DE102015217156A1

DE102015217156A1 - Ventil mit einer Sicherheitsvorrichtung

Info

Publication number: DE102015217156A1
Application number: DE102015217156.6A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Atschreiter; Hannes Hofstetter
Original assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Current assignee: Hanon Systems EFP Deutschland GmbH
Priority date: 2014-10-01
Filing date: 2015-09-08
Publication date: 2016-04-07

Abstract

Beschrieben wird ein Ventil zur Steuerung eines Kühlmittels einer Verbrennungskraftmaschine mit einer Sicherheitsvorrichtung, wobei das Ventil mit einem Ventilgehäuse (1) in ein Kühlsystem (10) eingebaut ist und mindestens einen Ein- und/oder Auslass (2) aufweist, und wobei das Ventilgehäuse (3) einen zusätzlichen Steuer-Einlass/Auslass (5) aufweist, der für die Aufnahme eines Thermoelements (4) ausgelegt und mit dem Kühlsystem (10) verbunden ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ventil mit einer Sicherheitsvorrichtung zum Einsatz in einer Kühlmittelströmung einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, wobei das Ventil gegen die Kühlmittelströmung abdichtbar ist.
Derartige Ventile können zur Steuerung des Kühlmittelstroms einer Brennkraftmaschine zum Einsatz kommen, um im Fluidkreislauf je nach Lastfall eine optimale Kühlmitteltemperatur zu gewährleisten Im Regelsystem ist es dabei von Bedeutung, dass die Dichtigkeit der einzelnen Regelkreise gewährleistet ist.
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.
Im Falle eines Fehlers wie beispielsweise einer fehlerhaften Ansteuerung des Ventils, dem Ausfall des Ventilaktuators oder dem Steckenbleiben des Ventils 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. Ein derartiger Fail-Safe-Mechanismus kann im vorliegenden Fall also auch als Rückstelleinrichtung bezeichnet werden.
Dabei ist dem in der DE 10 2012 208 652 B3 beschriebenen Ventil der Ventilkörper fest mit dem Stellaktuator verbunden, was nachteilig sein kann.
Aus der noch nicht veröffentlichten DE 10 2014 204 485 ist ein Fail- safe Mechanismus vorgeschlagen, wobei der Fail-Safe-Mechanismus und insbesondere eine rotatorisch vorgespannte Scheibe dazu dient, um den Ventilkörper in eine vorbestimmte Fail-Safe-Position zu drehen, in der der Kühlmittelstrom durch das Ventil vorzugsweise maximal ist, um so unerwünschten Überhitzungszuständen im Kühlmittelkreislauf entgegenzuwirken.
Sollte dich der Ventilkörper bei einem schweren Fehler nicht mehr verdrehen lassen, ist diese Lösung nicht wirksam.
Es liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Sicherheitsvorrichtung an einem Ventil zu schaffen, die gegenüber den bekannten Lösungen eine verbesserte Form bereitstellt.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch ein Ventil mit einer Sicherheitsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt dabei durch ein Ventil zur Steuerung eines Kühlmittels einer Verbrennungskraftmaschine mit einer Sicherheitsvorrichtung, wobei das Ventil mit einem Ventilgehäuse in ein Kühlsystem eingebaut ist und mindestens einen Ein- und/oder Auslass aufweist, und wobei das Ventilgehäuse einen zusätzlichen Steuer-Einlass/Auslass aufweist, der für die Aufnahme eines Thermoelements ausgelegt und mit dem Kühlsystem verbunden ist.
Die erfindungsgemäße Lösung gewährleistet dabei, dass eine ausreichende Motorkühlung im Fehlerfall vorliegt wobei der Mechanismus eine wiederholte Verwendung zulässt. Der einfache und robuste sowie kostengünstige Aufbau funktioniert auch bei einem Blockieren des Ventilkörpers selbst. Durch den reduzierten Platzbedarf im Vergleich zu alternativen Lösungen ist die erfindungsgemäße Lösung einfach in unterschiedlichste Kühlsysteme integrierbar.
Es ist dabei von Vorteil, dass das Gehäuse für die Sicherheitsvorrichtung ein Teil des Ventilgehäuses ist. Wird die Sicherheitsvorrichtung direkt in das Ventilgehäuse integriert, kommt die Lösung mit sehr geringem Bauraum aus.
Allerdings ist es in einer alternativen Ausführungsform ebenfalls von Vorteil, dass das Gehäuse für die Sicherheitsvorrichtung ein eigenständiges Bauteil ist. Dadurch ist die Sicherheitsvorrichtung ein jedes Ventil anbaubar, das gewisse Mindestvoraussetzungen erfüllt.
Vorteilhafterweise ist das Thermoelement mit einer Feder gegen eine Abstützung gespannt.
Es ist von Vorteil, wenn die Abstützung nicht dichtend am Ventil anliegt und wenn die Abstützung sternförmig ausgebildet ist.
Es ist von Vorteil, dass das Thermoelement einen Kolben bewegt. Über den Kolben wird die Sicherheitseinrichtung von Ventil abgehoben und gibt einen Pfad für die Strömung im Kühlsystem frei.
Vorteilhafterweise ist das Thermoelement von einem Leckagestrom umflossen, so dass die Reaktionszeit des Thermoelements auf eine erhöhte Temperatur im Kühlsystem schnell erfolgen kann.
Beschreibung der Erfindung
Des Weiteren erfolgt die Erläuterung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung an Hand der Zeichnungen.
Es zeigt 1 die Sicherheitsvorrichtung im Ruhezustand
Und 2 die Sicherheitsvorrichtung im ausgelösten Zustand
1 zeigt einen Schnitt durch einen Teil eines Kühlsystems. Der gezeigte Ausschnitt befindet sich oberhalb eines Ventil, das ein Ventilgehäuse 1 und einen nicht dargestellten Ventilkörper aufweist. Der Teil des sichtbaren Ventilgehäuses ist hier nur schematisch angedeutet. Das Ventilgehäuse 1 ist im Bereich eines Ein- oder Auslasses 2 dargestellt. Dieser Teil des Ventilgehäuses wird in der Darstellung mit 6 als Gehäuse bezeichnet. Das Gehäuse 6 beinhaltet die Sicherheitseinrichtung 20. Das Gehäuse 6 kann ein Teil des Ventilgehäuses 1 sein oder ein eigenständiges Bauteil, das mit dem Ventilgehäuse 1 verbindbar ist.
Im Gehäuse 6 ist eine Ausnehmung 7 angeordnet, die die Sicherheitseinrichtung 20 enthält. Diese besteht aus einer Feder 14, die sich gegen die Ausnehmung 7 und gegen einen Kolben 13 abgestützt. Der Kolben 13 schließt über eine Dichtung 12 mit der Ausnehmung 7 ab. Im Inneren des Kolben 13 befindet sich ein Hohlraum, in dem ein Thermoelement 4 angeordnet ist. Das Thermoelement 4 besitzt einen Stift 16, der auf eine Abstützung 8 aufsitzt. Das Thermoelement 4 mit Stift 16 wird von der Feder 14 auf die Abstützung 8 gedrückt. Das Thermoelement besitzt eine gestufte Form, wobei die Stufe 17 des Thermoelements zumindest an einer Position bündig mit einer Auskragung 18 des Kolben 13 in Verbindung steht.
Der Kolben 13 verschließt mit seinem unteren Rand entlang einer Dichtebene 9 die Sicherheitsvorrichtung 20 gegenüber dem Ventil. Die Sicherheitsvorrichtung 20 ist über einen Steuer-Einlass 5 mit dem Kühlsystem 10 verbunden. Dabei kann der Steuereinlass 5 entweder mit einem Bypass der Verbrennungskraftmaschine oder direkt an der Verbrennungskraftmaschine verbunden sein.
Über einen Fluss, dem Leckagestrom F_L steht die Sicherheitseinrichtung 20 immer in Verbindung mit dem Kühlsystem. Über den Hohlraum fließt dabei ein Leckagestrom F_L in Richtung Ventil, also in der Zeichnung von oben durch die Sicherheitseinrichtung 20 nach unten.
1 zeigt dabei den Zustand, in dem die Sicherheitseinrichtung 20 passiv ist. Die Temperatur im Kühlsystem übersteigt keinen kritischen Wert und das Thermoelement befindet sich im Ausgangszustand. Über das Ventil werden in diesem Zustand Kühlmittel-Ströme über den Einlass oder Auslass 2 gesteuert. Über die Sicherheitseinrichtung fließt nur der Leckagestrom.
In 2 ist die Sicherheitseinrichtung 20 dargestellt, nach dem das Thermoelement 4 ausgelöst wurde. Wird das Thermoelement über eine bestimmte Temperatur hinaus erwärmt, beginnt die sich auszudehnen und der Stift 15 wird aus dem Thermoelement gedrückt. Dadurch verschiebt sich der Stift 15 gegen die Abstützung 8 und schiebt das Thermoelement 4 zusammen mit dem Kolben 13 gegen die Feder 14. Das Thermoelement 4 nimmt über die Auskragung 18 den Kolben 13 in der Zeichnung nach oben mit. Dadurch hebt sich der Kolben 13 von der Dichtebene 9 ab. Die Abstützung 8 ist als spinnen- oder sternartige Struktur ausgebildet und erlaubt den Durchfluss von Kühlmittel. Damit wird ein Durchfluss vom Ventil durch die Abstützung 8 in Richtung des Auslass 2 freigegeben und umgekehrt.
Der Fluss wird auch dann ermöglicht, wenn der Ventilkörper des Ventils sich gerade in einer Position befindet, in der er keinen Durchlass ermöglichen würde. Dadurch dass die Abstützung 8 nicht dichtend am Ventilkörper anliegt, sondern einen Abstand aufweist, gibt es hier immer einen Anteil an Kühlmittel, der hier entlangströmen kann. Die Abstützung bildet aber auf der anderen ventilabseitigen Seite die Anlage für die Dichtebene 9.
Als zusätzliche Maßnahme kann der Ventilkörper im Bereich der Sicherheitseinrichtung 20 geschlitzt sein, so dass hier immer ein gewisser Leckagestrom F_L vorhanden ist.
Das Auslösen des Thermoelement erfolgt dabei maßgeblich nicht durch den Fluss durch das Ventil, der eventuell zu einem verspäteten Auslösen führen könnte, da das Ventil nachgeordnet im Kühlmittelsystem angeordnet ist. Durch den Steuereinlass 2 steht die Sicherheitseinrichtung 20 und das Thermoelement 4 direkt in Verbindung mit einem Teil des Kühlsystems, der direkter mit der Verbrennungskraftmaschine verbunden ist. Dadurch kann das Thermoelement sehr viel schneller auf eine überhöhte Temperatur im Kühlsystem reagieren. Durch die Verwendung eines Thermoelement mit expandierenden Stift ist es möglich, dass nach dem Auslösen der Sicherheitsvorrichtung das System wieder in den Ruhezustand zurückkehren kann, ohne das Bauteil ausgetauscht werden müssten. Sinkt die Temperatur wieder auf den Sollwert reduziert sich die Ausdehnung des Thermoelements und der Stift 16 wird von der Feder 14 wieder in das Gehäuse des Thermoelements 4 zurückgedrückt. Der Kolben 13 senkt sich wieder auf die Dichtebene 9 und verschließt den zusätzlichen Strömungskanal.
Die gezeigten Ausführungsformen stellen Beispiele dar, die durch den Fachmann geläufige Modifikationen ergänzt werden können.
Bezugszeichenliste

1: Ventilgehäuse
2: Ein/Ausgang
4: Thermoelement
5: Steuer-Ein/Auslass
6: Gehäuse
7: Ausnehmung
8: Abstützung
9: Dichtebene
10: Kühlsystem
11: Kolben
12: Dichtung
13: Innenraum
14: Feder
15: Ventilkörper
16: Stift
17: Stufe
18: Auskragung

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 102013215971 [0003]
DE 102012208652 B3 [0004, 0005]
DE 102014204485 [0006]

Claims

Ventil zur Steuerung eines Kühlmittels einer Verbrennungskraftmaschine mit einer Sicherheitsvorrichtung, wobei das Ventil mit einem Ventilgehäuse (1) in ein Kühlsystem (10) eingebaut ist und mindestens einen Ein- und/oder Auslass (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (3) einen zusätzlichen Steuer-Einlass/Auslass (5) aufweist, der für die Aufnahme eines Thermoelements (4) ausgelegt und mit dem Kühlsystem (10) verbunden ist.
Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (6) für die Sicherheitsvorrichtung (20) ein Teil des Ventilgehäuses ist.
Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (6) für die Sicherheitsvorrichtung (20) ein eigenständiges Bauteil ist.
Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass das Thermoelement (4) mit einer Feder (14) gegen eine Abstützung (8) gespannt ist.
Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützung (8) nicht dichtend am Ventil anliegt.
Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützung sternförmig ausgebildet ist.
Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass das Thermoelement einen Kolben (13) bewegt.
Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der bewegte Kolben einen Pfad für die Strömung freigibt.
Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass das Thermoelement (4) von einem Leckagestrom umflossen ist.