CN112714842A

CN112714842A - 用于车辆的冷却剂阀

Info

Publication number: CN112714842A
Application number: CN201980045036.2A
Authority: CN
Inventors: 莱纳·格拉姆斯; 托尔斯滕·豪克
Original assignee: Illinois Tool Works Inc
Current assignee: Illinois Tool Works Inc
Priority date: 2018-07-17
Filing date: 2019-07-11
Publication date: 2021-04-27
Also published as: EP3824208A1; US11525519B2; US20210222778A1; WO2020018340A1; DE102018117240A1

Abstract

一种用于车辆的冷却剂阀包括：具有多个冷却剂端口的壳体；以可调整的方式布置在所述壳体中以便与冷却剂端口连接或断开的阀元件；以及至少一个密封装置。所述密封装置在一侧以密封方式抵靠所述壳体，而在另一侧以密封方式抵靠所述阀元件，所述密封装置具有由第一材料制成的承载元件和由第二材料制成的密封元件，所述第二材料比所述第一材料软。所述密封元件具有抵靠所述阀元件的第一密封唇，并且所述承载元件具有支撑部分。所述第一密封唇突出超过所述支撑部分而具有自由端，并且当冷却剂流过所述冷却剂阀时，所述第一密封唇被压靠在所述支撑部分上。

Description

用于车辆的冷却剂阀

技术领域

本发明涉及一种用于车辆的冷却剂阀，该冷却剂阀包括：具有多个冷却剂端口的壳体；以及以可调整的方式布置在该壳体中以便与冷却剂端口连接或断开的阀元件；以及布置在至少一个冷却剂端口的区域中的至少一个密封装置，所述密封装置在一侧以密封方式抵靠壳体，而在另一侧以密封方式抵靠阀元件。

背景技术

上述类型的冷却剂阀用于诸如汽车或卡车等车辆的冷却剂回路中。这些冷却剂阀用于例如冷却内燃发动机。例如，以取决于阀元件的位置的方式，冷却液体在内燃发动机的预热阶段期间经由旁通管线被引导经过散热器，并且在达到操作温度后被引导穿过散热器。在冷却剂阀情况下还可能的是，以取决于应用的方式，冷却剂例如当冷却剂流在内燃发动机的冷启动阶段被完全中断时仅暂时流过冷却剂阀。阀元件可以例如经由膨胀元件被自动地控制。然而，由控制设备致动的用于调整阀元件的电驱动器也是可能的。

环形密封装置被设置例如用于相对于阀元件密封冷却剂端口，这些密封装置在一侧以密封方式抵靠壳体、特别是限定冷却剂端口的壳体部分，而在另一侧以密封方式抵靠阀元件。

例如从EP 2 052 177 B1中已知一种具有这种类型的密封装置的冷却剂阀。在其中描述的恒温阀具有球壳形(spherical-shell-shaped)阀元件，密封装置具有滑动环，滑动环由光滑的固体塑料制成并且通过弹性密封环预紧在阀元件上。滑动环可以例如由PTFE(聚四氟乙烯)构成，并且弹性密封环可以由EPDM(三元乙丙橡胶)构成。通过已知的恒温阀可以实现始终可靠的密封作用。然而，已知的密封装置带来不小的成本。

冷却剂阀的已知密封装置的一个问题在于，在首先使密封装置可靠地抵靠阀元件并且因此即使在低系统压力的情况下密封作用也可靠与其次在低摩擦转矩的情况下在高压下承载能力高且屈服低并且因此阀元件的驱动转矩低之间存在目标冲突。

发明内容

从所描述的现有技术出发，本发明所基于的目的在于提供一种开头所述类型的冷却剂阀，该冷却剂阀以廉价的制造尽可能令人满意地解决上述目标冲突。

本发明通过权利要求1的主题实现目的。在从属权利要求、说明书和附图中可以找到有利的改进。

对于开头所述类型的冷却剂阀，本发明通过以下事实解决了该目的，即，密封装置具有由第一材料制成的承载元件和由第二材料制成的密封元件，该第二材料比该第一材料软，并且该密封元件具有抵靠该阀元件的第一密封唇，并且该承载元件具有支撑部分，该第一密封唇突出超过该支撑部分而具有自由端，并且当冷却剂流过该冷却剂阀时，该第一密封唇被压靠在该支撑部分上。

冷却剂阀被设置用于车辆，例如汽车或卡车。冷却剂阀可以布置在具有内燃发动机或电动马达的车辆、或混合动力车辆的冷却回路中。该冷却剂阀可以例如被设置用于冷却内燃发动机或电动车辆的电池。冷却剂阀可以是恒温阀。为了调整阀元件，可以设置由车辆的控制设备致动的电驱动器。然而，也可能的是，设置取决于温度的控制元件，诸如膨胀元件，其以取决于温度的方式改变其长度并且由此调整阀元件。冷却剂阀的壳体具有两个或多于两个冷却剂端口，这些冷却剂端口可以连接至例如车辆的冷却回路的冷却剂管线。通过调整阀元件，例如，两个冷却剂端口可以彼此连接或可以彼此断开。如果例如壳体具有三个冷却剂端口，经由冷却剂端口之一给送的冷却剂例如可以通过调整阀元件被给送到两个另外的冷却剂端口中的第一冷却剂端口或第二冷却剂端口。这两个另外的冷却剂端口例如可以首先连接到散热器，其次连接到用于绕过散热器的旁通管线。还可能的是，在冷却剂阀的操作期间，例如在内燃发动机的冷启动阶段期间，没有冷却剂流过冷却回路并且因此暂时不流过冷却剂阀。特别地，诸如冷却水等冷却液体作为冷却剂可能会有问题。以本身已知的方式设置至少一个密封装置，该密封装置在一侧以密封方式抵靠阀元件，而在另一侧以密封方式抵靠壳体、特别是限定冷却剂端口的壳体部分。特别地，在冷却剂端口中的每一个处可以设置对应的密封装置，结果是密封装置的数量可以对应于壳体的冷却剂端口的数量。

根据本发明，密封装置具有由第一材料制成的承载元件和由第二材料制成的密封元件，该第二材料比该第一材料软。密封元件具有弹性的第一密封唇，该弹性的第一密封唇抵靠阀元件，并且在调整期间该阀元件沿该弹性的第一密封唇滑动，结果是始终确保相对于阀元件的密封作用可靠。此外，承载元件具有支撑部分，第一密封唇特别是在径向方向上、特别是朝向内突出超过支撑部分而具有自由端。在冷却剂流过冷却剂阀的情况下，第一密封唇通过在冷却剂阀中产生的系统压力而被压到支撑部分上。在由于冷却剂流过冷却剂阀而施加压力的情况下，第一密封唇因此在一个方向上抵靠支撑部分。在冷却剂阀被安装到冷却回路中的状态下，冷却剂穿过所述冷却剂阀的流动方向以及因此施加压力的方向是固定的。特别地，第一密封唇、特别是第一密封唇的被压到支撑部分上的区域不固定地连接至支撑部分。第一密封唇因此可以与支撑部分分离或可以沿与将第一密封唇压到支撑部分上的方向相反的方向从支撑部分提升。

由于根据本发明的密封装置，在施加低压力或不施加压力的情况下，由于第一密封唇可以从支撑部分提升，提供了第一密封唇的较大有效长度，因为基本上整个第一密封唇、特别是还有在施加压力的情况下被压到支撑部分上的部分可用作弹性密封元件。因此，通过使第一密封唇很大程度上无力地抵靠阀元件并且因此在调整阀元件的情况下以低调整转矩实现可靠的密封作用。在系统压力低的情况下，在所述方向上较长的第一密封唇确保足够的密封力，同时摩擦转矩是低的。在冷却剂流过冷却剂阀的情况下，随着系统压力的增加，摩擦转矩增加，然后第一密封唇被压到支撑部分上。因此，实现了第一密封唇的相对短的有效长度，因为仅第一密封唇的径向突出超过支撑部分的部分然后可用作弹性密封元件。相比之下，第一密封唇的其余部分抵靠基本上无弹性的支撑部分。这样确保即使在施加高压力的情况下也具有高的承载能力，并且密封不会以不期望的方式屈服并且不会发生密封问题。同时，通过小的有效长度可靠地避免了不期望的高摩擦转矩。因此，解决了开头描述的目标冲突。用于调整阀元件所需的能量同样对应地降低。同时，根据本发明的冷却剂阀具有简单的构造并且相应地可以廉价地制造。

不言而喻，特别是可以在壳体的每个冷却剂端口处设置根据本发明的密封装置。如已经提到的，相比于承载元件，密封元件由更软的材料构成。密封元件的软的弹性材料确保令人满意的密封作用。承载元件由基本上无弹性的较硬材料构成，该无弹性的较硬材料相应地为第一密封唇提供令人满意的支撑功能。密封元件和承载元件可以由塑料构成。仅作为示例提及热塑性或热固性塑料作为用于密封元件的一种可能的材料。进而，仅作为示例提及具有高刚性的热塑性塑料作为用于承载元件的可能材料。

当冷却剂不流过冷却剂阀时，第一密封唇可以至少部分地从支撑部分提升。在此，该第一密封唇相对于其静止形状弹性地变形。在冷却剂静止的情况下，在冷却剂阀中存在基本上无力状态。通过在所述状态下将第一密封唇从支撑部分提升，实现了有效的预压作用并且因此实现了可靠的密封作用。

根据进一步改进，密封元件可以具有第二密封唇，该第二密封唇抵靠壳体。总体上，通过两个密封唇一起在壳体与阀元件之间实现可靠的密封作用。在此，第二密封唇优选地同样是密封元件的一部分。

支撑部分和第一密封唇各自可以以环形方式进行构造，和/或第二密封唇可以以环形方式进行构造。承载元件总体上可以是环形的。密封元件也是如此。这种改进使得冷却剂端口的密封作用特别可靠。

根据进一步改进，密封唇的突出超过支撑部分的自由端的长度与密封唇的总长度的比率可以为至多0.4，优选地为至多0.3。在此，长度在优选为环形的第一密封唇的径向方向上观察。所述长度比率特别有效地减小第一密封唇在压力施加方向上的有效长度，并且同时通过使与压力施加方向相反的有效长度最大化而实现特别小的力接触。

承载元件可以具有闩锁部分，承载元件通过该闩锁部分被闩锁至壳体。例如，闩锁部分可以具有至少一个闩锁突出部和/或至少一个闩锁容纳部，并且壳体可以具有至少一个对应的闩锁容纳部和/或至少一个对应的闩锁突出部。这种类型的闩锁作用首先确保简单的组装，其次确保牢固的固位。闩锁突出部和/或闩锁容纳部可以是环形的。此外，闩锁作用可靠地防止承载元件或其支撑部分可能与阀元件接触。

根据这方面的进一步改进，当冷却剂流过冷却剂阀时，闩锁连接可以在压力施加方向上具有间隙。结果，实现了密封装置相对于壳体和/或阀元件的容易的移动性。这样进一步简化了组装。

根据一种特别实用的改进，阀元件可以是球壳形阀元件，其以可旋转的方式安装在壳体中。该阀元件可以是例如半球壳形阀元件。阀元件具有用于将冷却剂端口彼此连接的一个或多个孔口。例如，该阀元件可以具有彼此相反的轴承轴颈，阀元件经由这些轴承轴颈可枢转地安装在壳体中。这本身是已知的。

根据另一种改进，密封装置可以以两部件注塑成型工艺生产。结果实现了特别简单且廉价的制造。如已经解释的，在第一密封唇与支撑部分之间、至少在接触区域中不存在整体接合的或其他固定的连接，从而使得第一密封唇可以从支撑部分提升，如已经描述的。在制造期间，作为硬部件的承载元件和作为软部件的密封元件可以通过溢流通道彼此机械连接。通过适当的材料选择，可以排除两个部件之间的化学耦接，结果是由于溢流通道的存在，相应地存在仅以机械方式的连接。

本发明还涉及一种车辆的冷却回路，该冷却回路包括多个冷却剂管线和至少一个布置在冷却回路中的根据本发明的冷却剂阀，所述冷却剂阀的冷却剂端口连接到冷却剂管线。

此外，本发明涉及一种车辆，包括具有至少一个根据本发明的冷却剂阀的根据本发明的冷却回路。如已经描述的，车辆可以是例如具有内燃发动机和/或电动马达的汽车或卡车。

附图说明

在下文中将使用附图更详细地描述本发明的示例性实施例，在附图中示意性地：

图1以立体图示出根据第一示例性实施例的根据本发明的冷却剂阀，

图2以立体图示出图1所示的冷却剂阀的密封装置，

图3以立体图示出图2所示的密封装置的承载元件，

图4以立体图示出图2所示的密封装置的密封元件，

图5示出不具有阀元件的图1所示的冷却剂阀的截面图示的细节，

图6示出图5的图示，其中阀元件处于一种操作状态，

图7示出在第二操作状态下的图6的图示，

图8示出图6的图示的放大细节，

图9示出图7的图示的放大细节，

图10以立体图示出根据第二示例性实施例的根据本发明的冷却剂阀，

图11以立体图示出图10所示的冷却剂阀的密封装置，

图12以立体图示出图11所示的密封装置的承载元件，

图13以立体图示出图11所示的密封装置的密封元件，

图14示出不具有阀元件的图10所示的冷却剂阀的截面图示的细节，

图15示出图14的图示，其中阀元件处于第一操作状态，

图16示出在第二操作状态下的图15的图示，

图17示出图15的图示的放大细节，

图18示出图16的图示的放大细节，

图19示出图5的图示的放大的进一步细节，

图20示出图2的密封装置在图2中的箭头A方向上的标记立体图，以及

图21示出图2的密封装置在图2中的箭头B方向上的标记立体图。

除非另有说明，否则附图中相同的附图标记表示相同的对象。

具体实施方式

图1所示的冷却剂阀具有阀元件10，在示出的示例中为球壳形阀元件10。在所示的示例中，该阀元件具有孔口12和轴承轴颈14，这些轴承轴颈布置在相反两侧，并且在图1中仅可以看到一个轴承轴颈。阀元件10经由轴承轴颈14可枢转地安装在壳体中(出于图示原因在图1中未更详细示出)。该阀元件可以例如通过电驱动器枢转，该电驱动器通过控制设备控制。图1所示的冷却剂阀安装在诸如具有内燃发动机和/或电动马达的汽车或卡车等车辆的冷却回路中。壳体具有例如三个冷却剂端口，可能的是，例如连接到冷却剂入口的冷却剂端口通过阀元件10的枢转连接到两个另外的冷却剂端口中的第一冷却剂端口或第二冷却剂端口。至少这两个另外的冷却剂端口在各自情况下被分配一个密封装置16。密封装置16具有相同的构型并且仅以镜像方式进行布置。

将使用图2至图4更详细地描述密封装置16的构造。密封装置16包括由基本上无弹性的第一塑料制成的环形承载元件18(图3中所示)以及由弹性的第二塑料制成的同样环形的密封元件20(图4中所示)，该弹性的第二塑料比承载元件18的第一塑料软。密封装置以两部件注塑成型方法进行生产，承载元件18和密封元件20通过溢流通道彼此仅机械连接。通过适当的材料选择避免承载元件18与密封元件20之间的化学耦接。密封元件20具有第一密封唇22，该第一密封唇在组装状态下以密封方式抵靠阀元件10。此外，密封元件20具有第二密封唇24，该第二密封唇在组装状态下抵靠冷却剂阀的壳体的一部分，该部分限定冷却剂端口。承载元件18具有支撑部分26，第一密封唇22可以抵靠该支撑部分，如特别是在图5至图9中可以看出的，第一密封唇22径向向内延伸超过支撑部分26。此外，图5至图9在附图标记28处示出冷却剂阀的壳体的一部分。如特别是在图8和图9的放大图示中可以看出的，承载元件18在其外侧上具有环形圆周闩锁突出部30，该闩锁突出部以闩锁方式被接纳到壳体28的对应的环形闩锁容纳部32中。

闩锁作用首先防止支撑部分26可能抵靠阀元件10。此外，闩锁连接在密封装置16的轴向方向上(在图8和图9的顶部和底部处)具有间隙，如通过比较闩锁突出部30和闩锁容纳部32的高度可以看出的。

图6和图8示出与阀元件10的组装状态，基本上没有通过冷却剂施加压力。在这种状态下，第一密封唇22以微小的弹性变形从支撑部分26被提升，并且第一密封唇22的用于密封作用的有效长度较大。相比之下，在冷却剂流过冷却剂阀并且施加对应的压力(图6至图9中从底部到顶部)的情况下，将第一密封唇22压到支撑部分26上发生，结果是仅第一密封唇22的超过支撑部分26的相对短的径向伸出部可用作用于密封作用的有效长度。

图10示出根据另一示例性实施例的根据本发明的冷却剂阀。关于构型和功能，该冷却剂阀尽可能对应于图1所示的冷却液阀。不同之处仅在于密封装置16′的构型。如特别是在图11至图13中可以看出的，密封装置16′也具有由基本上无弹性的硬塑料制成的承载元件18′和由较软的弹性塑料制成的密封元件20′。再有，密封装置16′使用两部件注塑成型方法制造，并且通过对应的溢流通道彼此仅机械连接。再有，密封元件20′具有在组装状态下抵靠阀元件10的第一密封唇22′和在组装状态下抵靠冷却剂阀的壳体28′的第二密封唇24′。使用图14至图18的截面图示可以看出，密封功能基本上对应于关于第一示例性实施例描述的密封功能，在此情况下，在冷却剂流过冷却剂阀的情况下的压力施加方向是不同的，即图15至图18中从右到左和从左到右。如在图15和图17中可以看出的，如果没有冷却剂流过冷却剂阀并且相应地缺乏压力施加，则再有第一密封唇22′以轻微的弹性变形从承载元件18′的支撑部分26′提升。因此，用于密封作用的有效长度较大。相比之下，在施加压力的情况下(如图16和图18所示)，第一密封唇22′再次被压到支撑部分26′上，结果是只有相对短的有效长度可用于密封作用。

在第二示例性实施例的情况下，承载元件18′具有闩锁突出部30′，该闩锁突出部在其内表面上以环形方式围绕延伸并且再次以一定轴向游隙以闩锁方式被接纳到壳体28′的对应的环形闩锁容纳部32′中。

第一密封唇22的长度比率将在图19的放大图示的基础上展示，该放大图示在此程度上对应于图5的右手图像细节。在附图标记34处示出第一密封唇22的超过支撑部分24的径向伸出部。第一密封唇22的总长度在附图标记36处示出，在各自情况下在径向方向上进行测量。在此，长度34大约是长度36的三分之一。当系统压力沿箭头38(也就是说，朝向图19的顶部)作用时，长度34用作用于密封作用的有效长度，而较大的长度36在沿箭头40(也就是说，朝向图19的底部)的相反方向上用作用于密封作用的有效长度。图20展示较短的环形区域，该环形区域在附图标记44以阴影线方式、通过图19中的长度34表示。通过图19的长度36表示的环形区域在图21中在附图标记42处以阴影线方式进行展示。

附图标记清单

10 阀元件

12 孔口

14 轴承轴颈

16 密封装置

16′ 密封装置

18 承载元件

18′ 承载元件

20 密封元件

20′ 密封元件

22 第一密封唇

22′ 第一密封唇

24 第二密封唇

24′ 第二密封唇

26 支撑部分

26′ 支撑部分

28 壳体

28′ 壳体

30 闩锁突出部

30′ 闩锁突出部

32 闩锁容纳部

32′ 闩锁容纳部

34 径向伸出部

36 总长度

38 箭头

40 箭头

42 环形区域

44 环形区域

Claims

1.一种用于车辆的冷却剂阀，所述冷却剂阀包括：具有多个冷却剂端口的壳体(28，28′)；以及以可调整的方式布置在所述壳体(28，28′)中以便与冷却剂端口连接或断开的阀元件(10)；以及布置在至少一个冷却剂端口的区域中的至少一个密封装置(16，16′)，所述密封装置(16，16′)在一侧以密封方式抵靠所述壳体(28，28′)，而在另一侧以密封方式抵靠所述阀元件(10)，其中，所述密封装置(16，16′)具有由第一材料制成的承载元件(18，18′)和由第二材料制成的密封元件(20，20′)，所述第二材料比所述第一材料软，其中，所述密封元件(20，20′)具有抵靠所述阀元件(10)的第一密封唇(22，22′)，并且所述承载元件(18，18′)具有支撑部分(26，26′)，所述第一密封唇(22，22′)突出超过所述支撑部分(26，26′)而具有自由端，并且当冷却剂流过所述冷却剂阀(10)时，所述第一密封唇(22，22′)被压靠在所述支撑部分(26，26′)上。

2.如权利要求1所述的冷却剂阀，其中，当冷却剂不流过所述冷却剂阀(10)时，所述第一密封唇(22，22′)至少部分地从所述支撑部分(26，26′)提升。

3.如前述权利要求中任一项所述的冷却剂阀，其中，所述密封元件(20，20′)具有抵靠所述壳体(28，28′)的第二密封唇(24，24′)。

4.如前述权利要求之一所述的冷却剂阀，其中，所述支撑部分(26，26′)和所述第一密封唇(22，22′)各自以环形方式进行构造，和/或其中，所述第二密封唇(24，24′)以环形方式进行构造。

5.如前述权利要求之一所述的冷却剂阀，其中，所述第一密封唇(22，22′)的突出超过所述支撑部分(26，26′)的自由端的长度与所述第一密封唇(22，22′)的总长度的比率为至多0.4，优选地为至多0.3。

6.如前述权利要求之一所述的冷却剂阀，其中，所述承载元件(18，18′)具有闩锁部分，所述承载元件(18，18′)通过所述闩锁部分被闩锁至所述壳体(28，28′)。

7.如权利要求6所述的冷却剂阀，其中，所述闩锁部分具有至少一个闩锁突出部(30，30′)和/或至少一个闩锁容纳部，并且其中，所述壳体(28，28′)具有至少一个对应的闩锁容纳部(32，32′)和/或至少一个对应的闩锁突出部。

8.如权利要求6和7中任一项所述的冷却剂阀，其中，当冷却剂流过所述冷却剂阀时，闩锁连接在施加压力方向上具有间隙。

9.如前述权利要求之一所述的冷却剂阀，其中，所述阀元件(10)是球壳形阀元件(10)，所述球壳形阀元件以可旋转方式安装在所述壳体(28，28′)中。

10.如前述权利要求之一所述的冷却剂阀，其中，所述密封装置(16，16′)以两部件注塑成型工艺生产。

11.一种车辆的冷却剂回路，所述冷却剂回路包括多个冷却剂管线和至少一个布置在所述冷却剂回路中的如前述权利要求之一所述的冷却剂阀，所述冷却剂阀的冷却剂端口连接到所述冷却剂管线。

12.一种车辆，包括如权利要求11所述的冷却剂回路。