DE102011017731A1

DE102011017731A1 - Ventil zur Regulierung eines Durchflusses eines Mediums durch einen Wärmetauscher, insbesondere für einen Heizer eines Klimagerätes

Info

Publication number: DE102011017731A1
Application number: DE201110017731
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing.(FH) Buschatz Immanuel; Dipl.-Ing. Feith Thomas; Paul Galser; Dipl.-Ing. Grieb Andreas; Steffen Zielfleisch; Karsten Dahl; Tolga Aydin
Original assignee: Behr GmbH and Co KG; Parker Hannifin GmbH and Co KG
Current assignee: Parker Hannifin Manufacturing Germany GmbH and Co KG; Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date: 2011-04-28
Filing date: 2011-04-28
Publication date: 2012-10-31
Also published as: DE102011017731A8

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Ventil zur Regulierung eines Durchflusses eines Mediums durch einen Wärmetauscher, insbesondere einem Heizer eines Klimagerätes, bei welchem ein in einem Gehäuse (19) gelagertes Betätigungselement (22) in einen Strömungsweg des Mediums eingreift. Um ein besonders kompaktes Ventil anzugeben, welches nur geringe Betätigungskräfte erfordert, sind die Betätigungsrichtung des axial bewegbaren Betätigungselementes (22) und die Strömungsrichtung des Mediums zueinander versetzt ausgebildet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Ventil zur Regulierung eines Durchflusses eines Mediums durch einen Wärmetauscher, insbesondere für einen Heizer eines Klimagerätes, bei welchem ein in einem Gehäuse gelagertes Betätigungselement in einen Strömungsweg des Mediums eingreift.
In Personenkraftwagen werden häufig luftseitig geregelte Klimageräte verwendet. Solche Klimageräte umfassen einen Verdampfer, welcher die dem Klimagerät von einem Gebläse zugeführte Luft abkühlt, wobei die abgekühlte Luft hinter dem Verdampfer in zwei Luftwege aufgeteilt wird. Ein Teil der abgekühlten Luft wird durch einen Wärmetauscher, der als Heizer arbeitet, geleitet und dort erwärmt. Der andere Teil der Luft wird durch einen Bypass an dem Wärmetauscher vorbeigeführt. Die nun zur Verfügung stehende warme und kalte Luft wird mittels Klappen in einem Mischraum zur gewünschten Temperatur vermischt und auf die entsprechenden Auslässe, wie Belüftungsauslass, Entfrosterauslass und Fußraumauslass, verteilt. Für den Betriebszustand „maximal kühlen” des Klimagerätes wird der Luftweg durch den Wärmetauscher mittels einer Heizungsklappe verschlossen und die gesamte Luft durch den Bypass in den Mischraum geführt. Der Wärmetauscher wird weiterhin von einem heißen Medium durchströmt und liegt somit als heißer Kern im Klimagerät.
Dieser heiße Kern erwärmt das umliegende Gehäuse des Klimagerätes, welches wiederum in Kontakt mit der durch den Bypass strömenden Kaltluft steht. Dadurch wird die, durch den Verdampfer gekühlte kalte Luft erwärmt. Um die gewünschte Abkühlung des Fahrzeuginnenraumes zu gewährleisten, muss daher länger durch den Verdampfer abgekühlt werden, was wiederum mehr Energieaufwand und somit einen höheren Kraftstoffverbrauch nach sich zieht.
Eine Möglichkeit, den Durchfluss des heißen Mediums durch den Wärmetauscher abzuschalten und damit den Energieeintrag zu stoppen, besteht darin, dass in den Strömungskanal, welcher das heiße Medium aus dem Motorraum dem Wärmetauscher zuführt, ein Ventil angeordnet ist, welches den Durchfluss des heißen Mediums durch den Wärmetauscher reguliert. Insbesondere im Betriebszustand „maximal kühlen” wird somit die Zufuhr des Mediums zum Wärmetauscher gestoppt. Dabei sind verschiedene Varianten von Ventilen bekannt. So ist gemäß 1 ein Scheibenventil und gemäß 2 ein Reiberventil bekannt.
Das Scheibenventil 1 in 1 besteht aus einem Gehäuse 1a, welches einen Zufluss 1d des Mediums und einen Abfluss 1e des Mediums umfasst. An dem Gehäuse 1a ist ein Bewegungsübertrager 1c angeordnet, was in 1A verdeutlicht ist. 1B zeigt einen Querschnitt durch das Gehäuse 1a, wobei deutlich wird, dass durch den Bewegungsübertrager 1c innerhalb des Gehäuses 1a eine Scheibe 1b bewegt wird. Diese Scheibe 1b weist mindestens eine Öffnung 1f auf, welche zur Herstellung des Zuflusses des Medium zu dem Wärmetauscher in Übereinstimmung mit dem Zufluss 1d gebracht wird und gleichzeitig deckungsgleich zum Abfluss 1e liegt. Somit kann das vom Motorraum geförderte Medium in den Wärmetauscher einströmen. Soll die Zufuhr des Mediums in den Wärmetauscher gestoppt werden, wird die Öffnung 1f aus dem Bereich des Zu- und Abflusses herausgeschwenkt und ein geschlossener Bereich der Scheibe 1b versperrt die Verbindung zwischen Zufluss 1d und Abfluss 1e.
Bei dem in 2 dargestellten Reiberventil 2 verbindet ebenfalls ein Gehäuse 2a einen Zufluss 2d für das Medium, welches dem Wärmetauscher zugeführt werden soll, mit einem Abfluss 2e, welcher vorteilhafterweise direkt mit dem Wärmetauscher verbunden ist. Durch den Bewegungsübertrager 2c wird ein nicht weiter dargestellter Zylinder zwischen dem Zufluss 2d bzw. Abflusses 2e bewegt. Der Zylinder steht dabei senkrecht zur Strömungsrichtung des Mediums und weist eine durchgängige Öffnung auf, die parallel zur Strömungsrichtung des Mediums ausgerichtet ist, wenn der Wärmetauscher mit dem Medium versorgt werden soll. Soll die Zufuhr des Mediums zum Wärmetauscher gestoppt werden, wird der Zylinder durch den Bewegungsübertrager 2c in eine solche Position eingestellt, dass die Öffnung des Zylinders annähernd senkrecht zur Strömungsrichtung des Mediums steht und somit die geschlossene Zylinderwand den Zustrom des Mediums zum Wärmetauscher unterbindet.
Neben solchen mechanisch angetriebenen Ventilen existieren noch elektromagnetisch betätigte Ventile. Beide Varianten haben den Nachteil von sehr hohen Kosten und hohem Bauraumbedarf. Das elektromagnetische Ventil, welches vorzugsweise als Taktventil, eine induktive Kopplung zur Betätigung des Ventils aufweist, weist außerdem das Problem auf, das bei der Betätigung des Ventils Schaltgeräusche auftreten.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Ventil zur Regulierung eines Durchflusses eines Mediums durch einen Wärmetauscher anzugeben, welches bei kompakter Bauweise nur geringe Betätigungskräfte benötigt.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Betätigungsrichtung des axial bewegbaren Betätigungselementes und die Strömungsrichtung des Mediums zueinander versetzt ausgebildet sind. Dies hat den Vorteil, dass das Betätigungselement durch das Medium radial angeströmt wird, wodurch vorwiegend Querkräfte durch das Medium auf das Betätigungselement übertragen werden, wodurch eine geringere Betätigungskraft für die Betätigung des Betätigungselementes aufgebracht werden muss. Die aus den Querkräften resultierenden Axialkräfte sind dabei deutlich geringer als die normalerweise bei axialer Anströmung auf das Betätigungselement wirkenden Kräfte.
Vorteilhafterweise ist das Betätigungselement zylinderähnlich ausgebildet und greift zwischen einem Zufluss und einem Abfluss ein, wobei der Zufluss und der Abfluss mit dem Strömungskanal des Mediums verbunden sind. Durch die Ausbildung des Betätigungselementes in einer zylinderähnlichen Form, welches in axialer Richtung verschiebbar ist, kann das Betätigungselement einfach durch die Temperaturmischklappenkinematik des Klimagerätes bewegt werden. Dabei wird die von der Temperaturmischklappenkinematik erzeugte Kraft direkt, beispielsweise über eine Kurvenscheibe, auf den Bewegungsübertrager übertragen, welcher entsprechend das Betätigungselement des Ventils betätigt. Die nur begrenzt zur Verfügung stehende Kraft der Temperaturmischklappenkinematik ist somit ausreichend, um sowohl das Ventil als auch die Temperaturmischklappen innerhalb des Klimagerätes zu betätigen.
In einer Ausgestaltung weist das zylinderähnliche Betätigungselement eine, einen Außendurchmesser aufweisende Zylinderwandung auf, welche wenigstens teilweise ein mittig angeordnetes, einen Innendurchmesser aufweisendes Schiebeelement umschließt, wobei das Schiebeelement stirnseitig flächig mit der Außenwandung verbunden ist und der Innendurchmesser kleiner ist als der Außendurchmesser. Aufgrund dieser Ausgestaltung werden in einfacher Weise sowohl das Ventil betätigt als auch eine ausreichende Abdichtung zum Gehäuse hin ermöglicht.
In einer Variante ist das zylinderähnliche Betätigungselement parallel zur Strömungsrichtung des Mediums angeordnet, wobei der Zufluss und der Abfluss des Strömungskanals zueinander annähernd parallel verschoben und über eine Öffnung miteinander verbunden sind. Die parallele Lage des Betätigungselementes zur Durchflussrichtung des Mediums stellt eine konstruktiv besonders einfache Ausgestaltung dar. Da das Betätigungselement seitlich in den Medienfluss bewegt wird, wird sichergestellt, dass vorwiegend Querkräfte an dem Betätigungselement angreifen, wodurch die erforderlichen Kräfte, welche zur Betätigung des Betätigungselementes notwendig sind, geringer sind als bei der axialen Einwirkung von Kräften durch das Medium.
In einer Ausgestaltung ist das zylinderähnliche Betätigungselement parallel zu dem Zu- oder Abfluss gelagert, wobei die Stirnseite des zylinderähnlichen Betätigungselementes den Durchmesser des Ab- oder Zuflusses überragt. Da bei dieser Ausgestaltung der Zufluss und der Abfluss parallel, aber versetzt zueinander ausgebildet sind, schließt die Stirnseite des Betätigungselementes den Zu- bzw. Abfluss des Ventils ab. Somit kann auf weitere Verschlusselemente verzichtet werden.
In einer Weiterbildung verschließt das zylinderähnliche Betätigungselement durch Anschlag der Stirnseite an den Ab- oder Zufluss die um annähernd 90° zur Stirnseite versetzte Öffnung zwischen Zufluss und Abfluss. Somit wird mit nur einem einzigen Bauteil nicht nur der Zufluss verschlossen, sondern auch eine zuverlässige Abdichtung zwischen dem Abfluss und dem Zufluss erreicht. Dies führt zu einer weiteren Reduzierung der Herstellungskosten des Ventils.
In einer Weiterbildung ist das zylinderähnliche Betätigungselement unter einem vorgegebenen Winkel zur Strömungsrichtung des Mediums angeordnet. Da durch diese Ausgestaltung die Umlenkung des Mediums zwischen Zufluss und Abfluss des Ventils weiter reduziert wird, wird weniger Druckabfall des Mediums erzeugt und die Betätigungskräfte werden weiter verringert, obwohl die Betätigungsrichtung des Betätigungselementes im Gehäuse axial verläuft.
Vorteilhafterweise ist an dem Außendurchmesser der Außenwandung des zylinderähnlichen Betätigungselementes eine, dem Gehäuse gegenüberliegende und das Betätigungselement gegenüber dem Gehäuse abdichtende Betätigungsdichtung ausgebildet. Durch diese Betätigungsdichtung wird verhindert, dass das Medium in das Gehäuseinnere eindringen kann.
Alternativ ist die, das Gehäuse abdichtende Betätigungsdichtung außen auf dem Innendurchmesser des Schiebeelementes des zylinderähnlichen Betätigungselementes angeordnet, wobei das Gehäuse mindestens teilweise in das Innere des zylinderförmigen Betätigungselementes entlang des Schiebeelementes gezogen und mittels der Betätigungsdichtung abgedichtet ist. Dies hat den Vorteil, dass ein Druckausgleich um das Betätigungselement herum stattfinden kann, wodurch die Betätigungskräfte weiter reduziert werden.
In einer Variante ist die außen an dem Innendurchmesser des Schiebeelementes angeordnete Betätigungsdichtung außerhalb eines Ausdehnungsbereiches der Außenwandung des zylinderähnlichen Betätigungselementes angeordnet, wobei zwischen der Außenwandung und einem Gehäusebereich, welcher die Außenwandung umschließt, ein Spalt ausgebildet ist. Dieser Spalt bietet den Vorteil, dass in das Betätigungselement Medium eindringen kann, wodurch ein Druckausgleich zwischen dem Medium, welches außen an dem Betätigungselement vorbeigeführt wird, und dem Innenraum des Betätigungselementes hervorgerufen wird. Durch diesen Druckausgleich werden die Betätigungskräfte weiter reduziert, da das Medium, welches sich innerhalb des Betätigungselementes befindet, eine Gegenkraft zu dem Druck aufbaut, welches durch das Medium aufgebracht wird, das durch den Zufluss und den Abfluss des Ventils fließt.
In einer Weiterbildung bewegt das Betätigungselement ein membranähnliches Element, wobei das membranähnliche Element in einem spitzen Winkel zu dem Zufluss des Mediums angeordnet ist. Dabei dient das membranähnliche Element nicht nur zum Öffnen oder zum Verschließen des Ventils, sondern wird gleichzeitig als Dichtung sowohl gegenüber dem Gehäuse als auch als innere Dichtung zum Verschließen des Flusses des Mediums durch den Zu-. bzw. Abfluss eingesetzt. Da die Betätigung des membranähnlichen Elementes von außen durch das Betätigungselement erfolgt, ist eine Abdichtung des Betätigungselementes weiter nicht notwendig, weshalb auf zusätzliche Dichtungselemente verzichtet werden kann.
In einer Variante ist der Zufluss oberhalb des Abflusses angeordnet. Durch diese konstruktive Gestaltung greifen die Kräfte nur radial an dem membranähnlichen Element an, wodurch die notwendigen Betätigungskräfte zum Verschließen des Ventils verringert werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist das membranähnliche Element annähernd gewölbt ausgebildet und bedeckt insbesondere eine Gehäuseabdeckung und ist gegenüber der Öffnung zwischen Zufluss und Abfluss positioniert. Durch diese Wölbung werden gleichzeitig der Zufluss als auch der Abfluss des Ventils verschlossen, wodurch sicher gewährleistet wird, dass kein Medium in den Wärmetauscher gelangt.
Um den Zufluss und den Abfluss ausreichend gegen die Gehäuseabdeckung abzudichten, ist das Wölbungsende des membranähnlichen Elementes verstärkt ausgebildet und dichtend zwischen der Gehäuseabdeckung und dem, den Zufluss und den Abfluss bildenden Gehäuse angeordnet. Somit erfüllt das membranähnliche Element gleichzeitig die Funktion einer Gehäusedichtung, wobei auf ein weiteres Einzelelement verzichtet werden kann.
In einer Variante weist das membranähnliche Element auf einer, der Öffnung zwischen Zufluss und Abfluss zugewandten Seite eine Verstärkung auf, welche passgenau zur Öffnung ausgebildet ist. Auch in diesem Fall übernimmt das membranähnliche Element eine Dichtungsfunktion, welches durch die Verstärkung gebildet wird, um einen sicheren Verschluss des Ventils gegenüber dem durchströmenden Medium zu realisieren.
Eine Weiterbildung der Erfindung betrifft ein Klimagerät, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, bei welchem ein Gebläse Luft ansaugt, die durch einen Verdampfer und/oder einen als Heizer ausgebildeten Wärmetauscher in einen Mischraum strömt, wobei in einem Strömungskanal, welcher den Wärmetauscher mit einem Wärme abgebenden Medium versorgt, ein Ventil angeordnet ist. Um ein Ventil anzugeben, welches kompakt aufgebaut ist und trotzdem nur geringe Betätigungskräfte benötigt, ist dieses Ventil nach den in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenen Merkmale ausgebildet.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.
Es zeigt:
1 ein Scheibenventil nach dem Stand der Technik
2 ein Reiberventil nach dem Stand der Technik
3 Schnitt durch ein luftseitig geregeltes Klimagerät
4 Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Schieberventils mit einer parallelen Anordnung zur Strömungsrichtung des Mediums
5 Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Schieberventils mit einer schrägen Anordnung zur Strömungsrichtung des Mediums
6 eine erste Abdichtung des Schieberventils gemäß 4 und 5
7 eine zweite Abdichtung des Schieberventils gemäß 4 und 5
8 Schnitt durch ein Membranventil
9 Schaltdiagramm für ein 1-zoniges Klimagerät
10 Schaltdiagramm für ein 2-zoniges Klimagerät, Fahrerzone Gleiche Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
3 zeigt einen Schnitt durch ein luftseitig geregeltes Klimagerät 3 eines Kraftfahrzeuges. Dabei wird die Luft von einem seitlich liegenden, nicht weiter dargestelltem Gebläse, welches durch die Kanäle 4 gekennzeichnet ist, einem Verdampfer 5 zugeführt, welcher die Luft abkühlt. Die abgekühlte Luft wird über einen Bypass 6 an einem als Heizer ausgebildeten Wärmetauscher 7 vorbeigeführt. Der Bypass 6 wird durch eine Bypassklappe 8 geöffnet oder verschlossen. Da im vorliegenden Fall der Betriebszustand „maximal kühlen” dargestellt ist, ist die Bypassklappe 8 geöffnet und die zwischen Verdampfer 5 und Wärmetauscher 7 angeordnete Heizungsklappe 9 geschlossen. Dadurch wird verhindert, dass die durch den Verdampfer 5 austretende abgekühlte Luft durch den Wärmetauscher 7 geführt wird. Über den Bypass 6 strömt die abgekühlte Luft in einen Mischraum 1d, aus welchem die Luft wunschgemäß im Klimagerät 3 verteilt wird.
Es stehen drei Auslässe für die Luft in den Innenraum des Kraftfahrzeuges zur Verfügung. Dabei handelt es sich um den Belüftungsauslass, den gegen die Windschutzscheibe gerichteten Entfrosterauslass und den Fußraumauslass. Alle drei Auslässe werden von je einer Belüftungsklappe gesteuert. Der Belüftungsauslass wird von einer ersten Belüftungsklappe 11 geöffnet oder geschlossen, während der Luftdurchsatz des Entfrosterauslasses von einer zweiten Belüftungsklappe 12 und der Fußraumauslass durch eine dritte Belüftungsklappe 13 gesteuert werden. Durch diese Belüftungsklappen 11, 12, 13 wird bestimmt, über welchen Auslass wie viel Luft in den Fahrzeuginnenraum austreten kann.
Der Wärmetauscher 7 ist dabei mit einem Strömungsvorlaufkanal 14 verbunden, wobei zwischen dem Strömungsvorlaufkanal 14 und dem Wärmetauscher 7 ein mechanisches Ventil 15 geschaltet ist. Das mechanische Ventil 15 weist dabei einen Zulauf 16 und einen Ablauf 17 auf, wobei der Ablauf 17 direkt mit dem Wärmetauscher 7 verbunden ist. Durch den Strömungsvorlaufkanal 14 wird das flüssige Medium, welches zur Abkühlung des Verbrennungsmotors dient und sich dabei aufheizt, dem Wärmetauscher 7 zugeführt und hier zum Aufwärmen der durch dem Wärmetauscher strömenden Luft genutzt. Dabei kühlt sich das Medium ab und das abgekühlte Medium wird durch einen weiteren Strömungsrücklaufkanal 18 wieder dem Verbrennungsmotor zugeführt. Der Pfeil A zeigt dabei die Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges an.
In 4 ist ein Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Ventils dargestellt, welches in diesem Fall als Schieberventil 15 ausgebildet ist und die geschlossene Ventilposition verdeutlicht. Das Schieberventil 15 weist einen Zufluss 16 auf, welcher durch ein Gehäuse 19 gebildet ist. Dieses Gehäuse 19 ist mit einer Gehäuseabdeckung 20 versehen, wobei aus dieser Gehäuseabdeckung 20 gleichzeitig der Abfluss 17 des Schieberventils 15 ausbildet ist. Der Zufluss 16 und der Abfluss 17 sind dabei parallel, aber zueinander versetzt ausgebildet und über eine Öffnung 21 miteinander verbunden. Das Medium, welches in den Wärmetauscher 7 gefördert werden soll, muss dabei in seiner Flussrichtung zwei annähernd 90°-Winkel überwinden, um aus dem Zufluss 16 in den Abfluss 17 des Schieberventils 15 zu gelangen.
Parallel zu dem Zufluss 16 ist an dem Gehäuse 19 ein zylinderähnliches Betätigungselement 22 angeordnet. Das zylinderähnliche Betätigungselement ist stempelähnlich geformt und weist ein Schieberelement 23 auf, welches einen geringen Innendurchmesser besitzt. Das Schieberelement 23 ist über eine flächig ausgebildete Stirnseite 24, welche sich annähernd senkrecht zum Schieberelement 23 erstreckt, mit einer parallel zum Schieberelement 23 verlaufenden Außenwandung 25 verbunden, welche formschlüssig an dem Gehäuse 19 anliegt.
Über einen Bewegungsübertrager 26 wird das Betätigungselement 22 axial in Richtung des Abflusses 17 und wieder zurück bewegt. Die Bewegung des Betätigungselementes 22 erfolgt dabei parallel zum Zufluss 16. Die Stirnseite 24 des Betätigungselementes 22 weist dabei eine Ausdehnung auf, welche größer ist als der Durchmesser des Abflusses 17. Soll nun im Betriebszustand „maximal kühlen” das Schieberventil 15 verschlossen werden, wird das Betätigungselement 22 über den Bewegungsübertrager 26, welcher beispielsweise als Zahnsegmentelement ausgebildet ist, geradlinig in Richtung des Abflusses 17 bewegt. Das Betätigungselement 22 ist dabei so dimensioniert, dass nicht nur der Abfluss 17 durch die flächige Ausbildung der Stirnseite 24 verschlossen wird, sondern es wird gleichzeitig die Öffnung 21, welche den Zufluss 16 mit dem Abfluss 20 verbindet, durch die Außenwandung 25 des Betätigungselementes 22 abgeschlossen.
Um einen besonders dichten Abschluss zwischen Abfluss 17 und Zufluss 16 zu erhalten, ist an der Stirnseite 24 eine, innere Dichtung 27 vorhanden, die den Verschluss zwischen Zufluss 16 und Abfluss 17 verbessert. Darüber hinaus ist an der Außenseite der Außenwandung 25 des Betätigungselementes 22 eine, in einer Nut geführte Betätigungsdichtung 28 ausgebildet, die sicherstellt, dass kein Medium in den Innenraum des Betätigungselementes 22 eindringen kann. Zur weiteren Abdichtung des Gehäuses 19 und der Gehäuseabdeckung 20 ist zwischen diesen eine Gehäusedichtung 29 angeordnet.
Das Schiebeelement 23 des Betätigungselementes 22 wird somit seitlich mit der Außenwandung 25 in den Medienfluss bewegt, wodurch verhindert wird, dass axiale Betätigungskräfte an der Stirnfläche 24 des Betätigungselementes 22 angreifen. Da nur radiale Kräfte an der Stirnfläche 24 des Betätigungselementes 22 wirken, wird die zur Bewegung des Betätigungselementes 22 notwendige Betätigungskraft reduziert.
5 zeigt ebenfalls ein Schieberventil 15, welches schräg, unter einem vorgegebenen Winkel zur Durchflussrichtung des Mediums angeordnet ist. Der Abfluss 17 ist etwa parallel zum Zufluss 16 versetzt ausgebildet. Der Zufluss 16 ist in einem spitzen Winkel zu der axialen Bewegungsrichtung des Betätigungselementes 22 ausgerichtet. Auch in diesem Ausführungsbeispiel ist das Gehäuse 19, welches den Zufluss 16 bildet, mit einer Gehäuseabdeckung 20 abgedeckt, aus welcher gleichzeitig der Abfluss 17 gebildet ist. Zwischen dem Gehäuse 19 und der Gehäuseabdeckung 20 ist wiederum eine Gehäusedichtung 29 angeordnet. Das Betätigungselement 22 besitzt annähernd denselben Aufbau, wie im Zusammenhang mit 4 erläutert, und wird durch den Bewegungsübertrager 26 in einer vorgegebenen geradlinigen Richtung hin- und herbewegt.
Das Schieberventil 15, welches in 5 dargestellt ist, zeigt dabei die geöffnete Ventilposition, was bedeutet, dass das Medium ungehindert über den Zufluss 16 in den Abfluss 17 des Ventils 15 strömen kann. Im Unterschied zur 4 greift das Gehäuse 19 mit seinem Bereich 30 in den Innenraum 32 des Betätigungselementes 22 ein und umfängt mit diesem Bereich 30 das Schiebeelement 23. Der Bereich 30 des Gehäuses 19 liegt auf dem Schiebeelement 23 auf, wobei die Betätigungsdichtung 28 an der Außenseite des Innendurchmessers des Schiebeelementes 23 angeordnet ist. Das Betätigungselement 22 weist dabei einen als Innenraum 32 ausgebildeten Hohlraum auf, welcher durch die Außenwandung 25 und den Bereich 30 des Gehäuses 19 umschlossen ist.
Da die Außenwandung 25 nicht direkt an dem Gehäuse 19 anliegt, sondern einen Spalt 31 aufweist, kann das Medium über den Spalt 31 in den Innenraum 32 des Betätigungselementes 22 eindringen. Dadurch wird in dem Betätigungselement 22 ein Gegendruck zu dem Druck aufgebaut, welcher durch das Medium, welches durch den Zufluss 16 und den Abfluss 17 durch das Schieberventil 15 strömt, entgegengesetzt ist. Durch diese Ausgestaltung werden die Betätigungskräfte, welche notwendig sind, um das Betätigungselement 22 durch den Bewegungsübertrager 26 innerhalb des Schieberventils 15 zu verschieben, weiter verringert. Durch die Ausgestaltung in 5 verringert sich der Druckabfall im Vergleich zur parallelen Anordnung gemäß 4.
Sowohl in 4 als auch in 5 ist die Gehäusedichtung 29 durch einen handelsüblichen O-Ring realisiert. Die Verbindung des Gehäuses 19 mit der Gehäuseabdeckung 20 wird dabei über einen nicht weiter dargestellten Federbügel realisiert.
Alternativ können die Gehäuseteile (Gehäuse 19 und Gehäuseabdeckung 20) auch mittels Ultraschall- oder Orbitalschweißen verbunden werden.
Durch diese Verbindungstechnik wird gleichzeitig die Dichtheit der Gehäuseteile 19, 20 gewährleistet. Auf eine zusätzliche Dichtung kann dabei verzichtet werden.
Die Abdichtung des Betätigungselementes 22 zum Gehäuse 19 erfolgt über die Betätigungsdichtung 28, welche am geeignetsten in einer Nut verläuft und beispielsweise als Profildichtung ausgebildet sein kann. Die innere Dichtung 27, welche das Betätigungselement 22 gegenüber dem Zufluss 16 bzw. dem Abfluss 17 abdichtet, wird gemäß 6 über einen durch Formschluss mit der Stirnfläche 24 des Betätigungselementes 22 verbundenen Profildichtring 27a realisiert. Der Profildichtring 27a wird dabei auf die Stirnfläche 24 des Betätigungselementes 22 aufgezogen.
Eine Alternative dazu ist in 7 dargestellt, wo das Betätigungselement 22 als 2-Komponenten-Bauteil ausgeführt wird. Hierbei wird das aus einem harten Kunststoff bestehende Betätigungselement 22, von welchem lediglich die Stirnfläche 24 und das Schiebeelement 23 angedeutet sind, mit einem Dichtring 27b, der als Weichkomponente realisiert ist, in einer 2-Komponenten-Technik miteinander verbunden. Dies hat den Vorteil, dass der Dichtring 27b nicht in einem zusätzlichen Montageschritt auf das Betätigungselement 22 aufgebracht werden muss, sondern während des Herstellungsprozesses des Betätigungselementes 22 gleichzeitig in diesen eingebracht wird. Somit lasst sich die beschriebene Dichtung einfach in das Betätigungselement 22 integrieren.
Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventils ist in 8 dargestellt, bei welcher das Ventil als Membranventil 33 ausgebildet ist. Auch dieses Membranventil 33 besteht aus einem Gehäuse 19, welches dabei sowohl den Zufluss 16 als auch den Abfluss 17 bildet. Die Gehäuseabdeckung 20 umfasst das Betätigungselement 22 und ist mit einem membranähnlichen Element 34 überspannt. Die Gehäuseabdeckung 20 ist annähernd halbkreisförmig gewölbt, wobei das membranähnliche Element 24 die Form der Gehäuseabdeckung 20 im Innenraum des Membranventils 33 annimmt und ebenfalls halbkreisähnlich geformt ist. Mittig ist das membranähnliche Element 34 mit dem Betätigungselement 22 verbunden, wobei eine Verstärkung 37 des membranähnliche Elementes 34 so ausgestaltet ist, dass, wenn das Betätigungselement 22 über dem Bewegungsübertrager 26 in Richtung des Innenraumes des Membranventils 33 zum Verschließen des Ventils 33 bewegt wird, die Verstärkung 37 genau in die Form der Öffnung 21 passt, welche den Zufluss 16 mit dem Abfluss 17 verbindet. Durch die Abschrägungen 38 der Verstärkung 37 wird die Öffnung 21 zuverlässig verschlossen und gleichzeitig abgedichtet.
Darüber hinaus umfasst das membranähnliche Element 34 an seinem Membranende 36 eine Verdickung, welche in das Gehäuse 19 eingreift und somit das Gehäuse 19 gegenüber der Gehäuseabdeckung 20 zuverlässig abdichtet. Das membranähnliche Element 34 übernimmt somit gleichzeitig verschiedene Dichtfunktionen, so dass auf mehrere separate Dichtungen verzichtet werden kann. Da eine Betätigung des membranähnlichen Elementes 34 an dessen Außenseite durch das Betätigungselement 22 erfolgt, ist eine Abdichtung des Betätigungselementes 22 gegenüber dem Gehäuse 19 nicht notwendig.
Das Betätigungselement 22 wird von dem als Zahnsegmenthebel ausgebildeten Bewegungsübertrager 26 betätigt. Als Gehäuseverbindung wird ein Federbügel 37 verwendet. Auch bei dem Membranventil 33 wird durch das Betätigungselement 22 das membranähnliche Element 34 axial in den Strömungskanal des Membranventils 33 hineinbewegt, wobei das membranähnliche Element 34 aufgrund der versetzten Anordnung des Zuflusses 16 zum Abfluss 17 nur mit radialen Kräften angegriffen wird, wodurch zuverlässig die Betätigungskräfte für das membranähnliche Element 34 reduziert werden.
Für alle beschriebenen Varianten kann die Betätigung vereinfacht werden, wenn bei dem Betätigungselement 22 eine nicht weiter betätigte Stange in das Bewegungselement 26 eingreift bzw. bei dem membranähnlichen Element eine solche Stange direkt, z. B. über eine Kugelkopfverbindung, betätigt wird. Dadurch werden die Kosten für die Herstellung des Schieberventils 15 bzw. das Membranventil 33, welche im weiteren nur noch als Ventile 15, 33 bezeichnet werden, verringert.
In einer besonders einfachen Ausführungsform wird der Bewegungsübertrager 26 sowohl des Schieberventils 15 als auch des Membranventils 33 durch eine nicht weiter dargestellte Kurvenscheibe betätigt, welche zur Einstellung der Bypassklappe 8 und der Heizungsklappe 9 (1) genutzt werden. Dadurch wird auch die an sich vorhandene Temperaturmischklappenkinematik für das Öffnen und Schließen des Ventils 15, 33 genutzt, weshalb auf weitere zusätzliche Betätigungselemente verzichtet werden kann, woraus eine besonders kostengünstige und einfache Realisierung resultiert.
Für den Betriebszustand „maximal kühlen” wird die Heizungsklappe 9 im Warmweg geschlossen. Die Bypassklappe 8 im Kaltweg wird dafür komplett geöffnet. Gleichzeitig oder anschließend wird das Ventil 15, 33 geschlossen. Bei Klimageräten mit nur einer Temperaturzone kann bereits vor dem Erreichen der Endstellung der Bypassklappe 8 bzw. der Heizungsklappe 9 zur Einstellung des Betriebszustandes „maximal kühlen” damit begonnen werden, das Ventil 15, 33 zu schließen, so dass bei Erreichen der Klappenendstellungen das Ventil 15, 33 komplett geschlossen ist. Ein solches Vorgehen wird in 9 dargestellt, welches ein Schaltdiagramm für ein 1-zoniges Klimagerät verdeutlicht. Unter einem 1-zonigen Klimagerät wird ein Klimagerät verstanden, welches den Fahrgastraum vollständig mit einer einheitlichen Temperatur temperiert. Dabei sind der Öffnungswinkel des Ventils 15, 33 sowie die Öffnungswinkel der Heizungsklappe 9 bzw. der Bypassklappe 8 dargestellt. Die Öffnungswinkel der Bypassklappe 8 und der Heizungsklappe 9 bzw. des Ventils 15, 33 sind über dem Regelzustand des Klimagerätes von den Betriebszuständen „maximal kühlen” über den Mischbetrieb bis zu dem Betriebszustand „maximal heizen” dargestellt.
Bei Klimageräten 1 mit 2-zonigen Einstellungen gibt es zwei Temperaturzonen im Innenraum des Kraftfahrzeuges. 10 zeigt ein Schaltdiagramm für ein solches 2-zoniges Klimagerät, wobei lediglich die Fahrerzone betrachtet wird. Dabei darf das Ventil 15, 33 erst geschlossen werden, nachdem die Endstellung der Bypassklappe 8 und der Heizungsklappe 9 für den Betriebszustand „maximal kühlen” erreicht wurde. Dies ist notwendig, da in einer Zone, die nicht mit dem Ventil 15, 33 gekoppelt ist, Heizleistung angefordert werden kann, beispielsweise durch den Beifahrer. Dafür muss der Wärmetauscher 7 von dem Medium durchströmt werden, und die Bypassklappe 8 bzw. die Heizungsklappe 9 der Zone, an die das Ventil 15, 33 gekoppelt ist, dürfen noch nicht bewegt werden. Dies soll an einem Beispiel verdeutlicht werden. Das Ventil 15, 33 hängt an der nicht weiter dargestellten Temperaturkinematik der Fahrerzone. Sowohl die Fahrerzone als auch die Beifahrerzone stehen für den Betriebszustand auf „maximal kühlen”. Das Ventil 15, 33 ist geschlossen. Der Beifahrer möchte auf seiner Seite etwas heizen, der Fahrer jedoch nicht. Dafür muss der Wärmetauscher 7 mit dem Medium durchströmt werden. Auf der Beifahrerseite wird der Warmweg (d. h. die Heizungsklappe 9) etwas geöffnet, auf der Fahrerseite bleibt der Warmweg aber geschlossen, indem die Heizungsklappe 9 den Zutritt der aus dem Verdampfer 5 austretenden Luft zum Wärmetauscher 7 unterbindet. Vorteilhafterweise ist das Ventil 15, 33 an die Temperaturmischklappenkinematik für die Fahrerzone angebunden, da diese oft die führende Zone in der Temperaturregelung für den Innenraum des Kraftfahrzeuges darstellt.

Claims

Ventil zur Regulierung eines Durchflusses eines Mediums durch einen Wärmetauscher, insbesondere einem Heizer eines Klimagerätes, bei welchem ein in einem Gehäuse (19) gelagertes Betätigungselement (22) in einen Strömungsweg des Mediums eingreift, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsrichtung des axial bewegbaren Betätigungselementes (22) und die Strömungsrichtung des Mediums zueinander versetzt ausgebildet sind.
Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (22) zylinderähnlich ausgebildet ist und zwischen einem Zufluss (16) und einem Abfluss (17) eingreift, wobei der Zufluss (16) und der Abfluss (17) mit dem Strömungskanal (14) des Mediums verbindbar sind.
Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zylinderähnliche Betätigungselement (22) eine, einen Außendurchmesser aufweisende Außenwandung (25) aufweist, welche wenigstens teilweise ein mittig angeordnetes, einen Innendurchmesser aufweisendes Schiebeelement (23) umschließt, wobei das Schiebeelement (23) stirnseitig flächig mit der Außenwandung (25) verbunden ist und der Innendurchmesser kleiner als der Außendurchmesser ist.
Ventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zylinderähnliche Betätigungselement (22) parallel zur Strömungsrichtung des Mediums angeordnet ist, wobei der Zufluss (16) und der Abfluss (17) zueinander annähernd parallel verschoben und über eine Öffnung (21) miteinander verbunden sind.
Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zylinderähnliche Betätigungselement (22) parallel zu dem Zu- oder Abfluss (16, 17) gelagert ist, wobei die Stirnseite (24) des zylinderähnlichen Betätigungselementes (22) den Durchmesser des Ab- oder Zuflusses (17, 16) überragt.
Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zylinderähnliche Betätigungselement (22) bei Anschlag der Stirnseite (24) an den Ab- oder Zufluss (17, 16) die, um annähernd 90° zur Stirnseite (24) versetzte Öffnung (21) zwischen Zufluss (16) und Abfluss (17) verschließt.
Ventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zylinderähnliche Betätigungselement (22) unter einem vorgegebenen Winkel zur Strömungsrichtung des Mediums angeordnet ist.
Ventil nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Außendurchmesser der Außenwandung (25) des zylinderähnlichen Betätigungselementes (22) eine, dem Gehäuse (19) gegenüberliegende und das Betätigungselement (22) gegenüber dem Gehäuse abdichtende Betätigungsdichtung (28) ausgebildet ist.
Ventil nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die, das Gehäuse (19) abdichtende Betätigungsdichtung (28) außen auf dem Innendurchmesser des Schiebeelementes (23) des zylinderähnlichen Betätigungselementes (22) angeordnet ist, wobei das Gehäuse (19) mindestens teilweise in das Innere des zylinderförmigen Betätigungselementes (22) entlang dem Schiebeelement (23) gezogen und mittels der Betätigungsdichtung (28) abgedichtet ist.
Ventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die außen an dem Innendurchmesser des Schiebeelementes (23) angeordnete Betätigungsdichtung (28) außerhalb eines Ausdehnungsbereiches der Außenwandung (25) des zylinderähnlichen Betätigungselementes (22) angeordnet ist, wobei zwischen der Außenwandung (25) und einem Gehäusebereich (30), welcher die Außenwandung (25) umschließt, ein Spalt (31) ausgebildet ist.
Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (22) ein membranähnliches Element (34) bewegt, wobei das membranähnliche Element (34) in einem spitzen Winkel zu dem Zufluss (16) des Mediums angeordnet ist.
Ventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Zufluss (16) oberhalb des Abflusses (17) angeordnet ist.
Ventil nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das membranähnliche Element (34) annähernd gewölbt ausgebildet ist und insbesondere eine Gehäuseabdeckung (20) teilweise bedeckt und gegenüber der Öffnung (21) zwischen Zufluss (16) und Abfluss (17) positioniert ist.
Ventil nach Anspruch 11, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Wölbungsende (36) des membranähnlichen Elementes (34) verstärkt ausgebildet ist und dichtend zwischen der Gehäuseabdeckung (20) und dem den Zufluss (16) und den Abfluss (17) bildenden Gehäuse (19) angeordnet ist.
Ventil nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das membranähnliche Element (34) auf einer, der Öffnung (21) zwischen Zufluss (16) und Abfluss (17) zugewandten Seite eine Verstärkung (37) aufweist, welche passgenau zur Öffnung (21) ausgebildet ist.
Klimagerät, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, bei welchem ein Gebläse (4) Luft ansaugt, die durch einen Verdampfer (5) und/oder einen als Heizer ausgebildeten Wärmetauscher (7) in einen Mischraum (10) strömt, wobei in einen Strömungskanal (14), welcher den Wärmetauscher (7) mit einem Wärme abgebenden Medium versorgt, ein Ventil (15, 33) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (15, 33) gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 15 ausgebildet ist.