. The main components of this thermal management system are valve elements, often rotary valves or longitudinal valves, which open or close adjacent cooling circuits.
Um ein möglichst leckagefreies Schließen zu ermöglichen, sind in der Regel Dichtungen vorgesehen, die zwischen dem Ventilelement und Gehäuse verbaut und in Abhängigkeit vom Betriebsdruck zwischen diesen Bauteilen vorgespannt sind. Dabei hinaus soll die Dichtung sowohl leichte Formfehler beim Drehschieber kompensieren als auch leichte Taumelbewegungen. Dies fordert von der eingesetzten Dichtung Elastizität. Dazu ist es beispielsweise aus der
Es ist jedoch wünschenswert, die Dichtung einfacher und kompakter zu gestalten. Dabei soll das Ventilelement aber nicht wesentlich bei seiner Stellbewegung, d. h. insbesondere bei seiner Drehung, durch die innige Anlage der Dichtung am Ventilelement behindert werden. Ferner kann die Elastizität auch nachteilig sein, wenn ein Drehschieber z.B. zur Hälfte mit seiner Öffnung über der Dichtung liegt. In diesem Fall soll die Dichtung nicht nachgeben und in die Öffnung des Drehschiebers eintauchen, so dass dieser in seiner weiteren Bewegung behindert/blockiert wird und/oder die Dichtung dabei abgeschert wird. Um ein unerwünschtes Eintauchen der Dichtung in die durchströmte Öffnung des Drehschiebers zu unterbinden, sollte die Dichtung also eher steif und nicht elastisch sein. Dies stellt einen Zielkonflikt dar.However, it is desirable to make the seal simpler and more compact. However, the valve element should not be significantly hindered in its adjustment movement, i.e. in particular in its rotation, by the tight contact of the seal with the valve element. Furthermore, elasticity can also be disadvantageous if, for example, a rotary slide valve is halfway over the seal with its opening. In this case, the seal should not give way and sink into the opening of the rotary slide valve, so that its further movement is hindered/blocked and/or the seal is sheared off. In order to prevent the seal from sinking into the opening of the rotary slide valve through which the flow is carried, the seal should therefore be stiff rather than elastic. This represents a conflict of objectives.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, voranstehende, aus dem Stand der Technik bekannte Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine zuverlässige und kostengünstige Abdichtung zwischen einem Bauteil und einem relativ zu dem Bauteil bewegbaren Ventilelement, insbesondere in Hinblick auf Form- und/oder Bewegungstoleranzen des Ventilelementes, zu ermöglichen.It is an object of the present invention to at least partially eliminate the above disadvantages known from the prior art. In particular, it is an object of the present invention to enable a reliable and cost-effective seal between a component and a valve element that is movable relative to the component, in particular with regard to shape and/or movement tolerances of the valve element.
Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch eine Dichtungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, sowie eine Ventilvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Dichtungsvorrichtung beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.The above object is achieved by a sealing device with the features of claim 1, as well as a valve device with the features of claim 9. Further features and details of the invention emerge from the respective subclaims, the description and the drawings. Features and details that are described in connection with the sealing device according to the invention naturally also apply in connection with the valve device according to the invention and vice versa, so that with regard to the disclosure of the individual aspects of the invention, reference is always made to each other.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist eine Dichtungsvorrichtung zum Abdichten eines Spaltes zwischen einem Bauteil und einem relativ zu dem Bauteil bewegbaren Ventilelement vorgesehen. Die Dichtungsvorrichtung weist einen ersten Dichtungsabschnitt auf, der zur Anordnung an dem Bauteil ein erstes Dichtungsmaterial in Form eines Elastomers, vorzugsweise zum Definieren einer Formstabilität, insbesondere einer Formstabilität der Dichtungsvorrichtung, zwischen dem Bauteil und dem Ventilelement umfasst. Weiterhin weist die Dichtungsvorrichtung einen zweiten Dichtungsabschnitt mit einem zweiten Dichtungsmaterial in Form eines, vorzugsweise mikroporigen, Schaumstoffs zur Anpassung an das Ventilelement auf.According to a first aspect of the invention, a sealing device is provided for sealing a gap between a component and a valve element that is movable relative to the component. The sealing device has a first sealing section that comprises a first sealing material in the form of an elastomer for arrangement on the component, preferably for defining a dimensional stability, in particular a dimensional stability of the sealing device, between the component and the valve element. Furthermore, the sealing device has a second sealing section with a second sealing material in the form of a, preferably microporous, foam for adaptation to the valve element.
Vorzugsweise ist die Dichtungsvorrichtung zur Anordnung in einer Ventilvorrichtung eines Fahrzeuges ausgebildet. Bei dem Ventilelement kann es sich z. B. um einen Drehschieber oder einen Längsschieber handeln. Das Bauteil kann beispielsweise ein Gehäuse und/oder einen Teil eines Leitungssystems umfassen. Unter dem Spalt zwischen dem Bauteil und dem Ventilelement kann ein Freiraum verstanden werden, der durch die Dichtungsvorrichtung ausgefüllt werden kann. Dazu kann sich die Dichtungsvorrichtung bei einer bestimmungsgemäßen Anordnung zwischen dem Bauteil und dem Ventilelement zumindest teilweise oder vollständig über den Spalt erstrecken. Die relative Bewegung des Ventilelementes zu dem Bauteil kann durch den Spalt ermöglicht sein. Es kann vorgesehen sein, dass die Dichtungsvorrichtung zumindest abschnittsweise einen stabförmigen Querschnitt aufweist und/oder hülsenförmig und/oder rohrartig ausgebildet ist.The sealing device is preferably designed for arrangement in a valve device of a vehicle. The valve element can be, for example, a rotary slide valve or a longitudinal slide valve. The component can, for example, comprise a housing and/or part of a line system. The gap between the component and the valve element can be understood as a free space that can be filled by the sealing device. For this purpose, the sealing device can extend at least partially or completely over the gap when arranged as intended between the component and the valve element. The relative movement of the valve element to the component can be made possible by the gap. It can be provided that the sealing device has a rod-shaped cross-section at least in sections and/or is sleeve-shaped and/or tubular.
Der erste Dichtungsabschnitt kann vorzugsweise aus dem ersten Dichtungsmaterial bestehen. Das Elastomer kann insbesondere ein synthetisches Elastomer umfassen oder aus einem synthetischen Elastomer bestehen. Dadurch kann der erste Elastomer eine hohe Beständigkeit gegenüber Witterungseinflüssen, Ölen, Fetten, Chemikalien und/oder Wärme aufweisen. The first sealing section can preferably consist of the first sealing material. The elastomer can in particular comprise a synthetic elastomer or consist of a synthetic elastomer. As a result, the first elastomer can have a high resistance to weather influences, oils, greases, chemicals and/or heat.
Beispielsweise kann das Elastomer ein Neopren, Nitrilkautschuk, Silikonkautschuk, Butylkautschuk und Chloropren-Kautschuk umfassen. Vorzugsweise umfasst das Elastomer des ersten Dichtungsmaterials ein Ethylen-Propylen-Dien-Monomer (EPDM) aufweisen oder aus einem EPDM bestehen. EPDM kann eine hohe Beständigkeit gegenüber Ozon, UV-Strahlen und Witterungseinflüssen aufweisen und dadurch eine hohe Haltbarkeit, insbesondere bei einem Einsatz im Fahrzeug aufweisen. Insbesondere weist EPDM eine hohe Beständigkeit gegenüber chemischen Einflüssen und/oder Temperaturen, d. h. vorzugsweise eine hohe Kühlmittelbeständigkeit, auf. Vorzugsweise kann durch den ersten Dichtungsabschnitt eine Abdichtung zum Bauteil herstellbar sein. Dazu kann der erste Dichtungsabschnitt unmittelbar an das Bauteil anlegbar sein.For example, the elastomer can comprise neoprene, nitrile rubber, silicone rubber, butyl rubber and chloroprene rubber. Preferably, the elastomer of the first sealing material comprises an ethylene-propylene-diene monomer (EPDM) or consists of an EPDM. EPDM can have a high resistance to ozone, UV rays and weather influences and thus have a high durability, especially when used in a vehicle. In particular, EPDM has a high resistance to chemical influences and/or temperatures, ie preferably a high coolant resistance. Preferably, a seal to the component can be produced by the first sealing section. For this purpose, the first sealing section can be placed directly against the component.
Der zweite Dichtungsabschnitt kann insbesondere aus dem zweiten Dichtungsmaterial bestehen. Unter dem mikroporigen Schaumstoff kann vorzugsweise ein Material verstanden werden, das eine Vielzahl von Poren aufweist, die eine Porengröße zwischen 1 und 100 Mikrometern, vorzugsweise zwischen 1 bis 50 Mikrometern, aufweisen. Die Poren sind vorzugsweise untereinander unverbunden. Insbesondere kann der mikroporige Schaumstoff geschlossenporig ausgebildet sein. Der mikroporige Schaumstoff kann beispielsweise durch Extrusion, Expansion und/oder Schäumung hergestellt werden. Zur Anpassung an das Ventilelement kann der mikroporige Schaumstoff elastisch deformierbar sein.The second sealing section can in particular consist of the second sealing material. The microporous foam can preferably be understood to mean a material that has a large number of pores that have a pore size of between 1 and 100 micrometers, preferably between 1 and 50 micrometers. The pores are preferably not connected to one another. In particular, the microporous foam can be designed with closed pores. The microporous foam can be produced, for example, by extrusion, expansion and/or foaming. The microporous foam can be elastically deformable to adapt to the valve element.
Es ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung erkannt worden, dass durch eine Kombination eines Elastomers, wie z. B. EPDM, mit einem mikroporigen Schaumstoff eine Dichtungsvorrichtung geschaffen werden kann, die zum einen eine hohe Formstabilität zur Anordnung an dem Bauteil aufweist und gleichzeitig eine vorteilhafte Anpassung an eine Mantelfläche des Ventilelementes ermöglicht. Zum Definieren der Dichtungsform kann das Elastomer dabei eine hohe Formstabilität aufweisen, um auch bei der Relativbewegung des Ventilelementes eine Deformation der Dichtungsvorrichtung zumindest teilweise oder vollständig zu verhindern. Durch den zweiten Dichtungsabschnitt kann die Elastizität der Dichtungsvorrichtung lokal erhöht werden. Dadurch können Oberflächenfehler der Mantelfläche des Ventilelementes kompensiert werden. Beispielsweise können durch die Elastizität des zweiten Dichtungsabschnittes durch die Dichtungsvorrichtung Oberflächentäler der Mantelfläche gefüllt und/oder Oberflächenberge der Mantelfläche umhüllt werden. Abweichungen von einer Referenzbewegung des Ventilelementes, die beispielsweise infolge einer Taumelbewegung, insbesondere mit einer Auslenkung von unter 1 mm, auftreten, können durch den ersten und zweiten Dichtungsabschnitt gemeinsam kompensierbar sein. Dadurch können über die Materialpaarung des ersten und zweiten Dichtungsmaterials vorteilhafte Eigenschaften zur Abdichtung des Spaltes kombiniert werden, um einen Zielkonflikt zwischen Stabilität und Dichtwirkung beim Einsatz der Dichtungsvorrichtung kostengünstig zumindest teilweise oder vollständig aufzulösen.It has been recognized within the scope of the present invention that a combination of an elastomer, such as EPDM, with a microporous foam can create a sealing device that has a high degree of dimensional stability for arrangement on the component and at the same time enables advantageous adaptation to a jacket surface of the valve element. To define the seal shape, the elastomer can have a high degree of dimensional stability in order to at least partially or completely prevent deformation of the sealing device even during relative movement of the valve element. The elasticity of the sealing device can be increased locally by the second sealing section. Surface defects on the jacket surface of the valve element can thereby be compensated. For example, the elasticity of the second sealing section can be used by the sealing device to fill surface valleys on the jacket surface and/or to envelop surface peaks on the jacket surface. Deviations from a reference movement of the valve element that occur, for example, as a result of a wobbling movement, in particular with a deflection of less than 1 mm, can be compensated for jointly by the first and second sealing sections. As a result, advantageous properties for sealing the gap can be combined by pairing the first and second sealing materials in order to at least partially or completely resolve a conflict of objectives between stability and sealing effect when using the sealing device in a cost-effective manner.
Weiterhin ist es bei einer erfindungsgemäßen Dichtungsvorrichtung denkbar, dass an einer Oberfläche des zweiten Dichtungsmaterials ein Kontaktbereich zur Kontaktierung des Ventilelementes gebildet ist, wobei der Kontaktbereich ein Kontaktmittel zur Reduktion der Reibung mit dem Ventilelement aufweist. Somit kann das zweite Dichtungsmaterial bei einer bestimmungsgemäßen Verwendung der Dichtungsvorrichtung zwischen dem ersten Dichtungsabschnitt und dem Ventilelement angeordnet oder anordbar sein. Insbesondere kann der Kontaktbereich bei einer Vorspannung der Dichtungsvorrichtung gegen das Ventilelement pressbar sein, um die Anpassung des zweiten Dichtungsabschnittes an das Ventilelement zu erreichen und den Spalt abzudichten. Dadurch kann die Anpassung des zweiten Dichtungsabschnittes an das Ventilelement verbessert sein. Unter der Reduktion der Reibung kann verstanden werden, dass das Kontaktmittel einen geringeren Reibwert aufweist als der mikroporige Schaumstoff. Das Kontaktmittel kann beispielsweise Graphit, Talkum, Molybdändisulfid, Polytetrafluorethylen (PTFE) und/oder ein Silikonöl umfassen. Graphit hat eine geringe Haftung und eine hohe Schmierfähigkeit, was dazu beiträgt, die Reibung und den Verschleiß zu reduzieren. Talkum hat eine geringe Haftung und kann dazu beitragen, die Wärmeableitung zu verbessern. Molybdändisulfid hat eine hohe Schmierfähigkeit und kann dazu beitragen, die Abnutzung zu reduzieren. PTFE ist ein polymerer Schmierstoff und hat eine geringe Haftung und ist beständig gegenüber hohen Temperaturen und Chemikalien. Silikonöl hat eine hohe Schmierfähigkeit und ist beständig gegenüber hohen Temperaturen und Chemikalien. Es ist denkbar, dass das Kontaktmittel durch einen Zugschlagstoff des zweiten Dichtungsmaterials gebildet ist. Dabei kann sich das Kontaktmittel über einen Teil des Volumens des zweiten Dichtungsmaterials oder über das gesamte Volumen des zweiten Dichtungsmaterials erstrecken. Durch das Kontaktmittel können die vorteilhaften elastischen Eigenschaften des zweiten Dichtungsmaterials mit einer geringen Reibwirkung kombiniert werden.Furthermore, in a sealing device according to the invention, it is conceivable that a contact area for contacting the valve element is formed on a surface of the second sealing material, wherein the contact area has a contact means for reducing friction with the valve element. Thus, when the sealing device is used as intended, the second sealing material can be arranged or can be arranged between the first sealing section and the valve element. In particular, the contact area can be pressed against the valve element when the sealing device is prestressed in order to achieve the adaptation of the second sealing section to the valve element and to seal the gap. This can improve the adaptation of the second sealing section to the valve element. The reduction in friction can be understood to mean that the contact means has a lower coefficient of friction than the microporous foam. The contact means can comprise, for example, graphite, talc, molybdenum disulfide, polytetrafluoroethylene (PTFE) and/or a silicone oil. Graphite has low adhesion and high lubricity, which helps to reduce friction and wear. Talc has low adhesion and can help improve heat dissipation. Molybdenum disulfide has high lubricity and can help reduce wear. PTFE is a polymeric lubricant and has low adhesion and is resistant to high temperatures and chemicals. Silicone oil has high lubricity and is resistant to high temperatures and chemicals. It is conceivable that the contact agent is formed by a tensile agent of the second sealing material. The contact agent can extend over part of the volume of the second sealing material or over the entire volume of the second sealing material. The contact agent can combine the advantageous elastic properties of the second sealing material with a low friction effect.
Ferner kann bei einer erfindungsgemäßen Dichtungsvorrichtung vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass Kontaktmittel durch eine Folie und/oder eine Beschichtung gebildet ist und/oder für die Kontaktierung des Ventilelementes ein fluoriertes Polymer umfasst. Das Kontaktmittel kann sich vollständig über die Oberfläche des zweiten Dichtungsmaterial erstrecken, vorzugsweise die Oberfläche vollständig umhüllen. Unter fluorierten Polymeren können Polymere verstanden werden, in deren chemische Struktur Fluoratome integriert sind, insbesondere um die Reduktion der Reibung zu ermöglichen. Beispielsweise kann es sich bei dem fluorierten Polymer um PFA (Perfluoralkoxy-Polymere), FEP (Fluorethylenpropylentypen), ETFE (Ethylen-Tetrafluorethylen-Copolymer) und/oder PVDF (Polyvinylidenfluorid) handeln. Vorzugsweise handelt es sich bei dem fluorierten Polymer um PTFE. PTFE hat den Vorteil, dass es eine hohe chemische Beständigkeit, insbesondere gegenüber aggressiven Chemikalien wie Säuren, Laugen und Lösungsmitteln, aufweist. Ferner ist PTFE beständig gegenüber Temperatureinflüssen, wodurch der Einsatz gerade in einem Kühlmittelkreislauf vorteilhaft ist. Die Beschichtung kann beispielsweise auf das zweite Dichtungsmaterial aufgedampft oder aufgespritzt sein. Die Folie kann z. B. auf dem zweiten Dichtungsmaterial form-, kraft- und/oder stoffschlüssig befestigt sein. Somit kann das Kontaktmittel in kostengünstiger Art und Weise den Kontaktbereich bilden, ohne die chemischen und/oder strukturellen Eigenschaften des mikroporigen Schaumstoffs zu beeinflussen.Furthermore, in a sealing device according to the invention, it can advantageously be provided that the contact means is formed by a film and/or a coating and/or comprises a fluorinated polymer for contacting the valve element. The contact means can extend completely over the surface of the second sealing material extend, preferably completely enveloping the surface. Fluorinated polymers can be understood to mean polymers in whose chemical structure fluorine atoms are integrated, in particular to enable the reduction of friction. For example, the fluorinated polymer can be PFA (perfluoroalkoxy polymers), FEP (fluoroethylene propylene types), ETFE (ethylene-tetrafluoroethylene copolymer) and/or PVDF (polyvinylidene fluoride). The fluorinated polymer is preferably PTFE. PTFE has the advantage that it has a high chemical resistance, in particular to aggressive chemicals such as acids, alkalis and solvents. PTFE is also resistant to temperature influences, which makes its use particularly advantageous in a coolant circuit. The coating can, for example, be vapor-deposited or sprayed onto the second sealing material. The film can, for example, be attached to the second sealing material in a form-fitting, force-fitting and/or material-fitting manner. Thus, the contact agent can form the contact area in a cost-effective manner without affecting the chemical and/or structural properties of the microporous foam.
Ferner kann bei einer erfindungsgemäßen Dichtungsvorrichtung vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass der erste Dichtungsabschnitt zur zumindest teilweisen Anordnung in einem Leitungsabschnitt des Bauteils ringförmig ausgebildet ist, insbesondere wobei sich der zweite Dichtungsabschnitt ringförmig entlang des ersten Dichtungsabschnitts erstreckt. Somit können der erste und zweite Dichtungsabschnitt durch zwei ringförmige Schichten gebildet sein, die insbesondere einen stapelartigen Verbund bilden. Beispielsweise können der erste und zweite Dichtungsabschnitt einen O-Ring bilden. Durch die ringförmige Ausbildung des ersten und zweiten Dichtungsabschnittes kann der Leitungsabschnitt umlaufend abgedichtet werden, beispielsweise wenn der Spalt ebenfalls ringförmig ausgebildet ist. Gerade bei einer ringförmigen Ausbildung des erste und zweiten Dichtungsabschnittes ist es daher von Vorteil, dass das erste Dichtungsmaterial in Form des Elastomeres und das zweite Dichtungsmaterial in Form des mikroporigen Schaumstoffes ausgestaltet ist, da über den Umfang unterschiedliche Oberflächentopologien des Ventilelementes gleichzeitig mit der Dichtungsvorrichtung wechselwirken können und/oder eine Scherwirkung bei der Relativbewegung des Ventilelementes unterschiedliche Belastungen über den Umfang bewirken kann. Durch die Materialkombination des ersten und zweiten Dichtungsmaterials kann unter Beibehaltung einer hohen Dichtwirkung einer Abscherung bei einer Drehbewegung des Ventilelementes zuverlässig entgegengewirkt werden.Furthermore, in a sealing device according to the invention, it can advantageously be provided that the first sealing section is designed in a ring shape for at least partial arrangement in a line section of the component, in particular with the second sealing section extending in a ring shape along the first sealing section. The first and second sealing sections can thus be formed by two ring-shaped layers, which in particular form a stack-like composite. For example, the first and second sealing sections can form an O-ring. The ring-shaped design of the first and second sealing sections allows the line section to be sealed all the way around, for example if the gap is also designed in a ring shape. Especially with a ring-shaped design of the first and second sealing sections, it is therefore advantageous that the first sealing material is designed in the form of the elastomer and the second sealing material in the form of the microporous foam, since different surface topologies of the valve element can interact with the sealing device at the same time over the circumference and/or a shearing effect during the relative movement of the valve element can cause different loads over the circumference. The material combination of the first and second sealing materials makes it possible to reliably counteract shearing during a rotary movement of the valve element while maintaining a high sealing effect.
Weiterhin kann bei einer erfindungsgemäßen Dichtungsvorrichtung vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass der erste und zweite Dichtungsabschnitt form- und/oder stoffschlüssig verbunden sind. Vorzugsweise können der erste und zweite Dichtungsabschnitt durch ein Splice-Verfahren miteinander verbunden sein. Für die stoffschlüssige Verbindung kann der zweite Dichtungsabschnitt direkt auf den ersten Dichtungsabschnitt, insbesondere in einem Zweikomponenten-Kunststoffspritzgussprozess, aufgebracht sein. Dadurch kann eine Herstellung des ersten und zweiten Dichtungsabschnittes in demselben Formwerkzeug ermöglicht sein. Weiterhin ist es denkbar, dass der erste und zweite Dichtungsabschnitt unmittelbar aneinander geklebt und/oder geschweißt sind. Für die formschlüssige Verbindung können der erste und zweite Dichtungsabschnitt zueinander korrespondierende Befestigungsabschnitte, insbesondere in Form einer Nut-Feder-Verbindung, aufweisen. Beispielsweise können die Befestigungsabschnitte T-förmig und/oder schwalbenschwanzförmig ausgestaltet sein. Anstelle einer schwalbenschwanzartigen oder T-artigen Struktur ist es ferner denkbar, dass die formschlüssige Verbindung durch einen umlaufenden Stufensprung ausgebildet ist, insbesondere um ein radiales Ausweichen des zweiten Dichtungsabschnittes zu dem ersten Dichtungsabschnitt zu verhindern. Zusätzlich oder alternativ können der erste und zweite Dichtungsabschnitt kraftschlüssig miteinander verbunden sein.Furthermore, in a sealing device according to the invention, it can advantageously be provided that the first and second sealing sections are connected in a form-fitting and/or material-fitting manner. Preferably, the first and second sealing sections can be connected to one another by a splicing process. For the material-fitting connection, the second sealing section can be applied directly to the first sealing section, in particular in a two-component plastic injection molding process. This can enable the first and second sealing sections to be manufactured in the same mold. Furthermore, it is conceivable that the first and second sealing sections are glued and/or welded directly to one another. For the form-fitting connection, the first and second sealing sections can have fastening sections that correspond to one another, in particular in the form of a tongue and groove connection. For example, the fastening sections can be T-shaped and/or dovetail-shaped. Instead of a dovetail-like or T-like structure, it is also conceivable that the positive connection is formed by a circumferential step, in particular to prevent the second sealing section from radially deviating from the first sealing section. Additionally or alternatively, the first and second sealing sections can be connected to one another in a force-fitting manner.
Vorzugsweise kann bei einer erfindungsgemäßen Dichtungsvorrichtung vorgesehen sein, dass der mikroporige Schaumstoff einen Zellkautschuk umfasst. Vorzugsweise kann der mikroporige Schaumstoff aus einem Zellkautusch bestehen und/oder durch den Zellkautschuk gebildet sein. Der Zellkautschuk bildet insbesondere Art von Schaumstoff, der aus gummiartigen Materialien hergestellt wird und eine poröse, elastische Struktur aufweist. Insbesondere unterscheidet sich der Zellkautschuk von anderen Arten von Schaumstoffen, wie beispielsweise Polyurethan-Schaumstoff, Polystyrol-Schaumstoff und/oder Polyethylen-Schaumstoff. Vorteilhafterweise kann der Zellkautschuk durch ein geschäumtes EPDM gebildet sein. Der Zellkautschuk ermöglicht eine vorteilhafte Kombination aus Dichtungsfähigkeit, Schalldämmung, Beständigkeit gegenüber Feuchtigkeit und Chemikalien, Isoliereigenschaften und/oder Langlebigkeit, wodurch die Dichtungsvorrichtung eine hohe Zuverlässigkeit bei der Abdichtung des Spaltes aufweisen kann. Weiterhin kann dadurch eine hohe Reaktionsschnelligkeit beim Anpassen an das Ventilelement für den zweiten Dichtungsabschnitt ermöglicht werden.Preferably, in a sealing device according to the invention, it can be provided that the microporous foam comprises a cellular rubber. Preferably, the microporous foam can consist of a cellular rubber and/or be formed by the cellular rubber. The cellular rubber forms in particular a type of foam that is made from rubber-like materials and has a porous, elastic structure. In particular, the cellular rubber differs from other types of foams, such as polyurethane foam, polystyrene foam and/or polyethylene foam. Advantageously, the cellular rubber can be formed by a foamed EPDM. The cellular rubber enables an advantageous combination of sealing ability, sound insulation, resistance to moisture and chemicals, insulating properties and/or durability, whereby the sealing device can have a high level of reliability when sealing the gap. Furthermore, this can enable a high level of responsiveness when adapting to the valve element for the second sealing section.
Im Rahmen der Erfindung ist es weiterhin denkbar, dass zumindest ein Stabilisierungselement zur Lagerung der Dichtungsvorrichtung am Bauteil vorgesehen ist, wobei das Stabilisierungselement am ersten und/oder zweiten Dichtungsabschnitt angeordnet ist. Das Stabilisierungselement kann einen Kunststoff, insbesondere in Form einer Hartkomponente und/oder eines Elastomers, umfassen. Insbesondere kann das Stabilisierungselement als Hülse ausgestaltet sein. Es ist jedoch ebenso denkbar, dass das Stabilisierungselement aus einem Metall oder einem anderen Material hergestellt ist. Das Stabilisierungselement kann vorteilhafterweise ringförmig ausgestaltet und vorzugsweise umlaufend um den ersten und/oder zweiten Dichtungsabschnitt angeordnet sein. Durch das Stabilisierungselement kann ein Kollabieren der Abdichtung auch unter hohen Belastungsbedingungen verhindert werden. Insbesondere können der erste und zweite Dichtungsabschnitt durch das Stabilisierungselement in einer Gehäusebohrung und/oder in einem Leitungsabschnitt des Bauteils stabilisiert werden. Weiterhin ist es denkbar, dass die Dichtungsvorrichtung mehrere Stabilisierungselemente aufweist, die, insbesondere in einem regelmäßigen Muster, am ersten und/oder zweiten Dichtungsabschnitt angeordnet sind.Within the scope of the invention, it is further conceivable that at least one stabilizing element for mounting the sealing device on the component is provided, wherein the stabilizing element is arranged on the first and/or second sealing section. The stabilizing element can comprise a plastic, in particular in the form of a hard component and/or an elastomer. In particular, the stabilizing element can be designed as a sleeve. However, it is also conceivable for the stabilizing element to be made of a metal or another material. The stabilizing element can advantageously be designed in a ring shape and preferably arranged all the way around the first and/or second sealing section. The stabilizing element can prevent the seal from collapsing even under high load conditions. In particular, the first and second sealing sections can be stabilized by the stabilizing element in a housing bore and/or in a line section of the component. Furthermore, it is conceivable for the sealing device to have a plurality of stabilizing elements which are arranged on the first and/or second sealing section, in particular in a regular pattern.
Weiterhin ist es bei einer erfindungsgemäßen Dichtungsvorrichtung denkbar, dass der erste Dichtungsabschnitt eine erste Schicht bildet, auf welcher der zweite Dichtungsabschnitt in Form einer zweiten Schicht angeordnet ist, insbesondere wobei die erste Schicht eine größere Schichtdicke aufweist, als die zweite Schicht. Die erste und zweite Schicht können einen ringförmigen Verbund bilden. Insbesondere wenn die Dichtungsvorrichtung zumindest abschnittsweise einen stabförmigen Querschnitt aufweist, kann die Dichtungsvorrichtung eine Stabachse aufweisen, entlang welcher die erste und zweite Schicht aufeinander geschichtet sind. Dabei kann ein Ende der stabförmigen Erstreckung durch die zweite Schicht gebildet sein. Ein gegenüberliegendes Ende kann beispielsweise durch die erste Schicht gebildet sein. Durch die geschichtete Ausbildung des ersten und zweiten Dichtungsabschnitts können die jeweils vorteilhaften Eigenschaften des ersten und zweiten Dichtungsabschnitts jeweils an einer vorteilhaften Stelle zur Verfügung gestellt werden und lokal begrenzt sein. Beispielsweise kann die zweite Schicht und/oder das Kontaktmittel unmittelbar am Ventilelement und die erste Schicht am Bauteil angeordnet werden. Insbesondere kann es zum Ausgleich kleiner Topologien der Mantelfläche des Ventilelementes ausreichen, eine geringe Schichtdicke für die zweite Schicht vorzusehen. Durch die größere Schichtdicke der ersten Schicht kann eine hohe Formstabilität und/oder eine hohe Vorspannung der Dichtungsvorrichtung bereitgestellt werden.Furthermore, in a sealing device according to the invention, it is conceivable that the first sealing section forms a first layer on which the second sealing section is arranged in the form of a second layer, in particular wherein the first layer has a greater layer thickness than the second layer. The first and second layers can form an annular composite. In particular, if the sealing device has a rod-shaped cross-section at least in sections, the sealing device can have a rod axis along which the first and second layers are layered on top of one another. One end of the rod-shaped extension can be formed by the second layer. An opposite end can be formed, for example, by the first layer. Due to the layered design of the first and second sealing sections, the advantageous properties of the first and second sealing sections can each be made available at an advantageous location and can be locally limited. For example, the second layer and/or the contact means can be arranged directly on the valve element and the first layer on the component. In particular, to compensate for small topologies of the lateral surface of the valve element, it can be sufficient to provide a small layer thickness for the second layer. The greater layer thickness of the first layer can provide high dimensional stability and/or high preload of the sealing device.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Ventilvorrichtung vorgesehen. Die Ventilvorrichtung weist ein Bauteil und ein relativ zu dem Bauteil bewegbares Ventilelement auf. Ferner umfasst die Ventilvorrichtung eine erfindungsgemäße Dichtungsvorrichtung, die zumindest teilweise oder vollständig in einem Spalt zwischen dem Bauteil und dem Ventilelement angeordnet ist.According to a further aspect of the invention, a valve device is provided. The valve device has a component and a valve element that is movable relative to the component. The valve device also comprises a sealing device according to the invention, which is arranged at least partially or completely in a gap between the component and the valve element.
Somit bringt eine erfindungsgemäße Ventilvorrichtung die gleichen Vorteile mit sich, wie sie bereits ausführlich mit Bezug auf eine erfindungsgemäße Dichtungsvorrichtung beschrieben worden sind. Bei dem Ventilelement kann es sich vorzugsweise um einen Drehschieber handeln. Das Bauteil kann eine Bohrung aufweisen, in welcher die Dichtungsvorrichtung angeordnet ist. Vorzugsweise ist die Dichtungsvorrichtung zwischen dem Bauteil und dem Ventilelement vorgespannt. Dabei können das erste und zweite Dichtungsmaterial komprimiert sein, so dass eine Anpresskraft zwischen der Dichtungsvorrichtung und dem Bauteil und zwischen der Dichtungsvorrichtung und der Ventilvorrichtung wirkt. Insbesondere können der erste und zweite Dichtungsabschnitt durch eine Einklemmung, insbesondere bei welcher die gleiche Klemmkraft auf den ersten und zweiten Dichtungsabschnitt wirkt, zwischen dem Bauteil und dem Ventilelement in Abhängigkeit von ihrer Elastizität unterschiedlich stark komprimiert werden. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Ventilvorrichtung zur Anordnung in einem Fahrzeug ausgebildet ist. Beispielsweise kann die Ventilvorrichtung zur Integration in ein Thermomanagementsystem zum Temperieren einer Fahrzeugbatterie, eines Pulswechselrichters und/oder eines Fahrzeuginnenraums des Fahrzeuges ausgestaltet sein. Dazu kann das Bauteil Teil eines Leitungssystems für das Thermomanagementsystem sein. Insbesondere kann die Ventilvorrichtung zur Integration in eine Hauptwasserpumpe und/oder eine Nachlaufpumpe des Thermomanagementsystems ausgestaltet sein.A valve device according to the invention thus brings with it the same advantages as have already been described in detail with reference to a sealing device according to the invention. The valve element can preferably be a rotary slide valve. The component can have a bore in which the sealing device is arranged. The sealing device is preferably prestressed between the component and the valve element. The first and second sealing materials can be compressed so that a contact force acts between the sealing device and the component and between the sealing device and the valve device. In particular, the first and second sealing sections can be compressed to different degrees between the component and the valve element depending on their elasticity by clamping, in particular in which the same clamping force acts on the first and second sealing sections. Furthermore, it can be provided that the valve device is designed for arrangement in a vehicle. For example, the valve device can be designed for integration into a thermal management system for controlling the temperature of a vehicle battery, a pulse inverter and/or a vehicle interior of the vehicle. For this purpose, the component can be part of a line system for the thermal management system. In particular, the valve device can be designed for integration into a main water pump and/or a follow-up pump of the thermal management system.
Weiterhin ist es bei einer erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung denkbar, dass das Ventilelement eine zylinderförmige oder kugelförmige Mantelfläche aufweist, welche die Dichtungsvorrichtung kontaktiert. Beispielsweise kann die Mantelfläche bei einem Drehschieber zylinder- oder kugelförmig sein. Insbesondere kann eine Ventilstellung des Drehschiebers durch eine Rotation der Mantelfläche zu dem Bauteil und/oder der Dichtungsvorrichtung verändert werden. Unter der Mantelfläche des Ventilelementes kann insbesondere eine äußere Oberfläche verstanden werden. Bei der relativen Bewegung des Ventilelementes zu dem Bauteil kann die Mantelfläche relativ zur Dichtungsvorrichtung bewegbar sein. Dabei kontaktiert die Mantelfläche die Dichtungsvorrichtung vorzugsweise permanent. Durch das zweite Dichtungsmaterial können Fertigungs-, Lagerungs- und/oder Bewegungstoleranzen des Ventilelementes ausgeglichen werden. Dabei dient das erste Dichtungsmaterial insbesondere dazu, die Formstabilität bei während der Rotation auftretenden Scherkräften aufrecht zu erhalten.Furthermore, in a valve device according to the invention, it is conceivable that the valve element has a cylindrical or spherical outer surface which contacts the sealing device. For example, the outer surface of a rotary slide valve can be cylindrical or spherical. In particular, a valve position of the rotary slide valve can be changed by rotating the outer surface relative to the component and/or the sealing device. The outer surface of the valve element can be understood to mean, in particular, an outer surface. During the relative movement of the valve element to the component, the outer surface can be movable relative to the sealing device. The outer surface preferably contacts the sealing device permanently. The second sealing material can compensate for manufacturing, storage and/or movement tolerances of the valve element. The first sealing material serves, in particular, to To maintain dimensional stability under shear forces occurring during rotation.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen schematisch:
-
1 einen Querschnitt eines Teils einer erfindungsgemäßen Dichtungsvorrichtung, -
2 eine erfindungsgemäße Ventilvorrichtung mit der Dichtungsvorrichtung in einer geschnittenen Ansicht, und -
3 einen Querschnitt eines Teils einer erfindungsgemäßen Dichtungsvorrichtung mit einer formschlüssigen Befestigung einer ersten und einer zweiten Schicht.
-
1 a cross-section of a part of a sealing device according to the invention, -
2 a valve device according to the invention with the sealing device in a sectional view, and -
3 a cross-section of a part of a sealing device according to the invention with a positive fastening of a first and a second layer.
In der nachfolgenden Beschreibung zu einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung werden für die gleichen technischen Merkmale auch in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen die identischen Bezugszeichen verwendet.In the following description of some embodiments of the invention, the same reference numerals are used for the same technical features even in different embodiments.
Wie in
Zur Anordnung an dem Bauteil 21 weist der erste Dichtungsabschnitt 11 ein erstes Dichtungsmaterial in Form eines Elastomers zum Definieren einer Dichtungsform zwischen dem Bauteil 21 und dem Ventilelement 22 auf. Durch das Elastomer kann, insbesondere unter der Vorspannung der Dichtungsvorrichtung 10, eine Dichtwirkung zwischen der Dichtungsvorrichtung 10 und dem Bauteil 21 erzielt werden. Zur Lagerung der Dichtungsvorrichtung 10 am Bauteil 21 kann ferner ein zumindest ein, insbesondere hülsenartiges, Stabilisierungselement 14 vorgesehen sein, welches am ersten Dichtungsabschnitt 11 und/oder am zweiten Dichtungsabschnitt 12 angeordnet ist. Das Stabilisierungselement 14 kann den ersten Dichtungsabschnitt 11 und/oder den zweiten Dichtungsabschnitt 12 insbesondere gegenüber dem Bauteil 21 abstützen, um die Formstabilität weiter zu erhöhen. Durch das Stabilisierungselement 14 kann somit insbesondere eine seitliche und/oder radiale Stützwirkung erzielt werden, insbesondere wenn eine seitliche Abstützung durch das Bauteil 21 zumindest abschnittsweise oder vollständig nicht vorgesehen ist.For arrangement on the
Der zweite Dichtungsabschnitt 12 weist ferner ein zweites Dichtungsmaterial in Form eines mikroporigen Schaumstoffs zur Anpassung an das Ventilelement 22 auf. Der mikroporige Schaumstoff umfasst insbesondere einen Zellkautschuk, vorzugsweise in Form eines geschäumten EPDM.The
Durch die Kombination des Elastomers des ersten Dichtungsabschnittes 11 mit dem mikroporigen Schaumstoff kann zum einen eine hohe Formstabilität zur Anordnung an dem Bauteil 21 und gleichzeitig eine vorteilhafte Anpassung an die Mantelfläche 22.1 des Ventilelementes 22 ausgenutzt werden. Zum Definieren der Dichtungsform kann das Elastomer dabei eine hohe Formstabilität aufweisen, um auch bei der Relativbewegung des Ventilelementes 22 eine Deformation der Dichtungsvorrichtung 10 zumindest teilweise oder vollständig zu verhindern. Dazu kann eine Schichtdicke 31.1 der ersten Schicht 31 größer sein, als eine Schichtdicke 32.1 der zweiten Schicht 32. Durch die unterschiedlichen Schichtdicken 31.1, 32.1 kann die Formstabilität und/oder die Anpresskraft der Dichtungsvorrichtung 10 gesteuert werden. Durch den zweiten Dichtungsabschnitt 12 kann die Elastizität der Dichtungsvorrichtung 10 im Bereich des Ventilelementes 22 lokal erhöht werden. Dadurch können Oberflächenfehler der Mantelfläche 22.1 sowie Lagerungs- und Bewegungstoleranzen des Ventilelementes 22 kompensiert werden.By combining the elastomer of the
Wie aus den
Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, insbesondere im Rahmen des durch die Patentansprüche definierten Schutzumfangs frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.The above explanation of the embodiments describes the present invention exclusively in the context of examples. Of course, individual features of the embodiments can be freely combined with one another, provided they are technically reasonable, in particular within the scope of protection defined by the patent claims, without departing from the scope of the present invention.
Bezugszeichenlistelist of reference symbols
- 1010
- Dichtungsvorrichtungsealing device
- 1111
- erste Dichtungsabschnittfirst sealing section
- 1212
- zweite Dichtungsabschnittsecond sealing section
- 12.112.1
- Oberflächesurface
- 1313
- Kontaktbereichcontact area
- 13.113.1
- Kontaktmittelcontact agent
- 1414
- Stabilisierungselement stabilizing element
- 2020
- Ventilvorrichtungvalve device
- 2121
- Bauteilcomponent
- 2222
- Ventilelementvalve element
- 22.122.1
- Mantelflächelateral surface
- 2323
- Spaltgap
- 2424
- Leitungsabschnitt line section
- 3131
- erste Schichtfirst layer
- 31.131.1
- Schichtdicke von 31layer thickness of 31
- 3232
- zweite Schichtsecond layer
- 32.132.1
- Schichtdicke von 32layer thickness of 32
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102016220542 A1 [0003]DE 102016220542 A1 [0003]
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