DE102010008740A1

DE102010008740A1 - Ventilanordnung zur Durchflusssteuerung in einem Fluidkreislauf

Info

Publication number: DE102010008740A1
Application number: DE102010008740A
Authority: DE
Inventors: Matthias 71640 Honzen; Sebastian 74172 Riedl; Markus 53639 Köhne; Uwe 74889 Sailer
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2010-02-20
Filing date: 2010-02-20
Publication date: 2011-08-25
Anticipated expiration: 2030-02-21
Also published as: DE102010008740B4

Abstract

Ventilanordnung 1 zur Durchflusssteuerung in einem Fluidkreislauf, aufweisend einen drehbar in einem, mit einem Zulauf 2b und einem Ablauf 2a versehenen, Gehäuse 2 gelagerten Ventilkörper 3 mit einer Durchgangsöffnung 3a, sowie eine Unterdruckdose 4 mit zugehöriger Ventilkinematik 5, wobei die Ventilkinematik 5 so an dem Ventilkörper 3 angreift, dass der Ventilkörper 3 in Abhängigkeit von der Druckbeaufschlagung der Unterdruckdose 4 einen Strömungsweg durch das Gehäuse 2 wahlweise freigeben oder sperren kann und wobei die Unterdruckdose 4 mit einem Druckwandler 6 in Wirkverbindung steht, so dass die Unterdruckdose 4 mit einem stufenlos einstellbaren Unterdruck beaufschlagbar ist.

Description

Ventilanordnung, insbesondere unterdruckbetätigtes Steuerventil zur Einstellung einer Durchflussmenge in einem Rohrabschnitt eines Fluidkreislaufs.
Derartige Ventilanordnungen werden beispielsweise im Kraftfahrzeugbau dazu verwendet, um den Kühlmittelfluss in einem Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine zu regulieren.
Die DE 10 2005 004 532 A1 zeigt eine Bauform einer solchen Ventilanordnung, bei der eine Klappe zum Öffnen und Verschließen eines Kanals über eine Kinematik von einer Unterdruckdose betätigbar ist. Die Kinematik besteht im Wesentlichen aus einer mit Versatz zur Drehachse der Klappe an dieser angreifenden Schubstange, die am anderen Ende an einer Membran in der Unterdruckdose befestigt ist. Die lineare Bewegung der Schubstange wird somit in eine rotatorische Bewegung der Klappe umgewandelt. Die Klappe weist eine Öffnung auf, durch die Fluid hindurch treten kann, wobei die Öffnung durch ein feststehendes Abdeckelement wahlweise vollständig freigegeben oder verdeckt werden kann.
Die DE 23 65 565 A1 offenbart eine weitere Bauform einer solchen Ventilanordnung, die ein Ventil aufweist, welches ein Gehäuse mit einer darin ausgebildeten Ventilkammer, mit der Ventilkammer verbundene Ein- und Auslasskanäle und einen in der Ventilkammer angeordneten Ventilkörper hat. Der Ventilkörper ist zwischen einer Schließlage, in der ein Strömungsmittelstrom vom Ein- und Auslasskanal gesperrt ist, und einer Öffnungslage, in der ein Strömungsmittelstrom vom Ein- und Auslasskanal freigegeben ist, bewegbar.
Der Ventilkörper ist dabei als eine Art Drehschieber ausgebildet und kann über eine Kinematik von einer Unterdruckdose betätigt werden.
Nachteilig an den genannten Ventilanordnungen ist allerdings, dass bei einer Betätigung des Ventilkörpers durch herkömmliche Unterdruckdosen nur zwei Schaltstellungen realisierbar sind, nämlich entweder offen oder geschlossen. Das Fehlen von Zwischenstellungen muss mit intervallartigen Wechseln zwischen der Offenstellung der Geschlossenstellung kompensiert werden, was zu einem übermäßig hohen Verschleiß der bewegten Bauteile führt und im Allgemeinen keine genaue Regelung des Durchflusses zulässt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher eine Ventilanordnung zur Durchflusssteuerung in einem Fluidkreislauf bereitzustellen, bei der eine genauere Einstellung des Öffnungsgrades eines unterdruckbetätigten Ventils möglich ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Ventilanordnung zur Durchflusssteuerung in einem Fluidkreislauf, aufweisend einen drehbar in einem, mit einem Zulauf und einem Ablauf versehenen, Gehäuse gelagerten Ventilkörper mit einer Durchgangsöffnung, sowie eine Unterdruckdose mit zugehöriger Ventilkinematik, wobei die Ventilkinematik so an dem Ventilkörper angreift, dass der Ventilkörper in Abhängigkeit von der Druckbeaufschlagung der Unterdruckdose einen Strömungsweg durch das Gehäuse wahlweise freigeben oder sperren kann und wobei die Unterdruckdose mit einem Druckwandler in Wirkverbindung steht, so dass die Unterdruckdose mit einem stufenlos einstellbaren Unterdruck beaufschlagbar ist.
Indem die Unterdruckdose mit einem, von einem Druckwandler bereitgestellten, stufenlos einstellbaren Unterdruck beaufschlagbar ist, kann der über die Ventilkinematik an die Unterdruckdose angekoppelte Ventilkörper stufenlos und genau verstellt werden. Dadurch ist es möglich den Durchfluss durch das Gehäuse variabel einzustellen, ohne dass die Unterdruckdose, die Ventilkinematik und der Ventilkörper permanent bewegt werden müssen, was sich positiv auf deren Verschleiß ausübt.
In einer bevorzugten Ausführung setzt die Ventilkinematik die von der Unterdruckdose bereitgestellte axiale Bewegung in eine rotatorische Bewegung des Ventilkörpers um. Rotatorisch bewegliche Ventilkörper müssen bei der Verstellbewegung nicht gegen die Kraft des in den Zulauf des Gehäuses strömenden Fluids verstellt und gehalten werden. Dadurch sinkt der Energiebedarf für den Betrieb einer derartigen Ventilanordnung erheblich.
In einer bevorzugten Ausführung ist der Ventilkörper als eine um eine Drehachse drehbare Kugelkalotte ausgebildet, an der eine Rückstellfeder angreift. Die Rückstellfeder sorgt bei abfallendem Unterdruck an der Unterdruckdose für eine stete Rückstellung der Kugelkalotte.
In einer bevorzugten Ausführung weist die Durchgangsöffnung eine entlang der Bewegungsrichtung des Ventilkörpers variable Öffnungsweite auf, die sich besonders bevorzugt entlang der Bewegungsrichtung des Ventilkörpers nicht linear verändert. Durch eine variable Öffnungsweite entlang der Bewegungsrichtung des Ventilkörpers lassen sich beliebige Durchflusskennlinien erzielen. So kann die Durchgangsöffnung beispielsweise als zu Beginn schmaler Schlitz ausgebildet sein, der sich bei späteren Verdrehwinkeln zu einem Kreis öffnet. Dadurch erhält man eine besonders flache Durchflusskennlinie, die sich gut für eine genaue Steuerung des Durchflusses eignet.
In einer bevorzugten Ausführung weist die Unterdruckdose eine erste Kammer und eine zweite Kammer auf, die durch eine Membran, an der die Ventilkinematik angreift, voneinander getrennt sind, wobei die erste Kammer und der vorzugsweise elektropneumatisch ausgeführte Druckwandler strömungstechnisch miteinander verbunden sind.
In einer bevorzugten Ausführung weist die Ventilkinematik eine an der Membran der Unterdruckdose angreifende Schubstange und einen gelenkig mit der Schubstange verbundenen, sowie drehfest an dem Ventilkörper angreifenden Hebel, auf.
In einer bevorzugten Ausführung ist das Gehäuse an einer Brennkraftmaschine angeflanscht, so dass der Zulauf mit einem Wassermantel der Brennkraftmaschine strömungstechnisch verbunden ist. Wird das Gehäuse direkt an die Brennkraftmaschine, beispielsweise an das Zylinderkurbelgehäuse, angeflanscht, so bieten sich hier Bauraum- und Kostenvorteile durch den Entfall von speziellen Halterungen und Schläuchen. Die Kühlflüssigkeit kann somit über das Gehäuse direkt aus dem Wassermantel der Brennkraftmaschine entnommen werden. Alternativ kann auch der Ablauf des Gehäuses mit dem Wassermantel verbunden sein, wodurch sich die Förderrichtung umkehrt.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
Darin zeigen:
1 eine Schnittansicht einer Ventilanordnung;
2 einen als Kugelkalotte ausgebildeten Ventilkörper.
Gemäß 1 hat eine erfindungsgemäße Ventilanordnung 1 ein Gehäuse 2 mit einem Zulauf 2b und einem Ablauf 2a, einen als Kugelkalotte ausgebildeten Ventilkörper 3, der drehbar in dem Gehäuse 2 gelagert ist und eine Durchgangsöffnung 3a aufweist, so dass Fluid in Abhängigkeit vom Verdrehwinkel des Ventilkörpers 3 das Gehäuse 2 in stufenlos einstellbaren Mengen durchströmen kann oder aber daran gehindert wird. Selbstverständlich können Zulauf 2b und Ablauf 2a je nach Belieben vertauscht werden. An dem Ventilkörper 3 ist ein Hebel 5a drehfest angeordnet und mit einer von der Unterdruckdose 4 axial betätigten Schubstange 5a gelenkig verbunden. Die Unterdruckdose 4 weist dazu eine erste Kammer 4a und eine zweite Kammer 4b auf, die durch eine nicht dargestellte Membran dichtend voneinander getrennt sind. Auf Seiten der zweiten Kammer 4b ist die Schubstange 5a befestigt, während die erste Kammer 4a über einen Anschlussstutzen 4c mit einem Unterdruck beaufschlagt werden kann, was zu einer Auslenkung der Membran und somit zu einer axialen Bewegung der Schubstange 5a führt. Der Unterdruck wird dabei von einem Druckwandler 6 derart angepasst, dass eine stufenlose Auslenkung der Membran möglich ist. An dem Ventilkörper 3 greift eine nicht dargestellte Rückstellfeder an, die die Rückstellung des Ventilkörpers 3 bei abfallendem Unterdruck in der ersten Kammer 4a der Unterdruckdose 4 unterstützt.
Gemäß 2 hat der als Kugelkalotte ausgebildete Ventilkörper 3 eine Durchgangsöffnung 3a. Wird der Ventilkörper 3 bestimmungsgemäß um seine Drehachse A verdreht, kann die Durchgangsöffnung 3a in zumindest teilweise Überschneidung mit dem in 1 dargestellten Zulauf 2b beziehungsweise dem Ablauf 2a des Gehäuses 2 gebracht werden. Die Öffnungsweite der Durchgangsöffnung 3a ist dabei so gestaltet, dass beginnend von einer Geschlossenstellung, bei der kein Fluid durch das Gehäuse 2 strömen kann, zunächst ein schlitzförmiger Öffnungsbereich mit der Öffnung des Ablaufs 2a überschnitten wird, bis dieser bei einem weiteren Verdrehen des Ventilkörpers 3 in Richtung einer Offenstellung in einen sichelförmigen Öffnungsbereich übergeht.
Bezugszeichenliste

A: Drehachse
1: Ventilanordnung
2: Gehäuse
2a: Ablauf
2b: Zulauf
3: Ventilkörper
3a: Durchgangsöffnung
4: Unterdruckdose
4a: erste Kammer
4b: zweite Kammer
4c: Anschlussstutzen
5: Ventilkinematik
5a: Schubstange
5b: Hebel
6: Druckwandler

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 102005004532 A1 [0003]
DE 2365565 A1 [0004]

Claims

Ventilanordnung (1) zur Durchflusssteuerung in einem Fluidkreislauf, aufweisend einen drehbar in einem, mit einem Zulauf (2b) und einem Ablauf (2a) versehenen, Gehäuse (2) gelagerten Ventilkörper (3) mit einer Durchgangsöffnung (3a), sowie eine Unterdruckdose (4) mit zugehöriger Ventilkinematik (5), wobei die Ventilkinematik (5) so an dem Ventilkörper (3) angreift, dass der Ventilkörper (3) in Abhängigkeit von der Druckbeaufschlagung der Unterdruckdose (4) einen Strömungsweg durch das Gehäuse (2) wahlweise freigeben oder sperren kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterdruckdose (4) mit einem Druckwandler (6) in Wirkverbindung steht, so dass die Unterdruckdose (4) mit einem stufenlos einstellbaren Unterdruck beaufschlagbar ist.
Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilkinematik (5) die von der Unterdruckdose (4) bereitgestellte axiale Bewegung in eine rotatorische Bewegung des Ventilkörpers (3) umsetzt.
Ventilanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (3) als eine um eine Drehachse (A) drehbare Kugelkalotte ausgebildet ist, an der eine Rückstellfeder angreift.
Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsöffnung (3a) eine entlang der Bewegungsrichtung des Ventilkörpers (3) variable Öffnungsweite aufweist.
Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Öffnungsweite entlang der Bewegungsrichtung des Ventilkörpers (3) nicht linear verändert.
Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckwandler (6) als elektropneumatischer Druckwandler ausgebildet ist.
Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterdruckdose (4) eine erste Kammer (4a) und eine zweite Kammer (4b) aufweist, die durch eine Membran, an der die Ventilkinematik (5) angreift, voneinander getrennt sind, wobei die erste Kammer (4a) und der Druckwandler (6) strömungstechnisch miteinander verbunden sind.
Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilkinematik (5) eine an der Membran der Unterdruckdose (4) angreifende Schubstange (5a) und einen gelenkig mit der Schubstange (5a) verbundenen, sowie drehfest an dem Ventilkörper (3) angreifenden Hebel (5b), aufweist.
Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) an einer Brennkraftmaschine angeflanscht ist, so dass der Zulauf (2b) mit einem Wassermantel der Brennkraftmaschine strömungstechnisch verbunden ist.