DE102006062263B3

DE102006062263B3 - Mischventil

Info

Publication number: DE102006062263B3
Application number: DE200610062263
Authority: DE
Inventors: Alexander Sellentin
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-12-22
Filing date: 2006-12-22
Publication date: 2008-06-26
Anticipated expiration: 2026-12-23

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Mischventil (1) für Fluide mit einem eine zylinderförmige Ventilkammer (2) einschließenden Ventilgehäuse (3). An der Mantelfläche (4) der Ventilkammer sind mindestens drei durch das Ventilgehäuse hindurchgehende erste Fluiddurchführungen (7) angeordnet, deren Mittelachsen (B) in äquidistantem Winkelabstand (alpha) zueinander um eine Mittelachse (A) der Ventilkammer (2) angeordnet sind. An der Mantelfläche ist in Umfangrichtung vor und/oder nach jeder ersten Fluiddurchführung eine Ausnehmung (8) im Ventilgehäuse ausgebildet, die seitliche Begrenzungsflächen (9) zur Mantelfläche hin und eine zwischen den seitlichen Begrenzungsflächen liegende Bodenfläche (10) aufweist, wobei die Bodenfläche an einem durchführungsseitigen Ende (11) der Ausnehmung an die jeweilige erste Fluiddurchführung angrenzt und an einem dem durchführungsseitigen Ende gegenüberliegenden, mantelflächenseitigen Ende (12) der Ausnehmung in die Mantelfläche übergeht. Die Tiefe der Ausnehmung gegenüber der Mantelfläche nimmt mit zunehmendem Abstand von der jeweiligen ersten Fluiddurchführung ab. Das Mischventil weist ferner einen Ventilkörper, der einen Mischkörper und einen Führungsstab umfasst, auf. Der Mischkörper hat die Form eines geraden Zylinders, an seiner Mantelfläche ist eine erste Fluidausnehmung ausgebildet mit einem in Umfangsrichtung gesehen maximalen Öffnungswinkel, der zumindest nahezu dem Winkelabstand der Mittelachsen der ersten Fluiddurchführungen im ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Mischventil für Fluide. Unter Fluiden sind hierbei Flüssigkeiten und Gase sowie Mischungen hieraus und mit Feststoffen zu verstehen.
Es ist bekannt, dass Dieselmotoren wahlweise mit Dieselkraftstoff oder mit Pflanzenöl bzw. Pflanzenfett betrieben werden können. Hierfür ist eine Kraftstoffzuführungseinrichtung für den Dieselmotor erforderlich. In einer Dreitanklösung ist hierbei je nach Betriebszustand entweder reiner Dieselkraftstoff aus einem ersten Tank für Diesel (erster Mischzustand), eine Mischung aus Diesel aus dem ersten Tank und Pflanzenöl bzw. Pflanzenfett aus einem zweiten Tank für Pflanzenöl bzw. -fett in einem einstellbaren oder vorgegebenen Mischverhältnis (zweiter Mischzustand), oder ein bereits vorhandenes Gemisch aus Diesel und Pflanzenöl bzw. -fett aus einem dritten Tank für dieses Gemisch einer Einspritzpumpe des Dieselmotors zuzuführen (dritter Mischzustand).
Um den Aufbau eines derartigen Kraftstoffzuführungssystems möglichst einfach gestalten zu können, ist ein Mischventil erwünscht, mit dem sich alle drei vorgenannten Mischzustände einstellen lassen.
Vergleichbare Problemstellungen ergeben sich bei komplexen Heizungssystemen und auch in Gaszuführungssystemen.
Aus DE 12 91 961 A und CH 367677 A sind Mischventile mit zylindrischer Ventilkammer bekannt, US 2003/0098077 A1 offenbart ebenfalls ein Mischventil mit zylindrischer Ventilkammer, die mit einem radialen und einem axialen Anschluss versehen ist. Ferner ist aus DE 22 18 840 A ein auch als Mehrwegeventil, jedoch nicht als Mischventil ausführbares Ventil mit einer Ausnehmung im Gehäuse zur Feinregulierung bekannt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Mischventil anzugeben, das den vorgenannten Anforderungen entspricht.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch ein Mischventil mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den von Anspruch 1 abhängigen Ansprüchen angegeben.
Anspruch 1 sieht vor ein Mischventil für Fluide mit einem eine Ventilkammer einschließenden Ventilgehäuse. Die Ventilkammer hat im Wesentlichen die Form eines geraden Zylinders mit einer Mittelachse, um die eine Mantelfläche gelegt ist, und einer ersten kreisförmigen Basisfläche und einer der ersten Basisfläche gegenüberliegenden zweiten kreisförmigen Basisfläche. An der Mantelfläche münden mindestens drei durch das Ventilgehäuse hindurchgehende erste Fluiddurchführungen in die Ventilkammer, wobei die Mittelachsen dieser Fluiddurchführungen in äquidistantem Winkelabstand zueinander um die Mittelachse der Ventilkammer angeordnet sind. Dies bedeutet, dass der Winkelabstand bei drei ersten Fluiddurchführungen 120° und bei vier ersten Fluiddurchführungen 90° beträgt.
An der Mantelfläche ist in Umfangrichtung vor und/oder nach jeder ersten Fluiddurchführung eine Ausnehmung (auch: Auskerbung) im Ventilgehäuse ausgebildet, die seitliche Begrenzungsflächen zur Mantelfläche hin und eine zwischen den seitlichen Begrenzungsflächen liegende Bodenfläche aufweist. Die Bodenfläche der Ausnehmung grenzt an einem durchführungsseitigen Ende der Ausnehmung an die jeweilige erste Fluiddurchführung an und an einem dem durchführungsseitigen Ende gegenüberliegenden, mantelflächenseitigen Ende der Ausnehmung geht sie in die Mantelfläche über. Die Tiefe der Ausnehmung gegenüber der Mantelfläche nimmt mit zunehmendem Abstand von der jeweiligen ersten Fluiddurchführung ab. In der Mitte der ersten Basisfläche der Ventilkammer ist eine im Querschnitt kreisförmige Führungsdurchführung entlang der Mittelachse der Ventilkammer durch das Ventilgehäuse ausgebildet.
In der Mitte der zweiten Basisfläche der Ventilkammer ist eine zweite Fluiddurchführung entlang der Mittelachse der Ventilkammer durch das Ventilgehäuse hindurch ausgebildet.
Ferner umfasst das Mischventil einen Ventilkörper, der wiederum einen Mischkörper und einen Führungsstab umfasst. Der Mischkörper weist die Form eines geraden Zylinders mit Mantelfläche und einer ersten kreisförmigen Basisfläche und einer der ersten Basisfläche gegenüberliegenden zweiten kreisförmigen Basisfläche auf und korrespondiert hinsichtlich seiner Abmessungen mit den Abmessungen der Ventilkammer. Der Führungsstab korres pondiert hinsichtlich seiner Querschnittsabmessungen mit den Querschnittsabmessungen der Führungsdurchführung im Ventilgehäuse. Ferner ist der Führungsstab in der Mitte der ersten Basisfläche des Mischkörpers und senkrecht zur ersten Basisfläche angeordnet.
An der Mantelfläche des Mischkörpers ist eine erste Fluidausnehmung ausgebildet und in der Mitte der zweiten Basisfläche des Mischkörpers ist eine in den Mischkörper hineinreichende zweite Fluidausnehmung ausgebildet. Erste Fluidausnehmung und zweite Fluidausnehmung des Mischkörpers gehen im Inneren des Mischkörpers ineinander über und bilden damit eine durchgehende Fluidverbindung durch den Mischkörper.
Die erste Fluidausnehmung des Mischkörpers weist in Umfangrichtung entlang der Mantelfläche des Mischkörpers einen maximalen Öffnungswinkel auf, der zumindest nahezu dem Winkelabstand der Mittelachsen der ersten Fluiddurchführungen im Ventilgehäuse entspricht.
Der Mischkörper des Ventilkörpers ist um die Mittelachse der Ventilkammer drehbar in der Ventilkammer angeordnet und der Führungsstab des Ventilkörpers ragt durch die Führungsdurchführung im Ventilgehäuse nach außen.
Die zweite Fluidausnehmung im Mischkörper steht der zweiten Fluiddurchführung im Ventilgehäuse derart gegenüber, dass eine direkte Fluidverbindung zwischen zweiter Fluidausnehmung und zweiter Fluiddurchführung besteht.
Die erste Fluidausnehmung im Mischkörper steht in einer entsprechenden Drehstellung des Ventilkörpers relativ zum Ventilgehäuse einer der ersten Fluiddurchführungen derart gegenüber steht, dass eine direkte Fluidverbindung nur zu dieser ersten Fluiddurchführung und nicht zu den anderen ersten Fluiddurchführungen besteht und dass in weiteren Drehstellungen des Ventilkörpers eine entsprechende direkte Fluidverbindung nur zu jeweils einer anderen ersten Fluiddurchführung besteht. Dies bedeutet, dass Fluid nur aus einer der ersten Fluiddurchführungen in die Ausnehmungen des Mischkörpers gelangt und von dort an die zweite Fluiddurchführung weiter geleitet wird. Die anderen ersten Fluiddurchführungen sind hierbei durch den Mischkörper verschlossen.
Die erste Fluidausnehmung im Mischkörper steht in weiteren, als Mischstellung bezeichneten Drehstellungen des Ventilkörpers in direkter Fluidverbindung zu jeweils zwei ersten Fluiddurchführungen, so dass Fluide aus diesen beiden ersten Fluiddurchführungen in den Mischkörper förderbar und dort mischbar sind, um anschließend an die zweite Fluiddurchführung weitergeleitet zu werden. In diesem Zustand werden die Fluide aus zwei Fluiddurchführungen miteinander gemischt und weitergeleitet, wohingegen die weiteren ersten Fluiddurchführungen durch den Mischkörper verschlossen sind.
Das Mischungsverhältnis zwischen beiden Fluiden ist in der Mischstellung über die exakte Drehstellung des Ventilkörpers relativ zum Ventilgehäuse einstellbar.
Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, dass das vorgeschlagene Mischventil allen eingangs genannten Anforderungen entspricht. Alle gewünschten Mischzustände lassen sich mit diesem Mischventil verwirklichen.
Beispielsweise kann das Mischventil gemäß der Erfindung mit drei ersten Fluiddurchführungen, die jeweils um 120° zueinander versetzt angeordnet sind, ausgestattet sein. Fluiddurchführung Nr. 1 kann mit dem ersten Tank für Diesel verbunden sein, Fluiddurchführung Nr. 2 mit dem zweiten Tank für Pflanzenöl bzw. -fett und Fluiddurchführung Nr. 3 mit dem dritten Tank für das Gemisch aus Diesel und Pflanzenöl bzw. -fett. Die ersten Fluiddurchführungen sind somit alle Fluideinlässe, während die zweite Fluiddurchführung einen Fluidauslass darstellt und mit der Einspritzpumpe des Dieselmotors verbunden sein kann.
Der erste eingangs genannte Mischzustand, bei dem lediglich Diesel aus dem ersten Tank durch das Mischventil geleitet werden soll, lässt sich durch eine Drehstellung des Ventilkörpers erreichen, bei der die erste Fluidausnehmung im Mischkörper der Fluiddurchführung Nr. 1 gegenüber steht und der Mischkörper die Fluiddurchführungen Nr. 2 und Nr. 3 sperrt. Der Diesel wird aus dem ersten Tank über das Mischventil an die Einspritzpumpe des Dieselmotors weitergeleitet.
Der zweite eingangs genannte Mischzustand, bei dem in dem Mischventil eine Mischung aus Diesel aus dem ersten Tank und Pflanzenöl bzw. Pflanzenfett aus dem zweiten Tank für Pflanzenöl bzw. -fett in einem einstellbaren oder vorgegebenen Mischverhältnis hergestellt werden soll, lässt sich durch eine Mischstellung des Ventilkörpers erreichen, das heißt durch eine Stellung, bei der die erste Fluidausnehmung des Mischkörpers in direkter Fluidverbindung zu Fluiddurchführung Nr. 1 und Fluiddurchführung Nr. 2 steht, so dass so im Mischkörper Diesel und Pflanzenöl bzw. -fett miteinander gemischt werden, wohingegen der Mischkörper Fluidverbindung Nr. 3 sperrt. Das Mischverhältnis zwischen Diesel und Pflanzenöl bzw. -fett ist durch die exakte Drehstellung des Ventilkörpers relativ zum Ventilgehäuse im Bereich der möglichen Mischstellungen des Ventilkörpers einstellbar. Das im Mischventil hergestellte Gemisch wird an die Einspritzpumpe weitergeleitet.
Der dritte eingangs genannte Mischzustand, bei dem ein bereits im dritten Tank vorhandenes Gemisch aus Diesel und Pflanzenöl bzw. -fett durch das Mischventil geleitet werden soll, lässt sich durch eine Drehstellung des Ventilkörpers erreichen, bei der die erste Fluidausnehmung im Mischkörper der Fluiddurchführung Nr. 3 gegenüber steht und der Mischkörper die Fluiddurchführungen Nr. 1 und Nr. 2 sperrt. In diesem Fall wird das bereits fertige Gemisch aus dem dritten Tank über das Mischventil an die Einspritzpumpe geleitet.
Ein weiterer Vorteil des Mischventils gemäß der Erfindung ergibt sich aus dem Vorsehen der an die ersten Fluiddurchführungen angrenzenden Ausnehmungen im Ventilgehäuse. Diese ermöglichen zum einen einen sanften Übergang zwischen verschiedenen Drehstellungen des Fluidkörpers und damit zwischen verschiedenen Mischzuständen bzw. Betriebszuständen des Mischventils, im Gegensatz zum plötzlichen Übergang, der in Ausführungsvarianten ohne diese Ausnehmungen auftreten würde. Die Ausnehmungen ermöglichen eine Fluidverbindung zwischen der jeweiligen ersten Fluiddurchführung im Ventilgehäuse und der ersten Fluidausnehmungm Misch körper, auch wenn die erste Fluidausnehmung der jeweiligen ersten Fluiddurchführung nicht mehr gegenüberliegt, sondern vollständig gegenüber der Fluiddurchführung im Umfangrichtung verschoben ist. Auch in diesem Fall kann weiterhin Fluid aus der Fluiddurchführung in die erste Fluidausnehmung übertreten (und umgekehrt). Hierbei ist die Ausnehmung bevorzugt derart gestaltet, dass der Fluidstrom mit zunehmender Entfernung der ersten Fluidausnehmung von er jeweiligen ersten Fluiddurchführung abnimmt und bei vollständigem Überschreiten des mantelflächenseitigen Endes der Ausnehmung versiegt. Im letztgenannten Fall sperrt der Mischkörper die jeweilige Fluiddurchführung. Dieser langsame Übergang zwischen verschiedenen Misch- bzw. Betriebszuständen wirkt sich vorteilhaft auf die Funktion und Lebensdauer des Dieselmotors insgesamt einschließlich seines Kraftstoffzuführungssystems aus. Ein langsamer Übergang hat beispielsweise den Vorteil, dass dadurch ein problemloser Druckausgleich zwischen den verschiedenen Leitungen möglich ist, wohingegen bei plötzlichen Zustandsänderungen ein ebenso plötzlicher Druckausgleich Probleme, beispielsweise beim Betrieb der Einspritzpumpe, oder gar Beschädigungen, nach sich ziehen kann.
Zum anderen haben die Ausnehmungen den Vorteil, dass sie aufgrund des sanften Übergangs in der Mischstellung zwischen zwei Fluiddurchführungen eine wesentlich feiner Einstellung des Mischverhältnisses ermöglichen.
Bevorzugt sind die Ausnehmungen im Ventilgehäuse und/oder die Fluidausnehmungen im Mischkörper derart ausgebildet, dass sich der Mischungsanteil der beiden Fluide in der Mischstellung des Ventilkörpers proportional zur Änderung der exakten Drehstellung des Ventilkörpers verändert, wobei ein Fluidanteil proportional zur Drehstellungsänderung abnimmt und der andere Fluidanteil entsprechend direkt proportional zur Drehstellungsänderung zunimmt.
Gemäß einer Ausführungsvariante nimmt die Tiefe der Ausnehmungen im Ventilgehäuse gegenüber der Mantelfläche der Ventilkammer mit zunehmendem Abstand der Ausnehmung von der jeweiligen ersten Fluiddurchführung stetig ab.
Auch kann vorgesehen sein, dass die Bodenfläche der Ausnehmungen im Ventilgehäuse gewölbt ist, insbesondere konkav in das Ventilgehäuse hinein gewölbt ist. Alternativ kann die Bodenfläche auch eben ausgebildet sein.
Diese vorgenannten Weiterbildungen ermöglichen eine besonders exakte Einstellbarkeit des Mischungsverhältnisses zwischen zwei Fluiden im Mischventil.
Gemäß einer Weiterbildung des Mischventils ist zwischen zwei benachbarten Ausnehmungen im Ventilgehäuse, die jeweils benachbarten Fluiddurchführungen zugeordnet sind, ein Stück Mantelfläche der Ventilkammer angeordnet ist. Dadurch kann die Mantelfläche des Mischkörpers in einer Sperrstellung direkt an dieses Mantelflächenstück angrenzen und damit in diesem Zustand einen direkten Fluidkontakt zwischen zwei benachbarten Fluiddurchführungen unterbinden.
Gemäß einer Ausführungsvariante weist die erste Fluidausnehmung in der Mantelfläche des Mischkörpers in Umfangrichtung liegende Begrenzungsflächen auf, die im Querschnitt senkrecht zur Mittelachse einen Winkel kleiner 90° mit der dazugehörigen Tangentialfläche an die Mantelfläche des Mischkörpers einschließen. Dies ermöglicht einen guten, den Fluidfluss zumindest weitestgehend nicht begrenzenden Übergang von der ersten Fluidausnehmung zur zweiten Fluidausnehmung im Mischkörper.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass das Ventilgehäuse einen Grundkörper und einen Deckel umfasst, wobei der Grundkörper die ersten Fluiddurchführungen und die Führungsdurchführung und die erste Basisfläche der Ventilkammer ausbildet, und wobei der Deckel die zweite Basisfläche der Ventilkammer und die zweite Fluiddurchführung ausbildet. Diese Ausbildung ermöglicht die einfache Herstellung des Mischventils. Zunächst wird der Mischkörper des Ventilkörper in die Ventilkammer des Grundkörpers eingesetzt, und zwar derart, dass der Führungsstab durch die Führungsdurchführung hindurch ragt. Anschließend wird der Deckel auf den Grundkörper aufgesetzt und befestigt, beispielsweise durch Schraubverbindungen. Bevorzugt bildet der Grundkörper des Ventilgehäuses die Mantelfläche der Ventilkammer aus, das heißt die Ventilkammer ist vollständig innerhalb des Grundkör pers ausgebildet, der Deckel bildet lediglich ihre obere Begrenzung bzw. erste Basisfläche.
Ergänzend können Führungsstifte und korrespondierende Ausnehmungen in Grundkörper bzw. Deckel die exakte Positionierung von Grundkörper und Deckel zueinander vorgeben, so dass immer und auf einfache Weise eine exakte Montage des Mischventils sichergestellt ist.
In eines Ausführungsvariante ist wischen Grundkörper und Deckel, insbesondere in einer Nut in Grundkörper und/oder Deckel, ein Dichtungsring um die Mittelachse angeordnet, der die Ventilkammer in diesem Bereich nach außen hin abdichtet. Bei Diesel und Pflanzenöl bzw. Pflanzenfett ist dies zwar in der Regeln nicht erforderlich, jedoch gegebenenfalls bei anderen Fluiden, seien es Flüssigkeiten oder Gases.
Auch können in den ersten Fluiddurchführungen und/oder in der zweiten Fluiddurchführung, insbesondere in Nuten in den Fluiddurchführungen, Dichtungsringe angeordnet sind, die in einem Einbauzustand des Mischventils in einem Leitungssystem, das heißt wenn an den Fluiddurchführungen Fluidleitungen angebracht sind, die Ventilkammer und das Innere dieser Fluidleitungen in diesem Bereich nach außen hin abdichten.
Bevorzugt bestehen das Ventilgehäuse und/oder der Ventilkörper aus Metall, insbesondere aus Stahl, vorzugsweise Edelstahl, und/oder Messing und/oder Aluminium.
Auch kann für die Durchführung der Drehung des Ventilkörpers relativ zum Ventilgehäuse ein manueller und/oder elektrischer und/oder pneumatischer und/oder hydraulischer Antrieb vorgesehen sein.
Gemäß einer Weiterbildung ist eine der Drehstellung des Ventilkörpers relativ zum Ventilgehäuse zugeordnete Anzeige vorgesehen, die beispielsweise ein Ablesen der jeweils eingestellten Fluidverbindungen und/oder des jeweiligen Mischungsverhältnisses und/oder der Drehstellung des Ventilkörpers ermöglicht.
Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen
1 in dreidimensionaler Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Mischventils,
2 in Seitenansicht das Mischventil nach 1,
3 in Seitenansicht den Grundkörper des Mischventils nach 1,
4 eine Schnittdarstellung entlang der Linie A-A in 3,
5 eine alternative Seitenansicht des Grundkörpers nach 3,
6 eine Draufsicht auf die dem Deckel zugewandte Seite des Grundkörpers nach 3,
7 in dreidimensionaler Darstellung den Deckel des Mischventils nach 1,
8 eine Seitenansicht des Deckels nach 7,
9 eine Draufsicht auf die dem Grundkörper zugewandte Seite des Deckels nach 7,
10 in dreidimensionaler Darstellung den Ventilkörper des Mischventils nach 1,
11 in Seitenansicht den Ventilkörper nach 10,
12 eine Schnittdarstellung entlang der Linie A-A in 11,
13 eine Schnittdarstellung des Grundkörpers einer alternativen Ausführungsform eines Mischventils gemäß der Erfindung.
Einander entsprechende Komponenten und Teile sind in 1 bis 13 mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 bis 12 zeigen ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Mischventils 1, und zwar 1 und 2 das vollständige Mischventil 1, 3 bis 6 einen Grundkörper 25 des Ventilgehäuses 3 des Mischventils 1, 7 bis 9 einen Deckel 26 des Ventilgehäuses 3 des Mischventils 1 und 10 bis 12 einen Ventilkörper 15 des Mischventils 1.
Das Ventilgehäuse 3, das eine Ventilkammer 2 umschließt, ist aus Grundkörper 25 und Deckel 26 zusammengesetzt, die über Schrauben 29, die durch Durchführungen 30 im Deckel 26 in Gewindeausnehmungen 31 im Grundkörper 25 eingeschraubt sind, aneinander befestigt sind. Führungsstifte 27 am Grundkörper 25, die mit Ausnehmungen 28 im Deckel 26 korrespondieren, sorgen bei der Montage für die exakte Positionierung von Grundkörper 25 und Deckel 26 zueinander und ermöglichen eine einfache Montage.
Der Ventilkörper 15 umfasst einen zylinderförmigen Mischkörper 16 mit einer Mantelfläche 16, einer ersten Basisfläche 19 und einer zweiten Basisfläche 20. An der ersten Basisfläche 19 ist mittig ein Führungsstab 17 angeordnet. Dieser Führungsstab 17 kann einstückig mit dem Mischkörper 16 ausgebildet sein, er kann aber ebenso als eigenständige Komponente fest am Mischkörper 16 befestigt sein. Der Führungsstab 17 ist senkrecht zur ersten Basisfläche 19 orientiert.
Im vollständigen Mischventil 1 ist der Mischkörper 16 des Ventilkörpers 15 in die Ventilkammer 2 eingesetzt. Die Ventilkammer 2 korrespondiert hinsichtlich ihrer Abmessungen mit den Abmessungen des Mischkörpers 16. Sie ist ebenfalls zylinderförmig ausgebildet mit einer Mantelfläche 4, einer ersten Basisfläche 5 und einer zweiten Basisfläche 6. Die Mittelachse der Ventilkammer 2 ist mit A bezeichnet. Das Einsetzen des Mischkörpers 16 des Ventilkörpers 15 erfolgt in die im Grundkörper 25 ausgebildete Ventilkammer 2 erfolgt, bevor der Deckel 26 auf dem Grundkörper 25 angebracht wird. Beim Einsetzen des Ventilkörpers 15 wird der im Querschnitt kreisförmige Führungsstab 17 durch eine hinsichtlich ihrer Querschnittsabmessungen mit dem Führungsstab 17 korrespondierende, ebenfalls im Querschnitt kreisförmige Führungsdurchführung 13 in der zweiten Basisfläche 6 der Ventilkammer 2 durch das Ventilgehäuse 3 hindurch gesteckt und ragt nach außen hervor.
Der Mischkörper 16 ist um die Mittelachse A drehbar in der Ventilkammer 2 angeordnet, wobei der Mischkörper 16 von außen über den Führungsstab 17 drehbar ist, beispielsweise über eine nicht dargestellte mechanische und/oder elektrische Antriebseinheit, und/oder einfach durch manuelles Drehen des Führungsstabes 17. Zum gezielten auffinden bestimmter Drehstellungen des Ventilkörpers 15 kann ergänzend eine Anzeige am Mischventil 1 vorgesehen sein (nicht dargestellt). Am Ventilgehäuse 3 können ferner Gewindebohrungen oder andere Befestigungseinrichtungen für die Montage des Mischventils vorgesehen sein.
Der Grundkörper 25 des Ventilgehäuses 3 weist drei erste, im Querschnitt kreisförmige Fluiddurchführungen 7 auf, die in die Ventilkammer 2 münden. Die Mittelachsen B dieser drei Fluiddurchführungen 7 weisen zueinander einen äquidistanten Winkelabstand α von 120° um die Mittelachse A der Ventilkammer auf. An der Mantelfläche 4 sind in Umfangrichtung vor und nach jeder ersten Fluiddurchführung 7 spiegelbildlich zueinander ausgebildete Ausnehmung 8 (auch: Einkerbungen) im Ventilgehäuse 3 vorgesehen. Jede dieser Ausnehmungen 8 weist zwei sich radial und senkrecht von der Mantelfläche weg erstreckende seitliche Begrenzungsflächen 9 sowie eine zwischen den seitlichen Begrenzungsflächen 9 liegende Bodenfläche 10 auf. Die Bodenfläche 10 grenzt an ihrem durchführungsseitigen Ende 11 an die jeweilige erste Fluiddurchführung 7 an und geht an ihrem dem durchführungsseitigen Ende 11 gegenüberliegenden, mantelflächenseitigen Ende 12 in die Mantelfläche 4 über. Die Tiefe der Ausnehmung 8 nimmt gegenüber der Mantelfläche 4 mit zunehmendem Abstand der Ausnehmung 8 von der jeweiligen ersten Fluiddurchführung 7 stetig ab, wobei die Bodenfläche 10 konkav gewölbt ist, d. h. in den Grundkörper 25 hinein gewölbt ist.
Des Weiteren ist in der Mitte der zweiten Basisfläche 6 der Ventilkammer 2 eine zweite Fluiddurchführung 14 entlang der Mittelachse A der Ventilkammer 2 durch den Deckel 26 des Ventilgehäuses 3 ausgebildet.
An der Mantelfläche 18 des Mischkörpers 16 des Ventilkörpers 15 ist eine erste Fluidausnehmung 21 ausgebildet, in der Mitte der zweiten Basisfläche 20 des Mischkörpers 16 ist eine zweite Fluidausnehmung 22 ausgebildet. Die erste Fluidausnehmung 21 und die zweite Fluidausnehmung 22 des Mischkörpers 16 gehen im Inneren des Mischkörpers 16 ineinander über und bilden damit eine durchgehende Fluidverbindung durch den Mischkörper 16.
Die erste Fluidausnehmung 21 des Mischkörpers 16 weist in Umfangrichtung entlang der Mantelfläche 18 des Mischkörpers 16 einen maximalen Öffnungswinkel β auf, der dem Winkelabstand α der Mittelachsen B der ersten Fluiddurchführungen 7 im Ventilgehäuse 3 entspricht und somit ebenfalls 120° beträgt. Die erste Fluidausnehmung 21 in der Mantelfläche 18 des Mischkörpers 16 weist in Umfangrichtung liegende Begrenzungsflächen 23 auf, die im Querschnitt senkrecht zur Mittelachse A einen Winkel γ, der deutlich kleiner als 90° ist, mit der dazugehörigen Tangentialfläche 24 an die Mantelfläche 18 des Mischkörpers 16 einschließen.
Im fertigen Mischventil 1 steht die zweite Fluidausnehmung 22 im Mischkörper 16 der zweiten Fluiddurchführung 14 im Ventilgehäuse 3 derart gegenüber, dass eine direkte Fluidverbindung zwischen zweiter Fluidausnehmung 22 und zweiter Fluiddurchführung 14 besteht. Ferner kann die erste Fluidausnehmung 21 im Mischkörper 16 in einer entsprechenden Drehstellung des Ventilkörpers 15 relativ zum Ventilgehäuse 3 einer der ersten Fluiddurchführungen 7 derart gegenüber stehen, dass eine direkte Fluidverbindung der ersten Fluidausnehmung 21 nur zu dieser ersten Fluiddurchführung 7 und nicht zu den anderen ersten Fluiddurchführungen 7 besteht. In weiteren Drehstellungen des Ventilkörpers 15 kann eine entsprechende direkte Fluidverbindung in analoger Weise nur zu jeweils einer anderen ersten Fluiddurchführung 7 bestehen, so dass insgesamt Drehstellungen des Ventilkörpers gegeben sind, in denen jeweils nur eine der ersten Fluiddurchführungen 7 in Fluidverbindung zur ersten Fluidausnehmung 21 steht. Die anderen ersten Fluiddurchführungen 7 sind in diesen Drehstellungen vom Mischkörper 16 des Ventilkörpers 15 gesperrt bzw. verschlossen.
Es ist aber auch möglich, dass der Ventilkörper 15 in weiteren Drehstellungen sogenannte Mischstellungen einnimmt. In diesen Mischstellungen steht die erste Fluidausnehmung 21 im Mischkörper 16 in direkter Fluidverbindung zu jeweils zwei ersten Fluiddurchführungen 7, so dass Fluide aus diesen beiden ersten Fluiddurchführungen 7 in den Mischkörper 16 förderbar und dort mischbar sind. In einer derartigen Mischstellung ist das Mischungsverhältnis zwischen beiden Fluiden über die exakte Drehstellung des Ventilkörpers 15 relativ zum Ventilgehäuse 3 einstellbar.
9 zeigt eine im Deckel 26 ausgebildete Nut 32 zur Aufnahe einer Ringdichtung, um im montierten Zustand des Mischventils 1 den Grundkörper 25 und den Deckel 26 gegeneinander und damit die Ventilkammer 2 in diesem Bereich nach außen hin abzudichten.
Die ersten Fluiddurchführungen 7 und die zweite Fluiddurchführung 14 sind jeweils mit Innengewinde ausgestattet zur Anbringung von Fluidleitungen. Um auch hier für eine Abdichtung zu sorgen, können in Nuten 33 in den Fluiddurchführungen Dichtungsringe angeordnet sein.
13 zeigt in einer Schnittdarstellung des Grundkörpers 25 des Ventilgehäuses 3 einer alternativen Ausführungsform eines Mischventils 1 gemäß der Erfindung. Der wesentliche Unterschied zum vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel nach 1 bis 12 liegt in der konkreten Ausbildung der an die ersten Fluiddurchführungen 7 angrenzenden Ausnehmungen 8 im Grundkörper 25 des Ventilgehäuses 3. Die Bodenfläche 10 der Ausnehmungen 8 verläuft hier eben, d. h. im Querschnitt geradlinig, und nicht gewölbt.
Insgesamt wird mit der Erfindung ein Mischventil angegeben, das sich flexibel in verschiedensten Fluidverteil- und Mischsystemen, beispielsweise Kraftstoffzuführeinrichtungen, einsetzen lässt und dass hierbei eine Vielzahl von Funktionen in nur einem Bauteil vereint. Ohne dieses Mischventil mussten diese Funktionen durch mehrere herkömmliche Ventile bzw. Bauteile verwirklicht werden. Das erfindungsgemäße Mischventil vereinfacht daher den Aufbau derartiger Systeme, der Betrieb wird zuverlässiger, die Lebensdauer der Systeme steigt. Insgesamt ermöglicht die Verwendung des erfindungsgemäßen Mischventil somit auch deutliche Kosteneinsparungen.

1: Mischventil
2: Ventilkammer
3: Ventilgehäuse
4: Mantelfläche der Ventilkammer 2
5: erste Basisfläche der Ventilkammer 2
6: zweite Basisfläche der Ventilkammer 2
7: erste Fluiddurchführungen
8: Ausnehmung im Ventilgehäuse 3
9: seitliche Begrenzungsfläche der Ausnehmung 8
10: Bodenfläche der Ausnehmung 8
11: durchführungsseitiges Ende der Ausnehmung 8
12: mantelflächenseitiges Ende der Ausnehmung 8
13: Führungsdurchführung im Ventilgehäuse 3
14: zweite Fluiddurchführung im Ventilgehäuse 3
15: Ventilkörper
16: Mischkörper
17: Führungsstab
18: Mantelfläche des Mischkörpers 16
19: erste Basisfläche des Mischkörpers 16
20: zweite Basisfläche des Mischkörpers 16
21: erste Fluidausnehmung im Mischkörper 16
22: zweite Fluidausnehmung im Mischkörper 16
23: Begrenzungsflächen
24: Tangentialflächen
25: Grundkörper
26: Deckel
27: Führungsstifte
28: Ausnehmungen für Führungsstifte 27
29: Schrauben
30: Durchführungen
31: Gewindeausnehmungen
32: Nut
33: Nut
A: Mittelachse der Ventilkammer 2
B: Mittelachsen der ersten Fluiddurchführungen 7
α: Winkelabstand zwischen zwei benachbarten ersten Fluiddurchführugen 7
β: maximaler Öffnungswinkel der ersten Fluidausnehmung 21
γ: Winkel zwischen Begrenzungsfläche 22 und Tangentialfläche 24

Claims

Mischventil (1) für Fluide, a) mit einem eine Ventilkammer (2) einschließenden Ventilgehäuse (3), b) wobei die Ventilkammer (2) im Wesentlichen die Form eines geraden Zylinders mit einer Mittelachse (A), um die eine Mantelfläche (4) gelegt ist, und einer ersten kreisförmigen Basisfläche (5) und einer der ersten Basisfläche (5) gegenüberliegenden zweiten kreisförmigen Basisfläche (6) aufweist, c) wobei an der Mantelfläche (4) mindestens drei durch das Ventilgehäuse (3) hindurchgehende erste Fluiddurchführungen (7) in die Ventilkammer (2) münden, deren Mittelachsen (B) in äquidistantem Winkelabstand (α) zueinander um die Mittelachse (A) der Ventilkammer (2) angeordnet sind, d) wobei an der Mantelfläche (4) in Umfangrichtung vor und/oder nach jeder ersten Fluiddurchführung (7) eine Ausnehmung (8) im Ventilgehäuse (3) ausgebildet ist, die seitliche Begrenzungsflächen (9) zur Mantelfläche (4) hin und eine zwischen den seitlichen Begrenzungsflächen (9) liegende Bodenfläche (10) aufweist, d1) wobei die Bodenfläche (10) der Ausnehmung (8) an einem durchführungsseitigen Ende (11) der Ausnehmung (8) an die jeweilige erste Fluiddurchführung (7) angrenzt und an einem dem durchführungsseitigen Ende (11) gegenüberliegenden, mantelflächenseitigen Ende (12) der Ausnehmung (8) in die Mantelfläche (4) übergeht, d2) wobei die Tiefe der Ausnehmung (8) gegenüber der Mantelfläche (4) mit zunehmendem Abstand von der jeweiligen ersten Fluiddurchführung (7) abnimmt, e) wobei in der Mitte der ersten Basisfläche (5) der Ventilkammer (2) eine im Querschnitt kreisförmige zweite Führungsdurchführung (13) entlang der Mittelachse (A) der Ventilkammer (2) durch das Ventilgehäuse (3) ausgebildet ist, f) wobei in der Mitte der zweiten Basisfläche (6) der Ventilkammer (2) eine zweite Fluiddurchführung (14) entlang der Mittelachse (A) der Ventilkammer (2) durch das Ventilgehäuse (3) ausgebildet ist, g) mit einem Ventilkörper (15), der einen Mischkörper (16) und einen Führungsstab (17) umfasst, g1) wobei der Mischkörper (16) die Form eines geraden Zylinders mit Mantelfläche (18) und einer ersten kreisförmigen Basisfläche (19) und einer der ersten Basisfläche (19) gegenüberliegenden zweiten kreisförmigen Basisfläche (20) aufweist und hinsichtlich seiner Abmessungen mit den Abmessungen der Ventilkammer (2) korrespondiert, g2) wobei der Führungsstab (17) hinsichtlich seiner Querschnittsabmessungen mit den Querschnittsabmessungen der Führungsdurchführung (13) im Ventilgehäuse (2) korrespondiert, g3) wobei der Führungsstab (17) in der Mitte der ersten Basisfläche (19) des Mischkörpers (16) und senkrecht zur ersten Basisfläche (19) angeordnet ist, g4) wobei an der Mantelfläche (18) des Mischkörpers (16) eine erste Fluidausnehmung (21) ausgebildet ist, g5) wobei in der Mitte der zweiten Basisfläche (20) des Mischkörpers (16) eine in den Mischkörper (16) hineinreichende zweite Fluidausnehmung (22) ausgebildet ist, g6) wobei erste Fluidausnehmung (21) und zweite Fluidausnehmung (22) des Mischkörpers (16) im Inneren des Mischkörpers (16) ineinander übergehen und damit eine durchgehende Fluidverbindung durch den Mischkörper (16) bilden, g7) wobei die erste Fluidausnehmung (21) des Mischkörpers (16) in Umfangrichtung entlang der Mantelfläche (18) des Mischkörpers (16) einen maximalen Öffnungswinkel (β) aufweist, der zumindest nahezu dem Winkelabstand (α) der Mittelachsen (B) der ersten Fluiddurchführungen (7) im Ventilgehäuse (3) entspricht, h) wobei der Mischkörper (16) des Ventilkörpers (15) um die Mittelachse (A) der Ventilkammer (2) drehbar in der Ventilkammer (2) angeordnet ist und der Führungsstab (17) des Ventilkörpers (15) durch die Führungsdurchführung (13) im Ventilgehäuse (3) nach außen ragt, h1) wobei die zweite Fluidausnehmung (22) im Mischkörper (16) der zweiten Fluiddurchführung (14) im Ventilgehäuse (3) derart gegenüber steht, dass eine direkte Fluidverbindung zwischen zweiter Fluidausnehmung (22) und zweiter Fluiddurchführung (14) besteht, h2) wobei die erste Fluidausnehmung (21) im Mischkörper (16) in einer entsprechenden Drehstellung des Ventilkörpers (15) relativ zum Ventilgehäuse (3) einer der ersten Fluiddurchführungen (7) derart gegenüber steht, dass eine direkte Fluidverbindung nur zu dieser ersten Flu iddurchführung (7) und nicht zu den anderen ersten Fluiddurchführungen (7) besteht und dass in weiteren Drehstellungen des Ventilkörpers (15) eine entsprechende direkte Fluidverbindung nur zu jeweils einer anderen ersten Fluiddurchführung (7) besteht, h3) wobei die erste Fluidausnehmung (21) im Mischkörper (16) in weiteren, als Mischstellung bezeichneten Drehstellungen des Ventilkörpers (15) in direkter Fluidverbindung zu jeweils zwei ersten Fluiddurchführungen (7) steht, so dass Fluide aus diesen beiden ersten Fluiddurchführungen (7) in den Mischkörper (16) förderbar und dort mischbar sind, und h4) wobei in der Mischstellung das Mischungsverhältnis zwischen beiden Fluiden über die exakte Drehstellung des Ventilkörpers (15) relativ zum Ventilgehäuse (3) einstellbar ist.
Mischventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die an die ersten Fluiddurchführungen (7) angrenzenden Ausnehmungen (8) im Ventilgehäuse (3) und/oder die erste Fluidausnehmung (21) im Mischkörper (16) derart ausgebildet sind, dass in der Mischstellung des Ventilkörpers (15) die Änderung der exakten Drehstellung des Ventilkörpers (15) proportional zum Anteil jeder der beiden Fluide im entstehenden Fluidgemisch ist.
Mischventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe der Ausnehmungen (8) im Ventilgehäuse (3) gegenüber der Mantelfläche (4) der Ventilkammer (2) mit zunehmendem Abstand der Ausnehmung (8) von der jeweiligen ersten Fluiddurchführung (7) stetig abnimmt.
Mischventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenfläche (10) der Ausnehmungen (8) im Ventilgehäuse (3) gewölbt ist, insbesondere konkav in das Ventilgehäuse (3) hinein gewölbt ist, oder eben ausgebildet ist.
Mischventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei benachbarten Ausnehmungen (8) im Ventilgehäuse (3), die jeweils benachbarten Fluiddurchführungen (7) zugeordnet sind, ein Stück Mantelfläche (8) der Ventilkammer (2) angeordnet ist.
Mischventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Fluidausnehmung (21) in der Mantelfläche (18) des Mischkörpers (16) in Umfangrichtung liegende Begrenzungsflächen (23) aufweist, die im Querschnitt senkrecht zur Mittelachse (A) einen Winkel (γ) kleiner 90° mit der dazugehörigen Tangentialfläche (24) an die Mantelfläche (18) des Mischkörpers (16) einschließen.
Mischventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (3) einen Grundkörper (25) und einen Deckel (26) umfasst, wobei der Grundkörper (25) die ersten Fluiddurchführungen (7) und die Führungsdurchführung (13) und die erste Basisfläche (5) der Ventilkammer (2) ausbildet, und wobei der Deckel (26) die zweite Basisfläche (6) der Ventilkammer (2) und die zweite Fluiddurchführung (14) ausbildet.
Mischventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (25) des Ventilgehäuses (3) die Mantelfläche (4) der Ventilkammer (2) ausbildet.
Mischventil nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass Führungsstifte (27) und korrespondierende Ausnehmungen (28) die exakte Positionierung von Grundkörper (25) und Deckel (26) zueinander vorgeben.
Mischventil nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Grundkörper (25) und Deckel (26), insbesondere in einer Nut (32) in Grundkörper und/oder Deckel, ein Dichtungsring um die Mit telachse (A) angeordnet ist, der die Ventilkammer (2) in diesem Bereich nach außen hin abdichtet.
Mischventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den ersten Fluiddurchführungen (7) und/oder in der zweiten Fluiddurchführung (14), insbesondere in Nuten in den Fluiddurchführungen, Dichtungsringe angeordnet sind, die bei an den jeweiligen Fluiddurchführungen angebrachten Fluidleitungen die Ventilkammer (2) und das Innere der Fluidleitungen in diesem Bereich nach außen hin abdichten.
Mischventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (3) und/oder Ventilkörper (15) aus Metall, insbesondere aus Stahl, vorzugsweise Edelstahl, und/oder Messing und/oder Aluminium, bestehen.
Mischventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Drehung des Ventilkörpers (15) relativ zum Ventilgehäuse (3) ein manueller und/oder elektrischer und/oder pneumatischer und/oder hydraulischer Antrieb vorgesehen ist.
Mischventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Drehstellung des Ventilkörpers (15) relativ zum Ventilgehäuse (3) zugeordnete Anzeige vorgesehen ist zum Ablesen der jeweils eingestellten Fluidverbindungen und/oder des jeweiligen Mischungsverhältnisses und/oder der Drehstellung des Ventilkörpers (15).