DE102014219289A1

DE102014219289A1 - Ventil

Info

Publication number: DE102014219289A1
Application number: DE102014219289.7A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Atschreiter; Hannes Hofstetter
Original assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Current assignee: Hanon Systems EFP Deutschland GmbH
Priority date: 2014-09-24
Filing date: 2014-09-24
Publication date: 2016-03-24
Also published as: WO2016046057A1

Abstract

Beschrieben wird ein Ventil zur Steuerung eines Fluids, vorzugsweise eines Kühlmittels einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, mit einem zylinderförmigen und drehbar in einem Ventilgehäuse gelagerten Ventilkörper (VK), der in seinem Außenumfang eine Öffnung (Ö1) zur Steuerung des Fluids durch einen Kanal im Ventilgehäuse aufweist, wobei der Ventilkörper (VK) einen Lagerring aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ventil zum Einsatz in einer Kühlmittelströmung einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, mit einem zylinderförmigen und drehbar in einem Ventilgehäuse gelagerten Ventilkörper, der in seinem Außenumfang mindestens eine Öffnung zur Steuerung des Kühlmittels durch einen Kanal im Ventilgehäuse aufweist.
Derartige Ventile können zur Steuerung des Kühlmittelstroms einer Brennkraftmaschine zum Einsatz kommen, um im Fluidkreislauf je nach Lastfall eine optimale Kühlmitteltemperatur zu gewährleisten. Im Falle eines Fehlers wie beispielsweise einer fehlerhaften Ansteuerung des Ventils, dem Ausfall des Ventilaktuators kann es jedoch zu einem unerwünschten Temperaturanstieg des Kühlmittels und damit zu kritischen Zuständen kommen, durch die die Brennkraftmaschine beschädigt werden kann. Um solch einem Fehlerfall vorzubeugen, bei dem die Kühlmitteltemperatur in unerwünschter Weise über eine vorbestimmte Temperatur ansteigt, weist das in der DE 10 2012 208 652 B3 beschriebene Ventil einen Fail-Safe-Mechanismus auf, der im Fehlerfall bewirkt, dass der Ventilkörper in eine vorbestimmte Position bewegt wird, in der der Kühlmittelstrom durch das Ventil maximal ist, um so Überhitzungszuständen im Kühlkreislauf entgegenzuwirken.
Zusätzlich zu den bereits angesprochenen Problemen sind Ventile anfällig für Verunreinigungen und ein Steckenbleiben des Ventils führt ebenfalls zum Ausfall des Kühlsystems. Oft finden Ventile mit einem zylindrischen Ventilkörper Verwendung in Kühlsystemen wie beispielsweise in der noch unveröffentlichten DE 10 2013 215 971 beschrieben. Der rotationssymmetrische Ventilkörper ist dabei drehbar um die Zylinderachse in einem Ventilgehäuse gelagert, welches Zu- und Abflusskanäle aufweist. Durch Öffnungen im Außenbereich des Zylinders wird die Kühlflüssigkeit gesteuert, wobei die Flussmenge durch Verdrehen des Ventilkörpers reguliert wird. Die mit den Öffnungen im Außenbereich des Ventilkörpers zusammenwirkenden Kanäle sind mittels Dichtbuchsen gedichtet, welche auf dem Zylinder, dem Außenumfang gleiten. Um eine ausreichende Dichtfunktion insbesondere bei jeder Stellung des Zylinders zu gewährleisten, ist ein entsprechend hoher Anpressdruck der Buchse nötig. Dies bewirkt entsprechend hohe Verstellkräfte des Ventilkörpers.
Es liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Ventil in gegenüber den bekannten Lösungen verbesserter Form bereitzustellen.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch ein Ventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Gemäß der Erfindung ist ein Ventil vorgesehen, welches einen in einem Ventilgehäuse drehbar gelagerten, als Zylinder gestalteten Ventilkörper mit einem Durchlass in seinem Inneren und einer Öffnung im zylindrischen Außenbereich aufweist, wobei in ein Lagerring auslassseitig vorhanden ist.
Die Verwendung eines Lagerrings erlaubt einen optimierte Ausgestaltung der Lagerstelle und ein definiertes Umspülen der Lagerung, so dass es nicht zum Festsetzen von Verunreinigungen kommt.
Durch die Ausgestaltung von Ventilkörper und Lagerring werden Verunreinigungen gezielt aus dem Ventil gespült und setzen sich nicht an der Lagerung im Ventilgehäuse fest.
Durch die Kombination des Lagerrings mit einer Umfangs- bzw. Radiusreduktion, die exzenterförmig verlaufende Nut ergibt sich eine von der Ventilkörperstellung abhängige Reduktion der Anpresskraft gegen eine Dichtbuchse, was insgesamt eine Verbesserung im Verstellverhalten, der bei der Verstellung aufzubringenden Kräfte, Momente bedeutet.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Bereich, die Ausnehmung, die Nut mit der unterhalb des Zylinderradius verlaufender Außenwand exzenterförmig gestaltet, wobei der exzenterförmige Bereich, der Abstand von der Zylinderachse vom Zylinderradius ausgehend abnimmt, im Bereich der Öffnung seinen kleinsten Wert aufweist und daraufhin wieder exzentrisch bis zum Zylinderradius zunimmt.
Bevorzugt ist der der Öffnung zugeordnete reduzierte Bereich der Öffnung als ein exzenterförmig zur Zylinderachse verlaufender Streifen ausgebildet, der am Außenumfang des Ventilkörpers in Umfangsrichtung orientiert ist. Die Breite des reduzierten Bereiches, der Nut ist größer als die Breite der Öffnung. Die Breite des Streifens, der Nut ist an die Breite der Dichtbuchse angepasst.
Beschreibung der Erfindung
Des Weiteren erfolgt die Erläuterung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung an Hand der Zeichnungen.
Es zeigt 1 eine Ansicht des Ventilkörpers
2 einen Schnitt durch den Ventilkörper
3 zeigt den Ventilkörper mit Dichtungsbuchse
4 einen Schnitt durch Ventilkörper mit Dichtungsbuchse.
5 Schnitt durch den Ventilkörper VK
6 Ventilkörper mit einem Lagerring
7a und 7b zeigen einen Schnitt senkrecht zur Zylinderachse
1 zeigt in perspektivischer Ansicht einen zylinderförmigen Ventilkörper VK eines Thermoventils, das in einem nicht dargestellten zylindrischen Ventilgehäuse VG drehbar gelagert ist. Der Ventilkörper VK ist in an sich bekannter Weise gestaltet und weist in seinem Inneren einen Durchlass D auf. Auf dem Außenumfang AU ist eine Öffnung Ö1 angeordnet, welche mit einem Kanal in dem nicht dargestellten, den Ventilkörper VK aufnehmendem Ventilgehäuse VG zusammenwirkt. Der Kanal mündet mit einer am Außenumfang des Ventilkörpers VK anliegenden, gleitenden Buchse an dem Ventilkörper VK. In 1 ist eine weitere Öffnung Ö2 dargestellt, welche herkömmlich gestaltet ist, somit keine erfindungsgemäße Ausnehmung aufweist. Die Öffnungen Ö1 und Ö2 sind Einlassdurchgänge, wobei der Auslass AL in Richtung des Durchlasses D angeordnet ist.
Der Außenumfang AU des Ventilkörpers VK weist im Bereich um die Öffnung Ö1in einer vorteilhaften Ausgestaltung eine als exzentrisch verlaufende Ausnehmung gestaltete Nut U auf. Die Nut U reduziert die Materialdicke des Ventilkörpers VK um die Öffnung Ö1 herum, so dass der Außenumfang AU des Ventilkörpers im Bereich der Nut kleiner ist, während der Innenumfang IU gleich bleibt. Die streifenförmige Nut U verläuft exzentrisch zur Zylinderachse Z, so dass der Abstand a zur Zylinderachse Z vom Zylinderradius abnimmt, im Bereich der Öffnung Ö1 den geringsten Wert aufweist und anschließend wieder bis zum Zylinderradius r_Z zunimmt.
2 zeigt einen Schnitt durch den Ventilkörper VK, und zwar mittig in Richtung der Zylinderachse. Dargestellt ist, dass die Nut U eine Breite größer als die Breite der Öffnung Ö1 aufweist, derart, dass beidseitig der Öffnung Ö1 je ein kreisförmig gebogener Bereich B1, B2 gleicher Dicke liegt.
3 ist eine Ansicht des Ventilkörpers VK mit Dichtungsbuchse DB und Vorspannfeder F zum Anpressen der Dichtungsbuchse an die Öffnung Ö1. 4 zeigt den Ventilkörper im Bereich der Öffnung Ö1, wobei die Schnittebene hier senkrecht zur Zylinderachse verläuft. Erkennbar ist die beidseitig der Öffnung Ö1 exzentrisch ausgeführte Reduzierung der Zylinderwand. Die Dichtungsbuchse DB sitzt in der Nut U, erstreckt sich aber nicht bis zur Begrenzung der Bereiche B1 und B2 sondern hat einen Durchmesser d, der geringer als die Breite b der Nut U ist. Die Dichtungsbuchse DB ist ein Hohlzylinder dessen auf der Nut aufliegende Fläche dem Verlauf der Nut angepasst ist.
Die Vorspannfeder F sitzt auf einem Sitz S der Dichtungsbuchse DB auf. Die Anpresskraft auf das Ventil ist durch die Nut steuerbar und damit wird eine Verringerung des Leistungsbedarfs des Ventils erzielt.
5 ist ein weiterer Schnitt durch den Ventilkörper VK im Bereich der Öffnung Ö1 – die Schnittebene verläuft hier senkrecht zur Zylinderachse. Erkennbar ist die beidseitig der Öffnung Ö1 exzentrisch ausgeführte Reduzierung der Zylinderwand.
6 zeigt den Ventilkörper mit einem Lagerring LR. In dieser Ausführungsform ist der Lagerring als separates Bauteil ausgebildet. Der Lagerring LR wird auf der Auslassseite des Ventilkörpers VK angebracht, die gegen das zylindrische Ventilgehäuse VG gedrückt wird. Der Lagerring LR weist eine Ringstärke S1 auf und zeigt nasenförmige Ausbildungen N, die sich radial nach innen in Richtung Zylinderachse erstrecken. Die nasenförmigen Ausbildungen haben eine im Verhältnis zur Ringstärke S1 geringere Materialstärke S2.
Der Ventilkörper VK weist entlang seines Außenumfangs AU und entlang der Zylinderkante ZK Ausnehmungen AS auf, deren Lage entlang des Außenumfangs der Positionen der Nasen des Lagerrings LR entsprechen. Die Tiefe der Ausnehmungen AS ist dabei größer als die Materialdicke S2 der Nasen des Lagerrings.
7a zeigt einen Schnitt senkrecht zur Zylinderachse im Bereich der Zylinderkante ZK, bei dem der Lagerring auf dem Ventilkörper montiert, aufgesteckt ist. Im oberen Bereich ist der Ventilkörper VK zu erkennen, der über den aufgebrachten Lagerring LR dichtend am Ventilgehäuse anliegt.
Hier kann keine Kühlflüssigkeit vom Inneren des Ventilgehäuses zum Auslass fließen. Anders sieht das im Bereich der Ausnehmungen AS am Umfang des Ventilkörpers aus, wie es im unteren Bereich der Figur dargestellt ist. Die Ausnehmung AS wird von der nasenförmigen Ausbildung N nicht dichtend verschlossen und ein Kühlmittelstrom fließt zwischen Ventilkörper und Ventilgehäuse durch die Ausnehmung des Ventilkörpers.
Das heißt aber auch, dass die nasenförmigen Ausbildung N sich nicht entlang der gesamten Tiefe der Ausnehmung erstreckt. Dadurch sind taschenartige Segmente definiert, die die Umspülung der Lagerstelle ermöglichen.
In einer weiteren alternativen Ausbildungsform ist der Lagerring LR als Teil des Ventilgehäuses ausgebildet. In 7b ist als schematisch dargestellt. Dabei dient das Ventilgehäuse dazu eine Lagersituation bereitzustellen und bildet zusammen mit dem Ventilkörper taschenartige Segmente analog zur Ausführung mir einem separaten Lagerring aus. Diese einstückige Lösung mir einem integrierten Lagerring ist besonders kostengünstig herstellbar und einfacher für die Montage des Ventils. Die Ausgestaltung des Ventilgehäuses im Bereich der Lagerung erfolgt analog zum separaten Lagerring.
In der 6 sind beispielhaft drei nasenförmigen Ausbildungen und Ausnehmungen dargestellt. Zur optimalen Beeinflussung des Kühlmittelstroms entlang der dichtenden Flächen sind aber auch anderer Anordnungen und eine andere Anzahl an taschenförmigen Segmenten sowie eine asymmetrische Anordnung möglich.
Bezugszeichenliste

VK

Ventilkörper, Zylinder

D

Durchlass

Ö1

Öffnung

Ö2

Öffnung

U

Nut, Reduzierung, Ausnehmung

VG

Ventilgehäuse

N

nasenförmigen Ausbildung

LR

Lagerring

AU

Außenumfang

IU

Innenumfang

ZK

Zylinderkante

AS

Ausnehmung

S1

Ringstärke

S2

Stärke der nasenförmigen Ausbildung

Z

Zylinderachse

a

Abstand

r_Z

Zylinderradius innen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102012208652 B3 [0002]
DE 102013215971 [0003]

Claims

Ventil zur Steuerung eines Kühlmittels einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, mit einem zylinderförmigen und drehbar in einem Ventilgehäuse (VG) gelagerten Ventilkörper (VK), der in seinem Außenumfang mindestens eine Öffnung (Ö1) zur Steuerung des Kühlmittels durch einen Kanal im Ventilgehäuse (VG) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper auslassseitig von einem Lagerring (LR) umfasst ist.
Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerring (LR) mindestens eine nasenförmige Ausbildungen (N) zeigt.
Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerring (LR) eine Stärke (S1) aufweist, die größer ist als die Stärke (S2) der nasenförmigen Ausbildung.
Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper Ausnehmungen (AS) entlang seiner Zylinderkante (ZK) aufweist, die den nasenförmigen Ausbildungen (N) entsprechen.
Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (VK) mit dem Lagerring (LR) gegen das Ventilgehäuse abdichtend eingebaut ist.
Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelfluss zwischen Ventilkörper (VK) und Ventilgehäuse (VG) in Richtung Auslass nur über die mindestens eine Ausnehmung (AS) erfolgt.
Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Ventilkörper (VK) und den Lagerring (LR) taschenförmige Segmente gebildet sind.
Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerring (LR) integrierter Teil des Ventilgehäuses (VG) ist.
Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (VK) im Bereich der mindestens einen Öffnung (Ö1) einen Außenbereich (U) aufweist, der einen geringeren Außenumfang (AU) als der Ventilkörper aufweist.
Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der unterhalb des Radius des Zylinders (VK) verlaufende Außenbereich (U) stetig vom Zylinderradius zu einem tiefsten Wert übergeht.
Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (Ö1) in dem am weitesten unterhalb des Zylinderradius liegenden Außenbereich (U) angeordnet ist.
Ventil wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der unterhalb des Zylinderradius liegende Außenbereich als eine Nut (U) ausgebildet ist, welche sich am Zylindermantel in Umfangsrichtung erstreckt.
Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (U) sich in Umfangsrichtung des Zylinders (VK) beidseitig der Öffnung (Ö1) erstreckt.
Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (U) einen exzentrisch zur Zylinderachse verlaufenden Radiusverlauf aufweist, beginnend mit dem Zylinderradius.
Ventil einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (U) eine Breite größer als die Breite der Öffnung (Ö1) aufweist, derart, dass beidseitig der Öffnung (Ö1) ein ebener Bereich liegt.