DE102009024361A1 - Ventilanordnung für eine Verbrennungskraftmaschine - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Automobils, umfassend ein Gehäuse mit mindestens zwei Fluidanschlüssen und ein hohles, über eine in dem Gehäuse drehbar gelagerte Ventilwelle zwischen mindestens zwei Drehstellungen rotierbares Ventilelement, welches mindestens zwei Öffnungen aufweist, die abhängig von der Drehstellung des Ventilelements mit den Fluidanschlüssen des Gehäuses verbunden werden können, weiter umfassend einen elektromotorischen Antrieb mit einer Antriebswelle zum Drehen des Ventilelements, wobei die Antriebswelle und die Ventilwelle über eine Kupplung miteinander verbunden sind. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Kupplung die Antriebswelle und die Ventilwelle bis zu einem vorgegebenen Grenzdrehmoment drehfest miteinander verbindet und oberhalb des vorgegebenen Grenzdrehmoments die drehfeste Verbindung zwischen der Antriebswelle und der Ventilwelle löst, so dass eine Drehung der Ventilwelle relativ zu der Antriebswelle möglich ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Automobils, umfassend ein Gehäuse mit mindestens zwei Fluidanschlüssen und ein hohles, über eine in dem Gehäuse drehbar gelagerte Ventilwelle zwischen mindestens zwei Drehstellungen rotierbares Ventilelement, welches mindestens zwei Öffnungen aufweist, die abhängig von der Drehstellung des Ventilelements mit den Fluidanschlüssen des Gehäuses verbunden werden können, weiter umfassend einen elektromotorischen Antrieb mit einer Antriebswelle zum Drehen des Ventilelements, wobei die Antriebswelle und die Ventilwelle über eine Kupplung miteinander verbunden sind. Derartige Ventilanordnungen kommen beispielsweise in Kühlkreisläufen für Verbrennungskrafmaschinen von Automobilen zum Einsatz. Dabei sind oftmals Mehrwegeventilelemente vorgesehen, durch deren geeignete Drehstellung Kühlflüssigkeit aus einer Kühlflüssigkeitsversorgung beispielsweise dem Motorblock, einem Bypass oder auch einem Heizkreislauf des Fahrzeuges zuführbar ist. Bekannt sind solche Anordnungen aus DE 10 351 852 A1 oder DE 10 2006 038 213 A1 .
  • Bei derartigen Ventilanordnungen muss sichergestellt werden, dass auch bei einem Versagen des Elektromotors der Motorblock mit Kühlflüssigkeit versorgt wird, um Beschädigungen des Motors zu verhindern. Je nach Drehstellung des Ventilelements muss dieses also in eine Durchflussstellung gedreht werden, in der es Kühlflüssigkeit zu dem Motorblock durchleitet (Fail-Safe-Stellung). Dazu ist beim Stand der Technik eine drehfeste Kupplung zwischen der Antriebswelle und der Ventilwelle vorgesehen mit einer Feder, die derart vorgespannt ist, dass sie bei Versagen des Elektromotors die Ventilwelle und damit das Ventilelement durch ihre Federkraft in die Fail-Safe-Stellung dreht. Nachteilig dabei ist jedoch, dass der Elektromotor im normalen Betrieb gegen die Vorspannung der Feder arbeiten muss.
  • Dadurch entstehen Energieverluste und der Motor muss entsprechend leistungsfähiger und damit größer und kostenaufwendiger dimensioniert werden. Außerdem können keine kostengünstigen selbsthemmenden Antriebe zum Einsatz kommen, da durch die Feder bei einem Versagen des Motors die Antriebswelle gemeinsam mit der drehfest mit dieser verbundenen Ventilwelle gedreht werden muss, um das Ventilelement in die Durchflussstellung zu drehen.
  • Ausgehend von dem erläuterten Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, eine Ventilanordnung der eingangs genannten Art bereitzustellen, die auch bei Versagen des Antriebs eine hohe Betriebssicherheit gewährleistet und dabei kostengünstig, energiesparend und von geringer Baugröße ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Figuren.
  • Für eine Ventilanordnung der eingangs genannten Art löst die Erfindung die Aufgabe dadurch, dass die Kupplung die Antriebswelle und die Ventilwelle bis zu einem vorgegebenen Grenzdrehmoment drehfest miteinander verbindet und oberhalb des vorgegebenen Grenzdrehmoments die drehfeste Verbindung zwischen der Antriebswelle und der Ventilwelle löst, so dass eine Drehung der Ventilwelle relativ zu der Antriebswelle möglich ist.
  • Die Ventilanordnung kann insbesondere für einen Kühlwasserregler für den Motorblock eines Automobils vorgesehen sein. Bei dem Fluid kann es sich entsprechend um Kühlflüssigkeit handeln. Das Gehäuse kann auch mehr als zwei Fluidanschlüsse besitzen, wobei auch das Ventilelement dann zwischen mehr als zwei Drehstellungen verdrehbar sein kann, in denen unterschiedliche Fluidanschlüsse miteinander verbunden werden können. Das Ventilelement ist drehfest, beispielsweise einstückig mit der in dem Gehäuse drehbar gelagerten Ventilwelle verbunden. Zur Drehung des Ventilelements ist ein Elektromotor, z. B. ein Gleichstrommotor vorgesehen, der im normalen Betrieb über seine Antriebswelle und die Kupplung die Ventilwelle und damit das Ventilelement in gewünschter Weise zwischen seinen Drehstellungen rotiert. Die Antriebswelle und die Ventilwelle können koaxial zueinander ausgerichtet sein. Bis zu dem Grenzdrehmoment sind sie drehfest miteinander verbunden. Erfindungsgemäß wird oberhalb des Grenzdrehmoments diese drehfeste Kupplungsverbindung zwischen der Antriebswelle und der Ventilwelle allerdings gelöst, so dass die Ventilwelle und damit das Ventilelement bei einem Versagen des Motors und damit möglicherweise einem Feststehen der Antriebswelle dennoch gedreht werden können. Eine Verbindung zwischen der Antriebswelle und der Ventilwelle kann dabei zwar auch oberhalb des Grenzdrehmoments bestehen bleiben, sie ist allerdings nicht mehr drehfest, sondern ermöglicht eine Relativdrehung zwischen den Wellen.
  • Je nach Drehstellung der Ventilwelle relativ zu der Antriebswelle kann die Kupplung oberhalb des Grenzdrehmoments beispielsweise genau eine Drehrichtung der Ventilwelle zulassen. So kann die Kupplung bei geschlossenem Ventilelement, wenn also beispielsweise die Fluidanschlüsse des Gehäuses durch das Ventilelement nicht verbunden sind, gerade eine Drehung der Ventilwelle derart zulassen, dass das Ventilelement in seine Durchflussstellung gedreht wird, in der es die Fluidanschlüsse des Gehäuses zum Durchleiten von Fluid in geeigneter Weise verbindet. Das Ventilelement kann also in die sogenannte Fail-Safe-Stellung gedreht werden. Auf diese Weise wird auch bei einem Versagen des elektromotorischen Antriebs sichergestellt, dass z. B. Kühlwasser durch die Ventilanordnung zu einem Motorblock eines Automobils geführt werden kann und damit eine Beschädigung des Motors durch Überhitzen sicher verhindert wird.
  • Erfindungsgemäß ist also eine Funktion ähnlich einer Rutschkupplung realisiert, wobei oberhalb des Grenzdrehmoments eine reversible Relativdrehung zwischen Ventilelement und Antrieb zugelassen wird. Das Grenzdrehmoment kann beispielsweise etwa das doppelte Nenndrehmoment des Elektromotors betragen. Es ist weiterhin möglich, dass oberhalb des Grenzdrehmoments eine Relativdrehung zwischen Ventilwelle und Antriebswelle nur innerhalb eines begrenzten Winkelbereichs zugelassen wird, beispielsweise in einem solchen Winkelbereich, um das Ventilelement gerade aus seiner geschlossenen Stellung in die Durchflussstellung zu drehen. Grundsätzlich ist aber auch eine vollständige Entkopplung der Wellen oberhalb des Grenzdrehmoments möglich, so dass eine beliebige Relativdrehung zwischen den Wellen erlaubt ist.
  • Die Erfindung erlaubt eine kleinere Dimensionierung des Elektromotors, da er nicht mehr gegen die Vorspannung einer Feder arbeiten muss. Insoweit ist der Antrieb kompakter, kostengünstiger und gleichzeitig energiesparender. Auch sind kostengünstige selbsthemmende elektromotorische Antriebe einsetzbar, da über die Entkopplung der Ventilwelle von der Antriebswelle die Fail-Safe-Stellung auch bei nicht drehender Motorantriebswelle eingenommen werden kann.
  • Nach einer besonders praxisgemäßen Ausgestaltung kann das Ventilelement kugelförmig sein. Es handelt sich also um ein Kugelventil, insbesondere in Form eines Hohlkugelsegments. Nach einer weiteren Ausgestaltung kann die Kupplung eine Feder aufweisen, wobei die Feder die Antriebswelle und die Ventilwelle bis zu dem Grenzdrehmoment drehfest miteinander verbindet und oberhalb des Grenzdrehmoments tordiert und so eine Drehung der Ventilwelle relativ zu der Antriebswelle erlaubt. Bei der Feder kann es sich insbesondere um eine auf Torsion um ihre Längsachse belastete Schraubenfeder handeln, beispielsweise eine zylindrische Schraubenfeder. An ihrem einen Ende ist die Feder mit der Antriebswelle verbunden und an ihrem anderen Ende mit der Ventilwelle. Oberhalb des Grenzdrehmoments verdreht die Feder in sich und erlaubt so die Relativdrehbewegung zwischen der Antriebswelle und der Ventilwelle. Unterhalb des Grenzdrehmoments tordiert die Feder dagegen im Wesentlichen nicht und stellt so die drehfeste Verbindung sicher. Mit dieser Ausgestaltung wird in besonders einfacher Weise die erfindungsgemäße Kupplungsfunktion realisiert.
  • Ein besonders robuster Aufbau ist möglich, wenn die Kupplung eine Klauenkupplung ist, die oberhalb des Grenzdrehmoments eine Relativdrehung zwischen der Ventilwelle und der Antriebswelle zulässt. Die Klauenkupplung kann oberhalb des Grenzdrehmoments, wenn eine etwaig vorgesehene Kupplungsfeder tordiert, gerade eine solche Relativdrehung zulassen, dass das Ventilelement bei einem Versagen des Antriebs in die Durchflussstellung gedreht werden kann, in der seine Öffnungen die Fluidanschlüsse des Gehäuses in geeigneter Weise miteinander verbinden. Die Klauen sind also derart ausgebildet, dass je nach Drehstellung der Wellen zueinander zumindest in einer Drehrichtung kein Formschluss der Klauen vorliegt.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung kann die Antriebswelle im Bereich ihres Anschlusses an die Ventilwelle einen halbzylindrischen Vorsprung aufweisen, und die Ventilwelle im Bereich ihres Anschlusses an die Antriebswelle einen viertelzylindrischen Vorsprung aufweisen, wobei der halbzylindrische Vorsprung und der viertelzylindrische Vorsprung ineinander greifen, so dass die Ventilwelle oberhalb des Grenzdrehmoments um 90° gegenüber der Antriebswelle gedreht werden kann. Zumindest einer der Vorsprünge kann z. B. in einem hohlzylindrischen Schaft angeordnet sein, wobei der andere Vorsprung an einem Flansch o. ä. angeordnet ist, der in den Schaft greift, so dass auch die Vorsprünge ineinander greifen und dabei gemeinsam einen 270°-Zylinder bilden. Die Vorsprünge erlauben somit eine 90°-Drehung der Ventilwelle relativ zu der Antriebswelle. Beispielsweise eine etwaig vorgesehene Kupplungsfeder unterbindet eine solche Drehung allerdings bis zu dem Grenzdrehmoment. Oberhalb des Grenzdrehmoments tordiert die Feder dann, so dass die 90°-Drehung möglich ist. Die Vorsprünge können dabei derart zueinander ausgerichtet sein, dass sie eine Drehung bei geschlossener Ventilstellung gerade in eine Drehrichtung zulassen, in der die Ventilwelle und damit das Ventilelement um 90° in seine Durchflussstellung gedreht werden. In der kinematischen Umkehr dieser Ausgestaltung kann vorgesehen sein, die Ventilwelle im Bereich ihres Anschlusses an die Antriebswelle einen halbzylindrischen Vorsprung aufweist, und dass die Antriebswelle im Bereich ihres Anschlusses an die Ventilwelle einen viertelzylindrischen Vorsprung aufweist, wobei der halbzylindrische Vorsprung und der viertelzylindrische Vorsprung ineinander greifen, so dass die Ventilwelle oberhalb des Grenzdrehmoments um 90° gegenüber der Antriebswelle gedreht werden kann.
  • Die erfindungsgemäße Ventilanordnung kann weiterhin einen an der Ventilwelle zumindest mittelbar angreifenden Aktuator aufweisen, der ein Drehmoment oberhalb des Grenzdrehmoments auf die Ventilwelle ausüben kann. Dadurch wird beispielsweise eine Drehung des Ventilelements in eine Drehstellung ermöglicht, in der die Öffnungen des Ventilelements mit den Fluidanschlüssen des Gehäuses verbunden sind. Dabei kann der Aktuator an einem geeigneten Angriffspunkt der Ventilwelle, z. B. einem Vorsprung, angreifen. Er bringt im Falle des Versagens des elektromotorischen Antriebs das erforderliche Drehmoment auf die Ventilwelle auf, um die Kupplung zwischen der Antriebs- und Ventilwelle zu lösen und das Ventilelement in die Fail-Safe-Stellung zu drehen.
  • Dem Aktuator können entsprechend ein oder mehrere Sensoren zugeordnet sein, die z. B. eine Motorblocktemperatur der Verbrennungskraftmaschine überwachen und bei Überschreiten einer Grenztemperatur den Aktuator ansteuern, um eine Kühlwasserversorgung des Motorblocks zu gewährleisten. Besonders einfach, kostengünstig und betriebssicher ist es jedoch, wenn als Aktuator ein Dehnstoffelement, beispielsweise ein Dehnwachselement, zum Einsatz kommt. Dieses Dehnstoffelement nimmt die Motorblocktemperatur auf. Ähnlich wie bei einem Thermostatventil führt die Erwärmung des Dehnstoffelements zu einer Ausdehnung und damit einem Drehmoment auf die Ventilwelle. Das Dehnstoffelement sichert so bei Überschreiten einer kritischen Temperatur, beispielsweise aufgrund eines Versagens des Elektromotors, automatisch die notwendige Kühlwasserversorgung des Motorblocks, ohne dass eine zusätzliche Sensorik bzw. Steuerung oder Regelung erforderlich ist.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen schematisch:
  • 1 eine erfindungsgemäße Ventilanordnung in einer perspektivischen Explosionsdarstellung,
  • 2 eine perspektivische Ansicht des Antriebs der Ventilanordnung aus 1,
  • 3 eine perspektivische Ansicht des Ventilelements der Ventilanordnung aus 1,
  • 4 eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Ventilanordnung in einer ersten Betriebsstellung,
  • 5 eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Ventilanordnung in einer zweiten Betriebsstellung, und
  • 6 eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Ventilanordnung in einer dritten Betriebsstellung.
  • Soweit nichts anderes angegeben ist, bezeichnen in den Figuren gleiche Bezugszeichen gleiche Gegenstände. In 1 ist in einer perspektivischen Explosionsdarstellung eine erfindungsgemäße Ventilanordnung 10 gezeigt. Sie weist ein Gehäuse 12 auf, das im dargestellten Beispiel eine untere Gehäusehälfte 14 und eine obere Gehäusehälfte 16 aufweist. An der unteren Gehäusehälfte 14 sind zwei Fluidanschlüsse 16, 18 vorgesehen, von denen vorliegend einer mit einer Kühlflüssigkeitsversorgung verbunden ist und der andere mit einer Zuleitung zu einem nicht gezeigten Motorblock einer Verbrennungskraftmaschine eines Automobils. Die Ventilanordnung 10 ist in dem dargestellten Beispiel also Teil eines Kühlwasserreglers für den Motorblock. An der unteren Gehäusehälfte 14 sind zwei Lagerstellen 20, 22 ausgebildet sowie eine im Wesentlichen sphärische Aufnahme 24, die mit den um 90° zueinander versetzten, senkrecht zueinander ausgerichteten Fluidanschlüsse 16, 18 kommuniziert. Die Ventilanordnung 10 besitzt weiterhin ein kugelschalensegmentförmiges Ventilelement 26, welches in dem dargestellten Beispiel zwei Öffnungen 28, 30 aufweist. Das Kugelventil 26 ist einstückig mit einer zylindrischen Ventilwelle 32 verbunden, die durch den Hohlraum des Ventilelements 26 unterbrochen ist. Das Ventilelement 26 kann gemeinsam mit der Ventilwelle 32 in das Gehäuse 12 eingesetzt werden, wobei die Ventilwelle 32 an den Lagerstellen 20, 22 der unteren Gehäusehälfte 14 drehbar gelagert wird und das Ventilelement 26 in der Aufnahme 24 aufgenommen wird. Je nach Drehstellung der Ventilwelle 32 und damit des Ventilelements 26 können so die Fluidanschlüsse 16, 18 des Gehäuses 12 durch die Öffnungen 28 und 30 des Ventilelements 26 miteinander verbunden werden oder voneinander getrennt werden, wie dies unten noch näher erläutert wird. Die obere Gehäusehälfte 16 weist selbstverständlich entsprechende Aufnahmen für das Ventilelement 26 und die Ventilwelle 32 auf.
  • Die Ventilanordnung 10 besitzt weiterhin einen elektromotorischen Antrieb 34, vorliegend einen selbsthemmenden elektrischen Gleichstrommotor 34. Der Gleichstrommotor 34 besitzt eine Antriebswelle 36, an der über einen Flansch 38 ein hohlzylindrischer Schaft 40 angeordnet ist. Wie insbesondere in der vergrößerten Darstellung in 2 zu erkennen ist, weist die Antriebswelle 36 im Bereich ihres Anschlusses an die Ventilwelle 32 innerhalb des hohlzylindrischen Schafts 40 einen halbzylindrischen Vorsprung 44 auf. An dem im montierten Zustand der Antriebswelle 36 des Motors 34 zugeordneten Ende der Ventilwelle 32 ist an dieser ebenfalls ein Flansch 42 ausgebildet. Wie in der vergrößerten Darstellung in 3 zu erkennen ist, besitzt die Ventilwelle 32 an ihrem Anschluss an die Antriebswelle 36 einen an dem Flansch 42 angeordneten viertelzylindrischen Vorsprung 46. Im montierten Zustand der Ventilanordnung 10 greifen der viertelzylindrische Vorsprung 46 und der halbzylindrische Vorsprung 44 ineinander und bilden ein 270°-Zylindersegment. Weiterhin ist an dem Flansch 38 der Antriebswelle 36 eine Bohrung 48 vorgesehen. An dem Flansch 42 der Ventilwelle 32 ist ebenfalls eine solche Bohrung 50 vorgesehen. Im montierten Zustand ist in diesen Bohrungen 48, 50 eine zylindrische Schraubenfeder 52 jeweils mit einem ihrer Enden 51, 53 befestigt, wie dies in den 4 bis 6 zu erkennen ist. In diesen Figuren ist die oberer Gehäusehälfte 16 zur Veranschaulichung nicht gezeigt.
  • Die erfindungsgemäße Ventilanordnung 10 umfasst weiterhin ein Dehnstoffelement 54, vorliegend ein Dehnwachselement 54, das sich bei Erwärmung ausdehnt. Das Dehnwachselement steht in thermischer Verbindung mit dem Motorblock des Fahrzeugs. In dem vorliegenden Beispiel führt die Erwärmung des Dehnwachses 54 zu einem Anheben eines an der Oberseite des Dehnwachselements 54 angeordneten Druckelements 56. Das Ventilelement 26 besitzt an seiner Außenfläche einen zylindrischen Vorsprung 58, mit dem das Druckelement 56 des Dehnwachselements 54 bei einer Expansion zusammenwirkt, wie unten noch näher erläutert werden wird.
  • Im Folgenden soll die Funktion der erfindungsgemäßen Ventilanordnung näher erläutert werden. In 4 ist die erfindungsgemäße Ventilanordnung 10 im montierten Zustand gezeigt, wobei das Ventilelement 26 sich in einer geschlossenen Stellung befindet, in der die Fluidanschlüsse 16, 18 des Gehäuses 12 nicht miteinander verbunden sind. Es kann also in dieser Stellung keine Kühlflüssigkeit von der Kühlflüssigkeitsversorgung zum Motorblock fließen. In 5 befindet sich das Ventilelement 26 dagegen in seiner Durchflussstellung, in der die Fluidanschlüsse 16, 18 des Gehäuses 12 mittels der Öffnungen 28, 30 des Ventilelements 26 miteinander verbunden sind. In dieser Stellung fließt also Kühlflüssigkeit von der Kühlflüssigkeitsversorgung zu dem Motorblock. Zwischen den in den 4 und 5 gezeigten Betriebsstellungen wird das Ventilelement 26 im Normalbetrieb mittels des elektromotorischen Antriebs 34 gedreht. Dabei stellt die Feder 52 bis zu einem vorgegebenen Grenzdrehmoment, vorliegend dem doppelten Nenndrehmoment des Elektromotors 34, eine drehfeste Verbindung zwischen der Antriebswelle 36 des Motors 34 und der Ventilwelle 32 des Ventilelements 26 her. Entsprechend bewirkt eine Drehung der Antriebswelle 36 durch den Motor 34 eine entsprechende Drehung der Ventilwelle 32 und damit des Ventilelements 26, wobei die Feder 52 im Wesentlichen nicht tordiert.
  • Wird dagegen beispielsweise auf die Ventilwelle 32 und damit über den Flansch 42 auf die Feder 52 ein Drehmoment oberhalb des Grenzdrehmoments aufgebracht, kommt es zu einer Torsion der Feder 52 und damit einer Relativbewegung der Ventilwelle 32 zu der Antriebswelle 36. Befindet sich das Ventilelement 26 beispielsweise in der in 4 gezeigten geschlossenen Position und kommt es zu einem Versagen des elektromotorischen Antriebs 34, wird im Betrieb zunächst die Temperatur des Motorblocks ansteigen, da dieser nicht mit Kühlflüssigkeit versorgt wird. Dies wiederum führt zu einer Expansion des Dehnstoffelements 54 und damit einem Anheben des Druckkörpers 56 des Dehnstoffelements 54. Der Druckkörper 56 übt dann über den Vorsprung 58 ein Drehmoment auf das Ventilelement 26 und damit auf die mit diesem drehfest verbundene Ventilwelle 32 aus, welches oberhalb des Grenzdrehmoments liegt. Über den Flansch 42 wird dieses Drehmoment auf die Feder übertragen, so dass diese tordiert. Aufgrund der Ausbildung der Ventilwelle 32 mit einem viertelzylindrischen Vorsprung 46 und dem entsprechenden halbzylindrischen Vorsprung 44 der Antriebswelle 36 kann die Ventilwelle 32 und mit ihr das Ventilelement 26 dann gerade um einen Winkel von 90° in die in 6 gezeigte Durchflussstellung (Fail-Safe-Stellung) gedreht werden, so dass die Fluidanschlüsse 16, 18 des Gehäuses 12 über die Öffnungen 28, 30 des Ventilelements 26 miteinander verbunden sind und der Motorblock mit Kühlflüssigkeit versorgt wird. In 6 ist die Torsion der Feder 52 aufgrund der Relativbewegung der Ventilwelle 32 zu der in diesem Fall feststehenden Antriebswelle 36 zu erkennen.
  • Auf diese Weise gewährleistet die erfindungsgemäße Ventilanordnung 10 auch bei einem Versagen des elektromotorischen Antriebs 34 jederzeit eine ausreichende Betriebssicherheit der Verbrennungskraftmaschine. Gleichzeitig kann aufgrund der erfindungsgemäßen Kupplung der Elektromotor 34 kleiner dimensioniert werden und ist kostengünstiger und energiesparender. Auch kann ein selbsthemmender Antrieb zum Einsatz kommen, was die Kosten weiter verringert.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 10351852 A1 [0001]
    • - DE 102006038213 A1 [0001]

Claims (8)

  1. Ventilanordnung für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Automobils, umfassend ein Gehäuse (12) mit mindestens zwei Fluidanschlüssen (16, 18) und ein hohles, über eine in dem Gehäuse (12) drehbar gelagerte Ventilwelle (32) zwischen mindestens zwei Drehstellungen rotierbares Ventilelement (26), welches mindestens zwei Öffnungen (28, 30) aufweist, die abhängig von der Drehstellung des Ventilelements (26) mit den Fluidanschlüssen (16, 18) des Gehäuses (12) verbunden werden können, weiter umfassend einen elektromotorischen Antrieb (34) mit einer Antriebswelle (36) zum Drehen des Ventilelements (26), wobei die Antriebswelle (36) und die Ventilwelle (32) über eine Kupplung miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung die Antriebswelle (36) und die Ventilwelle (32) bis zu einem vorgegebenen Grenzdrehmoment drehfest miteinander verbindet und oberhalb des vorgegebenen Grenzdrehmoments die drehfeste Verbindung zwischen der Antriebswelle (36) und der Ventilwelle (32) löst, so dass eine Drehung der Ventilwelle (32) relativ zu der Antriebswelle (36) möglich ist.
  2. Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (26) kugelförmig ist.
  3. Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung eine Feder (52) aufweist, wobei die Feder (52) die Antriebswelle (36) und die Ventilwelle (32) bis zu dem Grenzdrehmoment drehfest miteinander verbindet und wobei die Feder (52) oberhalb des Grenzdrehmoments tordiert und so eine Drehung der Ventilwelle (32) relativ zu der Antriebswelle (36) erlaubt.
  4. Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung eine Klauenkupplung ist, die oberhalb des Grenzdrehmoments eine Relativdrehung zwischen der Ventilwelle und der Antriebswelle zulässt.
  5. Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (36) im Bereich ihres Anschlusses an die Ventilwelle (32) einen halbzylindrischen Vorsprung (44) aufweist, und dass die Ventilwelle (32) im Bereich ihres Anschlusses an die Antriebswelle (36) einen viertelzylindrischen Vorsprung (46) aufweist, wobei der halbzylindrische Vorsprung (44) und der viertelzylindrische Vorsprung (46) ineinander greifen, so dass die Ventilwelle (32) oberhalb des Grenzdrehmoments um 90° gegenüber der Antriebswelle (36) gedreht werden kann.
  6. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilwelle (32) im Bereich ihres Anschlusses an die Antriebswelle (36) einen halbzylindrischen Vorsprung aufweist, und dass die Antriebswelle (36) im Bereich ihres Anschlusses an die Ventilwelle (32) einen viertelzylindrischen Vorsprung aufweist, wobei der halbzylindrische Vorsprung und der viertelzylindrische Vorsprung ineinander greifen, so dass die Ventilwelle (32) oberhalb des Grenzdrehmoments um 90° gegenüber der Antriebswelle (36) gedreht werden kann.
  7. Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen an der Ventilwelle (32) zumindest mittelbar angreifenden Aktuator (54) aufweist, der ein Drehmoment oberhalb des Grenzdrehmoments auf die Ventilwelle (32) ausüben kann.
  8. Ventilanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (54) ein Dehnstoffelement (54) ist.
DE102009024361.5A 2009-06-04 2009-06-04 Ventilanordnung für eine Verbrennungskraftmaschine Active DE102009024361B4 (de)

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PCT/US2010/034326 WO2010141187A1 (en) 2009-06-04 2010-05-11 Valve device for a combustion engine
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014072376A1 (de) * 2012-11-07 2014-05-15 Mack & Schneider Gmbh Ventileinrichtung
WO2018130397A1 (de) * 2017-01-16 2018-07-19 Continental Automotive Gmbh Ventileinheit
DE102011107088C5 (de) * 2011-07-11 2019-10-02 Friedrich Boysen Gmbh & Co. Kg Klappeneinrichtung

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9958165B2 (en) * 2012-04-18 2018-05-01 Bsh Home Appliances Corporation Home appliance with maintop gas control apparatus
DE102012013677A1 (de) 2012-07-11 2014-01-16 Illinois Tool Works Inc. Thermostatventil
DE102013110260A1 (de) * 2013-09-18 2015-03-19 Illinois Tool Works Inc. Thermostatventil für einen Kühlmittelkreislauf
JP6724874B2 (ja) * 2017-07-24 2020-07-15 株式会社デンソー バルブ装置、および、冷却システム
US10094268B1 (en) * 2017-08-15 2018-10-09 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Coolant control valve with load-limiting end stop arrangement and method of operating a coolant control valve
CN110700933B (zh) * 2018-07-10 2021-02-26 长城汽车股份有限公司 用于车辆热管理系统的阀体及车辆
DE102018117240A1 (de) 2018-07-17 2020-01-23 Illinois Tool Works Inc. Kühlmittelventil für ein Fahrzeug
US11421790B2 (en) 2019-09-06 2022-08-23 Illinois Tool Works Inc. Ballstat flow diverter
DE102021115132A1 (de) * 2020-10-02 2022-04-07 Illinois Tool Works Inc. Ventilvorrichtung

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10351852A1 (de) 2003-11-06 2005-06-16 Itw Automotive Products Gmbh & Co. Kg Kühlsystem für Verbrennungskraft in Maschinen, insbesondere für Automobile
DE102006038213A1 (de) 2006-08-16 2008-02-21 Itw Automotive Products Gmbh & Co. Kg Thermostatventil

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2357241A1 (de) * 1973-11-16 1975-05-22 Bosch Gmbh Robert Stellantrieb mit einem antriebsmotor
DE2827720C2 (de) 1978-06-21 1983-11-10 Ernst 2000 Hamburg Hoyer Kugelhahn
US4427177A (en) 1981-04-27 1984-01-24 Spiridon Constantinescu Shower control
DE10207060B4 (de) 2002-02-20 2022-06-02 Pierburg Gmbh Antriebseinheit einer Stelleinheit
US7052428B2 (en) * 2002-03-13 2006-05-30 Robert Bosch Gmbh Actuator
DE10311996B4 (de) * 2003-03-19 2005-02-24 Mtu Friedrichshafen Gmbh Anordnung eines Abgasturboladers mit einem Trägergehäuse
US7325782B2 (en) * 2003-09-12 2008-02-05 Innovative Technology Concepts, Inc. Remotely activated manifold shut-off
US7740228B2 (en) 2006-08-09 2010-06-22 Hamilton Sundstrand Corporation Valve assembly including a torsion spring coupling a valve shaft and actuator shaft
JP2008169710A (ja) 2007-01-09 2008-07-24 Toyota Motor Corp 車両用排気系構造

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10351852A1 (de) 2003-11-06 2005-06-16 Itw Automotive Products Gmbh & Co. Kg Kühlsystem für Verbrennungskraft in Maschinen, insbesondere für Automobile
DE102006038213A1 (de) 2006-08-16 2008-02-21 Itw Automotive Products Gmbh & Co. Kg Thermostatventil

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011107088C5 (de) * 2011-07-11 2019-10-02 Friedrich Boysen Gmbh & Co. Kg Klappeneinrichtung
WO2014072376A1 (de) * 2012-11-07 2014-05-15 Mack & Schneider Gmbh Ventileinrichtung
US9410628B2 (en) 2012-11-07 2016-08-09 Mack & Schneider Gmbh Valve device
WO2018130397A1 (de) * 2017-01-16 2018-07-19 Continental Automotive Gmbh Ventileinheit

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