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Die
Erfindung betrifft eine Ventileinheit, insbesondere zur Verwendung
im Kühlmittelkreislauf
eines Kraftfahrzeugs, gemäß Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Solche
Ventileinheiten werden im Kühlmittelkreislauf
eines Kraftfahrzeugs so verwendet, dass das vom Motor kommende heiße Kühlwasser über die
Eingangsöffnung
in das Ventilgehäuse
geleitet wird und dieses wahlweise durch die erste oder die zweite
Ausgangsöffnung
wieder verlässt.
Dabei führt von
der ersten Ausgangsöffnung
eine Kühlmittelleitung
zu einem Wärmetauscher
(Kühler),
in dem das Kühlwasser
abgekühlt
und von diesem wieder dem Motor zugeleitet wird. Die zweite Ausgangsöffnung dagegen
ist mit einer direkt zum Motor zurückführenden Kühlmittelleitung verbunden.
Ist der Motor kurz nach dem Start noch kalt, so besteht keine Notwendigkeit,
das Kühlwasser
im Kühler
abzukühlen.
Vielmehr ist es zweckmäßig, das
erwärmte
Kühlwasser direkt
zum Motor zurückzuführen, damit
dieser schneller seine Betriebstemperatur erreicht. Ist die Betriebstemperatur
des Motors erreicht, so muß dieser
gekühlt
werden, und die Ventileinheit wird geschaltet, so dass das über die
Eingangsöffnung
eindringende Kühlwasser
nicht mehr über
die zweite Ausgangsöffnung,
sondern über
die erste Ausgangsöffnung
wieder austritt. Bei bekannten Ventileinheiten erfolgt dieses Schalten
mittels eines Wachsthermostats, dessen Wachs bei etwa 80°C schmilzt,
so dass das Ventil schalten kann. Sinkt die Temperatur wieder unter
80°C, wird
das Wachs fest, und die Ventileinheit schaltet wieder, so dass das
Kühlwasser
durch die zweite Ausgangsöffnung
austritt. Zum Schalten wird dabei ein Stempel im Ventilgehäuse bewegt,
der wahlweise die erste oder die zweite Ausgangsöffnung freigibt und die andere
verschließt.
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Nachteilig
an den bekannten Ventileinheiten ist, dass der Wachsthermostat zu
träge ist,
so dass das Umschalten stets mit einiger Verzögerung stattfindet. Desweiteren
ist die Schalttemperatur festgelegt auf den Schmelzpunkt des verwendeten
Wachses. Die Motorkühlung
ist daher nicht oder nur unzureichend an veränderte Umgebungsbedingungen
anpassbar. Als nachteilig wird überdies
die begrenzte Durchflussrate der bekannten Ventileinheiten empfunden.
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Es
ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Ventileinheit der eingangs
genannten Art derart weiter zu entwickeln, dass sie zuverlässig, vorzugsweise in
Abhängigkeit
von den Umgebungsbedingungen, geschaltet werden kann und eine hohe
Durchflußrate des
Kühlmediums
ermöglicht.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Ventileinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Der
Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass mittels der Umlenkscheibe
eine hohe Durchflussrate sowohl zur ersten als auch zur zweiten
Ausgangsöffnung
erzielt werden kann. Ein Umschalten der Ventileinheit kann mittels
des Stellglieds innerhalb sehr kurzer Zeit erfolgen, indem die Umlenkscheibe
zwischen ihren beiden Endstellungen verschoben wird. Dies ist insbesondere
dann vorteilhaft, wenn als Stellglied ein schnell schaltender Aktuator verwendet
wird, insbesondere wenn das Stellglied einen Elektromagnet sowie
einen mit der Umlenkscheibe verbundenen Stößel mit einer ferromagnetischen Partie
aufweist, wobei die Spule des Elektromagnets um die ferromagnetische
Partie des Stößels angeordnet
ist. Die Temperatur des Kühlwassers
kann mittels eines Sensors gemessen und einer Steuereinheit zugeführt werden,
die in Abhängigkeit
von den Motor- und Umgebungsparametern das Stellglied ansteuert.
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Zweckmäßig ist
im Ventilgehäuse
ein Rückstellelement
angeordnet, gegen dessen Rückstellkraft
die Umlenkscheibe von der ersten in die zweite Endstellung beweglich
ist. Das Rückstellelement kann
beispielsweise eine Rückstellfeder
sein. Dies bewirkt eine fail-safe-Funktion der Ventileinheit, da ohne
Einwirkung äußerer Kräfte die
Umlenkscheibe in der ersten Endstellung gehalten wird, die eine
Zuleitung des Kühlwassers
zum Wärmetauscher
bewirkt.
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Im
Ventilgehäuse
ist vorteilhaft eine Führungsplatte
angeordnet, auf der die Umlenkscheibe aufliegt. Die Umlenkscheibe
wird dadurch zuverlässig
geführt.
Die Führungsplatte
und die Umlenkscheibe können
aus Kunststoff, insbesondere aus temperaturbeständigem Kunststoff, bestehen.
Um die Ventileinheit besser für
hohe Temperaturen auszulegen, bestehen die Umlenkscheibe und/oder
die Führungsplatte
jedoch zweckmäßig aus
Keramik.
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Die
Ventileinheit weist vorteilhaft einen zur Eingangsöffnung führenden
Zuleitungsstutzen und von den Ausgangsöffnungen wegführende Ableitungsstutzen
auf, wobei der Ableitungsstutzen der ersten Ausgangsöffnung in
der Verlängerung
des Zuleitungsstutzens angeordnet ist und wobei der Ableitungsstutzen
der zweiten Ausgangsöffnung
mit seiner Mittelachse im Abstand zur Mittelachse des Zuleitungsstutzens
angeordnet ist. Wenn die Umlenkscheibe in ihrer ersten Endstellung
ist, kann die Kühlflüssigkeit
auf geradem Wege von der Eingangsöffnung zur ersten Ausgangsöffnung durchgeleitet
werden, insbesondere dann, wenn der Ableitungsstutzen der ersten
Ausgangsöffnung
mit dem Zuleitungsstutzen fluchtet. Der Ableitungsstutzen der zweiten
Ausgangsöffnung
verläuft
vorteilhaft parallel zum Zuleitungsstutzen. Mittels der Umlenkscheibe
wird in deren zweiter Endstellung der Fluidstrom um 180° umgelenkt.
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Es
wird bevorzugt, dass die Eingangsöffnung in der Verschieberichtung
der Umlenkscheibe eine geringere Breite aufweist als senkrecht zur
Verschieberichtung. Der zweite Verbindungskanal wird vorteilhaft
durch eine Decken wand des Ventilgehäuses sowie eine Bodenwand der
Umlenkscheibe und zwischen der Bodenwand und der Deckenwand verlaufende
Seitenwände
der Umlenkscheibe gebildet und verengt sich in Richtung zur zweiten
Ausgangsöffnung,
welche vorzugsweise kreisrund ist. Der Querschnitt der drei Öffnungen
ist vorzugsweise gleich groß,
wobei die erste Ausgangsöffnung
zweckmäßig eine
identische Form hat wie die Eingangsöffnung. Durch diese Geometrie
lässt sich
sowohl zur ersten als auch zur zweiten Ausgangsöffnung ein hoher Kühlmitteldurchfluß erzielen.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kommuniziert die Eingangsöffnung mit
einem Bypassventil. Dieses ist vorzugsweise ein Magnetventil. Der
Bypass kann beispielsweise zu einer Heizung des Kraftfahrzeugs führen.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung schematisch
dargestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Es
zeigen
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1 eine
Ventileinheit im Schnitt;
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2 eine
Detaildarstellung von 1 mit der Umlenkscheibe in einer
anderen Stellung.
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3 eine
Schnittdarstellung in Blickrichtung III der 2 und
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4 eine
Draufsicht auf die Umlenkscheibe und die erste Auslaßöffnung.
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Die
in der Zeichnung dargestellte Ventileinheit 10 weist ein
Ventilgehäuse 12 auf,
das aus einem Deckelteil 14 und einem Topfteil 16 zusammengesetzt
ist. Am Deckelteil 14 ist ein Zuleitungsstutzen 18 einstückig angeformt,
der zu einer Eingangsöffnung 20 des
Ventilgehäuses 12 führt. Der
Topfteil 16 weist eine erste Ausgangsöffnung 22 auf, wobei
im Bereich der ersten Aus gangsöffnung 22 ein
erster Ableitungsstutzen 24 am Topfteil 16 einstückig angeformt
ist. Der Deckelteil 14 weist eine zweite Ausgangsöffnung 26 auf,
in dessen Bereich ein zweiter Ableitungsstutzen 28 am Deckelteil 14 einstückig angeformt
ist. Der Deckelteil 14, der Topfteil 16 und die Stutzen 18, 24, 28 sind
aus Kunststoff gefertigt.
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Im
Topfteil 16 ist eine Führungsplatte 30 aus Keramik
angeordnet, in der sich die erste Ausgangsöffnung 22 befindet
und auf der eine Umlenkscheibe 32 aufliegt, welche ebenfalls
aus Keramik gefertigt ist. Die Umlenkscheibe 32 ist mittels
eines Stellglieds 34 in einer Verschieberichtung 36 zwischen
einer ersten Endstellung (2) und einer
zweiten Endstellung (1) auf der Führungsplatte 30 verschiebbar. Das
Stellglied 34 weist einen fest mit der Umlenkscheibe 32 verbundenen
Stößel 38 auf,
der an seinem der Umlenkscheibe 32 abgewandten Ende eine ferromagnetische
Partie 40 aufweist. Desweiteren weist das Stellglied 34 einen
Elektromagneten auf, dessen Spule 42 um die ferromagnetische
Partie 40 herum angeordnet ist.
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Zwischen
der Eingangsöffnung 20 und
der ersten Ausgangsöffnung 22 verläuft ein
erster Verbindungskanal 44, wenn sich die Umlenkscheibe 32 in ihrer
in 2 und 3 gezeigten ersten Endstellung
befindet. Durch den ersten Verbindungskanal 44 kann Kühlwasser
vom Zuleitungsstutzen 18 um den Stößel 38 herum in den
ersten Ableitungsstutzen 24 geleitet werden, wie durch
die Pfeile in 2 und 3 angedeutet.
Befindet sich die Umlenkscheibe 32 in ihrer zweiten Endstellung
(1), so versperrt sie den ersten Verbindungskanal 44.
Zusammen mit dem Deckelteil 14 des Ventilgehäuses 12 bildet
sie einen zweiten Verbindungskanal 46, der die Eingangsöffnung 20 mit
der zweiten Ausgangsöffnung 26 verbindet.
Der zweite Verbindungskanal 46 wird dabei durch eine Deckenwand 48 des
Deckelteils 14, eine Bodenwand 50 der Umlenkscheibe 32 und
Seitenwände 52 der
Umlenkscheibe 32 gebildet, wobei sich die Seitenwände 52 von
der Bodenwand 50 bis zur Deckenwand 48 bzw. bis
zur zweiten Ausgangsöffnung 26 erstrecken.
An der Deckenwand 48 liegen die Seitenwände 52 dichtend an
und sind so abge rundet, dass sie an den Umfangsrändern der Eingangsöffnung 22 und
der zweiten Ausgangsöffnung 26 anschließen. Der
Kühlmittelfluß über die
zweite Ausgangsöffnung 26 in
den zweiten Ableitungsstutzen 28 wird durch die Pfeile
in 1 angedeutet.
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Wie
aus 4 ersichtlich ist, weist die erste Ausgangsöffnung 22 in
der Verschieberichtung 36 eine wesentlich geringere Breite
auf als in der Richtung senkrecht zur Verschieberichtung 36.
Die Breiten stehen in einem Verhältnis
zwischen 1:10 und 1:5. Die Eingangsöffnung 20 ist in ihrer
Form identisch zur ersten Ausgangsöffnung 22. Dagegen
ist die zweite Ausgangsöffnung 26 kreisrund.
Alle drei Öffnungen 20, 22, 26 haben
die gleiche Durchtrittsfläche.
Wie in 4 gezeigt, verengt sich der zweite Verbindungskanal 46 von
der Eingangsöffnung 20 zur
zweiten Ausgangsöffnung 26 hin.
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Die
drei Stutzen 18, 24, 28 weisen jeweils den
gleichen Querschnitt auf, und ihre Mittelachsen 54, 56, 58 verlaufen
zueinander parallel. Dabei fällt die
Mittelachse 54 des Zuleitungsstutzens 18 mit der Mittelachse 56 des
ersten Ableitungsstutzens 24 zusammen. Die Mittelachse 58 des
zweiten Ableitungsstutzens 28 verläuft im Abstand zu ihnen.
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An
den Zuleitungsstutzen 18 ist mittels eines Flanschs 60 eine
Kühlmittelleitung 62 angeschlossen,
die eine Bypassleitung 64 aufweist. Das Kühlmittel
kann durch Öffnen
eines als Magnetventil ausgebildeten Bypassventils 66 zumindest
zum Teil in die Bypassleitung 64 umgeleitet werden. Im
Betrieb ist die Kühlmittelleitung 62 an
eine Wasserpumpe angeschlossen, welche heißes Kühlwasser vom Motor zuführt. An
den ersten Ableitungsstutzen 24 wird eine zweite Kühlmittelleitung
angeschlossen, die zu einem Wärmetauscher
führt,
in dem das Kühlmittel
abgekühlt
und wieder über
eine weitere Leitung zum Motor zurück geleitet wird. An den zweiten
Ableitungsstutzen 28 ist eine dritte Kühlmittelleitung 68 angeschlossen, über die
das Kühlmittel
direkt zum Motor zurück
geleitet werden kann, ohne durch den Wärmetauscher geleitet zu werden.
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Die
Ventileinheit 10 weist eine in der Zeichnung nicht dargestellte
Rückstellfeder
auf, deren Rückstellkraft
die Umlenkscheibe 32 beaufschlagt und sie in die in 2 gezeigte
zweite Endstellung bewegt bzw. sie in der zweiten Endstellung hält, wenn
keine äußeren Kräfte auf
sie wirken. Diese Maßnahme
bewirkt eine fail-safe-Funktion, so dass bei Ausfall des Elektromagnets 42 das
Kühlmittel stets
zum Wärmetauscher
geleitet wird.
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Zusammenfassend
ist folgendes festzuhalten:
Die Erfindung betrifft eine Ventileinheit 10,
einbesondere zur Verwendung im Kühlmittelkreislauf
eines Kraftfahrzeugs, mit einem Ventilgehäuse 12, das eine Eingangsöffnung 20 für ein Fluid
und mindestens zwei Ausgangsöffnungen 22, 26 für das Fluid aufweist.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
dass im Ventilgehäuse 12 eine
mittels eines Stellglieds 34 zwischen zwei Endstellungen
verschiebbare Umlenkscheibe 32 angeordnet ist, dass die
Umlenkscheibe 32 in ihrer ersten Endstellung einen ersten Verbindungskanal 44 zwischen
der Eingangsöffnung 20 und
einer ersten Ausgangsöffnung 22 freigibt
und in ihrer zweiten Endstellung verschließt und dass die Umlenkscheibe 32 in
ihrer zweiten Endstellung mit dem Ventilgehäuse 12 einen zweiten
Verbindungskanal 46 zwischen der Eingangsöffnung 20 und
einer zweiten Ausgangsöffnung 26 bildet.