DE102013107950A1

DE102013107950A1 - Ventil

Info

Publication number: DE102013107950A1
Application number: DE102013107950.4A
Authority: DE
Inventors: Thomas Lenz; Wolfgang Eberle
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2012-08-01
Filing date: 2013-07-25
Publication date: 2014-02-06
Also published as: FR2994240A1; CN203656357U; FR2994240B1; KR20140000956U; BR102013019607A2; KR200477859Y1; US9303787B2; US20140034855A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Ventil (1) mit einem Gehäusesockel (2) und einem von dem Gehäusesockel (2) getragenen Ventilsitz (18), mit einem ringförmigen Schieber (12), der parallel zu einer Senkrechten des Gehäusesockels (2) verlagerbar ist, wobei die dem Gehäusesockel (2) benachbarte Dichtkante (17) des ringförmigen Schiebers (12) in einer ersten Betriebsstellung des Ventils (1) gegen den Ventilsitz (18) abdichtend anliegt und in einer zweiten Betriebsstellung zur Durchströmung des ringförmigen Schiebers (12) von dem Ventilsitz (18) abgehoben ist, wobei zumindest ein Strömungsumlenkelement (27) vorgesehen ist zur Umlenkung eines zwischen der Dichtkante (17) und dem Ventilsitz (18) durchströmenden Fluids.

Description

Die Erfindung betrifft ein Ventil, wie insbesondere ein Thermostatventil, zur Steuerung von Fluidströmen, insbesondere für ein Kraftfahrzeug.
Ventile, insbesondere Thermostatventile, mit Schiebern, wie insbesondere mit Ringschiebern sind im Stand der Technik bekannt. Im geschlossenen Zustand des Ventils dichtet eine Dichtkante des Ventilschiebers gegen einen Ventilsitz ab, so dass kein Fluid das Ventil durchströmen kann.
Wird der Schieber mit seiner Dichtkante von dem Ventilsitz abgehoben, so strömt das Fluid zwischen dem Ventilsitz und der Dichtkante des Ventilschiebers und von dort durch das Ventil. Das Ventil ist in dieser Betriebsstellung geöffnet.
Dabei hat sich gezeigt, dass das an der Dichtkante vorbei strömende Fluid Druckschwankungen und dadurch zu Schwingungsanregungen des Ventilschiebers führt, weil der Ventilschieber auf Grund von Toleranzen und Asymmetrien zu Beginn des Öffnungsvorgangs in der Regel nicht vollständig abhebt, sondern zum Teil verkippt und somit auf einer Seite mehr abhebt als auf einer anderen Seite, was sich wiederum auf eine Druckschwankung des Fluids überträgt, was für die nachfolgende Fluidversorgung als nachteilig herausgestellt hat.
Es ist die Aufgabe der Erfindung ein Ventil zu schaffen, welches eine reduzierte Schwingungsanregung zeigt und dennoch einfach und kostengünstig aufgebaut ist.
Die Aufgabe wird erreicht mit den Merkmalen von Anspruch 1, wonach ein Ventil geschaffen wird, mit einem Gehäusesockel und einem von dem Gehäusesockel getragenen Ventilsitz, mit einem ringförmigen Schieber, der parallel zu einer Normalen des Gehäusesockels verlagerbar ist, wobei die dem Gehäusesockel benachbarte Dichtkante des ringförmigen Schiebers in einer ersten Betriebsstellung des Ventils gegen den Ventilsitz abdichtend anliegt und in einer zweiten Betriebsstellung zur Durchströmung des ringförmigen Schiebers von dem Ventilsitz abgehoben ist, wobei zumindest ein Strömungsumlenkelement vorgesehen ist zur Umlenkung eines zwischen der Dichtkante und dem Ventilsitz durchströmenden Fluids.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn das Strömungsumlenkelement eine Struktur ist, die an dem Gehäusesockel angebracht ist wobei die Struktur auf der Einströmseite und/oder auf der Ausströmseite des Schiebers angeordnet ist. Dadurch wird das Strömungsumlenkelement in ein bereits vorhandenes Bauteil integriert, was eine einfache Herstellung bewirkt.
Auch ist es vorteilhaft, wenn die Struktur eine Hohlkehle oder ein konkav gewölbter Wandbereich oder ein Winkel oder ein Bogen am Gehäuse oder am Gehäusesockel ist.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Strömungsumlenkelement eine Umlenkung der Strömung derart bewirkt, dass sie nach der Umlenkung auf den ringförmigen Schieber, insbesondere im Bereich der Dichtkante und/oder auf die eintretende oder austretende Strömung trifft. Durch die Rückwirkung auf die Dichtkante, den Schieber und/oder auf die Strömung wird eine Drosselung der eintretenden Strömung erreicht, die zu einer
Schwingungsdämpfung bzw. eine Schwingungsreduzierung führt.
Besonders vorteilhaft ist es, weil der Schwingungsdämpfungseffekt im Wesentlichen nur unmittelbar nach dem Öffnen des Schiebers eintritt, weil nur dann im Eintrittsbereich eine stehende Fluidsäule vorliegt. Zu einem späteren Zeitpunkt saugt die Pumpe im System das Fluid so schnell ab, dass das einströmende Fluid quasi sofort abgesaugt wird und der Schwingungseffekt nicht vorliegt und die Schwingungsdämpfung daher auch nicht benötigt wird.
Auch ist es zweckmäßig, wenn der ringförmige Schieber von einem Aktuator beaufschlagt zwischen der ersten und der zweiten Betriebsstellung verlagerbar ist.
Auch ist es vorteilhaft, wenn der Aktuator ein Dehnstoffelement ist. Dadurch wird ein thermostatisches Ventil erreicht, dass durch thermische Änderungen eine Ventilbetätigung erfolgt.
Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn der Schieber mittels des Aktuators entgegen der Kraft eines Kraftspeichers von der Dichtkante weg verlagerbar ist und ohne Kraftbeaufschlagung durch den Aktuator am Ventilsitz anliegt.
Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn der Gehäusesockel einen zylindrisch vorstehenden Flansch aufweist, wobei das Strömungsumlenkelement im Bereich des Übergangs von dem ebenen Gehäusesockel zu dem zylindrisch vorstehenden Flansch angeordnet ist.
Vorteilhaft ist es, wenn der Flansch zur Halterung des Aktuators dient.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind durch die nachfolgende Figurenbeschreibung und durch die Unteransprüche beschrieben.
Nachstehend wird die Erfindung auf der Grundlage zumindest eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Ventils, und
2 einen Ausschnitt des Ventils gemäß 1.
Die 1 zeigt ein Ventil 1, das einen Gehäusesockel 2 aufweist. Das Ventil 1 ist beispielsweise mit dem Gehäusesockel 2 in eine Öffnung eines Gehäuses oder in einen Fluidkanal einsetzbar. Dabei sind zwei Ausführungsformen des Ventils 1 dargestellt, wobei in der linken Bildhälfte die linke Hälfte einer ersten Ausführungsform und in der rechten Bildhälfte die rechte Hälfte einer zweiten Ausführungsform dargestellt sind; die jeweils andere Hälfte ist analog aufgebaut und wird der Einfachheit halber nicht dargestellt.
Im zentralen Bereich des Gehäusesockels 2 weist der Gehäusesockel 2 einen in axialer Richtung vorstehenden zylindrischen Flansch 3 auf. Der Flansch 3 ist hohl ausgebildet und weist eine zentrale Bohrung 4 auf, durch welche der Kolben 5 der Aktuatoreinheit 6 hindurchragt.
Die Aktuatoreinheit 6 ist bevorzugt als Dehnstoffelement ausgebildet, das mit einem Kolben 5, einem Gehäuse 7, einer Abdichtung 8 und einer Dehnstofffüllung 9 ausgebildet ist.
Zwischen dem Dehnstoffelement als Aktuatoreinheit 6 und dem Flansch 3 ist ein Führungselement 10 vorgesehen, welches in einer Ausnehmung 30 des Flanschs 3 in axialer Richtung verlagerbar angeordnet ist. Das Führungselement 10 ist dabei mit dem Dichtelement der Abdichtung 8 einteilig ausgebildet und mit dem Gehäuse 7 formschlüssig verbunden.
Mit dem Führungselement 10 ist radial innen ein Halteelement 11 des ringförmige Schiebers 12 formschlüssig verbunden, so dass bei Verlagerung des Führungselements 10 in axialer Richtung auch der ringförmige Schieber 12 in axialer Richtung verlagert wird.
Das Halteelement 11 ist als radial ausgebildetes Scheiben- bzw. Ringelement ausgebildet, das von dem hohlzylindrischen Bereich des ringförmigen Schiebers 12 nach radial innen absteht.
Der ringförmige Schieber 12 ist im Bereich seines Halteelements 11 über einen Kraftspeicher 13 gegenüber einem topfförmigen Element 14 eingespannt, wobei das topfförmige Element 14 radial innen im Bereich 15 an hakenförmigen Elementen 16 des Flansches 3 eingehängt ist. Dies bewirkt, dass bei einer axialen Verlagerung des Führungselements 10 relativ zum feststehenden Kolben 5 in axialer Richtung von dem Flansch bzw. von dem Sockel 2 weg, die Verlagerung entgegen der Kraft des Kraftspeichers 13 erfolgt. Der Kraftspeicher ist bevorzugt eine Spiral- oder Druckfeder.
Der ringförmige Schieber 12 ist als ringförmiges Element ausgebildet mit einer Dichtkante 17, welche an einem Ventilsitz 18 zur Anlage kommt, wobei der Ventilsitz 18 durch ein elastisches Dichtelement 19 ausgebildet ist, das in einer Aufnahme 20 des Gehäusesockels 2 eingebracht ist. Dabei bildet das Dichtelement 19 eine flache Ebene, auf die die Dichtkante 17 des ringförmigen Schiebers 12 aufsetzen kann.
Wird durch das Dehnstoffelement als Aktuator 6 das Führungselement 10 in 1 nach oben verlagert, also vom Gehäusesockel 2 weg verlagert, so hebt der ringförmige Schieber 12 von dem Ventilsitz 18 ab und ermöglicht eine Durchströmung des Ventils 1.
Wie in 1 zu erkennen ist, ist in der rechten Bildhälfte eine Einströmung von einem Fluid 23 von radial außen durch die Öffnung zwischen ringförmigem Schieber 12 und Ventilsitz 18 eingezeichnet. Auf der linken Seite der 1 erfolgt die Ausströmung des Fluids 21 von radial innen bzw. von innerhalb des ringförmigen Schiebers 12 nach radial außen bzw. nach außerhalb des ringförmigen Schiebers 12 zur Veranschaulichung einer möglichen Durchströmung.
Die 2 zeigt einen Ausschnitt eines Gehäusesockels 2 mit dem Dichtelement 19 sowie dem Kolben 5 des Aktuators 6. Die Dichtkante 17 des ringförmigen Schiebers 12 ist von dem Ventilsitz 18 abgehoben, so dass eine Durchströmung eines Fluids 25 durch den Spalt zwischen Dichtkante 17 und Dichtelement 19 des Ventilsitzes möglich ist.
Diese Durchströmung durch einen Spalt kann aber auch nur an einem Teil des Umfangs aufgrund eines asymmetrischen Öffnens des Schiebers stattfinden.
Der dadurch erzeugte Fluidstrahl 26 bzw. die dadurch erzeugte Strömung tritt in den Raumbereich zwischen ringförmigem Schieber 12 und Flansch 3 ein und verursacht einen Aufprall der Strömung des Fluids im Bereich eines Strömungsumlenkelements 27 an einer Wandung 28 des Flanschs 3. Dabei ist die Wandung in diesem Bereich bevorzugt abgewinkelt im Übergang von dem Sockel 2 zum Flansch 3. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein zusätzlicher Freiraum 31 hinter der Dichtkante die Strömung günstig beeinflussen.
Dieses Strömungsumlenkelement 27 ist beispielsweise als Hohlkehle oder als konkav gewölbter Bereich oder als Radius oder als Winkel der Wandung derart ausgestaltet, dass der Fluidstrahl bzw. die Strömung 29, welcher/welche beim Auftreffen auf das Strömungsumlenkelement 27 entsteht bzw. umgelenkt wird, in Richtung auf die Dichtkante 17 und/oder auf den einströmenden Fluidstrahl 26 umgelenkt wird. Alternativ kann das Strömungsumlenkelement 27 auch ein Zusatzteil sein, das eine Hohlkehle oder als konkav gewölbter Bereich oder als Radius oder als Winkel einer Wandung des Zusatzteils ausgebildet ist und welcher ringförmig oder mehreckig ausgebildet ist. Es kann bevorzugt innerhalb des ringförmigen Schiebers 12 angeordnet sein, für die Umlenkung der einströmenden Fluidströmung. Auch kann das Strömungsumlenkelement 27 ein Teil der Wandung des Gehäusesockels sein oder auch ein Zusatzteil sein, das einen gewölbten Bereich aufweist und welcher ringförmig ausgebildet ist. Es kann bevorzugt außerhalb des ringförmigen Schiebers 12 angeordnet sein, für die Umlenkung der ausströmenden Fluidströmung.
Dadurch entsteht eine Rückwirkung des Fluids auf die Dichtkante bzw. auf das einströmende bzw. ausströmende Fluid selbst, welche die zuvor erzeugten parasitären Schwingungen reduziert.

Claims

Ventil (1) mit einem Gehäusesockel (2) und einem von dem Gehäusesockel (2) getragenen Ventilsitz (18), mit einem ringförmigen Schieber (12), der parallel zu einer Senkrechten des Gehäusesockels (2) verlagerbar ist, wobei die dem Gehäusesockel (2) benachbarte Dichtkante (17) des ringförmigen Schiebers (12) in einer ersten Betriebsstellung des Ventils (1) gegen den Ventilsitz (18) abdichtend anliegt und in einer zweiten Betriebsstellung zur Durchströmung des ringförmigen Schiebers (12) von dem Ventilsitz (18) abgehoben ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Strömungsumlenkelement (27) vorgesehen ist zur Umlenkung eines zwischen der Dichtkante (17) und dem Ventilsitz (18) durchströmenden Fluids.
Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungsumlenkelement (17) eine Struktur ist, die an dem Gehäusesockel (2) angebracht ist, wobei die Struktur auf der Einströmseite und/oder auf der Ausströmseite des Schiebers angeordnet ist.
Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur eine Hohlkehle oder ein konkav gewölbter Wandbereich oder ein Winkel oder ein Bogen am Gehäuse oder am Gehäusesockel ist.
Ventil nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungsumlenkelement (27) eine Umlenkung der Strömung derart bewirkt, dass sie nach der Umlenkung auf den ringförmigen Schieber (12), insbesondere beim ersten Öffnen im Bereich der Dichtkante (17) und/oder auf die eintretende oder austretende Strömung trifft.
Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das der ringförmige Schieber (12) von einem Aktuator (6) beaufschlagt zwischen der ersten und der zweiten Betriebsstellung verlagerbar ist.
Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (6) ein Dehnstoffelement ist.
Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schieber (12) mittels des Aktuators (6) entgegen der Kraft eines Kraftspeichers (13) von der Dichtkante (17) weg verlagerbar ist und ohne Kraftbeaufschlagung durch den Aktuator (6) am Ventilsitz (18) anliegt.
Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusesockel (2) einen zylindrisch vorstehenden Flansch (3) aufweist, wobei das Strömungsumlenkelement (27) im Bereich des Übergangs von dem ebenen Gehäusesockel (2) zu dem zylindrisch vorstehenden Flansch (3) angeordnet ist.
Ventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (3) zur Halterung des Aktuators (6) dient.