CN103261761B - 用于控制体积流量的阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于对机动车的加热和/或冷却系统中的冷却剂的体积流量进行控制的阀（1），该阀具有阀壳（10、12、14、15），所述阀壳则具有至少一个入口通道（18）以及至少一个出口通道（20、22），其中在所述阀壳（10、12、14）中存在着至少一个以能够围绕着轴（30）的轴线（31）旋转的方式来布置的阀盘（28），该阀盘影响着所述阀（1）的至少一个入口通道（18）与至少一个出口通道（20、22）之间的连接。按照本发明，在所述阀壳（10、12、14）中在所述至少一个入口通道（18）与所述至少一个出口通道（20、22）之间布置了旁通通道（72）以及具有被动的磁路（86）和通过所述阀盘（28）来驱动的复位机构（76）的旁通阀（74、99），通过它们所述至少一个入口通道（18）与所述至少一个出口通道（20、22）能够在冷却剂过热的情况下彼此相连接。

Description

用于控制体积流量的阀

技术领域

本发明涉及一种按独立权利要求所述类型的用于控制体积流量的阀。

背景技术

机动车的冷却或者说加热回路通常包括有待冷却的热源，比如机动车的内燃机，所述热源应该借助于冷却介质通过自由的或者强行要求的对流来冷却。所述热源上面的温差取决于热量输入并且取决于所述冷却剂的体积流量的大小，而所述冷却介质的绝对的温度则通过所述热源的热量输入、经由可能的处于冷却回路中的冷却元件进行的散热以及所参与的材料的热容量来确定。为了一方面防止内燃机过热并且另一方面能够将所述内燃机的废热比如用于对乘员车厢进行加热，在机动车中循环抽吸冷却介质，所述冷却介质吸收所述内燃机的多余的热能并且以所期望的程度将其排出。

所述机动车的加热或者说冷却回路通常包括若干子回路比如冷却器分支、旁通分支并且/或者也包括加热换热器分支。通过布置在所述冷却器分支中的冷却器或者散热器可以将所述冷却剂的多余的热量排放给环境空气。另一方面加热换热器能够将所述冷却剂的可供使用的热量用于对乘员车厢进行加热。在此一般通过至少一个阀来对冷却剂流的分布到所述冷却或者说加热回路的不同的分支上的情况进行控制。

为此，在DE 10 2006 053 310 A1中建议，通过经过冷却的和未经冷却的冷却剂流的混合来设定所期望的冷却剂温度。为此使用控制阀，所述控制阀的通流口可以通过旋转来变化。为了调节所述通流口，在所述控制阀中布置了电动机，该电动机通过蜗轮蜗杆传动装置来如此调节所述阀盘的位置，从而通过所述控制阀流动着所期望的冷却介质流。所述电动机在此没有与冷却剂流分开，因而用冷却剂环绕着所述电动机的组件比如转子和传动机构流动。

此外，从US 5,950,576中公开了一种比例冷却阀，其阀体构造为盘状并且具有多个穿通孔，所述穿通孔允许在所述阀的入口通道与多个出口通道之间建立所期望的连接。借助于轴通过机电的执行器根据内燃机控制仪的预先规定来调节US 5,950,576的阀盘。

此外，从DE 10 2006 053 307 A1中知道通过构造为密封圈的形式的密封元件并且用将所述密封元件压紧到阀盘上的弹簧元件来实现所述阀盘的开口，使得在冷却回路闭合时泄漏率几乎为零。

在供给电压中断时，对于上述阀来说再也不能调节所述阀盘，使得其无法占据所定义的位置。因此可能出现这样的情况，即所述内燃机过热，因为所述阀留在一种位置中，在该位置中没有足够的冷却剂进行循环。在极端情况中。所述阀留在完全闭锁位置中，从而再也不能进行冷却。

发明内容

本发明的任务是，设置一种节省能量及空间位置的用于具有以能够围绕着轴的轴线旋转的方式布置的阀盘的阀的应急方案，用该应急方案即使在供给电压中断时也产生所述冷却剂的循环。

所述用于对机动车的加热和/或冷却系统中的冷却剂的体积流量进行控制的阀具有阀壳，所述阀壳则具有至少一个入口通道以及至少一个出口通道，其中在所述阀壳中存在着至少一个以能够围绕着轴的轴线旋转的方式来布置的阀盘，该阀盘影响着所述阀的至少一个入口通道与至少一个出口通道之间的连接。按照本发明规定，在所述阀壳中在所述至少一个入口通道与所述至少一个出口通道之间布置了旁通通道以及具有被动的磁路和通过所述阀盘来驱动的复位机构的旁通阀，它们所述至少一个入口通道与所述至少一个出口通道能够在冷却剂的过热的情况下彼此相连接。由此以有利的方式获得在过热的情况下进行无延迟的反应的可行方案，而常见的在热方面受控制的装置要么延迟地要么根本没有对所述内燃机的升高的温度作出反应，因为它们在热方面没有最佳地耦合到所述系统上。此外，通过所述旁通阀的被动的磁路结合所述阀盘的复位机构，与商业上常见的具有处于大约4mm的数量级中的调节范围的磁阀相比对于所述按本发明的旁通阀来说能够实现很低的能量及空间需求。

本发明的其它优点通过在从属权利要求中所表明的特征并且从附图及以下说明中获得。

所述旁通阀的被动的磁路以有利的方式包括小型的吸持磁体，所述吸持磁体仅仅用于将所述旁通阀保持在所定义的最终位置中。除此以外，所述旁通阀的被动的磁路具有不足十分之一毫米尤其<0.1mm的调节范围。由此可以将所述磁路构造得很小、很轻并且成本低廉。

除此以外，将用于所述旁通阀的能量需求保持在极小的程度上，如果所述复位机构包括与所述轴不可相对转动地相连接的携持件，该携持件在所述阀的调整范围之外如此将所述旁通阀的与磁轭元件相连接的阀头移到密封座中，使得所述磁轭元件到达所述磁路的作用范围中。在此，在所述阀头通过所述复位机构移到其密封座中时所述被动的磁路自动地将所述旁通阀保持在关闭的位置中。

在有利的第一种实施方式中，所述携持件具有径向的隆起，该径向的隆起在所述阀的调整范围之外引起所述复位机构的朝旁通阀的方向的移动，其中弹簧元件尤其螺旋弹簧将所述复位机构朝所述携持件挤压。

在第二种实施方式中，所述旁通阀的阀头和磁轭元件构成一个结构单元。由此可以进一步降低所述旁通阀的构件数目和结构空间。为了在考虑到磁通量的情况下能够实现所述冷却剂的体积流量，在所述旁通阀的圆周上设置了空隙。

所述复位机构在所述第二种实施方式中以有利的方式构造为板簧，该板簧如此与所述携持件的在轴向上升高的复位面处于作用连接之中，使得所述携持件的复位面使所述板簧在所述阀的调整范围之外弯曲，用于将所述旁通阀的阀头移到所述密封座中。此外，所述板簧在其一个端部上固定地与所述阀壳相连接并且以其另一个端部作用于所述由阀头和磁轭元件构成的结构单元上，其中从一个端部直到所述携持件的接触点的区段与从另一个端部直到所述携持件的接触点的区段之间的比例大于或者等于1比2。通过这种方式，除了降低所述旁通阀的构件数目之外，也获得轴向构造中的公差的降低、对所述旁通阀的轴向的间隙进行补偿并且对存在的公差进行平衡的复位机构、非常紧凑的结构以及所述复位机构中的运动的部件的避免并且由此实现很小的易受污物影响性。

在第三种实施例中，所述复位机构构造为杠杆机构，该杠杆机构将所述携持件的径向的旋转运动转化为轴向的往复直线运动。在此所述杠杆机构具有第一杠杆、第二杠杆和预紧的弹簧，它们通过共同的通过轴来定义的旋转点如此处于作用连接之中，使得在所述阀的调整范围之外水平地或者垂直地通过所述携持件导入到所述第一杠杆中的力引起作用于所述弹簧的力，这个力由于围绕着所述旋转点的旋转运动而将所述弹簧挤压到所述第二杠杆上，所述第二杠杆借助于其沿垂直的方向起作用的力将所述旁通阀的阀头移到所述密封座中。由此获得关于所述对所述旁通阀的轴向的间隙进行补偿并且对存在的公差进行平衡的弹簧、允许获得十分紧凑的结构的杠杆机构以及与线性的移动机构相比不太受污物影响的旋转运动的优点。

附图说明

下面借助于附图示范性地对本发明进行解释，其中附图中的相同的附图标记表示相同的具有相同的作用原理的组成部分。图样的附图、其说明以及权利要求以组合的形式包含大量的特征。本领域的技术人员也会单个地研究所述特征并且将其概括为其它有意义的组合。尤其本领域的技术人员也会将来自不同的实施例的特征概括为其它有意义的组合。

附图中：

图1是阀的第一种实施例的一览图；

图2是按图1的阀的第一剖面图；

图3是按图1的阀的第二种实施例的另一剖面图；

图4是按图1的阀的按本发明的应急方案的第一种实施例的剖面图；

图5是按本发明的用于集成到按图1的阀中的旁通阀的复位机构的第一种实施例的示意图；

图6是按图1的阀的按本发明的应急方案的第二种实施例的剖面图；

图7是按本发明的用于集成到按图1的阀中的旁通阀的复位机构的第二种实施例的示意图；

图8是按图1的阀的按本发明的应急方案的第三种实施例的示意图；并且

图9是按本发明的用于集成到按图1的阀中的旁通阀的复位机构的第三种实施例的示意图。

具体实施方式

图1以概览图示出了一种用于阀1的实施例。按图1中的实施方式的阀1拥有壳体10，该壳体则具有壳体下部分12以及壳体上部分14，所述壳体下部分和壳体上部分通过连接器件16比如螺栓、铆钉或者定位器件以流体密封的方式彼此相连接。尤其所述壳体下部分12如在图2和3中示出的一样基本上构造为盆状并且能够在其内部构造用于接纳阀元件的阀室。所述壳体上部分14同样可以构造为盆状或者说仅仅作为一种顶盖构造在所述壳体下部分12中。在所述壳体下部分12上成形了入口通道18的管接头。所述入口通道18或者说管接头在此尤其可以与所述壳体下部分12比如用塑料构造为一体的结构。

第一以及第二出口通道20、22与所述壳体上部分14相连接。借助于布置在所述阀室中的并且还要详细描述的阀元件可以断开、闭合并且以所期望的方式改变所述入口通道18与所述第一或者说第二出口通道20、22之间的连接。除此以外，所述阀1还具有用于对所述阀元件进行调节的伺服驱动装置24，下面还要结合图3对该伺服驱动装置进行详细描述并且该伺服驱动装置具有自己的驱动装置壳体25，所述驱动装置壳体与所述阀1的壳体10尤其壳体上部分14旋紧在一起。

图2示出了所述阀1的第一剖面，该剖面大致垂直于图1的图纸平面伸展。在构造在所述壳体下部分12与所述壳体上部分14之间的阀室26中布置了作为阀元件的阀盘28。在图3中详细示出的伺服驱动装置24的输出轴30插入到所述阀盘的中心的开口32中。通过相应的固定器件34来将所述阀盘28不可相对转动地固定在所述输出轴30上，使得该轴也用作所述阀盘28的驱动轴。所述阀盘的在轴30上的固定比如可以通过在图2中示出的螺栓连接或者说定位结构来进行，或者不过也可以通过将所述轴30压入在所述阀盘28的中心的开口32中这种方式来进行。

在所述壳体下部分12与所述壳体上部分14之间设置了密封器件比如密封圈36，用于保证所述阀壳10的两个壳体部分12、14之间的流体密封的连接。在图1和2的实施例中，所述入口通道18在共同的轴线37上与所述第一出口通道20对齐并且所述轴30沿着与其平行地定向的旋转轴线31来布置。

图3示出了另一种实施例中的阀1的示意性的第二剖视图。所述入口通道18和出口通道20的纵轴线相对于彼此偏置地布置。在所述第二壳体25中布置了构造为电动机的伺服驱动装置24的转子38和定子40。所述转子38具有转子轴42，在该转子轴上在第一区域中布置了蜗杆齿部44并且在第二区域中布置了板片组46。所述板片组46的叠装的板片在此在径向上包围着所述转子轴42并且在轴向上被两个板片衬套48限定。在所述板片组46中布置了至少一个磁体50。所述板片组46在其沿着转子轴的轴线52的空间的布置中通过径向的轴承接纳部54和布置在其中的第一径向的支承元件56从所述蜗杆齿部44的区域上分开。所述转子轴42的抵靠在所述径向的支承元件56、57以及轴向的支承元件58、60上的表面在此具有比所述转子轴42的其余的表面高的硬度。所述轴向的支承元件58、60构造为板状，其中所述第一轴向的支承元件58布置在所述驱动装置壳体25中并且所述第二轴向的支承元件60布置在所述壳体上部分14中。所述转子38在所述转子轴42的端部上分别具有正蘑菇形部件（Anlaufpilz）64，所述正蘑菇形部件用于将支承力支撑到所述轴向的支承元件58、60上。所述转子38以及所述定子40通过所述驱动装置壳体25以及第二密封元件68相对于环境来封闭。

所述定子40具有至少一个设有多个绕组的线圈62以及未示出的板片组。所述线圈62在加载电压的情况下产生磁场，所述磁场将所述转子38围绕着转子轴的轴线52置于旋转之中。所述线圈62在此可以用交流电压来运行或者以电子方式换向。由于所述转子38的旋转，通过所述蜗杆齿部44来驱动与所述阀盘28相连接的正齿轮66（比较一下图2）。所述阀盘28具有至少一个开口70，其中通过所述阀盘28的旋转将所述开口70转到所述开口通道20的前面。按所述开口70的在所述出口通道20前面的位置，来调节所述阀盘28的通流有效截面。所述开口70以其纵轴线相对于所述轴30的或者说阀盘28的旋转轴线31偏置地布置。

在图4到9中示出了所述阀1的按本发明的应急方案。在所述阀壳10中尤其在所述壳体上部分14中，在所述未示出的入口通道18与所述出口通道20之间布置了旁通通道72以及旁通阀74，通过它们所述入口通道18和所述出口通道20能够在冷却剂过热的情况下彼此相连接。在正常运行中，所述旁通阀74关闭（图4a和4b或者说5a和5b）。如果所述冷却剂由于在关闭的状态中所述阀盘28的锁止而过热，那就按照图4c或者说5c打开所述旁通阀74，使得所述冷却剂可以通过所述旁通通道72流到所述出口通道20中。

在图4和5中示出了用于所述旁通阀74的复位机构76，该复位机构包括与所述阀1的轴30不可相对转动地相连接的携持件78。该携持件78具有径向的隆起80，所述隆起在所述阀1的调整范围之外引起所述复位机构76的朝所述旁通阀74的方向的移动。在此弹簧元件82尤其螺旋弹簧84将所述复位机构76朝所述携持件78挤压，用于保证复位机构76与携持件78之间的持久的摩擦接触。“在调整范围之外”这个表述是指，所述阀盘28的开口70处于一种位置中，在该位置中中断了入口通道18与出口通道20、22之间的冷却介质的体积流量。

所述旁通阀74通过由吸持磁体88和绕组元件90构成的被动的磁路86来保持关闭的状态。但是所述吸持磁体88只有在与所述旁通阀74的阀活塞92相连接的磁轭元件94的相对于磁路86的间距很小优选<0.1mm时才拥有足够大的力，用于将所述旁通阀74保持关闭的状态。因此重要的是，所述复位机构76在关闭过程中使所述吸持磁体88贴紧所述磁轭元件94。为此，按照图4b或者说5b如此将所述旁通阀74的通过所述阀活塞92与磁轭元件94相连接的具有柔韧的阀密封件97的阀头96移到密封座98中，使得所述磁轭元件94到达所述磁路86的作用范围内。“被动的磁路”这个概念从这样的特性中产生，即所述旁通阀74的磁路86不能够在没有外部的影响的情况下自动地将所述旁通阀74关闭。更确切地说，只有在所述阀头96通过所述复位机构76移到其密封座98中时所述被动的磁路86才自动地将所述旁通阀74保持在关闭的位置中。

在图4c和5c中，在紧急情况中打开了所述旁通阀74。足以做到这一点的做法是，中断所述绕组元件90的能量供应，使得所述阀头96可以由于弹力或者重力或者类似的力朝所述阀盘28的方向运动并且所述冷却剂通过所述旁通通道72流到所述出口通道20中。

图6和7示出了旁通阀99的一种作为替代方案的设计方案，其中图6a示出了关闭的状态（图1的正常运行）并且图6b示出了打开的状态（阀1的应急运行）。所述磁路86与前面的实施例相比在轴向上朝所述阀座98的方向加长。在所述旁通阀99的圆周上，在考虑到磁通量的情况下设置了空隙100，用于在所述阀1的紧急运行中能够实现体积流量。阀头96和磁轭元件94形成一个结构单元101。通过这种方式可以实现所述旁通阀99的一种非常紧凑的结构。

所述复位机构76构造为板簧102，该板簧如此与所述携持件78的在轴向上升高的复位面104如此处于作用连接之中，使得所述携持件78的复位面104使所述板簧102在所述阀1的调整范围之外弯曲，用于将所述旁通阀99的阀头96移到所述密封座98中。为此所述板簧102在其一个端部106上固定地与所述阀壳10、14相连接并且以其另一个端部108作用于所述由阀头94和磁轭元件96构成的结构单元101。从一个端部106直到所述携持件78的接触点的区段与从另一个端部108直到所述携持件的接触点的区段的比例在此大于或者等于1比2。通过这种方式，将所述携持件78上的较小的升程（比如1mm）转化为所述由阀头94和磁轭元件96构成的结构单元101上的比如三倍大的升程（比如3mm）。

所述复位机构76的工作方式如下：所述携持件78以其在轴向上升高的复位面104旋转到所述板簧102的上面。所述板簧102由此朝所述旁通阀99的磁路86的方向弯曲，直到所述由阀头94及磁轭元件96构成的结构单元101抵靠在所述密封座98上。如果现在除此以外还进一步转动所述携持件78，那就进一步使所述板簧102弯曲，而没有使所述旁通阀99的构件负荷过重。所述旁通阀99可以如此可靠地关闭；对出现的公差进行补偿。所述复位机构76在此在没有活动的支承部位的情况下足以敷用，这尤其在与型砂混合的介质中是有利的。

像在前面的实施例中一样，所述磁路86因而也在这里构造为被动的磁路，该磁路只有在所述由阀头94和磁轭元件96构成的结构单元101通过所述复位机构76移到所述旁通阀99的密封座98中时才可以自动地将所述旁通阀99保持在关闭的位置中。在应急运行中，所述旁通阀99的打开通过所述绕组元件90的能量供应的中断来进行，使得所述结构单元101可以由于通过弹簧110引起的弹力而朝所述阀盘28的方向运动。

图8和9示出了所述阀1的按本发明的应急方案的第三种实施例。所述复位机构76在这里构造为杠杆机构112，该杠杆机构将所述携持件78的径向的旋转运动转化为轴向的往复直线运动。所述杠杆机构112为此具有第一杠杆114、第二杠杆116以及预紧的弹簧118。通过共同的通过轴120来定义的旋转点所述两根杠杆114、116和所述弹簧118如此处于作用连接之中，使得在所述阀1的调整范围之外水平地或者垂直地通过所述携持件78导入到所述第一杠杆114中的力F₁引起作用于所述弹簧118的力F₂，该力由于围绕着所述旋转点的旋转运动而将所述弹簧118挤压到所述第二杠杆116上（力F₃），所述第二杠杆借助于其沿着垂直的方向起作用的力F₄将所述旁通阀74、99的阀头96移到所述密封座98中。

通过这种方式，可以通过所述弹簧118对所述旁通阀74、99的轴向的间隙进行补偿并且对可能存在的公差进行平衡。此外，通过所述杠杆机构112获得一种非常紧凑的结构。由于所述旋转运动，这个复位机构此外与线性的移动机构相比不太受到污物影响。

通过所述两根杠杆114、116的关于所述旋转点的杠杆传动比，可以将较小的第一操纵行程转化为较大的控制行程。如果所述第二杠杆116碰到止挡，那么尽管如此所述第一杠杆114还可以继续运动，而在这过程中没有不允许的较高的力作用于所述杠杆机构112。通过所述力F₂仅仅进一步使所述弹簧118预紧。所述弹簧118拥有额外的将所述杠杆机构112保持在稳定的静止位置中的功能。

Claims (12)

1.用于对机动车的加热和/或冷却系统中的冷却剂的体积流量进行控制的阀（1），该阀具有阀壳（10、12、14、15），所述阀壳则具有至少一个入口通道（18）以及至少一个出口通道（20、22），其中在所述阀壳（10、12、14）中存在着至少一个以能够围绕着轴（30）的轴线（31）旋转的方式来布置的阀盘（28），该阀盘影响着所述阀（1）的至少一个入口通道（18）与至少一个出口通道（20、22）之间的连接，其特征在于，在所述阀壳（10、12、14）中在所述至少一个入口通道（18）与所述至少一个出口通道（20、22）之间布置了旁通通道（72）以及具有被动的磁路（86）和通过所述阀盘（28）来驱动的复位机构（76）的旁通阀（74、99），通过它们所述至少一个入口通道（18）与所述至少一个出口通道（20、22）能够在冷却剂过热的情况下彼此相连接。

2.按权利要求1所述的阀（1），其特征在于，所述旁通阀（74、99）的被动的磁路（86）包括小型的吸持磁体（90），该吸持磁体仅仅用于将所述旁通阀（74、99）保持在所定义的最终位置中。

3.按权利要求1所述的阀（1），其特征在于，所述旁通阀（74、99）的被动的磁路（86）具有不足十分之一毫米的调节范围。

4.按权利要求1所述的阀（1），其特征在于，所述复位机构（76）包括与所述轴（30）不可相对转动地相连接的携持件（78），该携持件在所述阀（1）的调整范围之外将所述旁通阀（74）的与磁轭元件（94）相连接的阀头（96）如此移到密封座（98）中，使得所述磁轭元件（94）到达所述磁路（86）的作用范围中。

5.按权利要求4所述的阀（1），其特征在于，在所述阀头（96）通过所述复位机构（76）移到其密封座（98）中时所述被动的磁路（86）自动地将所述旁通阀（74）保持在关闭的位置中。

6.按前述权利要求4或5中任一项所述的阀（1），其特征在于，所述携持件（78）具有径向的隆起（80），该径向的隆起在所述阀（1）的调整范围之外引起所述复位机构（76）的朝所述旁通阀（74）的方向的移动，并且弹簧元件（82）将所述复位机构（76）朝所述携持件（78）挤压。

7.按权利要求4所述的阀（1），其特征在于，所述旁通阀（99）的阀头（96）和磁轭元件（94）构成一个结构单元（101）。

8.按权利要求6所述的阀（1），其特征在于，在所述旁通阀（99）的圆周上存在着空隙（100），所述空隙在考虑到磁通量的情况下能够实现所述冷却剂的体积流量。

9.按前述权利要求4或5中任一项所述的阀（1），其特征在于，所述复位机构（76）构造为板簧（102），该板簧如此与所述携持件（78）的在轴向上升高的复位面（104）处于作用连接之中，使得所述携持件（78）的复位面（104）使所述板簧（102）在所述阀（1）的调整范围之外弯曲，用于将所述旁通阀（99）的阀头（96）移到所述密封座（98）中。

10.按权利要求9所述的阀（1），其特征在于，所述板簧（102）在其一个端部（106）上固定地与所述阀壳（10、12、14）相连接并且以其另一个端部（108）作用于由阀头（96）和磁轭元件（94）构成的结构单元（101）上，其中从一个端部（106）直到所述携持件（78）的接触点的区段与从另一个端部（108）直到所述携持件（78）的接触点的区段的比例大于或者等于1比2。

11.按前述权利要求4或5中任一项所述的阀（1），其特征在于，所述复位机构（76）构造为杠杆机构（112），该杠杆机构将所述携持件（78）的径向的旋转运动转化为轴向的往复直线运动。

12.按权利要求11所述的阀（1），其特征在于，所述杠杆机构（112）具有第一杠杆（114）、第二杠杆（116）和预紧的弹簧（118），它们通过共同的通过轴（120）来定义的旋转点如此处于作用连接之中，使得在所述阀（1）的调整范围之外水平地或者垂直地通过所述携持件（78）导入到所述第一杠杆（114）中的力（F₁）引起作用于所述弹簧（118）的力（F₂），该力由于围绕着旋转点的旋转运动而将所述弹簧（118）挤压到所述第二杠杆（116）上，所述第二杠杆借助于其沿着垂直的方向起作用的力（F₄）将所述旁通阀（74、99）的阀头（96）移到所述密封座（98）中。