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Die Erfindung betrifft ein Ventil, insbesondere zum Schalten oder Steuern eines Fluidstroms.
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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.
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Diese Ventile erlauben die Steuerung eines Fluidstroms, wobei oftmals eine betriebspunktabhängige Steuerung der Ventile wünschenswert wäre.
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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.
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Die Aufgabe wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft ein Ventil mit einem Gehäuse mit einer Ventilkammer und mit einer Zulauföffnung und mit einer Ablauföffnung, mit einem verstellbaren Ventilelement, welches in dem Gehäuse verstellbar aufgenommen ist, wobei ein Dämpfungselement vorgesehen ist, welches mit dem Ventilelement verbunden ist und eine Dämpfung der Verstellung des Ventilelements bewirkt, wobei die Dämpfung des Dämpfungselements einstellbar ist. Die Erfindung bewirkt die Möglichkeit zur betriebspunktabhängigen Steuerung der Dämpfung des Ventils bzw. der Bewegung des Ventilelements.
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Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn das Ventilelement in dem Gehäuse verdrehbar gelagert ist. So kann eine Drehbewegung verwendet werden, um die Dämpfung einfach anzusteuern.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn das Ventilelement ein Drehkolben ist, welcher eine Durchgangsöffnung aufweist, die in dem Gehäuse mit dem Kolben drehbar angeordnet ist. So kann durch Verdrehen der Durchgangsöffnung die Öffnung des Ventils angesteuert bzw. eingestellt werden. Ist die Durchgangsöffnung in Verbindung zwischen Zulauföffnung und Ablauföffnung ausgerichtet, so ist das Ventil maximal geöffnet ausgerichtet. Wird die Durchgangsöffnung demgegenüber verkippt, so wird das Ventil zumindest teilweise geschlossen, weil der wirksame freie Querschnitt reduziert wird. Wird die Durchgangsöffnung um 90° verschwenkt, so ist das Ventil geschlossen.
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Auch ist es zweckmäßig, wenn ein Antriebselement vorgesehen ist, welches der Verlagerung des Ventilelements dient. Dabei kann das Antriebselement beispielsweise eine Unterdruckdose, ein hydraulischer oder pneumatischer Aktuator oder ein elektromotorischer Aktuator sein.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Antriebselement eine lateral verschiebliche Zahnstange aufweist, wobei mit dem Ventilelement ein Zahnrad verbunden ist, welches die Zahnstange kämmt. So wird aus der lateralen Bewegung der Zahnstange eine Drehbewegung des Ventilelements umgesetzt.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Dämpfungselement ein Gehäuse mit darin angeordneten zwei Kammern, einer ersten Kammer und einer zweiten Kammer aufweist, wobei eine mit dem Ventilelement verbundene verlagerbare Trennwand zwischen den beiden Kammern vorgesehen ist. Durch die Verlagerung der Kammer wird das Volumen der Kammer verändert, so dass bei Befüllung der beiden Kammern ein Fluid von einer Kammer zur nächsten Kammer bei Bewegung der Trennwand überströmen muss. Wird das Fluid hinsichtlich seiner Viskosität beeinflusst, so kann die Dämpfung des Dämpfungselements beeinflusst werden.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Trennwand in dem Gehäuse verdrehbar gelagert ist, wobei die Trennwand mit einer Drehachse des Ventilelements verbunden ist. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Trennwand im Gehäuse abgedichtet angeordnet ist und vorzugsweise eine Überströmöffnung oder ein Spalt zur Überströmung des Fluids zwischen den beiden Kammern vorgesehen ist, dessen Durchgangsquerschnitt definiert ist. Dadurch kann die Überströmung definiert werden, wobei durch Beeinflussung der Viskosität die Dämpfung beeinflusst wird.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn zwischen den beiden Kammern eine Öffnung oder ein Spalt zur Überströmung eines Fluids zwischen der einen Kammer in die andere Kammer.
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Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn das Fluid ein magnetorheologisches Fluid ist. Dieses Fluid verändert bei äußerem vorherrschendem Magnetfeld seine Viskosität.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn das Dämpfungselement einen Magneten aufweist, bei welchem das Magnetfeld einstellbar ist. Dieser Magnet kann vorzugsweise ein Elektromagnet sein.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung detailliert erläutert. In der Zeichnung zeigt:
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1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Ventils,
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2 eine weitere Ansicht des Ventils,
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3 eine weitere Ansicht des Ventils, bei welchem das Gehäuse teilweise entfernt wurde,
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4 eine Ansicht auf einen Teil des Dämpfungselements, und
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5 eine Schnittansicht des Dämpfungselements.
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Die 1 und 2 zeigen ein Ventil 1 mit einem Gehäuse 2, wobei in dem Gehäuse 2 eine Ventilkammer 3 angeordnet ist, in welcher ein verstellbares Ventilelement 4 aufgenommen ist. Das Gehäuse 2 ist mit einer Zulauföffnung 5 und einer Ablauföffnung 6 ausgebildet, die in den Figuren rohrförmig als Rohrstutzen beispielsweise zum Anschluss einer Schlauchleitung ausgebildet sind. Die Zulauföffnung 5 und die Ablauföffnung 6 kommunizieren mit der Ventilkammer 3.
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Weiterhin ist ein Antriebselement 7 vorgesehen, welches als Ausgangselement eine lateral verschiebliche Zahnstange 8 aufweist, welche von einem Zahnrad 9 des Ventilelements 4 gekämmt wird. Das Zahnrad 9 ist drehfest mit dem nicht dargestellten Ventilelement 4 verbunden, so dass bei Verdrehung des Zahnrades 9 das Ventilelement 4 im Gehäuse 2 verdreht werden kann.
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Das Antriebselement 7 ist beispielsweise eine Unterdruckdose oder ein anderweitiger Aktuator, wie beispielsweise ein hydraulischer oder ein pneumatischer Aktuator oder ein elektromotorischer angetriebener Aktuator. Im Ausführungsbeispiel der gezeigten Figuren ist das Antriebselement eine Unterdruckdose, die über den Anschluss 10 mit Unterdruck beaufschlagt werden kann, um die Zahnstange 8 in lateraler Richtung verschieben zu können.
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Als Kraftelement des Antriebselements kann beispielsweise eine Membran vorgesehen sein, die direkt in das Ventilgehäuse 2 integriert sein kann. Damit würde das Antriebselement 7 als Unterdruckdose beispielsweise in das Gehäuse 2 integriert werden. Alternativ kann aber auch eine getrennt ausgebildete Unterdruckdose zum Einsatz gebracht werden.
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Die Unterdruckdose kann vorteilhaft auch beidseitig der Membran mit einem Unterdruck beaufschlagt werden, um ein Öffnen bzw. ein Schließen des Ventils beschleunigen zu können. Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist jedoch nur ein druckbeaufschlagbarer Raumbereich vorhanden, welcher mit Unterdruck beaufschlagt werden kann, wobei zur Rückstellung eine integrierte Druckfeder vorgesehen ist. Das Antriebselement 7 kann als Unterdruckdose ausgebildet sein, wobei beispielsweise eine Druckfeder in der Unterdruckdose angeordnet sein kann, um bei Reduzierung des Unterdrucks die Zahnstange 8 als Ausgangselement des Antriebselements 7 wieder in die Ursprungsstellung zurückkehren zu lassen.
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Weiterhin weist das Ventil 1 ein Dämpfungselement 11 auf, welches mit den in der Ventilkammer 3 aufgenommenen Ventilelement 4 verbunden ist. Das Dämpfungselement 11 ist an dem Gehäuse 2 auf der dem Antriebselement 7 gegenüberliegenden Seite angeordnet. Dabei weist das Dämpfungselement 11 ein Gehäuse 12, welches von einem Deckel 13 verschlossen wird.
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Die 3 zeigt das erfindungsgemäße Ventil 1 in einer teilweise geschnittenen Darstellung, wobei das Gehäuse 2 und das Dämpfungselement 11 geschnitten dargestellt sind, und wobei das Ventilelement 4 nicht geschnitten dargestellt ist. Man erkennt in 3, dass das Ventilelement 4 ein zylindrisches Ventilelement ist, welches eine durchgängige Durchgangsöffnung 14 aufweist, welche fluchtend mit der Zulauföffnung 5 und der Ablauföffnung 6 in einer Betriebsstellung ausgerichtet ist. Wird das Ventilelement 4 verdreht, so kann die Durchgangsöffnung 14 des Ventilelements 4 quer zur Verbindung zwischen der Zulauföffnung 5 und der Ablauföffnung 6 angeordnet werden, so dass der Durchgang zwischen der Zulauföffnung 5 und der Ablauföffnung 6 versperrt ist. In einer Zwischenstellung zwischen der vollständig geöffneten Stellung und der vollständig geschlossenen Stellung kann bevorzugt jede Zwischenstellung eingenommen werden, um den Fluidstrom durch das Ventil 1 begrenzen zu können.
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In 3 ist auch zu erkennen, dass das Dämpfungselement 11 zumindest einen Raumbereich 15 bildet, in das eine Trennwand 16 eingreift, um den Raumbereich 15 in zwei Kammern 18, 19 zu unterteilen, wobei bei Verdrehung der Trennwand 16 das Verhältnis der Volumina der jeweiligen Kammer 18, 19 verändert wird. Durch Befüllung der Kammern 18, 19 und das Vorsehen einer Überströmöffnung oder eines Überströmspalts zwischen den Kammern 18, 19 kann eine gezielte Dämpfung vorgesehen sein.
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Die 5 zeigt das Dämpfungselement 11 im Schnitt. Es ist zu erkennen, dass oberhalb der Trennwand 16 ein Magnet 17 vorgesehen ist, zur Beeinflussung der Viskosität eines in der Kammer 15 vorgesehenen magnetorheologischen Fluids.
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Die 4 zeigt eine Ansicht auf das Dämpfungselement 11 innerhalb des Gehäuses 12 bei abgenommenen Deckel 13. Es ist zu erkennen, dass der Raumbereich 15 in zwei Kammern 18, 19 durch die Trennwand 16 unterteilt ist, wobei die Trennwand 16 mit dem Ventilelement 4 verdrehbar verbunden ist. Dreht sich die Trennwand 16 innerhalb des Raumbereichs 15, so werden die beiden Kammern 18, 19 in ihrem Volumen verändert. Zwischen den Magneten 17 und der Welle 20 der Trennwand 16 ist ein Überströmspalt 21 vorgesehen, so dass ein Fluid 22, welches in den Kammern 18, 19 aufgenommen ist, bei Verlagerung der Trennwand 16 von einer Kammer 18 bzw. 19 zur anderen Kammer 19 bzw. 18 überströmen kann. Durch Beeinflussung des Magnetfelds des Magneten 17, welcher bevorzugt als Elektromagnet ausgebildet ist, kann die Viskosität des magnetorheologischen Fluids 22 beeinflusst werden, um die Dämpfung des Dämpfungselements 11 einstellen zu können.
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In dem Gehäuse 12 ist eine ringförmige Ausnehmung 23 als Leckageraum vorgesehen, so dass bei einem Austreten des Fluids 22 dieses nicht mit dem Fluid 22 in der Ventilkammer 3 vermischt wird, sondern ausgehend von dem Leckageraum 23 nach außen abgeführt werden kann. So wird vermieden, dass bei einer Leckage zwischen der Wellendichtung 24 das magnetorheologische Fluid mit dem Fluid, welches durch das Ventil geregelt wird, wie beispielsweise eine Wasser-Glykol-Mischung, nicht vermischt wird.
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Zur Detektierung der Stellung des Ventils 1 kann beispielsweise ein Linearsensor vorgesehen sein, welcher die Position der Zahnstange 8 des Antriebselements 7 detektiert oder die Drehwinkelstellung des Ventilelements 4 selbst. Dabei kann ein Drehwinkelsensor vorgesehen sein, welcher im Öffnungswinkel des Ventils 1 anhand der Stellung des Ventilelementes 4 detektiert.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn in Verbindung mit einer Huberkennung/Drehsensierung des Ventils 1 auch zusätzliche Schaltstellungen vorgesehen sein können, welche durch gezielte Hübe des Ventilelements 4 verschlossen werden können. So können beispielsweise ein Verschließen der Zulauföffnung bzw. der Ablauföffnung entsprechend vorgesehen sein.
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Erfindungsgemäß ist das Dämpfungselement 11 auf der Antriebsseite gegenüberliegenden Seite des Ventilgehäuses 2 angeordnet. Erfindungsgemäß ist es jedoch auch möglich, wenn das Dämpfungselement 11 auf der Antriebsseite angeordnet ist. Dann würde der Antrieb über das Zahnrad 9 und das Dämpfungselement 11 auf der gleichen Seite des Gehäuses 2 angeordnet sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ventil
- 2
- Gehäuse
- 3
- Ventilkammer
- 4
- Ventilelement
- 5
- Zulauföffnung
- 6
- Ablauföffnung
- 7
- Antriebselement
- 8
- Zahnstangen
- 9
- Zahnrad
- 10
- Anschluss
- 11
- Dämpfungselement
- 12
- Gehäuse
- 13
- Deckel
- 14
- Durchgangsöffnung
- 15
- Raumbereich
- 16
- Trennwand
- 17
- Magnet
- 18
- Kammer
- 19
- Kammer
- 20
- Welle
- 21
- Überströmspalt
- 22
- Fluid
- 23
- Leckageraum
- 24
- Wellendichtung
