AT525826A1

AT525826A1 - Mischventil zur Konditionierung eines Fluids

Info

Publication number: AT525826A1
Application number: ATA50081/2022A
Authority: AT
Inventors: Rath Dipl -Ing Wolfgang (Fh); Burazer Vedran
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2022-02-10
Filing date: 2022-02-10
Publication date: 2023-08-15
Also published as: AT525826B1

Abstract

Bei Mischventilen zur Konditionierung eines Fluids mit einer Mischkammer (14), die radial durch eine Begrenzungswand (12) begrenzt ist, sind in der Begrenzungswand (12) mehrere Öffnungen (28, 30) ausgebildet, die in Umfangsrichtung um einen definierten Winkel zueinander versetzt angeordnet sind und jeweils zu Einlassanschlüssen (36, 38) führen, in denen Regelkörper (44, 46) angeordnet sind, über die Durchströmungsquerschnitte der Einlassanschlüsse (36, 38) in die Mischkammer (14) regelbar sind und die über ein Federelement (84, 86) in eine den Durchströmungsquerschnitt verschließende Richtung belastet sind. Des Weiteren ist ein Auslassanschluss (42) mit der Mischkammer (14) fluidisch verbunden, und ein Exzenter (92) ist in der Mischkammer (14) mittels eines Aktors (22) drehbar, und gegen die Regelkörper (44, 46) verschiebbar. Der Exzenter (92) liegt über einen Winkelbereich, der 84% bis 99% des definierten Winkels entspricht, unter Belastung der Federelemente (84, 86) gegen die Regelkörper (44, 46) an und weist in einer Neutralstellung, in der der erste Regelkörper (44) maximal entgegen der Kraft des ersten Federelementes (84) verschoben ist, zum zweiten Regelkörper (46) einen Abstand auf.

Description

Mischventil zur Konditionierung eines Fluids

Die Erfindung betrifft ein Mischventil zur Konditionierung eines Fluids mit einem Gehäuse, in dem eine Mischkammer ausgebildet ist, die eine radiale Begrenzungswand aufweist, in der zumindest eine erste Öffnung und eine zweite Öffnung ausgebildet sind, die um einen definierten Winkel zueinander versetzt an der Begrenzungswand angeordnet sind, zumindest ein erster Einlassanschluss und ein zweiter Einlassanschluss, die über die Öffnungen in die Mischkammer münden, wobei im ersten Einlassanschluss ein erster Regelkörper angeordnet ist, über den ein Durchströmungsquerschnitt des ersten Einlassanschlusses in die Mischkammer regelbar ist, und der über ein erstes Federelement in eine den Durchströmungsquerschnitt verschließende Richtung belastet ist, und wobei im zweiten Einlassanschluss ein zweiter Regelkörper angeordnet ist, über den ein Durchströmungsquerschnitt des zweiten Einlassanschlusses in die Mischkammer regelbar ist, und der über ein zweites Federelement in eine den Durchströmungsquerschnitt verschließende Richtung belastet ist, einem Auslassanschluss, der mit der Mischkammer fluidisch verbunden ist, und einem Exzenter, der in der Mischkammer drehbar ist,

und der gegen den ersten und den zweiten Regelkörper verschiebbar ist.

Derartige Mischventile können zur Temperaturregelung genutzt werden, wie beispielsweise zur Regelung der Wassertemperatur oder auch Benzinoder Öltemperatur in Fahrzeugen. Entsprechend können solche Ventile in Konditioniereinheiten von Massenstrommesssystemen verwendet werden, bei denen zur exakten Messung eine genaue Temperaturregelung erforderlich ist. Dabei kann beispielsweise ein von einem Verbraucher zurückgeführtes Medium mit einem neu hinzugeführten kälteren oder wärmeren Medium gemischt werden, um eine Solltemperatur einzustellen. Des Weiteren können solche Ventile zum Mischen verschiedener Stoffe, wie beispielsweise Wasser und Glykol mit verschiedenen physikalischen

Eigenschaften dienen, die auf diese Weise in unterschiedlichen Mischungsverhältnissen vorliegen. Bei Ventilen mit mehr als zwei Einlässen kann auch ein Fluid mit einem ersten oder einem zweiten Fluid gemischt werden und das Mischungsverhältnis der Mischungen eingestellt werden. Je nach Anwendung weist ein solches Ventil somit neben dem

zumindest einen Auslass zwei oder mehr Einlässe auf.

So wird in der GB 1,144,047 ein Wassermischventil vorgeschlagen, welches eine Mischkammer aufweist, in die ein erster Einlassanschluss zur Zuführung von warmem Wasser und ein zweiter Einlassanschluss zur Zuführung von kaltem Wasser münden und von der ein Auslassanschluss zur Abführung des gemischten Wassers mit einer vorgegebenen Temperatur abzweigt. Die drei Anschlüsse sind an einer zylindrischen Begrenzungswand der Mischkammer ausgebildet. In den beiden Einlassanschlüssen ist jeweils ein Ventilglied angeordnet, welche über einen Exzenter, der in der Mischkammer drehbar ist, von einem Ventilsitz abgehoben werden können. Je nach Drehstellung des Exzenters werden die Ventilglieder dabei unterschiedlich weit vom Ventilsitz abgehoben, wodurch unterschiedliche Durchströmungsquerschnitte in den Einlässen freigegeben werden, wodurch in der Mischkammer verschiedene Temperaturen eingestellt werden können, mit denen das Wasser die

Mischkammer verlässt.

Problematisch bei diesem Ventil ist es, dass eine zuverlässige vollständige Absperrung eines Einlasskanals nur mit einem extrem hohen Aufwand bezüglich der Fertigung und Montage erreichbar ist, da die Gefahr besteht, dass der Exzenter bei nicht ausreichender Genauigkeit auch das Ventilglied noch belastet, welches eigentlich in der vollständig geschlossenen Stellung sein sollte. Somit kann bei vollständiger Öffnung des ersten Einlassanschlusses am zweiten Einlassanschluss ein

Leckagestrom vorliegen, der jedoch vor allem bei einzustellenden

Mischungsverhältnissen nicht erwünscht ist. Des Weiteren entsteht an diesem Mischventil ein höherer Verschleiß durch die Reibung des Exzenters an den Schließkörpern. Auch die benötigten Stellkräfte sind größer als erforderlich.

Es stellt sich daher die Aufgabe, ein Ventil zu schaffen, welches in der maximal in die Mischkammer eingefahrenen Position eine hohe Dichtigkeit aufweist, so dass unerwünschte Leckageströme vermieden werden können und exakte Mischungsverhältnisse einstellbar sind. Des Weiteren sollte das Ventil robust sein, so dass der Verschleiß zu minimieren ist. Des Weiteren ist es wünschenswert, möglichst kleine Aktoren zur Verstellung

zu benötigen, indem die Stellkräfte reduziert werden.

Diese Aufgabe wird durch ein Mischventil zur Konditionierung eines Fluids mit den Merkmalen des Hauptanspruchs 1 gelöst.

Das erfindungsgemäße Mischventil zur Konditionierung eines Fluids weist ein Gehäuse auf, in dem eine Mischkammer ausgebildet ist. Diese Mischkammer weist eine radiale, insbesondere zylindrische Begrenzungswand auf, in der zumindest eine erste Öffnung und eine zweite Öffnung ausgebildet sind, die um einen definierten Winkel zueinander versetzt an der Begrenzungswand angeordnet sind. Somit bildet das Gehäuse einen Hohlkörper, insbesondere Hohlzylinder aus, in dessen radialer Außenwand zwei in Umfangsrichtung zueinander versetzte Öffnungen ausgebildet sind. Von jeder der mindestens zwei Öffnungen erstreckt sich ein Einlassanschluss, so dass die Einlassanschlüsse über die Öffnungen fluidisch mit der Mischkammer verbunden sind. Des Weiteren ist in jedem Einlassanschluss ein Regelkörper angeordnet, über den ein Durchströmungsquerschnitt des jeweiligen Einlassanschlusses in die Mischkammer geregelt wird. Die Regelkörper sind jeweils über ein Federelement in eine den Durchströmungsquerschnitt verschließende

Richtung belastet. Des Weiteren ist an einer Begrenzungswand des Mischventils eine weitere Öffnung zu einem Auslassanschluss ausgebildet, der mit der Mischkammer fluidisch verbunden ist. Dieser kann an einer axialen Begrenzungswand der Mischkammer ausgebildet sein. Es ist jedoch auch möglich, diese Öffnung ebenfalls an der radialen Begrenzungswand, insbesondere axial versetzt zu den Einlassanschlüssen anzuordnen. Zur Betätigung der Regelkörper ist in der Mischkammer ein über einen Aktor drehbarer Exzenter angeordnet. Der Exzenter kann entweder fest exzentrisch zur Welle mit dieser gedreht werden oder über einen exzentrischen Stift gelagert entlang der Begrenzungswand abgerollt werden. Der Aktor kann insbesondere ein elektrischer Aktor, der einen

Elektromotor aufweist, sein.

Durch Drehung des Exzenters wird dieser gegen den ersten beziehungsweise den zweiten Regelkörper verschoben. Dabei sind Stellungen möglich, in denen nur der erste oder nur der zweite Regelkörper verschoben werden und beide Regelkörper aus ihren Ventilsitzen verschoben werden. Erfindungsgemäß liegt der Exzenter über einen Winkelbereich, der 84% bis 99% des definierten Winkels entspricht um den die erste Öffnung in Umfangsrichtung zur zweiten Öffnung versetzt in der Begrenzungswand ausgebildet ist, unter Belastung des ersten Federelementes und des zweiten Federelementes gegen den ersten Regelkörper und gleichzeitig gegen den zweiten Regelkörper an, während der Exzenter in einer Position, in der der erste Regelkörper maximal entgegen der Kraft des ersten Federelementes verschoben ist, zum

zweiten Regelkörper einen Abstand aufweist.

Durch diesen Abstand wird der zweite Regelkörper auf jeden Fall vollständig durch das Federelement in seinen Ventilsitz gedrückt, ohne dass hochgenaue Fertigungen erforderlich wären. So werden Leckagen am zweiten Einlassanschluss bei vollständiger Öffnung des ersten

Einlassanschlusses zuverlässig vermieden, da eine hohe Dichtigkeit erreicht wird. Auf diese Weise können sehr exakte Mischungsverhältnisse eingestellt werden und vollständig reine Ströme eines bestimmten Fluids zur Verfügung gestellt werden. Des Weiteren kann das Mischventil aus robusten Einzelteilen aufgebaut werden.

Vorzugsweise ist an der radialen Begrenzungswand eine dritte Öffnung ausgebildet, an der ein dritter Einlassanschluss mündet, in dem ein dritter Regelkörper angeordnet ist, über den ein Durchströmungsquerschnitt des dritten Einlassanschlusses in die Mischkammer regelbar ist, und der über ein drittes Federelement in eine den Durchströmungsquerschnitt verschließende Richtung belastet ist und gegen den der Exzenter verschiebbar ist. Entsprechend ist es möglich, verschiedene Mischungen vorzunehmen, da jeder Anschluss sowohl einzeln geöffnet als auch jeweils gleichzeitig mit einem der anderen Anschlüsse geöffnet werden kann. So lassen sich bis zu drei verschiedene Zwei-Stoff-Mischungen herstellen. Alternativ kann ein Hauptstrom mit einem kälteren oder einem wärmeren Strom gemischt werden, um unterschiedliche Temperaturen in der

Mischkammer und am Auslass zu erzeugen.

Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn eine vierte Öffnung, von der aus sich der Auslassanschluss aus der Mischkammer erstreckt, außerhalb einer Querschnittsebene, die senkrecht zur Mittelachse der Mischkammer durch die mindestens zwei Einlassanschlüsse verläuft, ausgebildet ist. Hierdurch können die Einlassanschlüsse in einem größeren Drehwinkelabstand zueinander angeordnet werden, wodurch die Mischungsverhältnisse genauer eingestellt werden können. Der Auslass kann dabei sowohl in einer die Mischkammer axial begrenzenden Wand angeordnet werden oder einfach axial versetzt zu den Einlassanschlüssen

an der radialen Begrenzungswand ausgebildet werden.

Besonders vorteilhaft ist es, die drei Öffnungen der Einlassanschlüsse um einen Winkel von jeweils 120° versetzt zueinander an der Begrenzungswand anzuordnen, da hierdurch ein maximaler Abstand zwischen den Einlassanschlüssen vorliegt, so dass eine besonders genaue

Regelung möglich ist.

In einer besonders bevorzugten Ausführung ist in einer Neutralstellung der erste Einlassanschluss maximal geöffnet und der Exzenter aus der Neutralstellung in die eine Richtung um einen Drehwinkel verdrehbar, der dem Winkelversatz zwischen der ersten Öffnung und der zweiten Öffnung entspricht und in die andere Richtung um einen Drehwinkel verdrehbar, der dem Winkelversatz zwischen der ersten Öffnung und der dritten Öffnung entspricht. So wird je nach Drehrichtung aus der Neutralstellung das dort anliegende Medium entweder mit dem Medium des zweiten Anschlusses oder dem Medium des dritten Anschlusses gemischt. Dies ist insbesondere bei der Temperaturreglung in einer Konditioniereinheit sinnvoll, bei der auf dem ersten Einlassanschluss das vom Verbraucher zurückgeführte Medium liegt und diesem über die beiden anderen

Anschlüsse entweder warmes oder kaltes Medium zugeführt wird.

Vorzugsweise weisen die Regelkörper eine zum Exzenter gerichtete konvexe Außenfläche auf, gegen die der Exzenter verschiebbar ist. Eine solche Oberfläche hat den Vorteil, dass eine geringe Kontaktfläche vorliegt und eine beinahe senkrechte Auflage erzeugbar ist, wodurch der Verschleiß durch geringe Scherbewegung der beiden Auflageflächen zueinander verringert wird und die benötigten Stellkräfte durch die im Wesentlichen senkrecht eingeleitete Kraft reduziert werden.

Des Weiteren ist eine Welle, auf der der Exzenter angeordnet ist, über ein

Gleitlager im Gehäuse gelagert, so dass eine weitgehend reibungsfreie Lagerung des Exzenters erfolgt.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Exzenter eine kreisförmige Außenfläche auf, mit der der Exzenter mit den Regelkörpern kontaktierbar ist. Ein derartiger Exzenter ist einfach herstellbar und

bewirkt ein gleichmäßiges Öffnen beziehungsweise Schließen der Einlässe.

In einer hierzu alternativen Ausführungsform weist der Exzenter eine kreisförmige Außenfläche mit einer Abflachung auf, die in der Neutralstellung des Exzenters so weit von der zweiten Öffnung zur ersten Öffnung versetzt ist, dass bei Drehung aus der Neutralstellung der erste Kontakt zwischen dem Exzenter und dem zweiten Regelkörper an der Abflachung erfolgt. Dies führt dazu, dass im Öffnungsbereich des zweiten oder dritten Einlassanschlusses eine flachere Kennlinie erzeugt wird, also eine geringere Änderung des dort eintretenden Volumenstroms pro gedrehtem Winkelgrad im Vergleich zur kreisförmigen Ausbildung. Dies ist vor allem wichtig, da im Öffnungsbereich bei kleinen Hüben häufig relativ große Volumenstromänderungen erfolgen, was eine genaue Regelung in diesem Bereich schwierig macht. Entsprechend ermöglicht eine solche Ausbildung eine bessere Regelbarkeit der Mischungsverhältnisse.

Entsprechende Vorteile werden erzielt, wenn an der kreisförmigen Außenfläche in einem Drehwinkelbereich, der bei Drehung des Exzenters aus der Neutralstellung unmittelbar nach der Anlage des zweiten Regelkörpers am Exzenter durchfahren wird, der Abstand zum Mittelpunkt des Exzenters abnimmt. Es muss sich hierbei also nicht um eine Abflachung handeln, sondern es können beliebige Konturen verwirklicht

werden, so dass auch beliebige Kennlinien erzielt werden können

Vorzugsweise bildet die konvexe Außenfläche des Regelkörpers einen ersten axialen Abschnitt des Regelkörpers, der zur Mischkammer gerichtet ist oder zumindest teilweise in die Mischkammer ragt und an den sich ein

zweiter axialer Abschnitt mit einer kegelstumpfförmigen Außenfläche

anschließt, die mit einer korrespondierend hohlkegelstumpfförmig geformten Ventilsitzfläche zusammenwirkt, die im Einlassanschluss angeordnet ist. Die konisch geformten Abschnitte der Regelkörper, die mit den korrespondierend geformten Ventilsitzflächen in den Einlassanschlüssen zusammenwirken, erzeugen eine sehr gute Dichtwirkung bei Auflage der Regelkörper auf den Ventilsitzflächen, in die sie durch die Federelemente gepresst werden, da sich der Regelkörper im Dichtsitz automatisch ausrichten kann und eine lange Dichtfläche mit einem entsprechend hohen Strömungswiderstand besteht. Hierfür müssen keine zusätzlichen Dichtungen verwendet werden, welche durch die Bewegungen einem erhöhten Verschleiß unterliegen. Somit wird die gute

Dichtwirkung auch über einen langen Zeitraum aufrechterhalten.

In einer weiterführenden Ausführungsform schließt sich an den zweiten axialen Abschnitt des Regelkörpers ein dritter axialer Abschnitt an, der eine zylindrische Außenfläche aufweist, die in einer korrespondierend hohlzylindrischen Gleitfläche geführt ist, die sich an die hohlkegelstumpfförmige Ventilsitzfläche anschließt. So wird der Regelkörper über den gesamten Hub reibungsarm geführt. Ein Kippen oder Verkanten des Regelkörpers wird so zuverlässig ausgeschlossen.

Vorzugsweise ist der Regelkörper als Hohlkörper ausgebildet, wobei an der kegelstumpfförmigen Außenfläche und der zylindrischen Außenfläche Durchströmungsöffnungen ausgebildet sind. Der Regelkörper ist an seinem ersten axialen Ende durch die konvexe Außenfläche geschlossen und an seinem gegenüberliegenden axialen Ende offen ausgebildet. Dies ermöglicht es, eine weiterführende Leitung beliebig zum Einlassanschluss auszurichten, so dass das Mischventil einfach an sich verändernde

Anschlusssituationen angepasst werden kann.

Auch ist es vorteilhaft, wenn das Federelement im Innern des Hohlkörpers des Regelkörpers angeordnet ist und gegen eine Auflagefläche anliegt, die an der zur konvexen Außenfläche axial entgegengesetzten Seite des ersten Abschnitts des Regelkörpers vorgespannt anliegt. Ein Kippen des Federelementes kann so ausgeschlossen werden. Des Weiteren nimmt

das Federelement keinen zusätzlichen Bauraum ein.

In einer alternativen Ausführungsform sind die Regelkörper kugelförmig ausgebildet. Dies verringert die Komplexität des Mischventils und vereinfacht so die Herstellung und Montage.

Es wird somit ein Mischventil zur Konditionierung eines Fluids geschaffen, welches eine hohe Dichtigkeit im geschlossenen Zustand des jeweiligen Einlassanschlusses aufweist und sehr robust ist, da Verschleiß und Reibung minimiert werden. Des Weiteren wird lediglich ein kleiner Aktor

mit geringen Stellkräften benötigt. Ein nicht einschränkendes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Mischventils mit drei Einlassanschlüssen zur Konditionierung eines Fluids

ist in den Figuren dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.

Die Figur 1 zeigt eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Mischventil in

der Neutralstellung in geschnittener Darstellung.

Die Figur 2 zeigt eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Mischventils

aus Figur 1 in geschnittener Darstellung.

Die Figur 3 zeigt eine Draufsicht auf den Exzenter des erfindungsgemäßen

Mischventils aus Figur 1.

Die Figur 4 zeigt eine alternative Ausführung eines Exzenters des erfindungsgemäßen Mischventils in perspektivischer Darstellung.

Das erfindungsgemäße Mischventil 1 besteht aus einem Gehäuse 10, welches eine radiale, im vorliegenden Ausführungsbeispiel im Wesentlichen zylindrische umfängliche Begrenzungswand 12 aufweist, welche eine Mischkammer 14 radial begrenzt. Axial wird die Mischkammer 14 durch eine Rückwand 16 begrenzt, die am Gehäuse festgeschraubt ist und an der ein Loch 18 ausgebildet ist, durch das eine Welle 20 in die Mischkammer 14 ragt, welche Teil eines Aktors 22 ist, welcher zum Antrieb einen Elektromotor 24 aufweist. Die Welle 20 wird über ein Gleitlager 21 im Loch 18 gelagert. Die Frontseite der Mischkammer 14 wird durch einen Deckel 26 verschlossen, der ebenfalls an das Gehäuse 10 angeschraubt ist.

In der radialen Begrenzungswand 12 sind insgesamt vier Öffnungen 28, 30, 32, 34 ausgebildet, wovon drei Öffnungen 28, 30, 32 eine fluidische Verbindung zu drei Einlassanschlüssen 36, 38, 40 bilden, welche in einer gemeinsamen Schnittebene angeordnet sind, die in Figur 1 dargestellt ist und die um einen definierten Winkel von jeweils 120° zueinander versetzt angeordnet sind. Die vierte Öffnung 34 ist in Figur 2 zu erkennen und ist axial versetzt zum Deckel 26 an der Begrenzungswand angeordnet und

bildet die fluidische Verbindung zu einem Auslassanschluss 42.

In jedem der Einlassanschlüsse 36, 38, 40 ist ein Regelkörper 44, 46, 48 angeordnet, der mit einem im jeweiligen Einlassanschluss 36, 38, 40 ausgebildeten Ventilsitz 50, 52, 54 zusammenwirkt. Die Ventilsitze 50, 52, 54 weisen jeweils eine zur Mischkammer 14 gerichtete hohlkegelstumpfförmige Ventilsitzfläche 56, 58, 60 auf, an deren Ende sich an der zur Mischkammer 14 abgewandten Seite eine hohlzylindrische Gleitfläche 62, 64, 66 anschließt. Die Ventilsitzflächen 56, 58, 60 sind so

ausgerichtet, dass sich der Durchströmungsquerschnitt des jeweiligen Einlassanschlusses 36, 38, 40 zur Mischkammer 14 verjüngt.

Mit jeder Ventilsitzfläche 56, 58, 60 wirkt einer der Regelkörper 44, 46, 48 zusammen. Die Regelkörper 44, 46, 48 sind als Hohlkörper ausgeführt und weisen einen ersten zur Mischkammer 14 gerichteten Abschnitt 68, mit einer zur Mischkammer gerichteten konvexen Außenfläche 70 auf, an die sich ein zweiter Abschnitt 72 mit einer kegelstumpfförmigen Außenfläche 74 anschließt, welche zur Ventilsitzfläche 56, 58, 60 korrespondiert und mit der der Regelkörper 44, 46, 48 zum Verschluss des Einlassanschlusses 36, 38, 40 gegen die zugehörige Ventilsitzfläche 56, 58, 60 anliegt. Ein sich an den zweiten Abschnitt 72 anschließender dritter Abschnitt 76 weist eine zylindrische Außenfläche 78 auf, über die der Regelkörper 44, 46, 48 in der Gleitfläche 62, 64, 66 geführt wird. Im zweiten und dritten Abschnitt 72, 76 weisen die Regelkörper 44, 46, 48 Durchströmungsöffnungen 80 auf, über die das Äußere mit dem Inneren der Regelkörper 44, 46, 48 verbunden ist.

Die von der konvexen Außenfläche 70 abgewandte Seite des ersten Abschnitts 68 ist als flache Auflagefläche 82 ausgebildet, auf der jeweils ein Federelement 84, 86, 88 aufliegt, über welches jeder der Regelkörper 44, 46, 48 auf die zugehörige Ventilsitzfläche 56, 58, 60 gedrückt wird. Die entgegengesetzte Seite jedes Federelementes 84, 86, 88 liegt gegen eine Platte 90 an, über die die Einlassanschlüsse 36, 38, 40 axial verschlossen werden. Die Regelkörper 44, 46, 48 sind entsprechend an ihrem ersten axialen Ende durch die konvexe Außenfläche 70 geschlossen und am entgegengesetzten axialen Ende offen ausgebildet. Das Medium strömt über seitliche Einlassöffnungen 91 in die Einlassanschlüsse 36, 38, 40 ein, die mit weiterführenden, nicht dargestellten Leitungen verbunden sind.

Zum Verschieben der Regelkörper 44, 46, 48 entgegen der Federkraft und aus den Ventilsitzflächen zur Öffnung der Einlassanschlüsse 36, 38, 40 dient ein Exzenter 92, der über den Aktor 22 drehbar in der Mischkammer 14 und in der Querschnittsebene der drei

Einlassanschlüsse 36, 38, 40 angeordnet ist, so dass der im Wesentlichen kreisförmige Exzenter 92 auf die konvexen Außenflächen 70 der Regelkörper 44, 46, 48 wirkt.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen fest auf der Welle 20 angeordneten Exzenter 92, von dem zwei verschiedene Versionen in den Figuren 3 und 4 dargestellt sind. Der Exzenter 92 weist eine lange Achse 94 auf, deren Ende den Punkt des Exzenters 92 bildet, der am weitesten von der Drehachse 96 entfernt angeordnet ist. In der ersten Version weist der Exzenter 92 eine ringförmige Außenfläche 98 auf, während der Exzenter gemäß Figur 4 beidseits in den Drehwinkelbereichen die zum Ende einer langen Achse 94 des

Exzenters 92 etwa um 94° bis 118° versetzt zur langen Achse 94 angeordnet sind, eine Abflachung 100 aufweisen. Entsprechend ist der Abstand der Außenfläche 98 des Exzenters 92 zur Drehachse in diesen

Bereichen im Vergleich zu einer Kreisform verringert.

In der Figur 1 ist eine Neutralstellung des Exzenters 92 gezeigt. In dieser Stellung ist der erste Regelkörper 44 maximal aus seiner Ruhestellung verschoben, da der Exzenter 92 mit der Außenfläche 98 am Ende seiner langen Achse 94 gegen den Regelkörper 44 anliegt, dessen konvexe Außenfläche 70 durch den Exzenter 92 aus der Mischkammer 14 gedrückt wird. Zu den beiden anderen Regelkörpern 46, 48 weist der Exzenter 92 in dieser Position erfindungsgemäß einen geringen Abstand auf, so dass diese beiden Regelkörper 46, 48 vollständig die Einlassanschlüsse 38, 40 verschließen, da sie durch die Federelemente 86, 88 auf die Ventilsitzflächen 58, 60 gedrückt werden. Dieser Abstand wird erst nach

Durchfahren eines Winkels von etwa 2° aufgehoben, so dass dann die Außenfläche 98 des Exzenters 92 den zweiten Regelkörper 46 berührt.

Entsprechend strömt in dieser Position beispielsweise von einem Verbraucher zurückgeführtes Medium in die Mischkammer 14 und verlässt diese über den Auslassanschluss 42, in dem ein statischer Mischer 99 in Form einer Doppel-Helix angeordnet ist, durch den die zum Auslassanschluss 42 geförderten Fluide vollständig gemischt werden. Am zweiten Einlassanschluss 38 liegt beispielsweise gekühltes Medium an und

am dritten Einlassanschluss 40 erwärmtes Medium an.

Liegt nun die Solltemperatur des Mediums unterhalb der Temperatur des Mediums am ersten Einlassanschluss 36, wird der Exzenter 92 in Richtung zum zweiten Einlassanschluss 38 gedreht. Nach etwa 2° Drehung gelangt der Exzenter 92 mit der konvexen Außenfläche 70 des zweiten Regelkörpers 46 in Kontakt und hebt diesen von der zugehörigen Ventilsitzfläche 58 ab. Im gleichen Maß wie dieser zweite Regelkörper 46 von der zweiten Ventilsitzfläche 58 entgegen der Kraft des zweiten Federelementes 86 abgehoben wird, entfernt sich auch die lange

Achse 94 von dem ersten Regelkörper 44, wodurch dieser durch die Kraft des ersten Federelementes 84 in Richtung der ersten Ventilsitzfläche 56 bewegt wird. Der Abstand der Außenfläche 98 des Exzenters 92 zum dritten Regelkörper 48 wird vergrößert, so dass dieser in seiner den dritten Einlassanschluss 40 verschließenden Position verbleibt. Je weiter diese Drehung erfolgt, umso mehr kaltes Medium mischt sich entsprechend mit dem immer weniger werdenden zurückgeführten Medium, so dass die Temperatur des Mischstroms verringert wird. Bei Drehung um 120° aus der Neutralstellung ist schließlich der erste Einlassanschluss 36 vollständig verschlossen, während der zweite Einlassanschluss 38 vollständig geöffnet ist. Dadurch wird nur noch kaltes Medium zugeführt.

Ist ein wärmerer Medienstrom gewünscht, so wird der Exzenter 92 aus der Neutralstellung in gleicher Weise in die entgegengesetzte Richtung, also in Richtung des dritten Einlassanschlusses 40 gedreht und somit der dritte Regelkörper 48 von der dritten Ventilsitzfläche 60 abgehoben, bis

die Solltemperatur erreicht ist.

Bei Verwendung des Exzenters 92 gemäß der Figur 4 erfolgt bei der Drehung der Eingriff des Exzenters 92 am zweiten Regelkörper 46 beziehungsweise dritten Regelkörper 48 etwa am Übergang zwischen der kreisförmigen Außenfläche und der Abflachung 100. Dies führt dazu, dass bei Durchfahren des ersten Drehwinkelbereiches, in dem der jeweilige Regelkörper 46, 48 abgehoben wird, diese Abhebung geringer ist, als wenn die Außenfläche 98 des Exzenters 92 vollständig kreisförmig wäre, denn der Abstand der Drehachse zum Auflagepunkt des Exzenters 92 am Regelkörper 46, 48 wächst weniger schnell. Dies hat den Vorteil, dass bei geringen Öffnungswinkeln eine genauere Mengenregelung möglich wird, da im ersten Öffnungsbereich eines Hubventils die größten prozentualen Volumenstromänderungen folgen. Entsprechend kann im ersten Öffnungsbereich eine geringere Volumenstromänderung pro durchfahrenem Winkelgrad erreicht werden.

Das beschriebene Ausführungsbeispiel zeichnet sich durch einen geringen Verschleiß und eine sehr gute Regelbarkeit aus. Des Weiteren kann ein solches Mischventil 1 kostengünstig aus robusten Teilen gefertigt werden, da keine genauen Toleranzen einzuhalten sind. Auf verschleißende Dichtungen kann verzichtet werden und dennoch wird eine beinahe vollständige Leckagefreiheit erreicht, was zu einer sehr guten

Regelbarkeit der Mischungsverhältnisse führt.

Es sollte deutlich sein, dass im Vergleich zu den Ausführungsbeispielen verschiedene Modifikationen möglich sind. So können als Regelkörper auch Kugelkörper verwendet werden, welche federbelastet gegen die Öffnungen anliegen. Auch können lediglich zwei oder mehr als drei Einlassanschlüsse verwendet werden. So sind zwei Anschlüsse sinnvoll, wenn lediglich ein kaltes und ein heißes Medium gemischt werden sollen. Mehr als drei Anschlüsse können sinnvoll sein, wenn mehr als drei verschiedene Stoffe als Zweistoffgemische zur Verfügung gestellt werden sollen können. Auch kann der Exzenter als auf der Innenfläche der Begrenzungswand abrollender gelagerter Exzenter ausgeführt werden,

wodurch der Verschleiß noch einmal verringert werden kann.

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Mischventil (1) zur Konditionierung eines Fluids, das Mischventil (1) aufweisend ein Gehäuse (10), in dem eine Mischkammer (14) ausgebildet ist, die eine radiale Begrenzungswand (12) aufweist, in der zumindest eine erste Öffnung (28) und eine zweite Öffnung (30) ausgebildet sind, die in Umfangsrichtung um einen definierten Winkel zueinander versetzt an der Begrenzungswand (12) angeordnet sind, zumindest einen ersten Einlassanschluss (36) und einen zweiten Einlassanschluss (38), die über die Öffnungen (28, 30) in die Mischkammer (14) münden, wobei im ersten Einlassanschluss (36) ein erster Regelkörper (44) angeordnet ist, über den ein Durchströmungsquerschnitt des ersten Einlassanschlusses (36) in die Mischkammer (14) regelbar ist, und der über ein „erstes Federelement (84) in eine den Durchströmungsquerschnitt verschließende Richtung belastet ist, und wobei im zweiten Einlassanschluss (38) ein zweiter Regelkörper (46) angeordnet ist, über den ein Durchströmungsquerschnitt des zweiten Einlassanschlusses (38) in die Mischkammer (14) regelbar ist, und der über ein zweites Federelement (86) in eine den Durchströmungsquerschnitt verschließende Richtung belastet ist, einen Auslassanschluss (42), der mit der Mischkammer (14) fluidisch verbunden ist, einen Exzenter (92), der in der Mischkammer (14) mittels eines Aktors (22) drehbar ist, und der gegen den ersten Regelkörper (44) und den zweiten Regelkörper (46) verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Exzenter (92) über einen Winkelbereich, der 84% bis 99% des definierten Winkels entspricht, um den die erste Öffnung (28) zur zweiten Öffnung (30) in Umfangsrichtung versetzt in der Begrenzungswand (12) ausgebildet ist, unter Belastung des ersten

Federelementes (84) und des zweiten Federelementes (86) gegen den ersten Regelkörper (44) und den zweiten Regelkörper (46) anliegt und in einer Position, in der der erste Regelkörper (44) maximal entgegen der Kraft des ersten Federelementes (84) verschoben ist, zum zweiten Regelkörper (46) einen Abstand aufweist.

2. Mischventil (1) zur Konditionierung eines Fluids nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, dass

an der radialen Begrenzungswand (12) eine dritte Öffnung (32) ausgebildet ist, an der ein dritter Einlassanschluss (40) mündet, in dem ein dritter Regelkörper (48) angeordnet ist, über den ein Durchströmungsquerschnitt des dritten Einlassanschlusses (36) in die Mischkammer (14) regelbar ist, und der über ein drittes Federelement (88) in eine den Durchströmungsquerschnitt verschließende Richtung belastet ist und gegen den der Exzenter (92)

verschiebbar ist.

3. Mischventil (1) zur Konditionierung eines Fluids nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine vierte Öffnung (34), von der aus sich der Auslassanschluss (42) aus der Mischkammer (14) erstreckt, außerhalb einer Querschnittsebene, die senkrecht zur Mittelachse der Mischkammer (14) durch die zumindest zwei Einlassanschlüsse (36, 38, 40) verläuft, ausgebildet ist.

4. Mischventil (1) zur Konditionierung eines Fluids nach einem der

vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Öffnungen (28, 30, 32) der Einlassanschlüsse (36, 38, 40) um einen Winkel von jeweils 120° versetzt zueinander an der

Begrenzungswand (12) angeordnet sind.

5. Mischventil (1) zur Konditionierung eines Fluids nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Neutralstellung der erste Einlassanschluss (36) maximal geöffnet ist und der Exzenter (92) aus der Neutralstellung in die eine Richtung um einen Drehwinkel verdrehbar ist, der dem Winkelversatz zwischen der ersten Öffnung (28) und der zweiten Öffnung (30) entspricht und in die andere Richtung um einen Drehwinkel verdrehbar ist, der dem Winkelversatz zwischen der ersten Öffnung (28) und der dritten Öffnung (32) entspricht.

6. Mischventil (1) zur Konditionierung eines Fluids nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelkörper (44, 46, 48) eine zum Exzenter (92) gerichtete konvexe Außenfläche (70) aufweisen, gegen die der Exzenter (92) verschiebbar ist.

7. Mischventil (1) zur Konditionierung eines Fluids nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Welle (20), auf der der Exzenter (92) angeordnet ist, über ein Gleitlager (21) im Gehäuse (10) gelagert ist.

8. Mischventil (1) zur Konditionierung eines Fluids nach einem der

vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

10.

11.

der Exzenter (92) eine kreisförmige Außenfläche (98) aufweist, mit der der Exzenter (92) mit den Regelkörpern (44, 46, 48) kontaktierbar ist.

Mischventil (1) zur Konditionierung eines Fluids nach einem der Ansprüche 1 bis 7,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Exzenter (92) eine kreisförmige Außenfläche (98) mit einer Abflachung (100) aufweist, die in der ANeutralstellung des Exzenters (92) so weit von der zweiten Öffnung (30) zur ersten Öffnung (28) versetzt ist, dass bei Drehung aus der Neutralstellung der erste Kontakt zwischen dem Exzenter (92) und dem zweiten Regelkörper (46) an der Abflachung (100) erfolgt.

Mischventil (1) zur Konditionierung eines Fluids nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

an der kreisförmigen Außenfläche (98) in einem Drehwinkelbereich, der bei Drehung des Exzenters (92) aus der Neutralstellung unmittelbar nach der Anlage des zweiten Regelkörpers (46) am Exzenter (92) durchfahren wird, der Abstand zum Mittelpunkt des Exzenters (92) abnimmt.

Mischventil (1) zur Konditionierung eines Fluids nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass

die konvexe Außenfläche (70) des Regelkörpers (44, 46, 48) einen ersten axialen Abschnitt (68) des Regelkörpers (44, 46, 48) bildet, der zur Mischkammer (14) gerichtet ist oder zumindest teilweise in die Mischkammer (14) ragt und an den sich ein zweiter axialer Abschnitt (72) mit einer kegelstumpfförmigen Außenfläche (74) anschließt, die mit einer korrespondierend hohlkegelstumpfförmig

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geformten Ventilsitzfläche (56, 58, 60) zusammenwirkt, die im Einlassanschluss (36, 38, 40) angeordnet ist.

Mischventil (1) zur Konditionierung eines Fluids nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass

sich an den zweiten axialen Abschnitt (72) des Regelkörpers (44, 46, 48) ein dritter axialer Abschnitt (76) anschließt, der eine zylindrische Außenfläche (78) aufweist, die in einer korrespondierend hohlzylindrischen Gleitfläche (62, 64, 66) geführt ist, die sich an die hohlkegelstumpfförmige Ventilsitzfläche (56, 58, 60) anschließt.

Mischventil (1) zur Konditionierung eines Fluids nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass

der Regelkörper (44, 46 ‚48) als Hohlkörper ausgebildet ist, wobei an der kegelstumpfförmigen Außenfläche (74) und der zylindrischen Außenfläche (78) Durchströmungsöffnungen (80) ausgebildet sind und wobei der Regelkörper (44, 46, 48) an seinem ersten axialen Ende durch die konvexe Außenfläche (70) geschlossen ist und an seinem

gegenüberliegenden axialen Ende offen ausgebildet ist.

Mischventil (1) zur Konditionierung eines Fluids nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass

das Federelement (84, 86, 88) im Innern des Hohlkörpers des Regelkörpers (443, 46, 48) angeordnet ist und gegen eine Auflagefläche (82) anliegt, die an der zur konvexen Außenfläche (70) axial entgegengesetzten Seite des ersten Abschnitts (68) des Regelkörpers (44, 46, 48) vorgespannt anliegt.

Mischventil (1) zur Konditionierung eines Fluids nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet, dass die Regelkörper kugelförmig ausgebildet sind.