DE10053157C2 - Drehschieber-Ventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Drehschieber-Ventil mit einem Gehäuse, in das ein Einlaßstutzen und ein damit fluchtender Auslaßstutzen einmünden, einem um seine Achse drehbaren im wesentlichen zylindrischen Absperrkörper mit einer Bohrung für den Strömungsdurchgang und einer Dichtung zwischen dem Absperrkörper und der Einmündung des Auslaßstutzens.

Ein derartiges Drehschieber-Ventil ist insbesondere für den Heiz- und Kühlkreislauf eines Kraftfahrzeugs geeignet, ohne daß die Erfindung hierauf beschränkt ist.

Drehschieber-Ventile haben allgemein den Vorteil, daß sie eine einfache, robuste Bauweise haben, daß ihr Platzbedarf gering ist und daß die Strömungsverluste klein sind. Außerdem besteht die Möglichkeit der Ausbildung als Mehrwegeventil mit mehreren Anschlußstutzen.

Es sind Drehschieber-Ventile bekannt, deren Absperrkörper ein eingeschliffener Kegelstumpf ist. Nachteilig sind dabei die großen Dichtflächen, die aufeinander gleiten, was zu einem hohen Verschleiß führt. Die Reibungskräfte sind je nach Vorspannung des Absperrkörpers verhältnismäßig hoch.

Eine technische Weiterentwicklung stellt ein Drehschieber-Ventil mit einem kugelförmigen Absperrkörper dar, bei dem ein deutlich geringerer Verschleiß auftritt, der jedoch spritzgußtechnisch ohne mechanische Nachbearbeitung mit der für die Funktion geometrischen Maßhaltigkeit nicht herstellbar ist.

Ein Drehschieber-Ventil der eingangs genannten Art ist aus der DE-GM 19 12 749 bekannt. Die dort vorgesehene Dichtung hat einen radial äußeren, umlaufenden Bund.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Drehschieber-Ventil der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß es im Spritzgußverfahren mit geringerem Aufwand herstellbar ist und einem geringeren Verschleiß unterliegt, was insbesondere dann wünschenswert ist, wenn die Ansteuerung des Ventils kontinuierlich durch einen elektrischen, hydraulischen oder pneumatischen Antrieb erfolgt, so daß der Absperrkörper beim Betrieb des Kraftfahrzeugs häufig bewegt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung sieht vor, daß die Dichtung eine starre 3-dimensional geformte Platte mit einer Bohrung enthält, an deren Rand zu beiden Seiten Dichtlippen angebracht sind, die an dem Rand der Bohrung des Absperrkörpers und dem Rand der Einmündung des Auslaßstutzens an der Rückwand des Gehäuses anliegen. Die starre Platte stellt die Formstabilität der Dichtung sicher und gewährleistet damit eine gleichmäßige Verpressung der Dichtlippe und somit einen geringen Verschleiß. Diese starre Platte kann beispielsweise aus Metall oder einem harten Kunststoff bestehen.

Außerdem ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Platte verschieblich in dem Gehäuse sitzt und zwar so, daß sie zwischen dem Absperrkörper und der Rückwand des Gehäuses in stets gleichbleibender Ausrichtung, d. h. ohne Drehung um eine Achse und ohne seitliche Verschiebung verlagerbar ist. Die Dichtung ist damit nur in axialer Richtung des Ventils bewegbar, d. h. in Richtung des Einlaß- bzw. Auslaßstutzens.

In näheren Einzelheiten wird hierzu vorgeschlagen, daß von zwei gegenüberliegenden Randkanten der starren Platte, die eine Rechteckform haben kann, jeweils wenigstens ein Zapfen vorsteht, der in eine zugehörige Führungsnut des Gehäuses bzw. Gehäusedeckels eingreift. Dabei sollte der wenigstens eine Zapfen an der Oberkante und der Unterkante der Platte angeformt sein und in axiale Führungsnuten im Boden des Gehäuses und in dem Deckel eingreifen. Es versteht sich, daß z. B. auch zwei nebeneinanderliegnde Zapfen an den Kanten der starren Platte und eine entsprechende Anzahl von Nuten vorgesehen sein können.

Die Zapfen sollten eine kubische Form haben und mit so geringem Spiel in ihren Nuten sitzen, daß die starre Platte von den Zapfen zuverlässig nichtdrehbar bzw. nichtschwenkbar gehalten ist. Es versteht sich, daß durch die Führung in den Nuten auch keine seitliche Bewegung der starren Platte erfolgen kann.

In Sonderfällen kann es jedoch erforderlich sein, die Platte in dem Gehäuse fest zu verpressen und nicht schwimmend zu lagern, so daß durch die Verpressung Platte- Dichtlippe-Gehäuse keine Kraft auf den Drehschieber eingeleitet wird. Dies kann z. B. erforderlich sein, um zwischen Platte-Dichtung-Gehäuse eine extrem hohe Verpressung zu erreichen, ohne die Funktionalität (Drehbarkeit) des Drehschiebers zu beeinflussen. Es wird betont, daß auch eine solche Ausgestaltung im Rahmen der Erfindung liegt.

Um die Montage des Drehschieber-Ventils zu erleichtern, wird außerdem vorgeschlagen, daß die einander gegenüberliegend angeordneten Zapfen eine unterschiedliche Breite haben, so daß die Dichtung nur in der korrekten Lage in das Gehäuse eingesetzt werden kann.

Weiter wird vorgeschlagen, daß die die Einmündung des Auslaßstutzens enthaltende Wand eben ist und daß am Rand der Einmündung von der Gehäusewand kein ringförmiger Vorsprung oder dergleichen ins Innere des Gehäuses vorsteht. Die zugehörige Dichtlippe der Dichtung hat z. B. die Form eines O-Rings. Dieser O-Ring kann an die starre Platte anvulkanisiert sein - wie weiter unten noch näher beschrieben wird - oder aber es kann ein getrennter O-Ring z. B. in eine Nut der starren Platte eingesetzt sein.

Die an dem zylindrischen Absperrkörper anliegende Dichtungsfläche der dortigen Dichtlippe hat in der Draufsicht die Form eines entsprechenden Zylinderabschnitts, so daß die Dichtungsfläche am Rand der Bohrung des Absperrkörpers formschlüssig anliegt. Die Dichtungsfläche sollte aus einem reibungsarmen Material bestehen, was beispielsweise dadurch erreicht werden kann, daß sie mit einer Teflonfolie beschichtet sein kann. Andere Maßnahmen zur Erzeugung einer reibungsarmen Dichtungsfläche liegen im Rahmen der Erfindung.

Es ist bevorzugt vorgesehen, daß die beidseitigen Dichtlippen in der Spritzgußform an die starre Platte, die in die Form eingelegt wird, angespritzt werden. In das Spritzgußwerkzeug kann außerdem auch die oben erwähnte Teflonfolie eingelegt werden, so daß in dem Werkzeug eine einstückige Dichtung hergestellt wird. Als Material für die Dichtlippen wird ein Elastomer verwendet, wobei es sich z. B. um EPDM handeln kann.

Das erfindungsgemäße Drehschieber-Ventil ist spritztechnisch einfach herstellbar und unterliegt auch bei kontinuierlicher Ansteuerung durch einen elektrischen, hydraulischen oder pneumatischen Antrieb nur einem geringen Verschleiß. Die 3- dimensional geformte starre Platte gewährleistet einen gleichmäßigen Druck an den Dichtflächen. Die erfindungsgemäße Dichtung ermöglicht einen Toleranzausgleich für die bei der Herstellung anzutreffenden Maßabweichungen, beim Quellen des Kunststoffs und bei Temperaturänderungen. Da die an dem Absperrkörper anliegende Dichtlippe durch die zusätzliche Teflonfolie härter ist als die gegenüberliegende Dichtlippe, kommt es an der Rückseite der Dichtung zu stärkeren Verformungen.

Weiter wird vorgeschlagen, daß die starre Platte sich querschnittlich leicht nach unten verjüngt, wobei die beiden Stirnseiten der Platte in einem Winkel von etwa 2 bis 5° geneigt zueinander verlaufen. Die Rückwand des Gehäuses sollte entspre­ chend schräg ausgebildet sein.

Diese Ausbildung erleichtert die Montage des Ventils, da beim Einsetzen der Dichtung nur auf den letzten Millimetern die Dichtlippen angepreßt werden.

Das erfindungsgemäße Drehschieber-Ventil zeichnet sich somit durch eine 3- dimensionale Dichtung aus, die durch eine 3-dimensionale starre Platte gestützt wird und somit eine gleichmäßige Verpressung der Dichtlippen hervorruft. Insbesondere die schwimmende Lagerung ermöglicht einen großen Temperatur- und Toleranzausgleich, der durch die beidseitigen Dichtlippen aufgenommen wird, und gewährleistet eine geringe Reibung und einen geringen Verschleiß. Dies wird auch durch eine entsprechende Materialwahl an der Dichtfläche der vorderen Dichtlippe gewährleistet, wozu beispielsweise eine PTFE-Folie, volumengeschmierte Dichtwerkstoffe oder eine Gleitlackbeschichtung vorgesehen sein kann.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform eines Drehschieber-Ventils sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Drehschieber-Ventils von unten;

Fig. 2 eine Seitenansicht des Ventils;

Fig. 3 eine Aufsicht auf das Ventil;

Fig. 4 einen Vertikalschnitt durch das Ventil entlang der Linie A-A in Fig. 2;

Fig. 5 einen Vertikalschnitt durch das Ventil entlang der Linie B-B in Fig. 3 in einer vergrößerten Darstellung, in der Position "offen";

Fig. 6 eine Darstellung ähnlich der Fig. 5, jedoch in der Position "geschlossen";

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht der Dichtung des Ventils;

Fig. 8 bis 10 eine Seitenansicht, eine Stirnansicht und eine Aufsicht der Dichtung gemäß Fig. 7 und

Fig. 11 eine 3-dimensionale starre Platte ohne Dichtungsmaterial.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen in verschiedenen Ansichten, daß das Drehschieber-Ventil 1 ein Gehäuse 2 aufweist, in das ein Einlaßstutzen 3 und ein Auslaßstutzen 4 einmünden, die parallel zueinander verlaufen und miteinander fluchten. Das Gehäuse 2 hat an der in Strömungsrichtung hinteren Seite eine ebene Rückwand 5.

Die Bodenwand 6 des Gehäuses enthält Abschnitte 7 und 8 größerer Wandstärke, um im Bereich 7 eine innere Bohrung 9 für den unteren Lagerzapfen 10 des Absperrkörpers 11 auszubilden, der mit einem oberen Lagerzapfen 12 in einer Durchgangsbohrung 13 des Deckels 14 des Ventils sitzt. Der Deckel 14 ist an dem Gehäuse 2 mit mehreren Schrauben 15 befestigt, kann jedoch auch bei kunststoffgerechter Gestaltung aufgeclipst oder verschweißt werden.

Der Absperrkörper 11 hat eine insgesamt zylindrische Außenkontur mit einer Durchgangsbohrung 16 für den Strömungsdurchgang, wobei der Durchmesser der Durchgangsbohrung 16 mit dem Innendurchmesser des Einlaßstutzens 3 und des Auslaßstutzens 4 übereinstimmt.

Der obere Lagerzapfen 12 des Absperrkörpers 11 steht nach oben über die Bohrung 13 des Deckels 11 vor und enthält einen mittigen Schlitz 17, in den das Stellglied einer nicht dargestellten Antriebseinrichtung eingreift, um den Absperrkörper zu drehen.

Der Lagerzapfen 12 wird mittels eines Dichtrings (z. B. O- oder Quad-Ring) im Deckel 14 abgedichtet.

Fig. 5 zeigt das Ventil 1 in der Position "offen", in der die Bohrung 16 mit den Innenwänden des Einlaßstutzens 3 und des Auslaßstutzens 4 fluchtet.

Fig. 6 zeigt eine Position, in der der Absperrkörper 11 um 90° gedreht ist, wodurch das Ventil die Position "geschlossen" einnimmt.

Die Fig. 5 und 6 zeigen, daß in beiden dargestellten Positionen eine Dichtung 18 an dem die Einmündung 19 des Auslaßstutzens 4 umgebenden Rand der ebenen Rückwand 5 des Gehäuses 1 und an dem Absperrkörper 11 anliegt. Die Dichtung 18 besteht aus einer starren Platte 20, an deren Ober- und Unterkante jeweils ein Zapfen 21 bzw. 22 angeformt ist. Die Zapfen 21 und 22 sitzen in in Längsrichtung 23 des Ventils 1 in dem Deckel 14 und dem Boden 6 ausgebildeten Nuten 24 und 25, wobei die Breite der kubischen Zapfen 21 und 22 nur um so viel kleiner ist als die Breite der zugehörigen Nut, daß die Zapfen sich in Längsrichtung der Nut frei bewegen können. Die Zapfen 21 und 22 verhindern dabei aber jegliche Drehung der Dichtung um eine durch die Zapfen verlaufende Achse.

Der untere Zapfen 21 ist schmaler als der obere Zapfen 22, wodurch die Montage der Dichtung in deren korrekter Lage erleichtert ist.

Die starre Platte 20 enthält eine kreisrunde Bohrung 27, deren Durchmesser größer ist als der Durchmesser der Bohrung 16. Am inneren Rand der starren Platte 20 (Fig. 11) sind eine vordere Dichtlippe 28 und eine hintere Dichtlippe 29 mit einem sie verbindenden Abschnitt 30 anvulkanisiert, derart, daß die Durchlaßöffnung des Elastomer-Körpers 28, 29, 30 denselben Durchmesser hat wie die Bohrung 16.

Die Dichtlippe 28 hat aufgrund der zusätzlichen PTFE-Folie eine größere Steifigkeit als die Dichtlippe 29.

Die Dichtlippe 28 hat in der Aufsicht (Fig. 10) die Form eines Zylinderabschnitts, dessen Durchmesser mit dem Außendurchmesser des Absperrkörpers 11 übereinstimmt, so daß die Dichtlippe 28 dicht an dem die Bohrung 16 umgebenden Rand des Absperrkörpers 11 anliegt.

Die Dichtlippe 28 hat eine verhältnismäßig breite Dichtungsfläche 31, die aus einem reibungsarmen Material wie beispielsweise Teflon besteht. Von der Anlagefläche 31 kann eine ringförmige Lippe 32 geringfügig vorstehen, und es kann vorgesehen sein, daß der Kantenbereich 33 abgerundet ist, um ein Festhaken an der Bohrung 16 zu verhindern.

Die Dichtung 18 ist in dieser Ausführung "schwimmend" gelagert, so daß sie im hohen Maße zum Temperatur- und Toleranzausgleich fähig ist.

Claims (11)

1. Drehschieber-Ventil mit einem Gehäuse, in das ein Einlaßstutzen und ein damit fluchtender Auslaßstutzen einmünden, einem um seine Achse drehbaren, im wesentlichen zylindrischen Absperrkörper mit einer Bohrung für den Strömungsdurchgang und einer Dichtung zwischen dem Absperrkörper und der Einmündung des Auslaßstutzens, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (18) eine starre Platte (20) mit einer Bohrung (27) aufweist, an deren Rand zu beiden Seiten Dichtlippen (28, 29) angebracht sind, die an dem Rand der Bohrung (16) des zylindrischen Absperrkörpers (11) und der Einmündung des Auslaßstutzens (4) anliegen.

2. Drehschieber-Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von dem oberen und dem unteren Rand der starren Platte (20) jeweils wenigstens ein Zapfen (21, 22) vorstehen, der in eine zugehörige Führungsnut in (24, 25) dem Boden (6) des Gehäuses bzw. des Deckels (14) eingreift, derart, daß die Dichtung (18) in axialer Richtung verschieblich gehalten ist.

3. Drehschieber-Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zapfen (21, 22) eine kubische Form haben und mit so geringem seitlichen Spiel in ihren Nuten (24, 25) sitzen, daß die starre Platte (20) von den Zapfen (21, 22) nichtdrehbar gehalten sind.

4. Drehschieber-Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zapfen (21, 22) eine unterschiedliche Breite haben.

5. Drehschieber-Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, daß die die Einmündung des Auslaßstutzens (4) enthaltende Rückwand (5) eben ist und daß die zugehörige Dichtlippe (29) die Form eines O-Rings hat.

6. Drehschieber-Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die an dem zylindrischen Absperrkörper (11) anliegende Dichtungsfläche (31) in der Draufsicht die Form eines entsprechenden Zylinderabschnitts hat.

7. Drehschieber-Ventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsfläche (31) aus einem reibungsarmen Material besteht.

8. Drehschieber-Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die vordere Dichtlippe (28) eine größere Steifigkeit hat als die hintere Dichtlippe (29).

9. Drehschieber-Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtlippen aus einem Elastomer bestehen.

10. Drehschieber-Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die starre Platte (20) sich querschnittlich nach unten leicht verjüngt.

11. Drehschieber-Ventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückwand (5) des Gehäuses (2) entsprechend leicht schräg verläuft.