DE102012208652B3

DE102012208652B3 - Ventil

Info

Publication number: DE102012208652B3
Application number: DE201210208652
Authority: DE
Inventors: Friedrich Atschreiter
Original assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Current assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Priority date: 2012-05-23
Filing date: 2012-05-23
Publication date: 2013-09-19
Anticipated expiration: 2032-05-24
Also published as: WO2013174587A1

Abstract

Es wird ein Ventil zum Einsatz in Kühlmittelströmen vorgeschlagen mit einem Ventilgehäuse und mindestens einem darin befindlichen Ventilkörper und einem Aktuator zur Bewegung des mindestens einen Ventilkörpers im Ventilgehäuse, wobei ein Fallsafe-Mittel vorgesehen ist, das arretierbar und auslösbar ist und den mindestens einen Ventilkörper in Abhängigkeit von Auslösekriterien in eine vorbestimmte Position bringt.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Ventil zum Einsatz in Kühlmittelströmen mit einem Ventilgehäuse und einem darin befindlichen Ventilkörper und einem Aktuator zur Bewegung des Ventilkörpers im Ventilgehäuse.
Weiterhin geht die Erfindung aus von einem Verfahren zum Betrieb eines Ventils mit einem Failsafe-Mechanismus.
Stand der Technik
Ventile zur Steuerung bzw. Regelung von Kühlmittelströmen in Verbrennungskraftmaschinen haben die Aufgabe je nach Lastfall eine optimale Kühlmittel-Temperatur zu gewährleisten. Im Fall eines Fehlers, wie beispielsweise dem Steckenbleiben des Ventils oder des Ausfalls des Aktuators, kann es zu kritischen Zuständen und Motorschäden und zum Liegenbleiben des Fahrzeuges kommen. Es ist daher vorteilhaft eine Vorrichtung zu verwenden, die bei Fehlern in der Ventilsteuerung die Kühlmittelströme so einstellt, dass damit in jedem Fall eine Überhitzung des Motors vermieden wird.
Eine solche Vorkehrung für ein Ventil ist beispielsweise im Stand der Technik aus dem deutschen Gebrauchsmuster DE 87 05 271 bekannt. In diesem Stand der Technik wird ein Thermostatventil beschrieben, das eine Öffnungsfeder aufweist, um bei einem Ausfall des Stellantriebs die im Plattenventil verwendeten Ventilplatten selbsttätig in eine Öffnungsstellung zu bewegen. In dieser Öffnungsstellung wird der Kühlmitteldurchgang von der Verbrennungskraftmaschine hin zum Kühler möglich, so dass eine etwaige Überhitzung und Beschädigung der Maschine zuverlässig verhindert ist. Die in diesem Stand der Technik beschriebene Öffnungsfeder wird von einer Ratschenvorrichtung vorgespannt und im Notfall über das Entsperren eines Sperrzahns gelöst. Die Feder muss vom Ventil vorgespannt werden und das Ventil arbeitet in jedem Betriebszustand gegen die Federkraft.
Die DE 10 2008 030 769 A1 beschreibt einen Drehschieber zum Einstellen eines Durchströmungsquerschnittes, mit einem drehbar gelagerten Querschnittsverstellglied. Es ist ein Rückstellelement vorgesehen, das gegen eine Rückstellfeder verdrehbar und in einer verdrehten Spannposition mittels einer Arretiervorrichtung haltbar ist und mindestens ein an dem Querschnittsverstellglied nach Lösen der Arretiervorrichtung angreifendes Mitnahmemittel zum Verdrehen des Querschnittsverstellglieds in eine Sicherungsposition aufweist.
Aus der DE 10 2009 004 157 B3 ist ein Drehschieber bekannt, der eine erstes und ein zweites Querschnittsverstellglied aufweist.
Die DE 19 49 005 U zeigt ein Schnellverschlussventil mit einer spannbaren Schraubenfeder und einer auf zwei Säulen geführten Spindelnuß, die über eine Traverse mit den Säulen verriegerbar ist.
Aus der DE 15 50 064 A ist eine Anordnung bei Schnell-Manövrierventilen bekannt, bei dem ein Verschlussorgan in offener bzw. geschlossener Stellung unter Federbelastung steht und in der genannten Stellung durch ein System geschlossen gehalten wird.
Es ist Aufgabe der Erfindung ein Ventil herzustellen, bei dem eine Feder bei Initialisierung des Ventils vorgespannt und in einer Verankerung so fixiert wird, dass das Ventil im Normalbetrieb nicht gegen die Federkraft arbeitet.
Daher wird ein Mittel vorgesehen, dass die Feder im vorgespannten Endzustand arretiert und nur im Notfall als Antrieb freigibt, um das Ventil in einen Zustand zu versetzen, in dem eine optimale Kühlmittelversorgung möglich ist.
Vorteilhafterweise wird das Ventil dabei mit einem Mittel versehen, das arretierbar und auslösbar ist, um so diesen Failsafe-Mechanismus darzustellen.
Dabei ist es von Vorteil, wenn die Federn für die Vorspannung einmalig gespannt werden. Der Aktuator des Systems muss nicht gegen die Federkraft arbeiten.
Die Federn werden dabei vorzugsweise in einen Ventilkörper oder eine Tasche des Ventilgehäuses aufgenommen.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es in einfacher und kostengünstiger Weise ein Ventil mit einem Failsafe-Mechanisrnus zu betreiben, wobei das Verfahren reversibel ist und das Ventil nach dem Auslösen nicht ersetzt werden muss.
Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung wird in den Zeichnungen beispielhaft dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert.
1 zeigt ein Ventilgehäuse
2 zeigt einen Ventilkörper
3 zeigt ein Detail des Ventils
4 zeigt eine schematische Darstellung mit Spiralfeder
5 zeigt eine Ausführungsform mit Druckplatte
6 zeigt eine Ausführungsform mit Torsionsfeder
Die Erfindung ist nicht eingeschränkt auf einen bestimmten Ventiltyp. Daher werden im Folgenden unterschiedliche Ausführungsformen für Ventiltypen mit Spiralfeder oder Torsionsfedern sowie einem Torsionsstab beschrieben.
In 1 ist ein Ventil in einer Gesamtsicht dargestellt. Das Ventil 1 weist zwei Einlassstutzen 2 und 2' und einen Auslassstutzen 3 auf. In 1 ist kein Aktuator eingezeichnet, der natürlich für den Antrieb des Ventils notwendig ist und auf der rechten Seite des Ventilkörpers angebracht würde.
In der Gesamtsicht des Ventils 1 ist ein Ventilgehäuse 4 zu erkennen, das auf der rechten Seite von einem ersten Gehäuseteil 7 und auf der linken Seite von einem zweiten Gehäuseteil 8 begrenzt ist, wobei erster und zweiter Gehäuseteil einen Teil des Ventilgehäuses 4 darstellen. In die 2 ist das Innere des Ventils dargestellt. Die ersten und zweiten Gehäuseteile 7, 8 begrenzen die Länge eines Ventilkörpers 5, der zwischen den beiden Gehäuseteilen angeordnet ist. Der Ventilkörper 5 weist Durchbrüche 6 auf, die so angeordnet sind, dass bei einem Verdrehen des Ventilkörpers gegen das Ventilgehäuse, die Einlässe je nach gewünschtem Schaltschema geöffnet bzw. geschlossen werden.
Ein nicht dargestellter Aktuator verdreht den Ventilkörper 5 gegen das Ventilgehäuse 4 um einen optimalen Kühlmittelfluss zwischen Ein- und Auslass 2, 2', 3 herzustellen.
Im Inneren des Ventilkörpers 5 ist eine Feder 9 zu erkennen. In dieser Ausführungsform ist die Feder 9 eine Spiralfeder. Sie wird zur Vorspannung um die Mittelachse des Ventils verdreht.
3 zeigt dazu weitere Details. Die Feder 9 ist zwischen den beiden Gehäuseteilen 7, 8 angeordnet. Das erste Gehäuseteil 7 besitzt einen Innenraum in dem eine Failsafe-Scheibe 10 angeordnet ist. Die Failsafe-Scheibe 10 besitzt Nocken 11. Diese Nocken 11 passen in Aussparungen 12, die im ersten Gehäuseteil 7 vorgesehen sind. Wird die Failsafe-Scheibe 10 in die richtige Position verdreht, können die Nocken 11 in die Aussparungen 12 einrasten. Ein geeigneter Mechanismus zum Verrasten der Nocken 11 ist dabei vorgesehen. Dabei sind alle Lösungen, die ein Fachmann für das Verrasten einer Nocke in einer Aussparung vorsehen würde, möglich und können zur Umsetzung der Erfindung herangezogen werden.
In 4 wird der Vorgang des Verrastens schematisch dargestellt. Wird das Ventil in Betrieb genommen wird die Failsafe-Scheibe 10 über den Ventilkörper 5 so wett bewegt, bis diese im ersten Gehäuseteil 7 in den Aussparungen 12 ein rastet. Während dieses Drehvorgangs wird die Feder 9, die an dem zweiten Gehäuseteil 8 abgestützt ist und mit der Failsafe-Scheibe 10 verbunden ist, verdreht und damit vorgespannt.
Die Failsafe-Scheibe 10 bleibt solange kein Fehler im Kühlsystem mit erhöhten Temperaturen auftritt in diesem Zustand. Das Ventil selbst wird im normalen Betrieb abhängig von den Kühlanforderungen des Motors bewegt und arbeitet unabhängig von Federkräften. Der Ventilkörper 5 wird dabei im Ventilgehäuse 4 verdreht, um mit seinen Durchlässen 6 die Einlass- und Auslassstutzen zu überdecken. Die Feder 9 im Inneren des Ventilkörpers 5 wird dabei nicht beeinflusst. Sie ist lediglich durch den Aktivierungsprozess der Failsafe-Scheibe 10 vorgespannt. Im Falle einer erhöhten Temperatur wird die Failsafe-Scheibe 10 durch einen temperatursensiblen Auslösemechanismus 13 aus der Verankerung in den Aussparungen 12 des ersten Gehäuseteiles 7 gedrückt. Da die Feder durch Torsion vorgespannt ist, übt sie über die Failsafe-Scheibe 10 auf den Ventilkörper 5 ein Drehmoment aus und dreht den Ventilkörper in eine vorbestimmte Position, die eine maximale Durchflussmöglichkeit für das Kühlmittel bietet. Der Auslösemechanismus für die Failsafe-Scheibe 10 wird dabei so gewählt, dass er nach dem Auslösen nicht ersetzt werden muss. Beispielsweise kommt ein Wachselement für den Auslösemittel in Frage. Bei neuerlicher Inbetriebnahme wird das Ventil wieder in die Startposition gebracht und die Failsafe-Scheibe 10 erneut in den Aussparungen arretiert und die Feder gespannt. Dadurch ist das System wieder einsatzfähig, ohne dass Komponenten ausgetauscht werden müssten.
Der Vorteil der erfindungsgemäße Anordnung ist dabei, dass das Ventil im normalen Betriebszustand nicht gegen eine Federkraft arbeiten muss. Dadurch kann der Aktuator kleiner konzipiert werden und das Ventil erfordert weniger Energieeinsatz.
5 zeigt eine Ausführungsformform in der der Ventilkörper 5 translatorisch verschoben wird. Dabei zeigt die 5a den Zustand des Ventils in der Nullposition, um einen maximalen Durchfluss zu erreichen. Wird das Ventil aktiviert, bewegt sich der Ventilkörper 5 in Richtung des Pfeiles nach rechts. Die Failsafe-Scheibe 10 ist dabei als Druckplatte gestaltet, die die Feder 9 zusammenpresst. In dieser Ausführungsform weist die Failsafe-Scheibe 10 an ihrem Rand Auskragungen 15 auf, die über Nocken 11' im Ventilgehäuse geschoben werden und dort verrasten. In 5b ist das Ventil dargestellt, wenn die Failsafevorrichtung vorgespannt ist. Der Ventilkörper 5 kann sich jetzt unabhängig von der Federkraft der Feder 9 im Ventilgehäuse 4 entlang bewegen und wird für den Betrieb des Ventils verschoben Auch in dieser Ausführungsform arbeitet das Ventil nicht gegen die Federkraft des Failsafe-Mechanismus.
In 6 wird eine weitere alternative Ausführungsform dargestellt. Dabei wird der Failsafe-Mechanismus mit einem Failsafe-Hebel 14 hergestellt, der auf einem Torsionsstab 9' angebracht ist. Der Failsafe-Hebel 14 wird beim Start des Ventils von der Öffnungsposition um 90° verdreht und mit Nocken 11' arretiert. Die Rückstellkraft des Torsionsstabes ist dabei ausreichend um den Failsafe-Hebel 14 und mit dem Failsafe-Hebel den Ventilkörper 5 beim Auslösen des Failsafe-Mechanismus in die Öffnungsposition der 6a zurück zu drehen.
Bezugszeichenliste

1: Ventil
2 2': Einlassstutzen
3: Auslassstutzen
4: Ventilgehäuse
5: Ventilkörper
6: Durchbruch
7: Erstes Gehäuseteil
8: Zweites Gehäuseteil
9 9': Feder
10: Failsafe-Scheibe
11 11': Nocken
12: Aussparung
13: Auslösemittel
14: Failsafe-Hebel
15: Auskragung

Claims

Ventil zum Einsatz in Kühlmittelströmen, mit einem Ventilgehäuse (4) und mindestens einem darin befindlichen Ventilkörper (5) und einem Aktuator zur Bewegung des mindestens einen Ventilkörpers (5) im Ventilgehäuse, wobei ein Failsafe-Mittel (10, 9) vorgesehen ist, das arretierbar und auslösbar ist und den mindestens einen Ventilkörper (5) in eine vorbestimmte Position bringt, dadurch gekennzeichnet, dass das Failsafe-Mittel (10, 9) aus einer Failsafe-Scheibe (10), die eine Feder (9) vorspannt, besteht, wobei die Feder (9) eine Spiralfeder im Ventilkörper (5) ist oder das Failsave-Mittel (10, 9) aus einem Failsafe-Hebel (14), der eine Feder (9) vorspannt, besteht, wobei die Feder (9) ein Torsionsstab (9') ist.
Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiralfeder in einer Tasche des Ventilgehäuses (4) ist.
Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Failsafe-Mittel (10, 9) mit Hilfe von Nocken (11) auf der Failsafe-Scheibe oder dem Failsafe-Hebel oder mit Nocken (11') am Ventilgehäuse (4) verrastbar ist.
Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Failsafe-Mittel (10, 9) von einem reversiblen Auslösemechanismus lösbar ist.