DE102013221679A1

DE102013221679A1 - Rotationsventil

Info

Publication number: DE102013221679A1
Application number: DE102013221679.3A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Atschreiter; Andreas Auinger; Hannes Hofstetter; Dieter Schmidl; Gerd Schlager
Original assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Current assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Priority date: 2013-05-02
Filing date: 2013-10-24
Publication date: 2014-11-06
Also published as: DE102013210577A1; DE112014002247B4; DE112014002247A5; WO2014177478A1; WO2014177650A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Rotationsventil für ein Kühlsystem eines Kraftfahrzeuges, mit einem um seine Achse drehbaren und in einem Ventilgehäuse (GH) gelagerten zylindrischen Ventilkörper (VK), wobei der Innenraum des Ventilkörpers (VK) in Achsrichtung von einem Fluid durchströmbar ist, wobei an der Innenwand, der Innenseite des Ventilkörpers (VK) und/oder des den Ventilkörpers (VK) umgebenden Gehäuses (GH) in Achsrichtung orientierte Konturen (K), Strukturierungen (ST) angeordnet sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Rotationsventil für ein Kühlsystem eines Kraftfahrzeuges der Art von Anspruch 1.
Eine Anwendung eines Rotationsventils mit einem zylindrischen Ventilkörper innerhalb eines Kraftfahrzeuges ist das Thermalmanagement – die Steuerung eines Fluids innerhalb eines Kühlsystems.
Aus der EP 2 221 850 A1 ist ein Rotationsventil mit einem als Drehschieber ausgebildeten Ventilkörper bekannt. Einen zylinderförmigen Ventilkörper zeigt ebenfalls die WO 2005090841 A1 .
Nachteilig bei bekannten Ventilkörpern ist, dass Verunreinigungen im Kühlsystem zu Ablagerungen an der Innenseite des Ventilkörpers führen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Rotationsventil in gegenüber den bekannten Lösungen verbesserter Form zu schaffen.
Die Lösung der vorstehend genannten Aufgabe erfolgt durch ein Rotationsventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Das erfindungsgemäße Rotationsventil weist einen zylinderförmigen, um seine Achse drehbaren und in einem Ventilgehäuse gelagerten Ventilkörper auf, wobei der Innenraum des Ventilkörpers in Achsrichtung von einem Fluid durchströmbar ist. Der in einer Ausführung ebenfalls zylinderförmige Innenraum des Ventilkörpers und/oder des den Ventilkörpers umgebenden Gehäuses weist an der Innenwand, der Innenseite in Achsrichtung orientierte Konturen, Strukturierungen auf. Vorzugsweise sind diese Konturen, Strukturen als Erhöhungen ausgeführt. Diese Strukturen, Erhöhungen bewirken ein Leiten der zur Ablagerung neigenden Partikel in den Strömungsbereich, die Strömungsrichtung des Fluids. Eine Ablagerung, eine Sedimentbildung in ungünstigen Bereichen wird so verhindert.
Gemäß einer Ausführung der Erfindung sind die Erhebungen als T-förmige Strukturen ausgebildet. Insbesondere ist es möglich, dass die Erhebungen in ihrer breite und/oder Höhe in Strömungsrichtung, Richtung Ventilausgang, sich verjüngend ausgebildet sind.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das den zylinderförmigen Ventilkörper umgebende Gehäuse an seiner Innenseite eine als Kanal ausgebildete Strukturierung auf. Diese Strukturierung befindet sich somit im Bereich zwischen Gehäuse und Ventilkörper verläuft in Achsrichtung, in Richtung der Durchströmung des Ventils.
Das Ventilgehäuse weist in wenigstens einem Teilbereich des Umfanges einen Abstand, einen Spalt zum zylinderförmigen Außenmantel des Ventilkörpers auf. In diesem Bereich ist die Struktur in Form von mehreren nebeneinander verlaufenden Erhebungen angeordnet. Bevorzugt weist das Gehäuse im gesamten Umfangsbereich einen Abstand, einen Spalt zum Außenumfang des Ventilkörpers auf, der Ventilkörper ist so von einem zylindermantelförmigen Fluidbereich umgeben.
Die die Struktur bildende Erhebung weist gemäß einer Ausführungsform einen wellenförmigen Querschnitt auf. Bevorzugt weisen diese Erhebungen bzw. wenigstens eine der Erhebungen einen verringerten Abstand zum Ventilkörper, mit zum Außenumfang des Ventilkörpers auf.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Gehäuse einen als Kammer ausgebildeten Auffangbereich für im Fluid befindliche, Ablagerungen bildende Stoffe aufweist, wobei die Kammer in Fluidströmrichtung sich an die Struktur anschließend angeordnet ist. Die durch die Struktur in Achsrichtung gelenkten Fluidteilchen sammeln sich somit in der Kammer und bilden dort eine Ablagerung.
Die Kammer ist in Strömungsrichtung am Ende des Ventilkörpers in einem bundförmigen Verengungsbereich des Gehäuses angeordnet. Bevorzugt ist die Kammer ist nach Art eines Sackloches ausgebildet und der Kammer ist im Gehäuse eine verschließbare Öffnung zugeordnet.
Die erfindungsgemäß vorgesehenen Konturen, Strukturierungen sind entweder an der Innenseite des Ventilkörpers oder an der Innenseite des den Ventilkörper umgebenden Gehäuses angeordnet. Selbstverständlich können die Konturen, Strukturen auch an der Innenseite des Ventilkörpers und an der Innenseite des den Ventilkörper umgebenden Gehäuses angeordnet sein.
Des Weiteren werden Ausführungen der Erfindung an Hand der Figuren erläutert. 1 zeigt einen zylinderförmig, als Rohr gestalteten Ventilkörper VK, der um seine Achse drehbar in einem nicht dargestellten Gehäuse gelagert ist. Der Ventilkörper VK wird in Richtung des Pfeiles von einem Fluid durchströmt. An der zylinderförmigen Innenseite IS weist der Ventilkörper VK insgesamt drei Konturen K auf, welche sich als Erhebungen in Achsrichtung erstrecken. Die Konturen K sind symmetrisch am Außenumfang der Innenseite IS des Ventilkörpers VK angeordnet.
Die Breite der Konturen K nimmt in Achsrichtung in Richtung Ventilausgang ab, verjüngt sich somit in Strömungsrichtung. Insgesamt ergibt sich für jede der Konturen K ein keilförmiger Verlauf.
2 zeigt eine Ansicht durch den rohrförmigen Ventilkörper VK, und zwar entgegen der Strömungsrichtung des Fluids. Die drei Konturen K sind von ihrem schmalen Ende beginnend nach hinten sich erweiternd dargestellt.
3 zeigt eine Weiterbildung einer Kontur K in Form eines T-förmigen Profils. Bei der gezeigten Ausführung kann vorgesehen sein, dass die Höhe und/oder die Breite des Profils in Achsrichtung, also in Strömungsrichtung des Fluids abnehmend ausgeführt ist. Der Ventilkörper VK ist als ein Spritzgussteil ausgeführt – die Konturen K sind direkt an der Innenseite IS des Ventilkörpers angeformt.
4 zeigt einen Schnitt durch ein Rotationsventil mit einem den zylinderförmigen Ventilkörper VK umgebendem Gehäuse GH. Der rohrförmig bzw. topfförmig gestaltete Ventilkörper VK weist in seinem Außenumfang Fenster F auf, die mit über Gleitdichtungen GD – am zylindrischen Außenumfang des Ventilkörpers anliegend – gedichteten Zu- bzw. Abflüssen KN zusammenwirken. Das Gehäuse GH ist in seinem Innenbereich ebenfalls rohr- bzw. zylinderförmig gestaltet und umgibt so den aufgenommenen und drehbar gelagerten Ventilkörper VK, wobei zwischen Außenumfang des Ventilkörpers VK und Innenwand des Gehäuses GH ein Spalt gebildet wird. An der Oberseite ist das Ventilgehäuse GH mit einem Deckel D geschlossen. Der Deckel D weist eine Öffnung auf, durch welche eine den Ventilkörper VK verschwenkende Welle durchgeführt ist, die mit einem Antrieb gekoppelt ist (nicht dargestellt).
Die Richtung der Fluidströmung ist mit dem Pfeil gekennzeichnet. Das Fluid verlässt das Ventil, das Ventilgehäuse GH an dessen Unterseite über einen Abfluss AF. Der topfförmige Ventilkörper VK ist mit dem Bodenteil nach oben weisend in die Aufnahme des Ventilgehäuses GH eingesetzt. Die offene Unterseite des Ventilkörpers VK liegt an einer bundförmigen Verjüngung VJ innerhalb des Gehäuses auf. Diese Verjüngung VJ weist Durchbrüche DB auf, so dass das Fluid sowohl innerhalb des Ventilkörpers VK als auch in dem spaltförmigen Bereich außerhalb des Ventilkörpers VK strömt.
5 zeigt das offene Ventilgehäuse GH – ohne eingesetzten Ventilkörper VK – perspektivisch. An der Innenseite des den Ventilkörper VK aufnehmenden Ventilgehäuses GH verläuft in Achs- bzw. Fluidströmungsrichtung eine Strukturierung ST, welche einen wellenförmigen Querschnitt aufweist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel besteht die erhabene Struktur ST aus drei parallel zueinander verlaufenden Rippen, welche insgesamt ein sinusförmiges Querschnittsprofil ergeben. 6 zeigt einen Schnitt durch das Ventilgehäuse GH – die Ansicht ist in Achsrichtung.
Die Struktur ST, die drei Rippen aufweisende Erhebung beginnt an der Flanschseite des Gehäuses, also dort wo der Deckel D auf das Gehäuse aufgesetzt wird und erstreckt sich über die Länge des Innenbereiches der Aufnahme für den Ventilkörper bis zu der bundförmigen Verjüngung VJ, dem Bereich, an dem der Ventilkörper VK an den Durchbrüchen DB anliegend endet.
In Fluidströmrichtung am Ende des Ventilgehäuses GH mündet die Struktur ST in einer Kammer K. Diese Kammer K ist in Form eines Sackloches, einer entsprechenden Vertiefung gestaltet und nimmt die im Fluid befindlichen und zu Ablagerungen führenden Bestandteile auf. Diese Bestandteile werden durch die Struktur ST in Richtung Kammer K geleitet.
Außen am Gehäuse GH ist der Bereich der Kammer K als eine Erweiterung gestaltet (7). Diese Erweiterung weist eine verschließbare Öffnung mit einem lösbaren Verschluss V in Form einer Verschraubung auf (7a). Durch den Verschluss V können die sich in der Kammer K anlagernden Stoffe entfernt werden.
8 zeigt einen Schnitt durch das Ventilgehäuse GH ohne den Ventilkörper VK. Die Schnittebene geht hierbei durch die erhabene Struktur ST. Die Kammer K ist als eine nach Art eines Sackloches ausgebildete Vertiefung im Bereich der bundartigen Verjüngung VJ des Gehäuses GH angeordnet. Der Bereich der Verjüngung des Gehäuses weist Durchbrüche DB für das Fluid auf, welche im Bereich zwischen Ventilkörper VK und der Innenseite des Gehäuses GH strömt. Der Rand des Ventilkörpers VK liegt an nebeneinander liegenden Stegen auf, welche die Durchbrüche DB bilden.
Bezugszeichenliste

VK

Ventilkörper

GH

Gehäuse, Ventilgehäuse

K

Kontur

ST

Struktur, Erhebung

IS

Innenseite

D

Deckel

VJ

Verjüngung Innenraum Ventilkörper

AF

Abfluss

GD

Gleitdichtung

KN

Kanal Zu-bzw. Abfluss

F

Fenster

DB

Durchbruch

K

Kammer

V

Verschluss, Verschraubung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2221850 A1 [0003]
WO 2005090841 A1 [0003]

Claims

Rotationsventil für ein Kühlsystem eines Kraftfahrzeuges, mit einem um seine Achse drehbaren und in einem Ventilgehäuse (GH) gelagerten zylindrischen Ventilkörper (VK), wobei der Innenraum des Ventilkörpers (VK) in Achsrichtung von einem Fluid durchströmbar ist, wobei an der Innenwand, der Innenseite des Ventilkörpers (VK) und/oder des den Ventilkörpers (VK) umgebenden Gehäuses (GH) in Achsrichtung orientierte Konturen (K), Strukturierungen (ST) angeordnet sind.
Rotationsventil wenigstens nach Anspruch 1, das den Ventilkörper (VK) umgebende Gehäuse (GH) weist eine in Strömungsrichtung verlaufende Struktur (ST) auf.
Rotationsventil nach Anspruch 2, das den Ventilkörper (VK) umgebende Gehäuse (GH) weist im Bereich zwischen Ventilkörper (VK) und Ventilgehäuse (GH) eine in Strömungsrichtung verlaufende Struktur (ST) auf.
Rotationsventil nach Anspruch 2 oder 3, das den Ventilkörper umgebende Gehäuse weist in wenigstens einem Teil des Umfanges einen Abstand zu der zylindermantelfömigen Außenwand des Ventilkörpers (VK) auf, wobei die Struktur (ST) in diesem Teil des Umfanges angeordnet ist.
Rotationsventil nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, die Struktur (ST) im Gehäuse (GH) ist als eine Erhebung, eine Erhöhung ausgebildet.
Rotationsventil nach einem der Ansprüche 1–5, die Struktur (ST) ist als eine Erhebung mit wellenförmigen Querschnitt ausgebildet.
Rotationsventil nach einem der Ansprüche 1–6, die erhabenen Bereiche der Struktur (ST) bilden einen Spalt zum zylinderförmigen Außenbereich des Ventilkörpers (VK) auf.
Rotationsventil nach einem der Ansprüche 1–7, das Gehäuse (GH) weist einen als Kammer (K) ausgebildeten Auffangbereich für im Fluid befindliche, Ablagerungen bildende Stoffe auf, wobei die Kammer (K) in Fluidströmrichtung sich an die Struktur (ST) anschließend angeordnet ist.
Rotationsventil nach Anspruch 8, die Kammer (K) ist am Ende des Ventilkörpers (VK) in einem bundförmigen Verengungsbereich des Gehäuses (GH) angeordnet.
Rotationsventil nach Anspruch 8 oder 9, die Kammer (K) ist nach Art eines Sackloches ausgebildet.
Rotationsventil nach Anspruch 8, 9 oder 10, der Kammer (K) ist im Gehäuse (GH) eine Öffnung mit einem Verschluss (V) zugeordnet.
Rotationsventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der Ventilkörper (VK) ist rohrförmig gestaltet.
Rotationsventil wenigstens nach Anspruch 1, die in Achsrichtung des Ventilkörpers (VK) sich an dessen Innenseite erstreckende Kontur (K), Struktur (ST) ist als eine Erhebung mit im Wesentlichen rechteckigem Querschnitt ausgebildet.
Rotationsventil wenigstens nach Anspruch 1, die in Achsrichtung des Ventilkörpers (VK) sich an dessen Innenseite erstreckende Kontur (K), Struktur (ST) ist als eine im Wesentlichen T-förmige Erhebung ausgebildet.
Rotationsventil nach einem der vorherigen Ansprüche, die Kontur (K), Struktur (ST) ist in Achsrichtung des Ventilkörpers (VK) mit sich verändernder Breite und/oder Höhe ausgebildet.
Rotationsventil wenigstens nach Anspruch 1, die Kontur (K), Struktur (ST) ist in Richtung der Durchströmung mit zunehmender Breite und/oder Höhe ausgebildet.