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Die
Erfindung betrifft ein Mehrwegeventil, insbesondere Klappenthermostat,
mit einem Gehäuse,
in dem ein Betätigungselement
um eine Drehachse drehbar gelagert ist, mit dem mindestens zwei Querschnittsverstellglieder
in Wirkverbindung stehen.
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Aus
dem Stand der Technik sind Mehrwegeventile bekannt. Insbesondere
in der Funktion als Klappenthermostat wird ein Mehrwegeventil dazu verwendet,
in einem Leitungssystem mit mehreren Leitungen durch die ein unterschiedlich
temperiertes Medium, wie zum Beispiel Kühlwasser, strömt, unterschiedliche
Durchströmungsquerschnitte
für die
unterschiedlichen Leitungen in Abhängigkeit von der Drehposition
des Betätigungselements
freizugeben, sodass unterschiedliche Strömungszustände und damit die Temperatur
des Mediums eingestellt werden können.
Dazu gibt es beispielsweise Drehschieber, die zwei Querschnittsverstellglieder
aufweisen, die drehfest mit einem Betätigungselement verbunden sind
und jeweils mindestens eine Durchströmungsöffnung aufweisen, die in einer
bestimmten Drehposition mit einem Zu- oder Ablauf einer Leitung
korrespondieren. Je nach Ausbildung der Querschnittsverstellglieder
kann somit erreicht werden, dass in Abhängigkeit von der Drehposition
des Betätigungselements
und der Anordnung der Durchströmungsöffnungen
an den Querschnittsverstellgliedern durch Freigeben eines Durchströmungsquerschnitts
die eine und/oder die andere Leitung freigeschaltet wird. Diese
Mehrwegeventile erlauben jedoch keine individuelle, also voneinander
unabhängige,
Einstellung von Durchströmungsquerschnitten.
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Es
ist somit die Aufgabe der Erfindung, ein Mehrwegeventil zu schaffen,
welches die oben genannten Nachteile vermeidet.
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Die
der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird dadurch gelöst, dass
die Querschnittsverstellglieder über – zur Drehachse – radial
oder im Wesentlichen radial verlaufende Übertragungsglieder von dem
Betätigungselement
bei dessen Drehung mittels einer für jedes Übertragungsglied vorhandenen
Nockenführung
betätigbar
sind. Es ist hierbei also vorgesehen, dass an dem Betätigungselement für jedes Übertragungsglied
eine Nockenführung ausgebildet
ist, welche die Stellung der Querschnittsverstellglieder in Abhängigkeit
einer Drehstellung des Betätigungselements
bestimmt. Die Nockenführungen
und die Übertragungsglieder
wirken dabei wie ein Kurvengetriebe zusammen.
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Dabei
können
die Nockenführungen
jeweils als ein einzelnes Betätigungsglied
mit beispielsweise einer Betätigungswelle,
deren Achse der Drehachse entspricht, drehfest verbunden oder einstückig ausgebildet
sein und zusammen das Betätigungselement
bilden. Wobei die Nockenführungen
vorteilhafterweise axial voneinander beabstandet angeordnet sind
und jedes Querschnittsverstellglied von einer gesonderten Nockenführung über das
entsprechende Übertragungsglied
betätigt
wird. In einer bevorzugten Ausführungsform
sind mindestens zwei Nockenführungen
in einem das Betätigungselement
bildenden Betätigungsglied
ausgebildet. Vorteilhafterweise ist dazu dieses Betätigungsglied
als eine nicht kreisrunde Betätigungsscheibe
ausgebildet, deren Außenkontur
die Nockenführungen
darstellt. Für
eine direkte, möglichst
verlustfreie, Kraftübertragung
auf die Übertragungsglieder
beziehungsweise die Querschnittsverstellglieder sind die Übertragungsglieder radial
oder im Wesentlichen radial zu der Drehachse des Betätigungselements
ausgerichtet. Durch die erfindungsgemäße Ausführung des Mehrwegeventils ist
es nunmehr möglich,
mittels unterschiedlich ausgeführter
Nockenführungen
jedem Querschnittsverstellglied eine bestimmte Einstellung in Abhängigkeit der
Drehstellung des Betätigungselementes
zuzuordnen, wobei durch die Einstellung der Durchströmungsquerschnitt
des jeweiligen Querschnittsverstellglieds bestimmt wird. Somit können die
Querschnittsverstellglieder unabhängig voneinander mittels nur
eines Betätigungselements
betätigt
und unterschiedliche Durchströmungsquerschnitte
individuell eingestellt werden.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist die Nockenführung eine
Kulissenführung.
Vorteilhafterweise ist die Kulissenführung als Schlitzführung ausgebildet.
Dazu weist das Betätigungselement
beziehungsweise das eine oder die mehreren Betätigungsglieder, die als Betätigungsscheiben
ausgebildet sind, Nuten und/oder Schlitze auf, in welchen die Übertragungsglieder
geführt
werden. Die unterschiedlichen Kulissenführungen beziehungsweise Schlitzführungen
sind zweckmäßigerweise
derart ausgebildet, dass sich keine der Nuten und/oder Schlitze
kreuzen, was zu Unsicherheiten im Betrieb führen würde. Die Kulissenführungen
beziehungsweise Schlitzführungen
sind dazu beispielsweise in verschiedenen Radien-Bereichen der Betätigungsscheibe
angeordnet.
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Zweckmäßigerweise
weisen die Übertragungsglieder
endseitig Nocken auf, die jeweils mit einer Nockenführung des
Betätigungselements
zusammenwirken beziehungsweise in die Nut und/oder den Schlitz einer
Schlitzführung
eingreifen. Aus konstruktiven Gründen
ist es vorteilhaft, wenn zwei Betätigungsglieder beziehungsweise
Betätigungsscheiben
vorgesehen sind, die auf ihren zueinanderweisenden Seiten miteinander
korrespondierende Nuten und/oder Schlitze aufweisen, die jeweils
eine Nocken- beziehungsweise Schlitzführung bilden, sodass ein Nocken
eines Übertragungsgliedes
zweiseitig geführt
wird. Natürlich
ist es auch denkbar dieses Prinzip umzukehren, sodass statt der
Nuten beziehungsweise der Schlitze Führungs-Vorsprünge vorgesehen
sind, die in Führungs-Aufnahmen der Übertragungsglieder
eingreifen.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung sind die Querschnittsübertragungsglieder
an verschiedenen Seiten des Gehäuses
angeordnet, sodass das Betätigungsglied
beziehungsweise die Betätigungsscheibe
vorteilhaft ausgenutzt werden kann, und die Übertragungsglieder radial oder
im Wesentlichen radial ausgerichtet betätigt werden können.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung sind die Querschnittsverstellglieder
als Stellklappen ausgebildet, die durch die Übertragungsglieder ähnlich wie
eine Drosselklappe geklappt werden. Dies bietet eine besonders einfache
und verlässliche
Durchströmungsquerschnittverstellmöglichkeit.
Die Ausbildung der Querschnittsverstellglieder als Stellklappen
hat außerdem
den Vorteil, dass selbst bei hohen Volumenströmen und großen Druckdifferenzen die aufzubringenden
Betätigungsmomente
gering ausfallen. Alternativ dazu ist es auch denkbar, dass die
Querschnittsverstellglieder axial – zu dem jeweiligen Übertragungsglied – aus einer
Aufnahme heraus bewegt werden, wobei jeweils mindestens eine Durchströmungsöffnung,
welche in der Aufnahme ausgebildet ist, freigegeben wird.
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Vorteilhafterweise
liegt das Betätigungselement
im Strömungsweg
mindestens eines mittels des Mehrwegeventils im Volumenstrom einzustellenden Mediums.
Das bedeutet, dass das Betätigungselement
von dem Medium, dessen Volumenstrom mittels des Betätigungselements
beziehungsweise des Mehrwegeventils eingestellt wird, umströmt wird.
Dabei kann das Medium gleichzeitig als Schmiermittel für das Mehrwegeventil
dienen.
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Das
Betätigungselement
wird vorteilhafterweise mittels eines Stellmotors betätigt, der
sich außerhalb
des Gehäuses
befindet, sodass die Betätigungswelle
des Betätigungselements,
die durch das Gehäuse
nach außen
führt,
abgedichtet werden muss. Dies ist jedoch mittels dem Fachmann bekannten
Maßnahmen
problemlos möglich.
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Zweckmäßigerweise
sind die Übertragungsglieder
druck- und zugfest mit den Querschnittsverstellgliedern und/oder
dem Betätigungselement
verbunden. Durch die dadurch gebildeten Zwangsführungen der Querschnittsverstellglieder
ist eine eindeutige und besonders genaue und verlässliche
Betätigung
beziehungsweise Einstellung gewährleistet.
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Die
oben beschriebene Schlitzführung
bildet dabei beispielsweise eine derartige zug- und druckfeste Verbindung mit dem jeweiligen Übertragungsglied.
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Der
Innenraum des Gehäuses
des erfindungsgemäßen Mehrwegeventils
ist hierbei als zentrale Sammelstelle zu verstehen, von der aus
verschiedene Adressen „bedient" werden. In einer
Ausführungsform
als Klappenthermostat dient das erfindungsgemäße Mehrwegeventil dabei dazu,
unterschiedliche Kühlwasserkreisläufe einer
Antriebseinrichtung eines Kraftfahrzeugs, die einen Verbrennungsmotor
aufweist, zu regulieren. Dabei können vorteilhafterweise
mittels der Querschnittsverstellglieder jeweils der Kühlwasserkreislauf
eines Kühlers,
eines Heizungswärmetauschers
und/oder eines Ölkühlers unabhängig voneinander
eingestellt werden. So sind die Nockenführungen vorteilhafterweise derart
ausgebildet, dass in einer ersten Drehposition, die der Warmlaufphase
des Verbrennungsmotors zugeordnet ist, lediglich der kleine Kühlwasserkreislauf freigegeben
ist, der allein durch den Verbrennungsmotor führt. In einer zweiten Drehstellung
des Betätigungselements
werden durch die Nockenführungen die Übertragungsglieder
beziehungsweise die Querschnittsverstellglieder derart eingestellt,
dass neben dem kleinen Kühlwasserkreislauf
auch noch der Kühlwasserkreislauf
hinzugeschaltet wird, der durch einen Kühler der Antriebsvorrichtung
führt,
sodass sich das von dem Verbrennungsmotor kommende warme Wasser
mit dem von dem Kühler
kommenden kalten Kühlwasser
vermischt. Für
Notlauf-Eigenschaften ist es denkbar, dass ein oder mehrere Federelemente
vorgesehen sind, die bewirken, dass das Betätigungselement, zum Beispiel
bei Stromausfall, so gedreht wird, dass der große Kühlwasserkreislauf, also der
kleine Kühlwasserkreislauf
mit dem durch den Kühler
führenden
Kühlwasserkreislauf
zusammen, „aktiviert" ist.
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Vorteilhafterweise
sind die Nockenführungen derartig
ausgebildet, dass in einer Drehposition des Betätigungselements sämtliche
Querschnittsverstellglieder in Schließposition stehen und somit
sämtliche Durchströmungsquerschnitte
verschlossen sind, wodurch das strömende Medium zum stehen kommt. Hierdurch
kann eine schaltbare beziehungsweise regelbare, das Medium fördernde
Fördereinrichtung, wie
zum Beispiel eine Wasserpumpe, eingespart werden.
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Im
Folgenden soll die Erfindung anhand einer Figur näher erläutert werden.
Dazu zeigt die
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Figur
ein erfindungsgemäßes Mehrwegeventil
in einer perspektivischen Darstellung.
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Die
Figur zeigt in einer perspektivischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Mehrwegeventils 1.
Das Mehrwegeventil 1 weist ein im Wesentlichen quaderförmiges Gehäuse 2 auf,
das auf einer Vorderseite 3 eine quadratische Öffnung 4 aufweist.
An jeder der Seitenflächen 5, 6, 7 und 8 des
Gehäuses 2 ist
jeweils ein Querschnittsverstellglied 9, 10, 11 und 12 angeordnet.
Jedes der Querschnittsverstellglieder 9, 10, 11 und 12 weist eine
im Wesentlichen kreisförmige
Stellklappe 13, 14, 15, 16 auf,
die jeweils um eine durch den Mittelpunkt der Stellklappe 13, 14, 15, 16 führende Drehachse 17, 18, 19, 20 drehbar
beziehungsweise klappbar in einem in der jeweiligen Seitenfläche 5, 6, 7 und 8 ausgebildeten
Anschlussstutzen 21, 22, 23 und 24 gelagert
ist.
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Die
Anschlussstutzen 21 bis 24 sind dabei kreiszylinderförmig ausgebildet,
wobei ihr Innendurchmesser im Wesentlichen dem Durchmesser der Stellklappen 13 bis 16 entspricht,
sodass diese in geschlossenem Zustand, wie in der Figur dargestellt, mit
den Anschlussstutzen-Innenseiten 25, 26, 27, 28 dicht
abschließen,
sodass kein Durchströmungsquerschnitt
freigegeben ist, um somit kein von einer an einem der Anschlussstutzen 21 bis 24 angeschlossenen
Leitungen kommendes Medium in das Mehrwegeventil 1 einströmen oder
aus dem Mehrwegeventil ausströmen
kann.
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In
der Mitte des Gehäuses 2 ist
an der Rückwand 29 eine
Betätigungswelle 30 in
einer hier nicht näher
dargestellten Lagerung um ihre Achse drehbar gelagert. Auf der Betätigungswelle 30 sind
zwei Betätigungsglieder
in Form von zwei Betätigungsscheiben 31 und 32 axial
beabstandet voneinander angeordnet und drehfest mit der Betätigungswelle 30 verbunden,
wobei die Betätigungsscheiben 31 und 32 hierbei
ein Betätigungselement 33 bilden,
mittels dessen die Querschnittsverstellglieder 9, 10, 11 und 12 betätigt werden.
Dazu weisen die Betätigungsscheiben 31 und 32 für jedes
Querschnittsverstellglied 9 bis 12 eine Nockenführung 34, 34', 34'' und 34''' auf, die als
Schlitzführung 35, 35', 35'' und 35''' ausgebildet
ist, wobei in den beiden Betätigungsscheiben 31 und 32 jeweils
Schlitze gleich ausgebildet sind, sodass zwei gegenüberliegende
Schlitze eine Nockenführung 34, 34', 34'' und 34''' beziehungsweise
Schlitzführung 35, 35', 35'' und 35''' bilden. Alternativ
zu einer Schlitzführung 35 ist
hierbei auch eine Nutführung
denkbar.
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In
dem Gehäuse 2 sind
in Lagervorrichtungen 36 bis 39, von denen hier
nur die Lagervorrichtungen 37 bis 39 zu sehen
sind, Übertragungsglieder 40, 41, 42 und 43 derart
gelagert, dass die Übertragungsglieder 40 bis 43,
die als Betätigungsstäbe ausgebildet
sind, im Wesentlichen radial zu der Drehachse der Betätigungswelle 30 ausgerichtet
sind. Die Übertragungsglieder 40 bis 43 weisen
an ihrem zum Betätigungselement 33 gerichteten
Ende jeweils Nocken 44, 45, 46 und 47 auf,
die in die Schlitzführungen 35 der
beiden Betätigungsscheiben 31 und 32 eingreifen.
An ihrem anderen Ende sind die Übertragungsglieder 40 bis 43 zug-
und druckfest mit den Querschnittsverstellgliedern 9 bis 12 beziehungsweise
mit den Stellklappen 13 bis 16 verbunden.
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Wird
nun das Betätigungselement 33,
vorteilhafterweise von einem Stellmotor über die Betätigungswelle 30, betätigt, sodass
sich die Betätigungsscheiben 31 und 32 um
ihre Drehachse drehen, so bewirken die Schlitzführungen 35 in denen
die Nocken 44 bis 47 der Übertragungsglieder 40 bis 43 geführt werden,
dass die Übertragungsglieder
betätigt werden.
Je nach Ausbildung der Schlitzführungen 35, 35', 35'' und 35''' werden dabei
die Übertragungsglieder 40 bis 43 von
der Drehachse weg gedrückt, sodass
sie gegen die Stellklappen 13 bis 16 der Querschnittsverstellglieder 9 bis 12 drücken und
somit diese öffnen,
oder zur Drehachse hin gezogen werden, sodass die Stellklappen 13 bis 16 geschlossen
werden. Durch eine entsprechende Ausbildung der Schlitzführungen 35, 35', 35'' und 35''' ist dabei auch
eine dosierte Einstellung der Querschnittsverstellglieder möglich, sodass
ein gewünschter
Querschnitt, nicht nur vollständig
auf oder vollständig
geschlossen, sondern auch dosiert eingestellt werden kann. So kann
zum Beispiel, mit entsprechend ausgebildeten Schlitzführungen 35, 35', 35'' und 35''', durch eine
Drehung der Betätigungswelle 30 um
einen bestimmten Winkel das Querschnittsverstellglied 9 so
betätigt
werden, dass sich die Stellklappe 13 öffnet, das Querschnittsverstellglied 10 so
betätigt
werden, dass sich die Stellklappe 14 schließt und die Querschnittsverstellglieder 11 und 12 nicht
betätigt werden,
sodass sich der zugehörige
Strömungsquerschnitt
nicht verändert.
Durch Drehung der Betätigungswelle 30 um
einen weiteren bestimmen Winkel kann eine weitere Durchströmungssituation
eingestellt werden, die sich von der oben beschriebenen unterscheidet.
Es ist also eine individuelle Einstellung der Durchströmungsquerschnitte
möglich.
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Das
dargestellte Mehrwegeventil 1 ist dabei vorteilhafterweise
als Klappenthermostat in einer Antriebsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs
vorgesehen. Natürlich
ist für
die Funktionsfähigkeit
des Mehrwegeventils ein hier nicht dargestellter Deckel an der Vorderseite 3 des
Gehäuses 2 vorgesehen,
in dem die Betätigungswelle 30 gelagert
ist, und der das Mehrwegeventil dicht verschließt. Dazu muss auch die Betätigungswelle 30 in
der Lagerung in dem Deckel abgedichtet sein. Durch die Verwendung
der Stellklappen 13 bis 16, selbst bei hohen Volumenströmen und
großen
Druckdifferenzen, ist die Funktionsfähigkeit gewährleistet, wobei nur geringe
Betätigungsmomente
notwendig sind. Die Ausführung
des Mehrwegeventils mit den Stellklappen 13 bis 16 ermöglicht eine
vorteilhafte kompakte Bauweise mit besonders einfachen Abdichtungen.
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- 1
- Mehrwegeventil
- 2
- Gehäuse
- 3
- Vorderseite
- 4
- Öffnung
- 5
- Seitenfläche
- 6
- Seitenfläche
- 7
- Seitenfläche
- 8
- Seitenfläche
- 9
- Querschnittsverstellglied
- 10
- Querschnittsverstellglied
- 11
- Querschnittsverstellglied
- 12
- Querschnittsverstellglied
- 13
- Stellklappe
- 14
- Stellklappe
- 15
- Stellklappe
- 16
- Stellklappe
- 17
- Drehachse
- 18
- Drehachse
- 19
- Drehachse
- 20
- Drehachse
- 21
- Anschlussstutzen
- 22
- Anschlussstutzen
- 23
- Anschlussstutzen
- 24
- Anschlussstutzen
- 25
- Anschlussstutzen-Innenseite
- 26
- Anschlussstutzen-Innenseite
- 27
- Anschlussstutzen-Innenseite
- 28
- Anschlussstutzen-Innenseite
- 29
- Rückwand
- 30
- Betätigungswelle
- 31
- Betätigungsscheibe
- 32
- Betätigungsscheibe
- 33
- Betätigungselement
- 34
- Nockenführung
- 34'
- Nockenführung
- 34''
- Nockenführung
- 34'''
- Nockenführung
- 35
- Schlitzführung
- 35'
- Schlitzführung
- 35''
- Schlitzführung
- 35'''
- Schlitzführung
- 36
- Lagervorrichtung
- 37
- Lagervorrichtung
- 38
- Lagervorrichtung
- 39
- Lagervorrichtung
- 40
- Übertragungsglied
- 41
- Übertragungsglied
- 42
- Übertragungsglied
- 43
- Übertragungsglied
- 44
- Nocken
- 45
- Nocken
- 46
- Nocken
- 47
- Nocken