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Die Erfindung betrifft ein Ventil nach Gattung der unabhängigen Ansprüche.
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Stand der Technik
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Aus der
DE 4438250 A1 ist schon ein Ventil, welches ein Gehäuse, mindestens ein Stellelement, ein Auslöseelement und ein Ventilmittel aufweist, und das Stellelement über das Auslöseelement auf das Ventilmittel wirkt, wobei das Auslöseelement einen Kniehebel aufweist, bekannt.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Ventil mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, dass eine kompaktere Bauform des Ventils ermöglicht wird. Weiter ist als vorteilhaft anzusehen das die Regelung der Durchströmung des Ventils einfacher und präziser erfolgt. Zusätzlich ist vorteilhaft, dass der Aufbau des Ventils vereinfacht ist. Hierfür weist das erfindungsgemäße Ventil ein Auslöseelement mit mindestens zwei, insbesondere miteinander verbundene, Kniehebel auf.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ergeben sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Merkmale.
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Besonders vorteilhaft ist, dass die Kniehebel seriell angeordnet sind. Durch die serielle Anordnung der Kniehebel werden die Vorteile der einzelnen Kniehebel in einfacher Weise summiert.
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Es kann zweckmäßig sein, dass das Stellelement eine erste Bewegungsrichtung aufweist und das Ventilmittel eine zweite Bewegungsrichtung aufweist. Die erste Bewegungsrichtung verläuft winklig, insbesondere im Wesentlich senkrecht zu der zweiten Bewegungsrichtung. Das Auslöseelement leitet die Bewegung um. Vorteilhaft ist, dass durch die Umleitung, der Bewegungsrichtung durch das Auslöseelement der für das Ventil benötigte Bauraum weiter verkleinert werden kann. Auch ist eine winklige Anordnung des Stellelements gegenüber dem Ventilmittel in bestimmten Anwendungsgebieten von Vorteil.
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Besonders vorteilhaft ist, dass mindestens einer der Kniehebel zwei Schenkel und ein erstes Gelenk aufweist, wobei die Schenkel eines Kniehebels über das erste Gelenk drehbar miteinander verbunden sind. Jeder der Schenkel umfasst insbesondere mindestens zwei Schenkelenden. Die Schenkel eines Kniehebels sind über ein erstes Gelenk im Bereich der ersten Schenkelenden der Schenkel miteinander beweglich verbunden. Ein entsprechender Kniehebel kann einfach und kostengünstig hergestellt werden.
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Es kann zweckmäßig sein, dass das Ventil mindestens ein Verbindungselement aufweist. Mindestens ein Stellelement wirkt über das Verbindungselement auf die Kniehebel. Die Kniehebel werden von mindestens einem Verbindungselement drehbar und/oder linear verschiebbar geführt. Das Verbindungselement ermöglicht eine einfache drehbare und/oder linear verschiebbare Führung der Kniehebel in einem definierten Bereich.
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Eine kostengünstige Weiterbildung der Erfindung ist, dass das Auslöseelement mindestens ein zweites Gelenk aufweist. Die Kniehebel des Auslöseelements wirken über ein zweites Gelenk zusammen. Insbesondere sind die Kniehebel über ein zweites Gelenk miteinander drehbar verbunden. Durch die zweiten Gelenke können die Kniehebel des Auslöseelements einfach miteinader verbunden werden.
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Vorteilhaft Weiterbildung der Erfindung ist, dass mindestens eines der zweiten Gelenke gegenüber dem Gehäuse drehbar und linear verschiebbar angeordnet ist. Insbesondere ist mindestens eines der zweiten Gelenke mit dem Gehäuse drehbar und linear verschiebbar verbunden und/oder von dem Gehäuse drehbar und linear verschiebbar geführt. Durch die drehbare und verschiebbare Anordnung der Gelenke gegenüber dem Gehäuse, insbseondere durch ein weiteres Verbindungselements kann die Stabilität des Auslöseelements verbessert werden.
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Eine besondere einfache Ausbildung wird dadurch erreicht, dass mindestens einer der Kniehebel über ein drittes Gelenk mit dem Gehäuse zusammenwirkt, insbesondere drehbar verbunden, vorzugsweise angelenkt ist. Das zusammenwirken, insbesondere das Anordnen der Kniehebel an dem Gehäuse kann somit vereinfacht werde, was eine Senkung der Herstellungskosten zur Folge hat.
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Weiter ist eine besonders einfache Ausbildung, dass mindestens einer der Kniehebel ein viertes Gelenk aufweist, wobei der Kniehebel über das vierte Gelenk auf das Ventilmittel wirkt, insbesondere das Ventilmittel linear bewegt. Durch das vierte Gelenk kann das Auslöseelement einfach auf das Ventilmittel wirken. Die Bewegung des Kniehebels kann vereinfacht an das Ventilmittel weitergeleitet werden.
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Vorteilhaft ist, dass das Ventil einen Ventilsitz aufweist, wobei das Ventilmittel abhängig von seiner Stellung gegenüber dem Ventilsitz ein Durchströmen des Ventils regelt, insbesondere reguliert, vorzugsweise freigibt oder versperrt. Der Ventilsitz vereinfacht die Regelung der Durchströmung des Ventils. Weiter ist vorteilhaft das durch den Ventilsitz die Bildung eines Durchströmungskanals positiv beeinflusst werden kann.
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Weiter ist als vorteilhaft anzusehen, dass das Stellelement einen Spulenkörper und einen Anker aufweist, wobei der Spulenkörper und der Anker zusammenwirkt, insbesondere der Anker durch den Spulenkörper linear verschiebbar ist und der Anker auf das Verbindungselement wirkt, insbesondere das Verbindungselement linear bewegt. Der Spulenkörper und der Anker ermöglichen eine Bewegung des Verbindungselements abhängig von der Bestromung des Spulenkörpers. Die lineare Bewegung des Verbindungselements kann somit leicht initiiert werden.
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Eine vorteilhafte Vereinfachung ist, dass der Anker und das Verbindungselement einteilig ausgebildet sind. Durch eine einteilige Ausgestaltung des Verbindungselements und des Anker kann der benötigte Bauraum des Ventils verkleinert werden. Auch die Stabilität wird aufgrund fehlender Übergänge minimiert.
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Ferner ist vorteilhaft, dass das Stellelement einen Motor aufweist, wobei der Motor über einen Wandler auf das Verbindungselement wirkt, insbesondere das Verbindungselement linear bewegt. Der Motor ermöglicht eine präzise und genaue Bewegung des Verbindungselements, bzw. des Ventilmittels. Weiter kann die aktuelle Stellung des Verbindungselements bei einem Motor als Stellelement einfach gehalten werden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein erfindungsgemäßes Ventil 1,
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2 das erfindungsgemäßes Ventil 1 in gesperrten Zustand,
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3 die Funktionsweise eines Kniehebels im Detail,
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4 die Funktionsweise eines Kniehebels,
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5 die Funktionsweise von zwei seriell aneinander angeordneten Kniehebeln,
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6 ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Ventil 1 mit einem Motor als Stellelement und
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7 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit zwei Verbindungselementen.
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In 1 ist ein erfindungsgemäßes Ventil 1 dargestellt. Das Ventil 1 weist ein Ventilgehäuse 5, das im Folgenden als Gehäuse 5 bezeichnet wird, auf. Das Ventil 1 dient zur Regelung oder Absperrung der Durchströmung eines durchströmenden Mediums, insbesondere eines Fluides, vorzugsweise eines Gases oder einer Flüssigkeit. Das Gehäuse 5 weist insbesondere mindestens einen ersten Anschluss 7 und einen zweiten Anschluss 8. Das Gehäuse 5, der erste Anschluss 7 und der zweite Anschluss 8 sind insbesondere einteilig ausgebildet. Die Anschlüsse 7, 8 sind insbesondere als Einlass und Auslass ausgebildet. Die Anschlüsse 7, 8 können beispielsweise mit einem Kreislauf, vorzugsweise mit einem Kühlkreislauf eines Kraftfahrzeugs verbunden werden. Das Ventil 1 befindet sich in einem Kreislauf und kann das in dem Kreislauf strömende Medium unterbrechen oder die Durchströmung, insbesondere die Durchströmungsmenge regulieren, insbesondere regeln.
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Das Ventil weist ein Stellelement 50, ein Auslöseelement 20, ein Ventilmittel 15 und ein Ventilsitz 10 auf. Das Stellelement 50 wirkt über das Auslöseelement 20 auf das Ventilmittel 15. Das Ventilmittel 15 wird über das Auslöseelement 20 von dem Stellelement 50 bewegt, insbesondere verschoben. Das Ventilmittel 15 wirkt mit dem Ventilsitz 10 zusammen. Das Ventilmittel 15 und der Ventilsitz 10 sind zwischen dem ersten Anschluss 7 und dem zweiten Anschluss 8 im durchströmten Bereich des Ventils 1 angeordnet. Abhängig von der Stellung des Ventilmittels 15 zu dem Ventilsitz 10 wird die Durchströmung des Ventils 1 geregelt, insbesondere reguliert, vorzugsweise versperrt oder freigegeben. Durch die Form des Ventilmittels 15 und des Ventilsitzes 10 kann somit einfach ein Durchströmungskanal definiert werden.
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Der Ventilsitz 10 und das Gehäuse 5 sind insbesondere einteilig ausgebildet. Der Ventilsitz 10 weist eine Öffnung auf. Entsprechend der Öffnung des Ventilsitzes 10 ist das Ventilmittel 15 ausgebildet. Die Form des Ventilmittels 15 ist auf die Form des Ventilsitzes 10, insbesondere die Form der Öffnung des Ventilsitzes 10 angepasst. Das Ventilmittel 15 hat insbesondere die Form eines Kegels. Die Größe des Kegels entspricht mindestens der Größe der Öffnung des Ventilsitzes 10. Das Ventilmittel 15 ist gegenüber dem Ventilsitz 10 linear beweglich angeordnet. Die Durchströmung des Ventils 1 ist abhängig von der Stellung des Ventilmittels 15 zu dem Ventilsitz 10. Verschließt das Ventilmittel 15 die Öffnung des Ventilsitzes 10, so ist ein Durchströmen des Ventils 1 nicht möglich. Das Ventil 1 ist gesperrt (siehe 2).
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Zusätzliche Ausnehmungen, insbesondere Kerben oder Bohrungen in dem Ventilmittel 15 oder in dem Ventilsitz 10 ermöglichen trotz einem Anliegen des Ventilmittels 15 an dem Ventilsitz 10 eine Durchströmung des Ventils 1.
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Das Ventilmittel 15 weist einen Ventilkegel 16 auf. Der Ventilkegel 16 ist aus einem harten möglichst nicht elastischen Material gefertigt. An dem Ventilkegel 16 ist eine Ventildichtung 17 angebracht. Die Ventildichtung 17 ist in den Bereichen angeordnet, in denen der Ventilkegel 16 den Ventilsitz 17 berühren würde. In einer Variation des Ventils 1 weist der Ventilsitz 10 die Ventildichtungen auf.
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Das Stellelement 50 ist insbesondere in oder an dem Gehäuse 5 angeordnet. Das Auslöseelement 20 ist innerhalb des Gehäuses 5 angeordnet. Das Ventilmittel 15 ist im Strömungsbereich zwischen dem ersten Anschluss 7 und dem zweiten Anschluss 8 angeordnet. Das Ventilmittel 15 wirkt mit einem Ventilsitz 10 zusammen. Der Ventilsitz 10 ist mit dem Gehäuse 5 verbunden, insbesondere einteilig mit dem Gehäuse 5 ausgebildet.
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Das Ventilmittel 15 wird über das Auslöseelement 20 von mindestens einem Stellelement 50 bewegt. Das Auslöseelement 20 umfasst mindestens zwei Kniehebel 25, 26. Im Rahmen der Erfindung kann es insbesondere auch drei, vier und fünf Kniehebel 25, 26 umfassen (siehe 7). Die Kniehebel 25, 26 sind innerhalb des Gehäuses 5 angeordnet. Jeder Kniehebel 25, 26 weist insbesondere einen ersten Schenkel 30 und einen zweiten Schenkel 31 auf. Die Schenkel 30, 31 weisen ein erstes Schenkelende 34 und ein zweites Schenkelende 35 auf. Die Schenkel 30, 31 eines Kniehebels 25, 26 sind über ein erstes Gelenk 40 miteinander verbunden, insbesondere drehbar verbunden. Das Gelenk 40 verbindet den ersten und den zweiten Schenkel 30, 31 in dem Bereich des ersten Schenkelendes 34 des ersten Schenkels 30 und in dem Bereich des ersten Schenkelendes 34 des zweiten Schenkels 31 drehbar. Die Anzahl an ersten Gelenken 40 ist abhängig von der Anzahl an Kniehebeln 25, 26 eines Auslöseelements 20.
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Die Kniehebel 25, 26 wirken über ein zweites Gelenk 42 zusammen, insbesondere sind miteinander verbunden, vorzugsweise drehbar verbunden. Mindestens ein zweites Gelenk 42 verbindet zwei Kniehebel 25, 26 drehbar miteinander. Das zweite Gelenk 42 ist im Bereich der zweiten Schenkelenden 35 der Schenkel 30, 31 angeordnet. Gemäß 1 ist das zweite Schenkelende 35 des zweiten Schenkels 31 des ersten Kniehebels 25 mit dem zweiten Schenkelende 35 des ersten Schenkels 30 des zweiten Kniehebels 26 über das zweite Gelenk 42 verbunden. Abhängig von der Anzahl der Kniehebel 25, 26 ist die Anzahl der zweiten Gelenke 42, welche die Kniehebel 25, 26 miteinander verbinden. Das Auslöseelement 20 weist mindestens zwei Kniehebel 25, 26 auf. Die Kniehebel eines Auslöseelements 20 sind seriell über ein zweites Gelenk 42 miteinander drehbar verbunden. Das zweite Gelenk 42 ist linear, insbesondere in Längsrichtung gegenüber dem Gehäuse 5 verschiebbar angeordnet. Gemäß 1 weist das Gehäuse eine Schiene 80 auf. Das zweite Gelenk 42 ist linear beweglich und drehbar an der Schiene 80 angebracht. Das zweite Gelenk 42 kann entlang der Schiene 80 verschoben werden. Durch die serielle Anordnung von Kniehebeln 25, 26 muss die Länge der einzelnen Schenkel 30, 31 nicht erhöht werden. Somit bleibt das Ventil 1 kompakt in seinen Abmessungen.
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Zusätzlich weist das Auslöseelement 20 ein drittes Gelenk 44 auf. Das dritte Gelenk 44 verbindet die Kniehebel 25, 26 mit dem Gehäuse 5. Das dritte Gelenk 44 ist im Bereich des zweiten Schenkelendes 35 an einem der Schenkel 30, 31 angeordnet. Gemäß der 1 ist das dritte Gelenk 44 an dem zweiten Schenkelende 35 des ersten Schenkels 30 des ersten Kniehebels 25 angeordnet. Das dritte Gelenk 44 bildet eine ortsfeste Stützstelle für die Kniehebel 25, 26 an dem Gehäuse 5.
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Die Verbindung des Auslöseelements 20 mit dem Ventilmittel 15 erfolgt über ein viertes Gelenk 46. Das vierte Gelenk 46 ist an einem der Schenkel 30, 31 der Kniehebel 25, 26, insbesondere im Bereich eines Schenkelendes 35 eines Schenkels 30, 31 der Kniehebel 25, 26 angeordnet. Gemäß 1 ist das vierte Gelenk 46 an dem zweiten Schenkelende 35 des zweiten Schenkels 31 des zweiten Kniehebels 26 angeordnet, insbesondere beweglich angebracht. Insbesondere ist das vierte Gelenk 46 an dem Kniehebel, der dem Ventilmittel 15 zugeodent ist, angeodnet. Insbesondere ist das vierte Gelenk 46 an dem Schenkel 30, 31 angeordnet, der dem Ventilmittel 15 zugeordnet ist. Das Ventilmittel 15 weist, bzw. umfasst einen Mitnehmer 82 auf. Das Ventil 1 weist ein Führungselement 84 auf. Das vierte Gelenk 46 verbindet die Kniehebel 25, 26 mit dem Ventilmittel 15, insbesondere mit dem Mitnehmer 82. Der Mitnehmer 82 und der Ventilkegel 16 sind vorzugsweise einteilig ausgebildet. Der Mitnehmer 82 wird von dem Führungselement 84 geführt. Das Führungselement 84 und das Gehäuse 5 sind insbesondere einteilig ausgebildet. Abhängig vom Anwendungsgebiet dient das Führungselement 84 auch als Dichtung, wobei es vorzugsweise ein zusätzliches Dichtelement aufweist.
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Das Auslöseelement 20 weist ein Verbindungselement 55 auf. An dem Verbindungselement 55 sind die Kniehebel 25, 26 in einer Achse beweglich, insbesondere linear verschiebbar und drehbar, vorzugsweise lateral verschiebbar und drehbar angeordnet. Das Verbindungselement 55 umfasst insbesondere eine Führungsnut 56, die ein verschieben der Kniehebel 25, 26 entlang einer Achse ermöglicht. Die Führungsnut 56 führt die Kniehebel 25, 26 linear und drehbar an, insbesondere gegenüber dem Verbindungselement 55. Mit dem Verbindungselement 55 sind die ersten Gelenke 40 verbunden. Die ersten Gelenke 40 sind drehbar mit dem Verbindungselement 55 verbunden. Die ersten Gelenke 40 sind entlang einer Achse verschiebbar an dem Verbindungselement 55 angeordnet. Die ersten Gelenke 40 sind an der Führungsnut 56 des Verbindungselements 55 angeordnet.
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Die Verschiebungsachse des Verbindungselements 55 verläuft im Wesentlichen parallel zu der Schiene 80. Durch die Verschiebbarkeit der ersten Gelenke 40 an dem Verbindungselement 55 und die Verschiebbarkeit der zweiten Gelenke 42 an der Schiene 80 können die Schenkel 30, 31 der Kniehebel 25, 26 zusammengedrückt, bzw. auseinander gezogen werden.
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Das Verbindungselement 55 ist beweglich gegenüber dem Gehäuse 5 angeordnet. Das Verbindungselement 55 verbindet das Auslöseelement 20 mit dem Stellelement 50. Das Stellelement 50 ist gemäß 1 fest, insbesondere starr mit dem Gehäuse 5 verbunden. Gemäß 1 weist das Stellelement 55 einen Aktor auf. Der Aktor des Stellelements 50 weist einen Spulenkörper 74 und einen Anker 75 auf. Der Anker 75 weist mindestens ein Element auf, wobei das Element beispielsweise aus einem ferromagnetischem, einem magnetischen Material, einem Material, welches magnetische Eigenschaften hat oder aus einem Kunststoff in dem ferromagnetischen oder magnetischen Elemente, insbesondere Magnete eingespritzt sind, besteht. Ein Stromfluss in dem Spulenkörper 74 erzeugt ein magnetisches Feld, das mit einer Kraft auf das Element des Ankers 75 wirkt. Die Kraft auf den Anker 75 führt abhängig von der Stellung des Ankers 75 gegenüber dem Spulenkörper 74 zu einer Bewegung des Ankers 75. Die Kraft zieht den Anker 75 an oder stößt diesen ab. Der Anker 75 ist mit dem Verbindungselement 55 verbunden. Durch einen Stromfluss im Aktor wird eine Bewegung des Ventilmittels 15 erreicht. Vorteilhaft ermöglicht ein Stelleelement 50 mit einem Spulekörper 74 und einem Anker 75 eine Verstellung des Ventilmittel 15 zwischen definierten Stellungen des Ventilmittels 15. Beispielsweise wird in einer ersten Stellung das Ventil 1 freigegeben. In einer weiteren zweiten Stellung wird das Ventil 1 gesperrt. Weitere Stellungen sind beispielsweise durch die mehrere Spulenträger 74, die auf einen Anker 75 wirken, möglich.
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Das Stellelement 50 weist insbesondere ein Rückstellelement 77 auf. Das Rückstellelement 77 wirkt dem Stellelement 50 entgegen. Ist das Stellelement 50 nicht aktiviert, so bewegt das Rückstellelement 77 das Ventilmittel 15 in eine definierte Stellung, insbesondere in die Ausgangsstellung oder eine Fail-Safe Stellung (Fehlerstellung). Das Rückstellelement 77 kann insbesondere als Feder oder als elastisches Element ausgebildet sein. Die Kraft der Rückstellelements 77 wirkt der Kraft, durch das magnetische Feld, des Spulenträgers 74 entgegen. Die Kraft durch das magentische Feld des Spulenträgers 74 ist größer als die Kraft des Rückstellelements 77.
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In 1 ist das Durchströmen des Ventils 1 möglich. Das Ventil 1 ist geöffnet. Die Stellung des Ventilmittels 15 ist gegenüber dem Ventilsitz 10 beabstandet. Die Beabstandung führt zu einem Spalt, insbesondere einem Ringspalt. Der Ringspalt ermöglicht das Durchströmen des Ventils 1. Der Ringspalt stellt einen Durchströmungskanal dar, wobei die Größe des Durchströmungskanals abhängig von der Größe des Ringspalts ist. Somit kann über den Abstand des Ventilmittels 15 zu dem Ventilsitz 10 die Menge des durch das Ventil 1 strömenden Mediums geregelt, insbesondere reguliert werden.
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2 zeigt das erfindungsgemäße Ventil 1 in geschlossenem Zustand. Eine Durchströmung des Ventils 1 ist durch das Ventilmittel 15 versperrt. Das Stellelement 50 ist aktiviert. Der Spulenkörper 74 wird von einem Strom durchflossen, wodurch ein magnetisches Feld aufbaut wird. Das magnetische Feld wirkt mit einer Kraft auf den Anker 75. Die Kraft durch das magnetische Feld wirkt der Kraft des Rückstellelements 77 entgegen. Die Kraft aufgrund des magnetischen Felds ist größer als die Kraft des Rückstellelements 77. Der Anker 75 bewegt das Verbindungselement 55. Das Verbindungselement 55 wird in Richtung Schiene 80 gedrückt. Die Kniehebel 25, 26 übertragen die Bewegung des Verbindungselements 55 an den Mitnehmer 82. Der Mitnehmer 82 überträgt die Bewegung an das Ventilmittel 15. Das Ventilmittel 15 verschließt den Ventilsitz 10, insbesondere die Öffnung des Ventilsitzes. Ein Durchströmen des Ventils 1 ist nicht möglich. Das Ventil 1 ist gesperrt.
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In 3 ist ein einzelner Kniehebel 25 gezeigt. Der Kniehebel 25 weist einen ersten Schenkel 30 und einen zweiten Schenkel 31 auf. Die Schenkel 30, 31 umfassen jeweils ein erstes Schenkelende 34 und ein zweites Schenkelende 35. Der erste Schenkel 30 und der zweite Schenkel 31 wirken über ein erstes Gelenk 40 zusammen. Der erste Schenkel 30 und der zweite Schenkel 31 sind über ein erstes Gelenk 40 miteinander verbunden. Das erste Gelenk 40 ist im Bereich des ersten Schenkelendes 34 an dem ersten Schenkel 30 angeordnet, insbesondere drehbar verbunden. Zusätzlich ist das erste Gelenk 40 im Bereich des ersten Schenkelendes 34 an dem zweiten Schenkel 31 angeordnet, insbesondere drehbar verbunden. Der erste Schenkel 30 ist im Bereich des ersten Schenkelendes 34 über das erste Gelenk 40 mit dem zweiten Schenkel 31 im Bereich des ersten Schenkelendes 34 des zweiten Schenkels 31 verbunden. Der Kniehebel 25 ist über eine ortsfeste Stützstelle, insbesondere an einem der Schenkel 30, 31 mit einem Gehäuse 5 verbunden. Das Gehäuse 5 ist in 3 exemplarisch dargestellt. Hierzu weist der Kniehebel 25 ein drittes Gelenk 44 auf. Das dritte Gelenk 44 ist im Bereich des zweiten Schenkelendes 35 am ersten Schenkel 30 angeordnet. Das dritte Gelenk 44 verbindet den ersten Schenkel 30 drehbar mit dem Gehäuse 5. Ein weiteres viertes Gelenk 46 ist im Bereich des zweiten Schenkelendes 35 am zweiten Schenkel 31 angeordnet. Das vierte Gelenk 46 verbindet den Kniehebel 25 mit beispielsweise einem Ventilmittel 15.
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Exemplarisch sind die Schenkel 30, 31 in 3 mit einem 90 Grad Winkel 97 zueinander angeordnet. Ein Stellelement 50 wirkt mit einer Stellkraft 93 in eine erste Bewegungsrichtung auf den Kniehebel 25. Der Kniehebel 25 wandelt die Stellkraft 93 in eine Ventilmittelkraft 94 mit einer zweiten Bewegungsrichtung um. Die erste Bewegungsrichtung entspricht der Richtung der Stellkraft 93 in 3. Die zweite Bewegungsrichtung entspricht der Richtung der Ventilmittelkraft 94 in 3. Die Stellkraft 93 und die Ventilmittelkraft 94 wirken gemäß 3 in einem 90 Grad Winkel 97 zueinander. Ist der Winkel 97 zirka 90 Grad so ist die Stellkraft 93 und die Ventilmittelkraft 94 ungefähr gleich groß. Durch die Stellkraft 93 bewegt sich der Kniehebel 25 wodurch der Winkel 97 vergrößert wird. Das vierte Gelenk 46 wird nach unten bewegt. Beträgt jedoch der Winkel 97 180 Grad, so ist die Stellkraft 93 viel kleiner als die Ventilmittelkraft 94. Somit ist es möglich mit einer relativ kleinen Stellkraft 93 eine große Ventilmittelkraft 94 zu halten. Bei einem Winkel von ca. 180 Grad liegen der erste Schenkel 30 und der zweite Schenkel 31 in Reihe zueinander.
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In 4a beträgt der Winkel 97 zirka 90 Grad. Wirkt eine Stellkraft 93 auf den Kniehebel 25, insbesondere im Bereich des ersten Gelenks 40, so vergrößert sich der Winkel 97, insbesondere vergrößert sich der Winkel 97 bis er zirka 180 Grad entsprechend der 4b aufweist. Das erste Gelenk 40 legt dabei einen Stellweg 71 zurück. Das vierte Gelenk 46 bewegt sich um einen Ventilmittelweg 72. Abhängig von der Länge der Schenkel 30, 31 und dem Winkel 97 zwischen den Schenkeln, kann der Stellweg 71 und der Ventilmittelweg 72 variiert werden. Längere Schenkel 30, 31 bedeuten längere Stellwege 71 und Ventilmittelwege 72. Längere Schenkel 30, 31 bedeuten jedoch auch erhöhte Kräfte und erhöhter Platzbedarf, bzw. benötigter Bauraum des Ventils 1. Auch der Winkel 98 in dem die Stellkraft 94 auf das Knieelement wirkt, muss angepasst werden. Hierzu ist insbesondere ein bewegliches Stellelement 50 nötig. Wie in 4b dargestellt, wirkt die Stellkraft 93 nicht mehr, wie in 4a dargestellt, in einem 90 Grad Winkel zu der Ventilmittelkraft 94.
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Weiter ist vorteilhaft, dass das Ventil 1 durch einen erhöhten Ventilmittelweg 72 eine präzisere Regelung der Durchströmung ermöglicht. Das Ventilmittel 15 kann entsprechend dem Ventilmittelweg 72 weiter von dem Ventilsitz 10 entfernt werden.
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Daher werden erfindungsgemäß mindestens zwei Kniehebel 25, 26 miteinander verbunden. In 5 ist beispielhaft ein erster Kniehebel 25 mit einem zweiten Kniehebel 26 dargestellt. Der erste Kniehebel 25 und der zweite Kniehebel 26 sind entsprechend dem ersten Kniehebel 25 aus 3 und 4 aufgebaut. Einzig das vierte Gelenk 46 gemäß 3 und 4 ist in 5 an dem zweiten Kniehebel 26 angeordnet.
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Der zweite Kniehebel 26 weist einen ersten Schenkel 30 und einen zweiten Schenkel 31 auf. Die Schenkel 30, 31 umfassen jeweils ein erstes Schenkelende 34 und ein zweites Schenkelende 35. Der erste Schenkel 30 und der zweite Schenkel 31 des zweiten Kniehebels 26 wirken über ein erstes Gelenk 40 zusammen. Das erste Gelenk 40 ist im Bereich des ersten Schenkelendes 34 des ersten Schenkels 30 an dem ersten Schenkel 30 des zweiten Kniehebels 26 angeordnet, insbesondere drehbar verbunden. Zusätzlich ist das erste Gelenk 40 im Bereich des ersten Schenkelendes 34 des zweiten Schenkels 31 an dem zweiten Schenkel 31 des zweiten Kniehebels 26 angeordnet, insbesondere drehbar verbunden. Der erste Schenkel 30 ist im Bereich des ersten Schenkelendes 34 über das erste Gelenk 40 mit dem zweiten Schenkel 31 im Bereich des ersten Schenkelendes 34 des zweiten Schenkels verbunden.
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Der zweite Kniehebel 26 wirkt über ein zweites Gelenk 42 mit dem ersten Kniehebel 25 zusammen. Insbesondere sind der erste Kniehebel 25 und der zweite Kniehebel 26 über das zweite Gelenk 42 miteinander verbunden. Das zweite Gelenk 42 ist im Bereich des zweiten Schenkelendes 35 am zweiten Schenkel 31 des ersten Kniehebels 25 angeordnet. Das zweite Gelenk 42 ist im Bereich des zweiten Schenkelendes 35 am ersten Schenkel 30 des zweiten Kniehebels 26 angeordnet. Die zweiten Gelenke 42 verbinden einen zweiten Schenkel 31 eines ersten Kniehebels 25 mit einem ersten Schenkel 30 eines weiteren Kniehebels, insbesondere zweiten Kniehebels 26. Das zweite Gelenk 42 verbindet die Kniehebel 25, 26 seriell miteinander. Durch die serielle Anordnung der Kniehebel 25, 26 kann der Ventilmittelweg 72 vergrößert werden ohne das die Länge der Schenkel 30, 31 verändert werden müssen. Das Ventil 1 bleibt somit kompakt. Auch die Stellkraft 93 bleibt im Wesentlichen ähnlich.
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Das vierte Gelenk 46 ist im Bereich des zweiten Schenkelendes 35 am zweiten Schenkel 31 des zweiten Kniehebels 26 angeordnet. Das vierte Gelenk 46 verbindet den Kniehebel 26 mit dem Ventilmittel 15. Wirkt eine Stellkraft 93 auf die beiden ersten Gelenke 40 so wird das vierte Gelenk 46 um den Ventilmittelweg 72 in Richtung Ventilmittel 15 bewegt. Der Stellweg 71 kann gemäß dem Beispiel gegenüber dem Stellweg 71 aus 3 und 4 unverändert bleiben. Es ist somit nicht nötig die Schenkel 30, 31 ungünstig für die Kraftverteilung zu verlängern. Die Verteilung der Stellkraft 93 auf die ersten Gelenke 40 können durch Verwendung eines Verbindungselements 55 (siehe 1 und 2) weiter verbessert werden.
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Das vierte Gelenk 46 wird insbesondere entlang der Verschiebungsrichtung 90 geführt. Die Führung kann auch über das Führungselement 84 und den Mitnehmer 84 erfolgen.
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In 6 ist ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel gezeigt. Der Aktor des Stellelements 50 ist als elektrische Maschine 60, insbesondere als Motor 60, vorzugsweise als Elektromotor 60 ausgebildet. Im Folgenden wird die elektrische Maschine 60 als Motor 60 bezeichnet. Die Funktionsweise des Ventilmittels 15 und des Auslöseelements 20 wurden bereits zuvor erläutert.
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Der Motor 60 weist einen Stator 66 und einen Rotor 67 auf. Der Stator 66 des Motors 60 weist mindestens eine Phase auf, die wiederum mindestens eine Spule, insbesondere eine Wicklung (nicht eingezeichnet) umfasst. Der Stator 66 umfasst beliebig viele Phasen, mit beliebig vielen Spulen, die beliebig viele Wicklungen aufweisen. Die Wicklungen werden abhängig von der Position und der gewünschten Drehungsrichtung, Drehgeschwindigkeit sowie der Drehleistung über eine elektrische Schaltung (nicht eingezeichnet) oder einen mechanischen Kommutator, insbesondere bei einem Bürstenmotor bestromt.
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Bei einem elektrisch kommutierten Motor 60 weist der Stator 66 insbesondere drei Phasen auf, die jeweils mindestens eine Spule mit mindestens einer Wicklung umfassen. Die Wicklungen der Phasen erzeugen aufgrund eines Stromflusses ein Magnetfeld. Das Magnetfeld wiederum führt zu einer Kraft auf den Rotor 67, die zu einer Drehung des Rotors 67 führt. Die elektrische Schaltung ist abhängig von der Anzahl der Phasen, der Art der Verschaltung der Phasen (Stern- oder Dreiecksverschaltung), der gewünschten Funktionalität als Brückenschaltung, Inverterschaltung oder Schaltung zur Erzeugung eines Mehrphasensystems mit einem, zwei, vier, sechs usw. Leistungshalbleiter, insbesondere einer Schaltung zur Ansteuerung eines drei phasigen EC-Motors, ausgebildet.
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Der Motor 60 weist eine Welle 68 auf. Der Rotor 67 ist drehfest mit der Welle 68 verbunden. Der Rotor 67 ist gegenüber dem Stator 66 drehbar gelagert. Der Rotor 67 weist mindestens ein Element auf, wobei das Element beispielsweise aus einem ferromagnetischem, einem magnetischen Material, einem Material, welches magnetische Eigenschaften hat oder aus einem Kunststoff in dem ferromagnetischen oder magnetischen Elemente, insbesondere Magnete eingespritzt sind, besteht. Die magnetischen oder mit einem Magnetfeld zusammenwirkenden Elemente sind somit von einem Kunststoff umspritzt. Der Rotor 67 und die Welle 68 wirken auf einen Wandler 69. Der Wandler 69 wandelt die Rotationsbewegung des Motors 60 in eine translatorische Bewegung um. Der Wandler 69 umfasst insbesondere eine Spindel 62, vorzugsweise eine Gewindespindel 62 und eine Spindelmutter 63. Die Gewindespindel 62 besteht aus einer Gewindestange, auf die ein Außengewinde aufgebracht ist. Das Außengewinde ist insbesondere als Trapez- oder Flachgewinde ausgebildet. Die Spindelmutter 63 weist als Gewinde ein Innengewinde auf. Das Gewinde der Spindelmutter 63 und das Gewinde der Gewindestange 62 wirken zusammen, bzw. greifen ineinander ein. Der Wandler 69 wirkt mit dem Verbindungselement 55 und der Welle 68 des Motors 60 zusammen. Insbesondere ist die Welle 68 des Motors 60 drehfest mit der Gewindespindel 62 verbunden. Die Welle 68 des Motors 60 und die Gewindespindel 62 können auch einteilig ausgebildet sein. Das Gewinde der Spindel 62 kann somit direkt an die Welle 68 angebracht sein. Die Spindelmutter 63 ist mit dem Verbindungselement 55 drehfest verbunden. Die Rotationsbewegung des Motors 60 wird durch den Wandler 69 in eine translatorische, insbesondere lineare Bewegung des Verbindungselements 55. Der Aktor, insbesondere der Motor 60 bewegt, insbesondere verschiebt das Ventilmittel 20 gegenüber dem Ventilsitz 10.
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In 7 ist ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Auslöseelements 20 aufgeführt. Das Auslöseelement 20 weist gemäß 7 drei Kniehebel 25, 26, 27 auf. Es sind auch nur zwei Kniehebel 25, 26 oder mehr Kniehebel möglich. Die drei Kniehebel 25, 26, 27 weisen jeweils mindestens zwei Schenkel 30, 31 auf, die über ein erstes Gelenk 40 miteinander verbunden sind. Die ersten Gelenke 40 sind linear beweglich, und drehbar mit dem ersten Verbindungselement 55 verbunden. Bei drei Kniehebel 25, 26, 27 wirken insbesondere drei erste Gelenke 40 mit dem Verbindungselement 55 zusammen. Das erste Verbindungselement 55 weist eine Führungsnut 56 auf. In der Führungsnut 56 werden die ersten Gelenke 40 der Kniehebel 25, 26, 27 linear geführt. Die Kniehebel 25, 26, 27 sind seriell zueinander angeordnet. Der erste Kniehebel 25 ist über ein zweites Gelenk 42 mit dem zweiten Kniehebel 26 drehbar verbunden. Der zweite Kniehebel 26 ist über ein weiteres zweites Gelenk 42 mit dem dritten Kniehebel 27 drehbar verbunden. Die Kniehebel 25, 26, 27 sind über zwei zweite Gelenke 42 miteinander drehbar verbunden. Weiter weist einer der Kniehebel 25, 26, 27, insbesondere der dritte Kniehebel 27 ein viertes Gelenk 46 auf. Das vierte Gelenk 46 verbindet das Auslöseelement mit dem Ventilmittel 15. Wobei das Ventilmittel einen Mitnehmer 82 aufweist. Und der Mitnehmer in einem Führungselement 84 geführt wird.
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Zusätzlich weist das Auslöseelement 20 ein zweites Verbindungselement 57 auf. Die zweiten Gelenke 42 sind linear beweglich, und drehbar mit dem zweiten Verbindungselement 57 verbunden. Das zweite Verbindungselement 57 weist eine zweite Führungsnut 58 auf. In der zweiten Führungsnut 58 werden die zweiten Gelenke 42 linear beweglich und drehbar geführt.
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Einer der Kniehebel 25, 26, 27, insbesondere der erste Kniehebel 25 ist drehbar mit dem Gehäuse 5 verbunden. Die Verbindungselement 55, 57 sind gegenüber dem Gehäuse 5 linear beweglich angeordnet. Werden die beiden Verbindungselement 55, 57 aufeinander zubewegt, so wird das Ventilmittel 15 linear von den Verbindungselementen 55, 57 wegbewegt. Die Führung des Ventilmittels 15 erfolgt über das Führungselement 84. Die Verbindungselement 55, 57 können durch beliebig viele Stellelement bewegt werden. Insbesondere wirkt entsprechend ein weiteres Stellelement 51 auf das zweite Verbindungselement 57, wie das zuvor beschriebene erste Stellelement 50 wirkt auf das erste Verbindungselement 55. Auf das erste Verbindungselement 55 wirkt das erste Stellelement 50 mit einer ersten Stellkraft 93. Auf das zweite Verbindungselement 57 wirkt ein zweites Stellelement 51 mit einer zweiten Stellkraft 95. Insbesondere kann die zweite Stellkraft auch von einem Gehäuse 5 ausgeübt werden. Sie wirkt dann der ersten Stellkraft 93 nur entgegen.
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Die Bewegung der Verbindungselemente 55, 57 hat eine lineare Bewegung des Ventilmittels 15 zur Folge. Das Führungselement 84 und das dritte Gelenk 44, welches drehbar an dem Gehäuse angelenkt ist, führen das Ventilmittel 15.
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Gemäß einer weiteren Variation der Erfindung ist das erste Verbindungselement 55 oder das zweite Verbindungselement 57 über mindestens ein elastisches Element, insbesondere eine Feder mit dem Gehäuse 5 verbunden.
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Gemäß einer Variation der Erfindung ist das Verbindungselement 55 als Anker 75 ausgebildet. Die Kraft durch das magnetische Feld des Spulenträgers 74 wirkt direkt auf das Verbindungselement 55. Somit ist der Bauraum weiter verkleinert. Das Stellelement 50 wird hier insbesondere im Bereich des Verbindungselements 55 angeordnet. Der Spulenkörper 74 des Stellelements 50 wird innerhalb des Gehäuses 5 angeordnet.
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Gemäß einer Variation der Erfindung ist das vierte Gelenk 46 und das erste Gelenk 40 eines der Kniehebel 25, 26 als ein Gelenk ausgebildet, das den ersten Schenkel 30 des Kniehebels mit dem Mitnehmer 82 bzw. dem Ventilmittel 15 verbindet.
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Gemäß einer Variation der Erfindung ist das Ventil 1 als Schieberventil, insbesondere als Flachschieberventil ausgebildet. Das Ventilmittel 15 ist als Schieber ausgebildet, der mit dem Ventilsitz zusammenwirkt. Der Schieber ist gegenüber dem Ventilsitz beweglich, insbesondere verschiebbar gelagert. Der Ventilsitz kann auch als Führung für den Schieber dienen. Der Schieber und der Ventilsitz weisen Öffnungen auf. Abhängig von der Stellung des Schiebers gegenüber dem Ventilsitz, bzw. der Öffnungen des Schiebers zu den Öffnungen des Ventilsitzes wird mindestens ein Durchströmungskanal freigeben, bzw. gebildet. Die Durchströmung wird abhängig von der Stellung des Schiebers zu dem Ventilsitz geregelt, bzw. reguliert, insbesodnere freigegeben oder gesperrt.
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Gemäß einer Variation der Erfindung ist die Schiene 80 als zweites Verbindungselement 57 ausgebildet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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