DE102015216498A1

DE102015216498A1 - Ventilanordnung

Info

Publication number: DE102015216498A1
Application number: DE102015216498.5A
Authority: DE
Inventors: Holger Fries; Ralf Lüders
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2014-08-29
Filing date: 2015-08-28
Publication date: 2016-03-03
Also published as: WO2016030505A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung (10) mit einem sich in einer Axialrichtung (L) erstreckenden Fluidzuführkanal (12), einem relativ dazu beweglich angeordneten Ventilglied (20) und einer Dichtungsanordnung (30) zur Abdichtung eines Übergangs zwischen einem Ende des Fluidzuführkanals (12) und dem Ventilglied (20). Die Dichtungsanordnung (30) weist zwei einander zumindest abschnittsweise überlappende und relativ zueinander in Axialrichtung (L) beweglich angeordnete Dichthülsenteile (32, 34) auf, die zwischen sich einen in Axialrichtung (L) verlaufenden Dichtspalt (35) aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung mit einem sich in einer Axialrichtung erstreckenden Fluidzuführkanal, einem relativ dazu beweglich angeordneten Ventilglied und einer Dichtungsanordnung zur Abdichtung eines Übergangs zwischen dem Fluidzuführkanal und dem Ventilglied, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Insbesondere ist die Ventilanordnung ein Regelventil zur Regelung eines Kühlmittelkreislaufs, wie etwa des Kühlmittelkreislaufs einer Brennkraftmaschine. Vorzugsweise ist die Ventilanordnung Teil einer drehschiebergeregelten Wasserpumpe. Weiter betrifft die Erfindung die Dichtungsanordnung einer solchen Ventilanordnung.
Herkömmliche Brennkraftmaschinen weisen regelmäßig einen oder mehrere Kühlmittelkreisläufe zur Kühlung auf, wobei das Kühlmittel bspw. durch einen ersten Kühlmittelweg mit einem Wärmetauscher oder durch einen zweiten Kühlmittelweg ohne Wärmetauscher geleitet werden kann. Zur Regelung der durch die verschiedenen Kühlmittelwege zu leitenden Kühlmittelmengen sind regelmäßig Ventilanordnungen wie etwa Drehschieberventile vorgesehen. Ventilanordnungen weisen ein verstellbares Ventilglied wie etwa einen Drehschieber auf, das in einer ersten Ventilstellung einen Durchgang zwischen dem Fluidzuführkanal und einem ersten Fluidableitkanal freigibt und in einer zweiten Ventilstellung einen Durchgang zwischen dem Fluidzuführkanal und einem zweiten Fluidableitkanal freigibt. Auch Zwischenstellungen des Ventilglieds sind möglich, bspw. um eine optimale Kühlmitteltemperatur einstellen zu können. In den jeweiligen Ventilstellungen muss dafür gesorgt werden, dass das dem Ventilglied zugewandte Ende des Fluidzuführkanals dichtend an dem Ventilglied anliegt, so dass ein Vordringen des Kühlmittels zu nicht dafür vorgesehenen Bereichen der Ventilanordnung wie etwa elektrischen Bauteilen und deren Beschädigung verhindert wird. Ferner soll in einer geschlossenen Ventilstellung kein Kühlmittel von dem Fluidzuführkanal an dem Ventilglied vorbei weiter in die Ventilanordnung vordringen können und umgekehrt. Zu diesem Zweck ist regelmäßig eine zwischen dem beweglichen Ventilglied und dem Ende des Fluidzuführwegs wirkende Dichtungsanordnung vorgesehen.
Eine solche herkömmliche Ventilanordnung 110 ist beispielhaft in 5 dargestellt. Durch eine Dichtungsanordnung 130 werden Leckagewege zwischen dem Fluidzuführkanal 112 und dem quer dazu beweglichen Ventilglied 120 abgedichtet. Die Dichtungsanordnung 130 weist eine Dichtbuchse 155 auf, deren vorderes Ende dichtend an dem Ventilglied 120 anliegt. Die Dichtbuchse 155 wird unter der Wirkung einer Feder 140 axial an das Ventilglied angedrückt, so dass ein mit Bezugszeichen 1 bezeichneter erster Leckageweg („Bypass-Strom 1“) zwischen Ventilglied 120 und Dichtbuchse 155 abgedichtet wird. Ferner weist die Dichtungsanordnung 130 einen radial verpressten Dichtring 145 auf, der radial außen an der Dichtbuchse 155 anliegt. Der Dichtring 145 wirkt zwischen einer Innenwand des Fluidzuführkanals 112 und einer Außenwand der Dichtbuchse 155, so dass ein mit Bezugszeichen 2 bezeichneter zweiter Leckageweg („Bypass-Strom 2“) zwischen Ventilglied 120 und Dichtbuchse 155 abgedichtet wird. Die Dichtungsanordnung stellt somit eine „Brücke“ zwischen dem Fluidzuführkanal und dem Ventilglied dar.
Ähnliche Ventilanordnungen sind in den Druckschriften DE 10 2009 025 360 A1 , DE 10 2009 014 047 A1 , DE 10 2009 025 351 A1 und DE 10 2009 014 047 A1 beschrieben. Bei diesen Ventilanordnungen wird jeweils der erste Leckageweg 1 durch ein axiales Andrücken einer Dichtbuchse an das Ventilglied und der zweite Leckageweg 2 durch ein außen an der Dichtbuchse angebrachtes bzw. ausgehend von der Dichtbuchse radial nach außen vorstehendes zweites Dichtelement abgedichtet. In der Druckschrift US 5,211,686 wird der zweite Leckageweg durch mehrere radial wirkende Dichtungselemente abgedichtet. Gemäß der Druckschrift US 3,114,386 wird der erste und der zweite Leckageweg durch ein radial und axial wirkendes Dichtungselement abgedichtet.
Es hat sich allerdings herausgestellt, dass diese herkömmlichen Dichtanordnungen regelmäßig nicht optimal an dem Ventilglied anliegen, was zu einem erhöhten Bypass-Strom 1 führen kann. Aus diesem Grund wurde versucht, mit stärkeren Federn 140 zu arbeiten. Dies führt allerdings zu einer stärkeren Bauteilbelastung und einem erhöhten Antriebsmoment zum Verstellen des Ventilglieds.
In Anbetracht der beschriebenen Probleme liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine einfach montierbare Ventilanordnung bereitzustellen, die den Übergang zwischen dem Fluidzuführkanal und dem Ventilglied jederzeit optimal abdichtet, ohne die beteiligten Bauteile stark zu beanspruchen. Insbesondere sollen Rundlauf-Fehler bei der Bewegung des Ventilglieds relativ zu dem Fluidzuführkanal kompensiert werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Ventilanordnung der o.g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Eine Dichtungsanordnung für eine erfindungsgemäße Ventilanordnung ist in Anspruch 12 beschrieben.
Die Dichtungsanordnung der erfindungsgemäßen Ventilanordnung weist zwei einander zumindest abschnittsweise überlappende und relativ zueinander in axialer Richtung beweglich angeordnete Dichthülsenteile auf, die zwischen sich einen in Axialrichtung verlaufenden Dichtspalt aufweisen. Der Dichtspalt ist bevorzugt zwischen einer Innenwand des einen Dichthülsenteils und einer Außenwand des anderen Dichthülsenteil dort gebildet, wo die beiden Dichthülsenteile überlappen. Dabei kann die vorzugsweise zylindrische, insbesondere kreiszylindrische, Innenwand des einen Dichthülsenteils dichtend eng an der vorzugsweise zylindrischen, insbesondere kreiszylindrischen Außenwand des anderen Dichthülsenteils anliegen, ohne dass radial wirkende Dichtungselemente wie etwa O-Ringe im Dichtspalt erforderlich sind, um den Dichtspalt abzudichten. Vorzugsweise entspricht der Außendurchmesser des einen Dichthülsenteils dem Innendurchmesser des damit überlappenden anderen Dichthülsenteils, so dass die Dichthülsenteile einander im Dichtspalt spielfrei bzw. mit Minimalspiel überlappen. In diesem Fall können O-Ringe und andere radial wirkende Dichtelemente im Dichtspalt bzw. die Dichtungsanordnung umlaufende Dichtelemente entfallen.
Mit anderen Worten ist das zumindest abschnittsweise rohrförmige erste Dichthülsenteil zumindest teilweise in das zumindest abschnittsweise rohrförmige zweite Dichthülsenteil eingeschoben und diesem gegenüber verschieblich, so dass der Anlagebereich der beiden Dichthülsenteile den sich in axialer Richtung erstreckenden, ringförmigen Dichtspalt bildet. Unter einem Dichtspalt kann ein spaltförmiger Dichtungsbereich verstanden werden, in dem eine vorzugsweise zylindrische Fläche des ersten Dichthülsenteils dichtend an einer vorzugsweise zylindrischen Fläche des zweiten Dichthülsenteils anliegt. Vorzugsweise sind zumindest ein Dichthülsenteil, bevorzugt beide Dichthülsenteile, wiederum gegenüber der Innenwand des Fluidzuführkanals in Axialrichtung beweglich.
Die Erfindung geht auf die Erkenntnis zurück, dass die bei herkömmlichen Ventilanordnungen unzureichende Anlage der Dichtungsanordnung an dem Ventilglied darauf zurückzuführen ist, dass der radial vorgespannte Dichtring die axiale Beweglichkeit der Dichtbuchse beeinträchtigt, die jedoch erforderlich ist, um Form- und Lageabweichungen im System zu kompensieren. Dies kann zu einer Leckage zwischen Dichtbuchse und Ventilglied führen. Erfindungsgemäß kann dagegen auf eine radial wirkende Dichtung zwischen der Innenwand des Fluidzuführkanals und dem Dichthülsenteil verzichtet werden, da die Aufgabe der (radialen) Abdichtung des zweiten Leckagewegs 2 durch den Dichtspalt bzw. die Spaltdichtung zwischen den beiden Dichthülsenteilen erfüllt wird. Eine radiale Abdichtung hin zur Innenwand des Fluidzuführkanals, die die axiale Beweglichkeit der Dichthülsenteile beeinträchtigen könnte, entfällt also erfindungsgemäß. Vorzugsweise ist der Dichtspalt in Form einer „posaunenartigen“ Spaltdichtung ausgebildet und je nach gegenseitiger axialer Lage der beiden Dichthülsenteile verlängerbar und verkürzbar.
Aufgrund der durch den Wegfall des Dichtungsrings erhöhten axialen Beweglichkeit der Dichthülsenteile kann ferner der wirkende Systemdruck die Anpressung des Dichthülsenteils an das Ventilglied unterstützen, was zu einer weiteren Verringerung des Bypass-Stroms 1 führt.
Vorzugsweise ist der Dichtspalt durch die dichtende Anlage einer zylindrischen Innenfläche des einen Dichthülsenteils an einer zylindrischen Außenfläche des anderen Dichthülsenteils gebildet.
Im Hinblick auf eine optimale Dichtungswirkung hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, dass das erste Dichthülsenteil zur dichtenden Anlage an dem Ventilglied eingerichtet ist und/oder das zweite Dichthülsenteil zur dichtenden Anlage an einem etwa radial verlaufenden Absatz im Fluidzuführkanal eingerichtet ist. In diesem Fall können beide axialen Enden der Dichtungsanordnung dichtend an einer Anlagefläche des Ventilglieds bzw. des Fluidzuführkanals angelegt werden. Unter einem Fluidzuführkanal wird ein von Kühlmittel durchströmbarer Gehäuseteil verstanden, über den das Kühlmittel zu dem Ventilglied hin oder von dem Ventilglied weg leitbar ist.
Die Dichtwirkung kann weiter verbessert werden, indem die beiden Dichthülsenteile durch die Wirkung eines Vorspannelements in Axialrichtung auseinandergedrängt bzw. voneinander weg gedrängt werden. Aufgrund des Wegfalls der radial wirkenden Dichtung zwischen dem Fluidzuführkanal und dem Dichthülsenteil genügt dabei ein Federelement mit einer vergleichsweise geringen Federkraft zum Bereitstellen einer zufriedenstellenden Anpresskraft der Dichthülsenteile an die jeweiligen Anlagefläche von Ventilglied bzw. Fluidzuführkanal.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das erste Dichthülsenteil durch die Wirkung des Vorspannelements zur axialen Abdichtung gegen eine Anlagefläche des Ventilglieds gedrängt und/oder das zweite Dichthülsenteil wird durch die Wirkung des Vorspannelements zur axialen Abdichtung gegen den etwa radial verlaufenden Absatz des Fluidzuführkanals gedrängt. Die beiden Dichthülsenteile werden dabei durch das schwach dimensionierte Vorspannelement nur vergleichsweise geringfügig belastet, und das Ventilglied kann aufgrund der geringen Druckkraft des Vorspannelements mit einem kleineren Drehschieber-Motor als üblich verstellt werden. Mit anderen Worten werden die beiden Dichthülsenteile über das Vorspannelement zwischen dem Fluidzuführkanal und dem Ventilglied gespannt.
Das Vorspannelement weist vorzugsweise ein Federelement wie etwa eine Stahlfeder, Ringfeder, Schraubenfeder, Wellringfeder, ein elastisches Balgelement, ein Spannelement aus einem elastischen Material o.dgl. auf. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Vorspannelement in Form einer Wellringfeder, insbesondere aus Edelstahl gebildet.
Zur Erhöhung der Wirksamkeit sowie zur geschützten Anordnung des Vorspannelements hat es sich als zweckmäßig erwiesen, dieses in einem zwischen einer Außenwand des zweiten Dichthülsenteils und einer Innenwand des Fluidzuführkanals gebildeten, zylinderringförmigen Zwischenraum aufzunehmen. Dabei kann das Vorspannelement zum einen an einer dem Ventilglied zugewandten radialen Anlagefläche des zweiten Dichthülsenteils und zum anderen an einer vom Ventilglied abgewandten radialen Anlagefläche des ersten Dichthülsenteils anliegen und diese beiden Anlageflächen voneinander weg drängen.
Das zweite Dichthülsenteil ist vorzugsweise als Bundhülse ausgebildet und weist einen radial nach außen vorstehenden Bundabschnitt zur Anlage an dem Absatz des Fluidzuführkanals und einen in Richtung auf das Ventilglied vorstehenden Rohrabschnitt zur dichtenden Anlage an einem Rohrabschnitt des ersten Dichthülsenteils auf. Die Bundhülse kann aus Metall oder aus Kunststoff gebildet sein.
Vorzugsweise sind zumindest die Dichtflächen der Bundhülse aus Metall gebildet. Insbesondere besteht die Bundhülse vollständig aus Metall. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform besteht die Bundhülse aus Stahl, insbesondere aus Edelstahl.
Der metallene Bundabschnitt der Bundhülse kann in diesem Fall unter Wirkung des Vorspannelements dichtend gegen den Absatz des Fluidzuführkanals gedrängt werden, und der metallene Rohrabschnitt der Bundhülse kann unter Bildung des sich axial erstreckenden Dichtspalts ebenfalls dichtend an einem vorzugsweise ebenfalls metallenen Rohrabschnitt des ersten Dichthülsenteils anliegen.
Vorzugsweise ist der Dichtspalt zwischen einer zylindrischen Innenfläche eines Rohrabschnitts des ersten Dichthülsenteils und einer dichtend daran anliegenden zylindrischen Außenfläche des Rohrabschnitts der Bundhülse gebildet. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das erste Dichthülsenteil einen metallischen Rohrabschnitt zur dichtenden Anlage an dem metallischen Rohrabschnitt des zweiten Dichthülsenteils auf. Metallische Hülsen können exakter hergestellt werden als Kunststoffhülsen, was zu einem exakt dimensionierten Dichtspalt und damit zu einer geringeren Leckage durch den Dichtspalt führt. Ferner haben die beiden Dichthülsenteile dann denselben Wärmeausdehnungskoeffizienten, was zu einer konstanten Dichtspaltbreite über alle Temperaturen führt.
Der metallische Rohrabschnitt des zweiten Dichthülsenteils kann dabei derart in den metallischen Rohrabschnitt des ersten Dichthülsenteils eingeschoben sein, dass ein Durchdringen von Fluid durch den Dichtspalt alleine durch die Anlage metallischer Dichtflächen aneinander verhindert wird. Elastomerteile wie etwa O-Ringe innerhalb des Dichtspalts können so entfallen. Hierdurch kann die axiale Beweglichkeit der beiden Dichthülsenteile relativ zueinander verbessert werden.
Alternativ kann der Dichtspalt durch zwei ineinander greifende Dichthülsenteile aus Kunststoff realisiert sein.
Eine besonders zuverlässige Abdichtung der beiden Leckagewege kann dadurch erzielt werden, dass das erste Dichthülsenteil eine dem Ventilglied zugewandte Dichtbuchse aus einem Dichtungsmaterial wie etwa einem Kunststoff und einen mit der Dichtbuchse bevorzugt formschlüssig, kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig verbundenen und dem zweiten Dichthülsenteil zugewandten Rohrabschnitt aus Metall aufweist. Der Rohrabschnitt des zweiten Dichthülsenteils kann dabei in den Rohrabschnitt des ersten Dichthülsenteils eingeschoben sein und dichtend, jedoch axial beweglich dazu, an dessen Innenfläche anliegen.
Vorzugsweise umfasst das erste Dichthülsenteil einen ausgehend von dem Rohrabschnitt des ersten Dichthülsenteils radial nach außen vorstehenden Kragen, der durch die Wirkung des Vorspannelements gegen die Dichtbuchse gedrängt wird. Auf diese Weise wird der Rohrabschnitt des ersten Dichthülsenteils dichtend mit der Dichtbuchse des ersten Dichthülsenteils verbunden. Das Vorspannelement kann in diesem Fall zwischen dem ringförmig nach außen vorstehenden Kragen des ersten Dichthülsenteils und dem ringförmig nach außen vorstehenden Bundabschnitt des zweiten Dichthülsenteils wirken und die Dichthülsenteile dadurch axial auseinanderdrängen.
Der Kragen und der Rohrabschnitt des ersten Dichthülsenteils sind vorzugsweise einstückig aus Metall wie etwa Edelstahl gebildet, und/oder die Dichtbuchse des ersten Dichthülsenteils ist vorzugsweise einstückig aus einem Dichtungsmaterial wie etwa Elastomer, Kunststoff oder Gummi gebildet. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Dichtbuchse als Spritzteil aus PVDF gebildet.
Die dem Ventilglied zugewandte Dichtbuchse des ersten Dichthülsenteils ist vorzugsweise zur dichtenden Anlage an dem Ventilglied vorgesehen. Vorzugsweise ist dazu das dem Ventilglied zugewandte Ende der Dichtbuchse an eine Form und/oder Abmessung einer Anlagefläche des Ventilglieds angepasst. Eine Dichtbuchse aus einem Dichtungsmaterial bietet den Vorteil, dass die Dichtwirkung zwischen der Dichtungsanordnung und dem Ventilglied durch das an dem Ventilglied dichtend anlegbare Dichtungsmaterial der Dichtbuchse gewährleistet ist. Auf diese Weise kann eine geringe Reibung zwischen der Dichtungsanordnung und dem Ventilglied bei einer Bewegung des Ventilglieds sichergestellt werden. Ferner bietet das Material der Dichtbuchse eine hohe Geometrietreue und ist robust gegen Kühlmittel, Temperaturen und Schmutz.
Andererseits kann der axiale Dichtspalt ausschließlich durch metallische Dichtflächen abgedichtet werden, ohne dass die axiale Beweglichkeit einschränkende, radial wirkende Dichtungselemente erforderlich sind.
Bei einer alternativen Ausführungsform ist der Rohrabschnitt des zweiten Alternativ oder zusätzlich weist das erste Dichthülsenteil eine Dichtbuchse aus einem Dichtungsmaterial wie etwa einem Kunststoff auf, deren Innendurchmesser zumindest abschnittsweise an den Außendurchmesser des zweiten Dichthülsenteils angepasst ist oder umgekehrt, so dass das zweite Dichthülsenteil unter Bildung des Dichtspalts zumindest abschnittsweise in dem ersten Dichthülsenteil aufnehmbar ist oder umgekehrt. Wenn der Dichtspalt durch zwei aneinander anliegende Kunststoffflächen gebildet ist, kann zumindest eine der Flächen strukturiert sein und bspw. umlaufende Wellen, Dichtlippen o.dgl. aufweisen.
Im Hinblick auf eine Vereinfachung von Montage und Transport der Dichtungsanordnung hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, dass die beiden Dichthülsenteile aneinander befestigbar, insbesondere miteinander verclipsbar sind. Mit anderen Worten kann die Überlappung der beiden Dichthülsenteile optional mit einem Clipverschluss kombiniert sein, so dass die Dichtungsanordnung als eine Einheit transportiert und montiert werden kann.
Die erfindungsgemäße Ventilanordnung umfasst vorzugsweise ein Regelventil und weist insbesondere ein Ventilglied in Form eines quer zu der Axialrichtung des Fluidzuführkanals verstellbaren Drehschiebers auf.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt betrifft die Erfindung eine Dichtungsanordnung einer erfindungsgemäßen Ventilanordnung. Die Dichtungsanordnung weist zwei einander zumindest abschnittsweise überlappende und relativ zueinander bewegliche Dichthülsenteile auf, die zwischen sich einen ringförmigen Dichtspalt aufweisen. Die beiden Dichthülsenteile werden durch ein zwischen zwei radialen Anlageflächen der beiden Dichthülsenteile wirkendes Vorspannelement auseinandergedrängt. Vorzugsweise ist das erste Dichthülsenteil als Dichtbuchse und das zweite Dichthülsenteil als Bundhülse realisiert. Wenn die beiden Dichthülsenteile bspw. durch eine Clipverbindung miteinander verbunden sein, kann die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung als feste Einheit gefügt werden und als Einheit transportiert und montiert werden. Die Dichtungsanordnung kann die weiteren, oben beschriebenen Merkmale einzeln oder in beliebiger Kombination aufweisen.
Vorzugsweise weist das zweite Dichthülsenteil eine Dichtbuchse aus einem Dichtungsmaterial und einen damit verbundenen Rohrabschnitt aus Metall auf, wobei der Dichtspalt zwischen einer zylindrischen Fläche des Rohrabschnitts und einer zylindrischen Fläche der Bundhülse realisiert ist. Der Rohrabschnitt kann unter der Wirkung des Vorspannelements gegen die Dichtbuchse gedrängt werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in
1 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ventilanordnung in einer Schnittansicht,
2 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung in einer Schnittansicht,
3a eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung in einer Schnittansicht,
3b eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung in einer Schnittansicht,
4a eine weitere, besonders bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ventilanordnung,
4b die in 4a dargestellte Ventilanordnung in einer Schnittansicht,
4c einen Schnitt durch die Dichtungsanordnung der in 4a gezeigten erfindungsgemäßen Ventilanordnung in einer perspektivischen Ansicht,
4d die Dichtungsanordnung der in 4a gezeigten Ventilanordnung in einer Explosionsdarstellung, und
5 eine herkömmliche Ventilanordnung in einer Schnittansicht.
In den 1 bzw. 2 ist ein Teil (der linke Teil) einer erfindungsgemäßen Ventilanordnung 10 bzw. einer erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung 30 in einer Schnittansicht dargestellt. Die Ventilanordnung 10 ist ein Regelventil mit einem Drehschieber-Ventilglied 20, das quer zu einer Strömungsrichtung eines Kühlmittels in einem zu dem Ventilglied 20 hinführenden Fluidzuführkanal 12 verstellbar ist. In einer ersten Ventilstellung des Ventilglieds 20 ist ein Fluidströmungsweg zwischen dem Fluidzuführkanal 12 und einem ersten Abführkanal (nicht gezeigt) und in einer zweiten Ventilstellung des Ventilglieds ist ein Fluidströmungsweg zwischen dem Fluidzuführkanal 12 und einem zweiten Abführkanal (nicht gezeigt) freigegeben. Die Erfindung kann jedoch auch bei anderen Ventiltypen eingesetzt werden.
Wichtig ist eine optimale Abdichtung zwischen einem Endabschnitt des Fluidzuführkanals 12 und dem Ventilglied 20. Zu diesem Zweck ist eine zur dichtenden Anlage an einer Anlagefläche 22 des Ventilglieds 20 eingerichtete Dichtungsanordnung 30 in einem Übergangsbereich zwischen dem Ventilglied 20 und dem Fluidzuführweg 12 vorgesehen. Dabei muss einerseits ein erster Leckageweg 1 in Form eines axialen Spalts zwischen der Anlagefläche 22 und der Dichtungsanordnung 30 abgedichtet werden. Zu anderen muss ein zweiter Leckageweg 2 in Form eines radialen Spalts, der zwischen der Dichtungsanordnung 30 und einer Innenwand des Fluidzuführkanals 12 verläuft, abgedichtet werden.
Zur Abdichtung des ersten Leckagewegs 1 wird das dem Ventilglied 20 zugewandte Ende eines ersten Dichthülsenteils 32 in Form einer Dichtbuchse 55 unter der Wirkung eines Vorspannelements 40 in Form einer Wellringfeder an die Anlagefläche 22 des Ventilglieds 20 gedrückt. Dieses Ende des ersten Dichthülsenteils 32 ist an die Außenkontur der Anlagefläche 22 angepasst und verläuft bei der dargestellten Ausführungsform im Wesentlichen trichterförmig. Im Hinblick auf eine optimale Abdichtung besteht die Dichtbuchse 55 des ersten Dichthülsenteils 32 aus einem Dichtungsmaterial wie etwa einem Kunststoff.
Die Dichtungsanordnung 30 weist ferner ein zweites Dichthülsenteil 34 auf, das in axialer Richtung L zumindest abschnittsweise mit dem ersten Dichthülsenteil 32 überlappt und beweglich gegenüber dem ersten Dichthülsenteil 32 eingerichtet ist. In der in 1 gezeigten Ausführungsform liegt dabei die Innenfläche eines Rohrabschnitts 54 des zweiten Dichthülsenteils 34 dichtend an einer Außenfläche eines Rohrabschnitts 39 des ersten Dichthülsenteils 32 an.
Bei der in 2 gezeigten Ausführungsform ist dagegen der Rohrabschnitt 54 des zweiten Dichthülsenteils 34 in den Rohrabschnitt 39 des ersten Dichthülsenteils 32 eingeschoben, so dass eine im Wesentlichen zylindrische Innenfläche des ersten Dichthülsenteils 32 dichtend an einer im Wesentlichen zylindrischen Außenfläche des zweiten Dichthülsenteils 34 anliegt.
Somit ist zwischen dem ersten Dichthülsenteil 32 und dem zweiten Dichthülsenteil 34 ein umlaufender und sich in axialer Richtung L erstreckender Dichtspalt 35 gebildet. Dieser Dichtspalt kann aufgrund der axialen Relativbeweglichkeit von erstem Dichthülsenteil 32 und zweitem Dichthülsenteil 34 auch als Posaunenspalt bezeichnet werden. Durch den Posaunenspalt wird der zweite Leckageweg 2 abgedichtet.
Wie besonders deutlich in den 1 und 2 dargestellt ist, ist das Vorspannelement 40 in einem Zwischenraum 15 aufgenommen, der zwischen dem zweiten Dichthülsenteil 34 und der Innenwand des Fluidzuführkanals 12 gebildet ist. Das Vorspannelement 40 drängt die beiden Dichthülsenteile 32, 34 in axialer Richtung L auseinander und liegt zu diesem Zweck an radialen Anlageflächen der beiden Dichthülsenteile 32, 34 an. Das zweite Dichthülsenteil 34 wird durch das Vorspannelement 40 gegen einen radial verlaufenden Absatz 14 gedrängt, der durch die Wand des Fluidzuführkanals 12 bzw. durch eine Gehäusewand gebildet ist. Damit werden die beiden Dichthülsenteile 32, 34 über das Vorspannelement 40 zwischen das Ventilglied 20 und das Gehäuse bzw. den Fluidzuführkanal 12 eingespannt.
Das zweite Dichthülsenteil 34 ist bei den in den 1, 2, 3a und 3b dargestellten Ausführungsformen jeweils als Bundhülse mit einem an dem Absatz 14 anliegenden Bundabschnitt 37 gebildet, der an dem vom Ventilglied 20 abgewandten Ende des zweiten Dichthülsenteils 34 ausgehend von dem zylindermantelförmigen Rohrabschnitt 54 radial nach außen vorsteht.
In der in 2 dargestellten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung 30 ist sowohl das zweite Dichthülsenteil 34 als auch das erste Dichthülsenteil 32 aus einem Kunststoff gebildet.
Bei der in den 3a und 3b dargestellten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung 30‘ ist das als Bundhülse ausgebildete zweite Dichthülsenteil 34 und ein daran anliegender Rohrabschnitt 52 des ersten Dichthülsenteils 32 aus Metall gebildet. Der Rohrabschnitt 52 des ersten Dichthülsenteils 32 ist formschlüssig (3a) und/oder kraftschlüssig (3b) mit einer aus Kunststoff gebildeten Dichtbuchse 55 verbunden, die dichtend an dem Ventilglied 20 anliegt. Der Rohrabschnitt 54 des zweiten Dichthülsenteils 34 ragt dabei in einen Zwischenraum zwischen der Bundhülse 55 und dem Rohrabschnitt 52 des ersten Dichthülsenteils 32.
Im Folgenden wird die in den 4a bis 4d gezeigte, besonders bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ventilanordnung erläutert. Soweit diese Ausführungsform den oben erläuterten Ausführungsformen entspricht, wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obige Beschreibung verwiesen.
Wie in 4a dargestellt ist, weist die Ventilanordnung ein Ventilglied 20 eines Regelventils auf, das relativ zu einem Fluidzuführkanal 20 verdrehbar angeordnet ist. Eine Klappe des Regelventils versperrt in einer ersten Ventilstellung einen Fluidströmungsweg zwischen dem Fluidzuführkanal 12 und einem Abführkanal, und gibt in einer zweiten Ventilstellung den Fluidströmungsweg 12 zwischen dem Fluidzuführkanal und dem Abführkanal frei.
Wichtig ist eine optimale Abdichtung zwischen einem Endabschnitt des Fluidzuführkanals 12 und dem Ventilglied 20 (Drehschieber) in der ersten Ventilstellung auch im Falle von möglichen Rundlauffehlern des Ventilglieds 20. Zu diesem Zweck ist die zur dichtenden Anlage an einer Anlagefläche 22 des Ventilglieds 20 eingerichtete Dichtungsanordnung 30‘‘ in einem Übergangsbereich zwischen dem Ventilglied 20 und dem Fluidzuführweg 12 vorgesehen.
Wie in den 4c und 4d gezeigt ist, weist die Dichtungsanordnung 30‘‘ ein erstes Dichthülsenteil 32 auf, das eine Dichtbuchse 250 aus einem Dichtungsmaterial wie etwa einem elastisch verformbaren Elastomermaterial und einen Rohrabschnitt 251 aus einem Metall umfasst. Ferner weist die Dichtungsanordnung 30‘‘ ein zweites Dichthülsenteil 34 auf, das als Bundhülse aus Metall gebildet ist und ebenfalls einen Rohrabschnitt 54 aufweist, der in den Rohrabschnitt 251 des ersten Dichthülsenteils hineinragt.
Das erste Dichthülsenteil 32 und das zweite Dichthülsenteil 34 sind in Axialrichtung relativ zueinander beweglich, und zwischen dem Rohrabschnitt 251 des ersten Dichthülsenteils und dem Rohrabschnitt 54 des zweiten Dichthülsenteils ist ein ein Durchdringen von Fluid verhindernder und sich in Axialrichtung erstreckender Dichtspalt gebildet.
Das als Bundhülse aus Metall (bspw. Edelstahl) gebildete zweite Dichthülsenteil 34 umfasst einen von dem Rohrabschnitt 54 radial nach außen vorstehenden Bundabschnitt 37, der durch die Wirkung eines Vorspannelements 40 dichtend gegen einen Absatz 14 des Fluidzuführkanals 12 gedrängt wird.
Ferner steht auch von dem Rohrabschnitt 251 des ersten Dichthülsenteils 32 ein Kragen ringförmig radial nach außen vor, der durch die Wirkung des Vorspannelements 40 in Axialrichtung gegen die Dichtbuchse 250 gedrängt wird. Auf diese Weise sind der Rohrabschnitt 251 und die Dichtbuchse 250 zur Bildung des ersten Dichthülsenteils 32 dichtend miteinander verbunden. Alternativ oder zusätzlich können der Rohrabschnitt 251 und die Dichtbuchse 250 auch formschlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden sein.
Damit wirkt das Vorspannelement 40 zwischen dem ringförmig nach außen vorstehenden Bundabschnitt 37 des zweiten Dichthülsenteils und dem ringförmig nach außen vorstehenden Kragen 252 des ersten Dichthülsenteils und drängt die beiden Dichthülsenteile auf diese Weise in Axialrichtung auseinander. Der Bundabschnitt 37 des zweiten Dichthülsenteils wird dichtend gegen den Absatz 14 gedrängt, und die Dichthülse 250 des ersten Dichthülsenteils 250 wird dichtend gegen das Ventilglied 20 gedrängt.
Das Vorspannelement 40 ist vorzugsweise als Wellfederring aus Edelstahl gebildet, und die Dichtbuchse 250 ist vorzugsweise als gespritzes Formteil aus PVDF gebildet. Dagegen sind vorzugsweise die beiden den Dichtspalt zwischen sich ausbildenden und einander in Axialrichtung überlappenden Rohrabschnitte 54 und 251 aus Metall, insbesondere aus Edelstahl gebildet. Aufgrund desselben Ausdehnungskoeffizienten der beiden aus demselben Metall bestehenden Rohrabschnitte 54, 251 dichtet der somit konstant bleibende Dichtspalt auch bei Wärmeschwankungen zuverlässig unter Aufrechterhaltung der axialen Relativbeweglichkeit ab.
Die Dichtigkeit des Dichtspalts kann weiter verbessert werden, wenn der Rohrabschnitt 54 des zweiten Dichthülsenteils in Axialrichtung über mehr als 5 mm, insbesondere über mehr als 1 cm in den Rohrabschnitt 251 des zweiten Dichthülsenteil hineinragt.
Wie besonders deutlich in 4b dargestellt ist, wird die Dichtbuchse 250 nicht nur durch die Wirkung der Kraft des Vorspannelements 40, sondern auch durch den Systemdruck im Fluidzuführkanal 12 gegen die Anlagefläche 22 des Ventilglieds 20 gedrängt.
Die Dichtungsanordnung weist keinen in radialer Richtung wirkenden Dichtring, O-Ring o.dgl. auf, der die axiale Beweglichkeit der Dichthülsenteile einschränken könnte.
Die beiden Dichthülsenteile können über eine Clipsmechanik miteinander verbindbar sein und sind dann als Einheit transportierbar und montierbar.
Bezugszeichenliste

1: Leckageweg 1
2: Leckageweg 2
10: Ventilanordnung
12: Fluidzuführkanal
14: Absatz
15: Zwischenraum
20: Ventilglied
22: Anlagefläche des Ventilglieds
30, 30‘, 30‘‘: Dichtungsanordnung
32: erstes Dichthülsenteil
34: zweites Dichthülsenteil
35: Dichtspalt
37: Bundabschnitt
39: Rohrabschnitt des ersten Dichthülstenteils
40: Vorspannelement
52: Rohrabschnitt des ersten Dichthülsenteils
54: Rohrabschnitt des zweiten Dichthülsenteils
55: Dichtbuchse
110: Ventilanordnung
112: Fluidzuführkanal
120: Ventilglied
130: Dichtungsanordnung
140: Feder
145: Dichtring
155: Dichtbuchse
250: Dichtbuchse
251: Rohrabschnitt des zweiten Dichthülsenteils
252: Kragen des zweiten Dichthülsenteils
L: axiale Richtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009025360 A1 [0004]
DE 102009014047 A1 [0004, 0004]
DE 102009025351 A1 [0004]
US 5211686 [0004]
US 3114386 [0004]

Claims

Ventilanordnung (10), insbesondere Regelventil zur Regelung eines Kühlmittelkreislaufs einer Brennkraftmaschine, mit einem sich in einer Axialrichtung (L) erstreckenden Fluidzuführkanal (12), einem relativ dazu beweglich angeordneten Ventilglied (20) und einer Dichtungsanordnung (30) zur Abdichtung eines Übergangs zwischen einem Ende des Fluidzuführkanals (12) und dem Ventilglied (20), dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsanordnung (30) zwei einander zumindest abschnittsweise überlappende und in Axialrichtung (L) relativ zueinander beweglich angeordnete Dichthülsenteile (32, 34) aufweist, zwischen denen ein in Axialrichtung (L) verlaufender Dichtspalt (35) gebildet ist.
Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtspalt durch die dichtende Anlage einer zylindrischen Innenfläche des einen Dichthülsenteils an einer zylindrischen Außenfläche des anderen Dichthülsenteils gebildet ist.
Ventilanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Dichthülsenteil (32) zur dichtenden Anlage an dem Ventilglied (20) eingerichtet ist und/oder das zweite Dichthülsenteil (34) zur dichtenden Anlage an einem etwa radial verlaufenden Absatz (14) des Fluidzuführkanals (12) eingerichtet ist.
Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Dichthülsenteile (32, 34) durch die Wirkung eines Vorspannelements (40) wie etwa einer Wellringfeder in Axialrichtung (L) auseinandergedrängt werden.
Ventilanordnung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Dichthülsenteil (32) durch die Wirkung des Vorspannelements (40) zur axialen Abdichtung gegen eine Anlagefläche (22) des Ventilglieds (20) drängbar ist und/oder das zweite Dichthülsenteil (34) durch die Wirkung des Vorspannelements (40) zur axialen Abdichtung gegen den Absatz (14) des Fluidzuführkanals (12) drängbar ist.
Ventilanordnung nach den Ansprüchen 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorspannelement (40) bevorzugt in Form einer Feder wie etwa einer Stahlfeder oder Wellringfeder oder in Form eines Spannelements aus einem elastischen Material in einem zwischen einer Außenwand des zweiten Dichthülsenteils (34) und einer Innenwand des Fluidzuführkanals (12) gebildeten Zwischenraum (15) aufgenommen ist.
Ventilanordnung nach Anspruch 3 oder einem davon abhängigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Dichthülsenteil (34) als bevorzugt aus Metall gebildete Bundhülse mit einem radial nach außen vorstehenden Bundabschnitt (37) zur Anlage an dem Absatz (14) des Fluidzuführkanals und mit einem in Richtung auf das Ventilglied (20) vorstehenden Rohrabschnitt (54) zur dichtenden Anlage an einem bevorzugt aus Metall gebildeten Rohrabschnitt (39) des ersten Dichthülsenteils (32) gebildet ist.
Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Dichthülsenteil (32) einen bevorzugt metallischen Rohrabschnitt (52) zur dichtenden Anlage an einem bevorzugt metallischen Rohrabschnitt (54) des zweiten Dichthülsenteils (34) aufweist, bevorzugt derart, dass ein Durchdringen von Fluid durch den Dichtspalt alleine durch die Anlage metallischer Flächen aneinander verhindert ist.
Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Dichthülsenteil (32) eine dem Ventilglied zugewandte Dichtbuchse (55, 250) aus einem Dichtungsmaterial wie etwa einem Kunststoff und einen mit der Dichtbuchse (55, 250) verbundenen und dem zweiten Dichthülsenteil (34) zugewandten Rohrabschnitt (52, 251) aus Metall aufweist.
Ventilanordnung nach den Ansprüchen 4 und 9, gekennzeichnet durch einen ausgehend von dem Rohrabschnitt (251) radial nach außen vorstehenden Kragen (252), der durch die Wirkung des Vorspannelements (40) gegen die Dichtbuchse (250) gedrängt wird.
Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Dichthülsenteil (32) eine Dichtbuchse (55, 250) aus einem Dichtungsmaterial wie etwa einem Kunststoff aufweist, deren Innendurchmesser zumindest abschnittsweise an den Außendurchmesser des zweiten Dichthülsenteils (34) angepasst ist oder umgekehrt, so dass das zweite Dichthülsenteil (34) unter Bildung des Dichtspalts (35) zumindest abschnittsweise in dem ersten Dichthülsenteil (32) aufnehmbar ist oder umgekehrt.
Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Dichthülsenteile (32, 34) aneinander befestigbar, insbesondere miteinander verclipsbar sind.
Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied (20) einen quer zu der Axialrichtung (L) verstellbaren Drehschieber aufweist.
Dichtungsanordnung (30) einer Ventilanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.