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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mehrwegeventil für einen Flüssigkeitskreislauf gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, das insbesondere für einen Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine bestimmt ist.
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Aus der
DE 198 09 123 B4 ist bereits ein Mehrwegeventil der eingangs genannten Art bekannt, das an einer Wasserpumpe für den Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs angeflanscht ist. Das Ventil weist dort drei in einer Umfangswand des Pumpen- bzw. Ventilgehäuses angeordnete, mit verschiedenen Teilzweigen des Kühlmittelkreislaufs verbundene radiale Zulauf- oder Ablauföffnungen und eine mit der Wasserpumpe kommunizierende axiale Sammelöffnung auf. Im Ventilgehäuse ist ein hülsenförmiger Drehschieber drehbar gelagert, der mittels eines Stellmotors in Bezug zum Ventilgehäuse verdreht werden kann. Der Drehschieber ist an seinem zur Sammelöffnung benachbarten Stirnende offen, an seinem entgegengesetzten Stirnende geschlossen und in seiner Umfangswand mit einer Steueröffnung versehen. Dadurch kann je nach Drehausrichtung des Drehschiebers eine Verbindung zwischen der Sammelöffnung und einer oder zwei Zulauf- oder Ablauföffnungen hergestellt werden, wobei nicht nur Einzelströmungen sondern auch Mischbetriebsströmungen möglich sind, wenn die Steueröffnung des Drehschiebers zwei der Zulauf- oder Ablauföffnungen in der Umfangswand des Ventilgehäuses überlappt.
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Dort, wo die Zulauf- oder Ablauföffnungen des Mehrwegeventils zum Beispiel aus Platzgründen nicht in gleichen Winkelabständen in der Umfangswand des Ventilgehäuses angeordnet werden können, oder dort, wo die Umfangswand des Drehschiebers zur Steuerung des Kühlmittelstroms durch den Kühlmittelkreislauf statt mit einer großen Öffnung mit zwei kleineren Öffnungen oder nur mit einer einzigen kleineren Öffnung versehen werden muss, kann es vorkommen, dass diese Öffnung oder Öffnungen bei einem Ausfall des Stellmotors eine solche Drehausrichtung aufweisen, dass sämtliche Zulauf- oder Ablauföffnungen in der Umfangswand des Ventilgehäuses verschlossen sind. Da der Drehschieber nach dem Ausfall des Stellmotors nicht mehr verdreht werden kann, kann in diesem Fall kein Kühlmittel mehr durch das Mehrwegeventil und damit durch den Flüssigkeitskreislauf strömen, wodurch eine Weiterfahrt mit dem Kraftfahrzeug nicht mehr möglich ist.
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Ähnliche Probleme treten auch bei solchen Mehrwegeventilen auf, bei denen sämtliche Zulauf- und/oder Ablauföffnungen in der Umfangswand des Ventilgehäuses angeordnet und in Abhängigkeit von der Drehausrichtung des drehbar im Inneren des Ventilgehäuses gelagerten Drehschiebers wahlweise miteinander verbindbar sind, um den Flüssigkeitsstrom durch den Kühlmittelkreislauf zu steuern oder zu regeln.
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Die
DE 619 219 A zeigt ein regelbares Drosselventil mit Spüleinrichtung, bei dem der die Durchflussmenge mittels einer gegenüber der Zulauföffnung einstellbaren, die Drosselung des Flüssigkeitsstromes bestimmenden Öffnung regelnde Ventilkörper in verschiedene durch die gewünschten Durchflussmengen bestimmte Stellungen gegenüber der Zulauföffnung einstellbar ist. Der Ventilkörper kann durch eine axiale Verschiebung in eine Stellung überführt werden, in der die zuströmende Flüssigkeit unter Durchspülung der Drosselöffnung unmittelbar in eine Rücklaufleitung abgeleitet wird. Die manuell zu betätigende Spülung kann jedoch nicht als eine Notfall-Stellung fungieren.
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Die
DE 37 11 949 A1 beschreibt ein Thermostatventil für das Kühlmittel von Brennkraftmaschinen, das eine Steuervorrichtung mit zwei axial benachbarten Plattenschieberventilen aufweist, von denen das eine den Durchgang vom Einlass zum Bypass für das Kühlmittel steuert. Jedes Plattenschieberventil weist eine Stützplatte und eine axial dagegen angepresste Ventilplatte auf, die jeweils aus Keramikmaterial bestehen und beide von einer gemeinsamen Verstellwelle verdreht werden, an der unmittelbar ein elektrischer Schrittmotor angreift. Dieser arbeitet in der einen Drehrichtung gegen eine in Öffnungsrichtung des ersten Plattenschieberventils zwischen Einlass und Auslass arbeitende Öffnungsfeder, die die Verstellwelle bei Ausfall des Schrittmotors selbsttätig in die Öffnungsstellung bewegt, so dass dann eine Überhitzung der Brennkraftmaschine vermieden ist. Als Nachteil ist jedoch zu nennen, dass die Plattenschieberventile weniger Regelungsmöglichkeiten aufweisen, als Drehschieber.
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Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Mehrwegeventil der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass im Falle eines Ausfalls des Ventils, zum Beispiel durch einen Defekt am Drehantrieb, unabhängig von der Ausgestaltung des Drehschiebers und dessen Drehausrichtung ein Hindurchtritt von Flüssigkeit durch das Mehrwegeventil sichergestellt werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Drehschieber innerhalb des Ventilgehäuses in axialer Richtung in eine Notfall-Stellung verschiebbar ist, in der mindestens ein Teil der in das Ventilgehäuse mündenden Teilzweige miteinander verbunden sind. Die Teilzweige können in der Notfall-Stellung des Drehschiebers in jeder möglichen Drehausrichtung desselben miteinander kommunizieren.
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Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, durch die axiale Verschiebung des Drehschiebers im Inneren des Ventilgehäuses mindestens eine und vorzugsweise mehrere oder sämtliche der Einmündungen der Teilzweige in das Ventilgehäuse zu öffnen, um die zugehörigen Teilzweige in der in der Notfall-Stellung des Drehschiebers miteinander zu verbinden.
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Dazu umfassen das Ventilgehäuse und der Drehschieber bevorzugt jeweils eine hohlzylindrische Umfangswand, von denen diejenige des Ventilgehäuses an jeder Einmündungen eines Teilzweigs des Kühlmittelkreislaufs mit einer Öffnung versehen ist, während die Umfangswand des Drehschiebers mit einer oder mehreren ersten Öffnungen versehen ist, die in einer Normal- oder Betriebs-Stellung des Drehschiebers in Höhe der Öffnungen des Ventilgehäuses angeordnet sind, so dass sie sich mit einzelnen oder ggf. auch mehreren dieser Öffnungen zur Überlagerung oder zur Überlappung bringen lassen, sowie zweckmäßig mit einer Mehrzahl von zweiten Öffnungen, die in der Notfall-Stellung in Höhe der Öffnungen des Ventilgehäuses angeordnet sind. Dabei sind die Winkelabstände und/oder die Abmessungen der zweiten Öffnungen bevorzugt so gewählt, dass sich in jeder möglichen Drehausrichtung des Drehschiebers jeweils mindestens eine der Öffnungen mit den in der Notfall-Stellung zu verbindenden Öffnungen des Ventilgehäuses überlappt oder überlagert.
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Statt die Umfangswand des Drehschiebers mit den zweiten Öffnungen zu versehen, kann der Drehschieber auch in axialer Richtung kürzer gemacht werden, so dass er in der Notfall-Stellung die erste Öffnung oder die ersten Öffnungen in der Umfangswand des Ventilgehäuses Drehschiebers nicht mehr vollständig bedeckt, sondern diese mindestens teilweise freigibt.
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Neben der oder den Öffnungen in der Umfangswand des Ventilgehäuses und der Umfangswand des Drehschiebers kann eine weitere Öffnung in einem Stirnende des Ventilgehäuses und in einem benachbarten Stirnende des Drehschiebers vorgesehen sein, die unabhängig von der Drehausrichtung des Drehschiebers ständig geöffnet sind.
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Um trotz einer drehfesten Verbindung des Drehschiebers mit einer Antriebswelle des Drehantriebs eine axiale Verschiebung des Drehschiebers zu ermöglichen, ist die Antriebswelle des Drehantriebs zweckmäßig mit einer Längsverzahnung versehen, die mit einer komplemetären Längsverzahnung des Drehschiebers im Eingriff steht.
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Die axiale Verschiebung des Drehschiebers aus der Normal- oder Betriebs-Stellung in die Notfall-Stellung und zurück erfolgt bevorzugt mittels eines Verschiebemechanismus, der den Drehschieber bei einem Ausfall des Drehantriebs zweckmäßig selbsttätig im Ventilgehäuse verschiebt. Zum Verschieben des Drehschiebers in die Notfall-Stellung wirkt der Verschiebemechanismus vorteilhaft mit einem Unterdruck, einem Überdruck oder einem mechanischen Stellglied auf den Drehschieber ein, während die Rückstellung des Drehschiebers vorteilhaft mit Hilfe einer Rückstellfeder vorgenommen wird.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutet. Es zeigen:
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1: eine vereinfachte Längsschnittansicht eines Mehrwegeventils mit einem Drehschieber, der sich in seiner axialen Normal-Stellung befindet;
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2: eine Ansicht des Mehrwegeventils entsprechend 1, wobei sich der Drehschieber in seiner Notfall-Stellung befindet;
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3: eine vereinfachte perspektivische Ansicht eines Ventilgehäuses und des Drehschiebers des Mehrwegeventils.
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Das in der Zeichnung dargestellte Mehrwegeventil 1 für einen Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs besteht im Wesentlichen aus einem röhrenförmigen Ventilgehäuse 2 mit einer hohlzylindrischen Umfangswand 3, einem innerhalb des Ventilgehäuses 2 angeordneten Drehschieber 4, der um eine zur Umfangswand 3 des Ventilgehäuses 2 koaxiale Drehachse 5 drehbar und innerhalb des Ventilgehäuses 2 zwischen einer Normal- oder Betriebs-Stellung (1) und einer Notfall-Stellung (2) axial verschiebbar ist, einem Stellmotor (nicht dargestellt) zum Verdrehen des Drehschiebers 4 im Ventilgehäuse 2, dessen Rotor über eine Antriebswelle 6 mit dem Drehschieber 4 verbunden ist, sowie einem auf den Drehschieber 4 einwirkenden Verschiebemechanismus 7 zum Verschieben des Drehschiebers 4 im Ventilgehäuse 2 aus der Normal- oder Betriebs-Stellung in die Notfall-Stellung im Falle eines Defekts des Stellmotors.
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Wie am besten in 3 dargestellt, weist das Ventilgehäuse 2 zwei im Winkelabstand voneinander über seine Umfangswand 3 überstehende Anschlussstutzen 8, 9 auf, mit denen jeweils ein Teilzweig (nicht dargestellt) des Kühlmittelkreislaufs verbindbar ist. Die beiden Anschlussstutzen 8, 9 begrenzen jeweils eine die Umfangswand 3 durchsetzende Zulauf- oder Ablauföffnung 10 bzw. 11, durch die Kühlmittel aus den beiden Teilzweigen ins Innere des Ventilgehäuses 2 eintreten bzw. wieder aus diesem austreten kann.
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Eines der beiden Stirnenden des Ventilgehäuses
2 ist mit einer weiteren, ins Innere des Ventilgehäuses
2 mündenden Öffnung
12 versehen, die zum Beispiel ähnlich wie bei dem Mehrwegeventil aus der
DE 198 09 123 B4 mit einem Pumpenraum einer zur Förderung des Kühlmittels durch den Kühlmittelkreislauf dienenden Kühlmittelpumpe (nicht dargestellt) verbindbar ist.
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Das entgegengesetzte Stirnende des Ventilgehäuses 2 ist ebenfalls offen und liegt dichtend gegen eine zum Ventilgehäuse 2 benachbarte konische Mantelfläche 13 an dem zum Ventilgehäuse benachbarten Stirnende der Antriebswelle 6 an.
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Der Drehschieber 4 besitzt im Wesentlichen die Form einer einseitig offenen Hülse mit einer zylindrischen Umfangswand 14, deren Außenseite flüssigkeitsdicht gegen die Innenseite der Umfangswand 3 des Ventilgehäuses 2 anliegt, sowie mit einer zur Antriebswelle 6 benachbarten geschlossenen Bodenwand 15, die mit einem über die Antriebswelle 6 überstehenden Wellenstumpf 16 drehfest und axial verschiebbar im Eingriff steht.
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Die Umfangswand 14 des Drehschiebers 4 ist mit einer kreisförmigen Öffnung 17 versehen, die sich in der Normal- oder Betriebs-Stellung des Drehschiebers 4 in Höhe der Zulauf- oder Ablauföffnungen 10, 11 in der Umfangswand 3 des Ventilgehäuses 2 befindet und sich mittels des Stellmotors über eine der beiden Öffnungen 10, 11 drehen lässt, so dass sie diese Öffnung vollständig überdeckt, wie in 1 am Beispiel der Öffnung 11 dargestellt, oder diese Öffnung 10, 11 teilweise überlappt (nicht dargestellt). Auf diese Weise kann das Kühlmittel in dem mit der Öffnung 10, 11 kommunizierenden Teilkreis durch die sich überdeckenden oder überlappenden Öffnungen 10 bzw. 11 und 17, den hohlen Innenraum des Drehschiebers 4, das offene Stirnende des Drehschiebers 4, und die axiale Öffnung 12 im Ventilgehäuse 2 umgewälzt werden, wobei die Strömungsmenge durch das Maß der Überlappung der Öffnungen 17 und 10 bzw. 11 steuerbar ist.
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In der Nähe des offenen, der Öffnung 12 zugewandten Stirnendes des Drehschiebers 4 ist dessen Umfangswand 14 um den gesamten Umfang herum mit einer Mehrzahl von rechteckigen Öffnungen 18 versehen, die jeweils durch einen dünnen Steg 19 von den beiden benachbarten Öffnungen getrennt sind. Wie in 2 dargestellt, befinden sich diese Öffnungen 18 in der Notfall-Stellung des Drehschiebers 4 in Höhe der beiden Zulauf- oder Ablauföffnungen 10, 11 in der Umfangswand 3 des Ventilgehäuses 2, so dass im Falle eines Defekts des Stellmotors das Kühlmittel aus den mit den Öffnungen 10, 11 kommunizierenden Teilkreisen durch die sich überdeckenden oder überlappenden Öffnungen 18 sowie 10 und 11, das offene Stirnende des Drehschiebers 4 und die axiale Öffnung 4 im Ventilgehäuse 2 strömen kann und ohne die Gefahr einer Überhitzung der Brennkraftmaschine eine Weiterfahrt des Kraftfahrzeugs erlaubt.
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Um den Boden des Drehschiebers 4 drehfest und axial verschiebbar mit dem über die Antriebswelle 6 überstehenden Wellenstumpf 16 zu verbinden, ist der letztere über seine gesamte Länge mit einer Längsverzahnung 19 versehen, die in Abhängigkeit von der axialen Stellung des Drehschiebers 4 unterschiedlich weit in eine starr mit dessen Boden 15 verbundene, zum Innenraum des Drehschiebers 4 hin geschlossen Buchse 20 eingreift, welche im Inneren mit einer komplementären Längsverzahnung 21 versehen ist.
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Der zum Verschieben des Drehschiebers 4 im Ventilgehäuse 2 dienende Verschiebemechanismus 7 umfasst bei dem in der Zeichnung dargestellten Mehrwegeventil 1 einerseits einen zwischen dem Boden 15 des Drehschiebers 4 und der Mantelfläche 13 des Stirnendes der Antriebswelle 6 angeordneten Unterdruckraum 22, der im Falle eines Defekts des Stellmotors aus einer Unterdruckquelle mit einem Unterdruck beaufschlagt wird, um den Drehschieber 4 in die Notfall-Stellung zu bewegen, sowie eine innerhalb des Unterdruckraums 22 zwischen dem Boden 15 und der Mantelfläche 13 angeordnete, als Schraubendruckfeder 23 ausgebildete Rückstellfeder, die den Drehschieber 4 in die Normal- oder Betriebs-Stellung zurück bewegt, wenn nach der Behebung des Defekts des Stellmotors ein zwischen einem Anschluss 24 des Unterdruckraums und der Unterdruckquelle angeordnetes, beim Auftreten des Defekts selbsttätig öffnendes Ventil (nicht dargestellt) wieder geschlossen wird. Wenn der Drehschieber 4 die Normal- oder Betriebs-Stellung erreicht, wird die Rückstellbewegung durch Anschlagen des offenen Stirnendes des Drehschiebers 4 gegen eine die Öffnung 12 umgebende Ringschulter 25 angehalten, wie in 1 dargestellt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Mehrwegeventil
- 2
- Ventilgehäuse
- 3
- Umfangswand des Ventilgehäuses
- 4
- Drehschieber
- 5
- Drehachse
- 6
- Antriebswelle Stellmotor
- 7
- Verschiebemechanismus
- 8
- Anschlussstutzen
- 9
- Anschlussstutzen
- 10
- radiale Öffnung des Ventilgehäuses
- 11
- radiale Öffnung des Ventilgehäuses
- 12
- axiale Öffnung des Ventilgehäuses
- 13
- konische Mantelfläche
- 14
- Umfangswand des Drehschiebers
- 15
- Boden des Drehschiebers
- 16
- Wellenstumpf
- 17
- radiale Öffnung des Drehschiebers
- 18
- Öffnungen des Drehschiebers
- 19
- Längsverzahnung
- 20
- Buchse
- 21
- Längsverzahnung
- 22
- Unterdruckraum
- 23
- Rückstellfeder
- 24
- Anschlussstutzen Unterdruck
- 25
- Ringschulter
