DE102013113357A1

DE102013113357A1 - Ventil

Info

Publication number: DE102013113357A1
Application number: DE102013113357.6A
Authority: DE
Inventors: Thomas Geffert; Frank Blum
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2013-12-03
Filing date: 2013-12-03
Publication date: 2015-06-03

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Ventil (1) mit einem Gehäuse (2) mit einer Ventilkammer (3), mit einer Zulauföffnung (5) und mit einer Ablauföffnung (6), mit einem verstellbaren Ventilelement (4), welches in dem Gehäuse (2) rotatorisch verstellbar aufgenommen ist, wobei ein Dämpfungselement (12) vorgesehen ist, welches das Ventilelement (4) radial außen aufnimmt und eine Dämpfung der Verstellung des Ventilelements (4) bewirkt, wobei die Dämpfung des Dämpfungselements (12) einstellbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Ventil, insbesondere zum Schalten oder Steuern eines Fluidstroms.
Fluidströme werden insbesondere bei Kraftfahrzeugen eingesetzt, um beispielsweise den Motor oder andere Aggregate zu kühlen oder beispielsweise eine Klimaanlage zu betreiben. Auch werden Fluidströme zum Erwärmen von Aggregaten oder der Fahrgastzelle eingesetzt. Da der Bedarf an Kühlung der Heizung vom Betriebspunkt des Fahrzeuges abhängt, sind Ventile zum Schalten oder zum Steuern der Fluidströme in einem Kraftfahrzeug im Stand der Technik bekannt geworden.
Diese Ventile erlauben die Steuerung eines Fluidstroms, wobei oftmals eine betriebspunktabhängige Steuerung der Ventile wünschenswert wäre.
Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Ventil zu schaffen, das betriebspunktabhängig steuerbare Eigenschaften aufweist, um eine individuelle Steuerbarkeit eines Fluidstroms zu erreichen.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft ein Ventil mit einem Gehäuse mit einer Ventilkammer, mit einer Zulauföffnung und mit einer Ablauföffnung, mit einem verstellbaren Ventilelement, welches in dem Gehäuse rotatorisch verstellbar aufgenommen ist, wobei ein Dämpfungselement vorgesehen ist, welches das Ventilelement radial außen aufnimmt und eine Dämpfung der Verstellung des Ventilelements bewirkt, wobei die Dämpfung des Dämpfungselements einstellbar ist. Dadurch wird eine einfache und dennoch effektive Bauweise erreicht, weil durch die Ansteuerbarkeit des Dämpfungselements betriebspunktabhängig das Verhalten des Ventils eingestellt werden kann.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn das Ventilelement in dem Gehäuse verdrehbar aufgenommen ist. Dadurch wird ein rotatorisch arbeitendes Ventil geschaffen, welches aufgrund der Verdrehbarkeit des Ventilelements gute abdichtende Eigenschaften aufweist.
Auch ist es vorteilhaft, wenn das Ventilelement ein Ringelement ist, welches sich im Gehäuse an einer Dichtfläche zum Verschließen des Ventils in radialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung anlegt.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn ein Antriebselement vorgesehen ist, welches der Verlagerung des Ventilelements dient.
Erfindungsgemäß ist es vorteilhaft, wenn das Antriebselement einen Druckraum aufweist, welcher beaufschlagbar ist, wobei in dem Druckraum oder benachbart zu diesem ein verlagerbares Element vorgesehen ist, welches abhängig von der Beaufschlagung verlagerbar ist und welches mit dem Ventilelement gekoppelt ist. So ist eine Druckmittelbeaufschlagung einfach durchführbar.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn das verlagerbare Element axial verschieblich ist und eine Kulissenführung vorgesehen ist, welche die axiale Verlagerung des verlagerbaren Elements in eine Drehbewegung des Ventilelements umsetzt.
Dabei ist es gemäß eines Ausführungsbeispiels vorteilhaft, wenn das verlagerbare Element eine Membran oder ein Kolben ist oder aufweist.
Erfindungsgemäß ist es zweckmäßig, wenn das Dämpfungselement ein Gehäuse mit darin angeordneten zwei Kammern aufweist, wobei ein Kolben in dem Gehäuse vorgesehen ist, der gehäusefest angeordnet ist, wobei das Gehäuse mit dem verlagerbaren Element verbunden ist und durch Verlagerung des verlagerbaren Elements verlagert wird.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Ventilelement mittels des Gehäuses des Dämpfungselements und der Kulissenführung mit dem verlagerbaren Element verbunden ist.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Kolben relativ zu dem Gehäuse verlagerbar aufgenommen ist, wobei das Gehäuse mit dem Ventilelement über die Kulissenführung verbunden ist.
Auch ist es zweckmäßig, wenn zwischen den beiden Kammern eine Öffnung oder ein Spalt zur Überströmung eines Fluids zwischen der einen Kammer in die andere Kammer vorgesehen ist.
Auch ist es vorteilhaft, wenn das Fluid ein magnetorheologisches Fluid ist.
Dabei ist es zweckmäßig, wenn das Dämpfungselement einen Magneten aufweist, bei welchem das Magnetfeld einstellbar ist.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung detailliert erläutert. In der Zeichnung zeigt:
1 eine perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Ventils,
2 eine perspektivische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Ventils,
3 eine perspektivische Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Ventils,
4 eine Ansicht des Ventils nach 3 in einer anderen Betriebsstellung,
5 eine Schnittansicht eines Ausschnitts eines Ventils,
6 eine perspektivische Ansicht eines Teils eines Ventils mit einem verdrehbaren Ventilelement,
7 ein verdrehbares Ventilelement,
8 eine Ansicht eines Ventils mit verdrehbarem Ventilelement in einer ersten Betriebsstellung,
9 eine Ansicht eines Ventils mit verdrehbarem Ventilelement in einer zweiten Betriebsstellung,
10 eine Ansicht eines Ventils mit verdrehbarem Ventilelement in einer dritten Betriebsstellung,
11 eine Ansicht des verdrehbaren Ventilelements gemäß 8 in einer ersten Betriebsstellung,
12 eine Ansicht des verdrehbaren Ventilelements gemäß 9 in einer zweiten Betriebsstellung,
13 eine Ansicht des verdrehbaren Ventilelements gemäß 10 in einer dritten Betriebsstellung,
14 eine Ansicht eines verdrehbaren Ventilelements in einer ersten Betriebsstellung, und
15 eine Ansicht eines verdrehbaren Ventilelements in einer zweiten Betriebsstellung.
Die 1 bis 4 zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Ventils 1 in verschiedenen Ansichten und in zwei verschiedenen Betriebsstellungen.
Das Ventil 1 weist ein Gehäuse 2 auf, welches im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist. In dem Gehäuse 2 ist eine vorteilhaft zylindrische Ventilkammer 3 ausgebildet, welche ein darin verdrehbares Ventilelement 4 aufnimmt.
Das Gehäuse 2 weist weiterhin eine Zulauföffnung 5 und eine Ablauföffnung 6 auf, wobei diese auch vertauscht sein können, so dass dann entsprechend die Zulauföffnung 6 und die Ablauföffnung 5 wäre.
Das Ventilelement 4 ist als Ringelement hohlzylindrisch ausgebildet und kann in dem Gehäuse 2 verdreht werden. Zur Steuerung des Durchflusses eines Fluids durch das Ventil 1 von der Zulauföffnung 5 zur Ablauföffnung 6 dient das Ventilelement 4, welches sich in der geschlossenen Betriebsstellung des Ventils 1 an einer Dichtfläche 7 mit ihrer tonnenartigen Außenfläche anlegt. In der tonnenartigen Außenfläche ist eine Öffnung, die mit der Öffnung der Dichtfläche korrespondieren muss, um das Ventil 1 zu öffnen.
Das Ventilelement 4 ist als verdrehbares Ringelement ausgebildet, welches radial innen auf einer Hülse 10 sitzt und auf dieser verdrehbar gelagert ist. Dazu ist zwischen der Hülse und dem radial inneren Bereich des Ringelements eine Kulissenführung 9 vorgesehen, welche dazu führt, dass bei lateraler Verlagerung der Hülse 10 das Ventilelement 4 verdreht wird.
Die Hülse 10 ist lateral verlagerbar und mit der Verlagerung der Hülse 10 in dem Gehäuse 2 in einer diesbezüglichen Aufnahme, wird auch das Ventilelement 4 verdreht. Dabei stellt die Hülse 10 das Gehäuse 11 eines Dämpfungselements 12 dar, das weiter unten beschrieben wird.
Zur Verlagerung der Hülse 10 und damit auch des Ventilelements ist ein Antriebselement 13 vorgesehen, welches die Hülse bei entsprechender Steuerung verlagert. In 1 ist das Antriebselement 13 eine Kolben-Zylindereinheit 14 mit einem Zylinder 15 und einem darin aufgenommenen Kolben 16, wobei der Kolben auch als Membran ausgebildet sein kann. Der Zylinder 15 ist vorteilhaft in eine Kammer 17 oder in zwei Kammern 17, 18, siehe 2, unterteilt, wobei zumindest eine der Kammern druckmittelbeaufschlagbar ist zur Verlagerung des Kolbens 16. Mit dem Kolben 16 ist die Hülse 10 verbunden, die bei Verlagerung des Kolbens 16 ebenso axial verlagert wird.
In der Hülse 10 ist ein weiterer Kolben 19 vorgesehen, welcher zusammen mit der Hülse 10 als Gehäuse das Dämpfungselement 12 bildet. Der Kolben 19 ist mittels der Kolbenstange 22 mit dem Gehäuse 2 des Ventils 1 starr verbunden. Der Kolben 19 unterteilt den Innenraum der Hülse in zwei Kammern 20, 21, wobei deren Volumen bei Verlagerung der Hülse 10 variieren. In den Kammern 20, 21 ist ein magnetorheologisches Fluid aufgenommen, welches hinsichtlich seiner Viskosität mittels des Magneten 23 steuerbar ist. Wird ein Magnetfeld angelegt, so reduziert sich die Viskosität des Fluids. Dadurch kann das Fluid mehr oder weniger Widerstand aufbringen, um über eine Überströmöffnung oder einen Überströmspalt zwischen den Kammern 20, 21 zu strömen.
In 1 verlagert sich die Hülse 10 entgegen der Rückstellkraft der Feder 24.
In 2 ist die Feder 14 der 1 nicht unbedingt vorgesehen, weil die beiden Druckräume 17, 18 als Kammern die Rückstellung des Kolbens mittels Druckmittel vorsehen. Dennoch kann zusätzlich die Feder vorgesehen sein. Sie ist in 3 jedoch nicht eingezeichnet.
Die 3 und 4 zeigt eine alternative Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ventils 1, bei welcher das Antriebselement einen Kolben 16 aufweist. Wird der Druckraum 26 und/oder der Druckraum 27 druckbeaufschlagt, beispielsweise mit Unterdruck oder Überdruck, so kann sich der Kolben 16 axial verlagern und die damit verbundene Hülse 10 verlagern. Die Feder 28 ist dabei zwischen dem Gehäuse 2 bzw. mit einem mit dem Gehäuse 2 axial feststehenden Ventilelement 4 und dem Kolben abgestützt.
In 4 ist die Hülse 10 weiter nach rechts verlagert als in 3. Dies bewirkt eine stärkere Verdrehung des Ventilelements 4 gegenüber der Stellung der 3.
Die 5 zeigen die Anordnung des Kolbens 19 relativ zu den beiden Kammern 20, 21. Das Fluid kann bei Verlagerung des Kolbens 19 durch einen Spalt zwischen dem Kolben und der Innenwand der Hülse 10 vorbei strömen.
Die 6 zeigt in einer schematischen Darstellung Teile des Ventils 120 mit einem Deckel 121 als Gehäuseteil, einem verdrehbaren Ventilelement 122 und einem Element mit Kulissenführung 123. Das Element 123 stellt die Hülse 10 der vorhergehenden Figuren dar. Diese weist einen innerhalb eines Zylinderraums angeordneten Kolben auf, der mittels der Kolbenstange 127 fixierbar ist, wobei das Gehäuse 124 des Elements 123 entgegen der Kraft des Kraftspeichers 125 in axialer Richtung verlagerbar ist.
Mit dem Gehäuse 124 ist das Ventilelement 122 über ein Betätigungsmittel 128 verbunden, das in die spiralförmige Kulissenführung 126 eingreifen kann, wobei das Ventilelement 122 in axialer Richtung fest in dem Gehäuse 121 angeordnet ist, wobei bei Verlagerung des Gehäuses 124 des Elements 123 aufgrund des Eingriffs in die Kulissenführung 126 das Ventilelement 122 verdreht wird. Damit können Fluidströmungen gesteuert werden, in dem das Ventilelement 122 Ein- und/oder Auslassöffnungen im Ventilgehäuse 2 des Ventils 1 öffnen bzw. verschließen kann, um eine gezielte Strömung durch das Ventil ansteuern zu können.
Die 7 zeigt ein Ventilelement 130 in einer perspektivischen Darstellung. Das Ventilelement 130 ist dabei als zylindrisches Bauelement mit einer zylindrischen Außenwandung 131 und mit einer radial innen angeordneten hohlzylindrischen Aufnahme 132 für das Gehäuse des Elements ausgebildet. Auch weist das Ventilelement eine radial ausgerichtete Stirnwand 133 auf. Zur Fluidsteuerung sind in der zylindrischen Außenwandung 131 als auch in der Stirnwand 133 Öffnungen 134, 135 ausgebildet. Die Öffnungen 134 erstrecken sich über einen Teil des Umfangs der Außenwandung und sind durch einen mittigen Steg 136 voneinander getrennt. Die Öffnungen 135 sind entweder kreisförmig oder nierenförmig ausgebildet und erstrecken sich über einen Teil der Umfangserstreckung der Stirnwand.
Die 8 bis 10 zeigen ein kugelsegmentartiges Ventilelement 140 in einem Ventilgehäuse 141 in jeweils einer anderen Betriebsstellung. Dabei weist das Ventilelement 140 jeweils eine andere Winkelstellung relativ zum Ventilgehäuse 141 auf. Die 11 bis 13 zeigen die Stellung des Ventilelements 140 zusammen mit der Stellung des Aktuators und des Kraftspeichers für die Stellungen gemäß der 8 bis 10.
In den 8 bis 10 ist mit 142 ein Fluideinlass teilweise dargestellt und mit 143 der Fluidauslass. Bei der Stellung des Ventilelements 140 gemäß 8 versperrt das Ventilelement mit seiner oben liegenden Wandung 144 den Fluideinlass.
In 9 ist das Ventilelement etwa 45° nach oben verdreht, so dass die Öffnungen 145 im Bereich von Fluideinlass 142 und Fluidauslass 143 angeordnet sind und damit eine Fluidkommunikation zwischen Fluideinlass 142 und Fluidauslass 143 möglich ist.
In 10 ist das Ventilelement wiederum etwa 45° weiter nach oben verdreht, so dass die Öffnungen 145 im Bereich des Fluideinlasses 142 angeordnet sind. Damit ist aber der Fluidauslass durch die Wandung 144 versperrt. Dadurch ist eine Fluidkommunikation zwischen Fluideinlass 142 und Fluidauslass 143 nicht möglich.
Die 11 bis 13 zeigen die jeweilige Stellung des Ventilelements 140 entsprechend der Stellung der 8 bis 10. Bei 11 ist der Aktuator 146 links angeordnet, die Verlagerung in Richtung auf den Kraftspeicher 147 ist gering. Aufgrund der Position des Aktuators 146 mit seiner Kulissenführung 148 steht das Ventilelement 140 so, dass die Öffnungen 145 nach vorne weisen und den Fluidauslass öffnen, wobei die Wandung 144, welche nach oben weist, den Fluideinlass versperrt.
Bei 12 ist der Aktuator 146 etwa mittig angeordnet, die Verlagerung in Richtung auf den Kraftspeicher 147 ist dabei teilweise vollzogen. Aufgrund der Position des Aktuators 146 mit seiner Kulissenführung 148 steht das Ventilelement 140 so, dass die Öffnungen 145 teilweise nach vorne und oben weisen und den Fluidauslass als auch den Fluideinlass öffnen. Damit ist eine Fluidkommunikation zwischen Fluideinlass und Fluidauslass möglich.
Bei 13 ist der Aktuator 146 rechts angeordnet, die Verlagerung in Richtung auf den Kraftspeicher 147 ist dabei nahezu vollständig vollzogen. Aufgrund der Position des Aktuators 146 mit seiner Kulissenführung 148 steht das Ventilelement 140 so, dass die Öffnungen 145 nach oben weisen und den Fluideinlass freigeben, während die nach vorn stehende Wandung 144 den Fluidauslass versperrt. Damit ist keine Fluidkommunikation zwischen Fluideinlass und Fluidauslass möglich.
Die 14 und 15 zeigen als Ventilelement 150 eine Scheibe 151, welche an einer Gehäusewandung 152 des Ventilgehäuses verdrehbar angeordnet ist. Sowohl das Ventilelement 150 als auch die Gehäusewandung weisen Öffnungen 153, 154 auf, die in 14 nicht in Überdeckung sind, so dass das Ventil geschlossen ist. In 15 sind die Öffnungen 153, 154 in Überdeckung und das Ventil ist geöffnet. Die Öffnungen 153, 154 sind kreissegmentartig ausgebildet. Vorteilhaft könnten auch andere Geometrien Verwendung finden.
Bezugszeichenliste

1: Ventil
2: Gehäuse
3: Ventilkammer
4: Ventilelement
5: Zulauföffnung
6: Ablauföffnung
7: Dichtfläche
8: Endbereich
9: Kulissenführung
10: Hülse
11: Gehäuse
12: Dämpfungselement
13: Antriebselement
14: Kolben-Zylindereinheit
15: Zylinder
16: Kolben
17: Kammer
18: Kammer
19: Kolben
20: Kammer
21: Kammer
22: Kolbenstange
23: Magnet
24: Feder
26: Druckraum
27: Druckraum
28: Feder
120: Ventil
121: Deckel
122: Ventilelement
123: Aktuator
124: Gehäuse
125: Kraftspeicher
126: Kulissenführung
127: Betätigungsmittel
130: Ventilelement
131: Außenwandung
132: Aufnahme
133: Stirnwandung
134: Öffnung
135: Öffnung
136: Steg
140: Ventilelement
141: Ventilgehäuse
142: Fluideinlass
143: Fluidauslass
144: Wandung
145: Öffnung
146: Aktuator
147: Kraftspeicher
148: Kulissenführung
150: Ventilelement
151: Scheibe
152: Gehäusewandung
153: Öffnung
154: Öffnung

Claims

Ventil (1) mit einem Gehäuse (2) mit einer Ventilkammer (3), mit einer Zulauföffnung (5) und mit einer Ablauföffnung (6), mit einem verstellbaren Ventilelement (4), welches in dem Gehäuse (2) rotatorisch verstellbar aufgenommen ist, wobei ein Dämpfungselement (12) vorgesehen ist, welches das Ventilelement (4) radial außen aufnimmt und eine Dämpfung der Verstellung des Ventilelements (4) bewirkt, wobei die Dämpfung des Dämpfungselements (12) einstellbar ist.
Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (4) in dem Gehäuse (2) verdrehbar aufgenommen ist.
Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (4) ein Ringelement ist, welches sich im Gehäuse (2) an einer Dichtfläche (7) zum Verschließen des Ventils in radialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung anlegt.
Ventil nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Antriebselement (13) vorgesehen ist, welches der Verlagerung des Ventilelements (4) dient.
Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebselement (13) einen Druckraum (17, 18) aufweist, welcher beaufschlagbar ist, wobei in dem Druckraum (17, 18) oder benachbart zu diesem ein verlagerbares Element (16) vorgesehen ist, welches abhängig von der Beaufschlagung verlagerbar ist und welches mit dem Ventilelement (4) gekoppelt ist.
Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das verlagerbare Element axial verschieblich ist und eine Kulissenführung (9) vorgesehen ist, welche die axiale Verlagerung des verlagerbaren Elements in eine Drehbewegung des Ventilelements umsetzt.
Ventil nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das verlagerbare Element ein Kolben (16) ist oder einen aufweist.
Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (12) ein Gehäuse (11) mit darin angeordneten zwei Kammern (20, 21) aufweist, wobei ein Kolben (19) in dem Gehäuse vorgesehen ist, der gehäusefest angeordnet ist, wobei das Gehäuse (11) mit dem verlagerbaren Element (16) verbunden ist und durch Verlagerung des verlagerbaren Elements verlagert wird.
Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (4) mittels des Gehäuses (11) des Dämpfungselements (12) und der Kulissenführung mit dem verlagerbaren Element (16, 25) verbunden ist.
Ventil nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (16) relativ zu dem Gehäuse (11) verlagerbar aufgenommen ist, wobei das Gehäuse (11) mit dem Ventilelement (4) über die Kulissenführung verbunden ist.
Ventil nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden Kammern (20, 21) eine Öffnung oder ein Spalt zur Überströmung eines Fluids zwischen der einen Kammer in die andere Kammer vorgesehen ist.
Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid ein magnetorheologisches Fluid ist.
Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (12) einen Magneten (23) aufweist, bei welchem das Magnetfeld einstellbar ist.