DE102016116361B3

DE102016116361B3 - Steuervorrichtung für den Kühlmittelfluss in einem Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102016116361B3
Application number: DE102016116361.9A
Authority: DE
Inventors: Bernd Bareis; Markus Auer; Christian Herrmann; Nicolai Halder
Original assignee: BorgWarner Ludwigsburg GmbH
Current assignee: Thermal Management Solutions De Oberboihingen De
Priority date: 2016-05-03
Filing date: 2016-09-01
Publication date: 2017-06-29
Anticipated expiration: 2036-09-02
Also published as: CN107339455B; US20170321830A1; US10359138B2; CN107339455A

Abstract

Beschrieben wird eine Steuervorrichtung (1) für den Kühlmittelfluss in einem Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine mit folgenden Merkmalen: einem Gehäuse (2) mit einer Zulauföffnung (22), einer Ablauföffnung (23) und einem bewegbaren Steuerelement (6) zum Verändern eines durchströmbaren Kanalquerschnitts; zwischen einer Dichtfläche (12) des Gehäuses (2) und einer Dichtfläche (20) des Steuerelements (6) sitzt eine ringförmige Dichtungsanordnung (7), welche einen Dichtrahmen (18) und einen Dichtring (19) enthält. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Dichtring (18) an einer ebenen Dichtfläche (13) des Gehäuses (2) dichtend anliegt und mit dieser an einer Kontaktlinie (29) aufeinandertrifft, welche einen ersten Flächeninhalt (A1) umschließt. Je nach Durchströmungsrichtung der Dichtungsanordnung (7) weist der Dichtring (19) einen Oberflächenabschnitt auf, welcher einen definierten Umfang in Bezug auf die Länge der Kontaktlinie (29) zwischen Dichtring (19) und Gehäuse (2) aufweist. Die Dichtfläche (20) des Dichtrahmens (18) wird senkrecht in eine Projektionsebene (14) projiziert und hat dort eine innere und/oder äußere Begrenzungslinie (36; 37), welche einen zweiten bzw. dritten Flächeninhalt (A2, A3) umschließt, welcher in einer bestimmten Relation zu dem ersten Flächeninhalt (A1) steht.

Description

Die Erfindung geht aus von einer Steuervorrichtung für den Kühlmittelfluss in einem Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 und 4.
Eine derartige Steuervorrichtung ist aus der DE 10 2006 038 213 A1 bekannt und enthält eine Dichtungsanordnung, welche aus einem Gleitring aus PTFE und einem Dichtring aus elastomerem Material besteht. Die bekannte Steuervorrichtung enthält ein Steuerelement, dessen Dichtfläche kugelförmig ist. Der Gleitring ist an seiner dem Steuerelement zugekehrten Seite so geformt, dass er an die Kugeloberfläche des Steuerelements angepasst ist. Die Dichtfläche des Gleitrings ist relativ groß und erstreckt sich von der Stirnseite des Gleitrings bis zu dessen dem Dichtring zugewandten Rückseite. Der Dichtring hat nicht nur dichtende, sondern auch Federeigenschaften, wobei seine Federkraft bei einer auf das Dichtelement wirkenden Verformungskraft nur geringfügig ansteigen soll, um einen guten Toleranzausgleich zu ermöglichen. Der Dichtring liegt an mehreren Stellen am Gehäuse an.
In der EP 2 295 757 A1 ist eine nicht gattungsgemäße Steuervorrichtung offenbart, in welcher eine an einem Steuerelement anliegende Dichtfläche und eine an einem Gehäuse anliegende Dichtfläche einer Dichtungsanordnung an demselben, aus einem Elastomer bestehenden Bauteil ausgebildet sind. Ein Abschnitt der Dichtungsanordnung, welche die am Gehäuse anliegende Dichtfläche enthält, ist in Form einer Dichtlippe gestaltet. In Schließstellung des Steuerelements steht ein Durchgang der Dichtungsanordnung mit einem stromabwärtigen Kanalabschnitt in Verbindung. Innen- und Außenumfang der Dichtlippe vergrößern sich in Richtung zum Gehäuse hin. Die Dichtungsanordnung wird unter der Wirkung des Drucks des über eine Zulauföffnung zugeführten Kühlmittels radial von außen an die Wandung des Steuerelements angepresst. Da die an dem Steuerelement anliegende Dichtfläche der Dichtungsanordnung aus einem Elastomer besteht, ist zum Bewegen des Steuerelements, insbesondere bei einer relativ großen Druckdifferenz vom Zulauf zum Ablauf, ein großes Drehmoment notwendig. Eine Antriebseinrichtung für das Steuerelement muss deshalb relativ stark dimensioniert sein.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuervorrichtung der eingangs genannten Art zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch eine Steuervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Steuervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 4 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Steuervorrichtungen gemäß der nebengeordneten Ansprüche 1 und 4 unterscheiden sich darin, dass Zulauf und Ablauf vertauscht sind, so dass demzufolge eine darin enthaltene Dichtungsanordnung in unterschiedlicher Richtung durchströmt wird. Die daraus resultierenden Druckverhältnisse an der Dichtungsanordnung sind somit ebenfalls umgekehrt und erfordern eine entsprechend angepasste Ausgestaltung der Dichtungsanordnung. Die Ansprüche 1 und 4 enthalten deshalb die an die jeweilige Strömungsrichtung angepasste Ausgestaltung des einen Lösungsprinzips gemäß der vorliegenden Erfindung.
Unabhängig von der Durchströmungsrichtung enthält eine erfindungsgemäße Steuervorrichtung ein Gehäuse mit einer Zulauföffnung, einer Ablauföffnung, einen von der Zulauföffnung zur Ablauföffnung verlaufenden Kanal und ein bewegbares Steuerelement zum Verändern des durchströmbaren Kanalquerschnitts. Die Steuervorrichtung kann mehrere Zulauf- und/oder Ablauföffnungen enthalten, die durch entsprechende Kanäle miteinander verbunden sind. Zwischen einer Dichtfläche des Gehäuses und einer Dichtfläche des Steuerelements sitzt eine ringförmige Dichtungsanordnung. Die Dichtungsanordnung hat einen durchströmbaren Durchgang und eine um den Durchgang umlaufende Umfangsrichtung. Der Durchgang kann mit einem Abschnitt des Kanals in Verbindung stehen und diesen fortsetzen. Die ringförmige Dichtungsanordnung kann entlang ihres Umfangs, also bei Betrachtung entlang der Strömungsrichtung des durch den Durchgang fließenden Kühlmittels, eine beliebige Form, beispielsweise oval oder kreisrund, aufweisen und/oder kann – quer zu ihrem Durchgang gesehen – gebogen sein. Das Steuerelement ist entlang seiner Dichtfläche relativ zu der Dichtungsanordnung zwischen einer Schließstellung und einer Offenstellung bewegbar. Das Steuerelement kann in seiner Schließstellung zwischen der Zulauföffnung und der Ablauföffnung eine Druckdifferenz des Kühlmittels von einem höheren Druck in einem stromaufwärtigen Kanalabschnitt zu einem niedrigeren Druck in einem stromabwärtigen Kanalabschnitt bewirken, wobei die Dichtungsanordnung teilweise von dem höheren Druck und teilweise von dem niedrigeren Druck des Kühlmittels beaufschlagbar ist. In der Schließstellung wird der stromabwärtige Kanalabschnitt zumindest so weit abgesperrt, dass in dem im Kanal befindlichen Kühlmittel eine Druckdifferenz von dem stromaufwärtigen Kanalabschnitt zu dem stromabwärtigen Kanalabschnitt entsteht und höchstens noch eine geringfügige Durchströmung des stromabwärtigen Kanalabschnitts vorliegt. Die Dichtungsanordnung wird dann vom stromaufwärtigen Kanalabschnitt aus mit dem unter dem höheren Druck stehenden Kühlmittel und vom stromabwärtigen Kanalabschnitt aus mit dem unter niedrigerem Druck stehenden Kühlmittel beaufschlagt. In der Schließstellung ist es auch möglich, dass das Steuerelement einen stromaufwärtigen Kanalabschnitt vollständig von einem stromabwärtigen Kanalabschnitt trennt. In der Offenstellung ist der stromaufwärtige Kanalabschnitt mit dem stromabwärtigen Kanalabschnitt über den Durchgang in der Dichtungsanordnung, insbesondere über eine Durchgangsöffnung im Steuerelement, verbunden. Das Steuerelement kann eine Wandung aufweisen, an welcher seine Dichtfläche und in welcher seine Durchgangsöffnung angeordnet ist. Durch die Verschiebung des Steuerelements kann die Durchgangsöffnung zumindest teilweise in Überdeckung mit dem Durchgang der Dichtungsanordnung gebracht werden. Die Umfangsrichtung der Dichtungsanordnung erstreckt sich entlang der Umfangsrichtung eines Kanalabschnitts im Gehäuse.
Die Dichtungsanordnung enthält einen Dichtrahmen und einen damit flüssigkeitsdicht in Kontakt stehenden, insbesondere flüssigkeitsdicht damit verbundenen, Dichtring. Hierzu kann der Dichtrahmen eine in Umfangsrichtung verlaufende Nut aufweisen, in welcher der Dichtring sitzt. Der Dichtrahmen weist an seiner dem Steuerelement zugewandten Seite eine Dichtfläche auf. Die Dichtfläche erstreckt sich, insbesondere ringförmig, in Umfangsrichtung der Dichtungsanordnung. Die Dichtfläche der Dichtungsanordnung ist in ihrer Form an die Form der Dichtfläche des Steuerelements angepasst, und kann deshalb auch quer zur Umfangsrichtung der Dichtungsanordnung gekrümmt verlaufen. Die Dichtfläche des Dichtrahmens liegt zumindest in Schließstellung des Steuerelements an dessen Dichtfläche dichtend an. Der Flächeninhalt der Dichtfläche ist definiert als diejenige Fläche, mit welcher sich der Dichtrahmen und das Steuerelement in Schließstellung berühren. In Offenstellung liegt wenigstens ein Teil der Dichtfläche des Dichtrahmens am Steuerelement an. Der Dichtring erfüllt eine Doppelfunktion, nämlich eine Dichtfunktion und eine Andrückfunktion. Der Dichtring liegt auf seiner dem Dichtrahmen abgewandten Seite dichtend am Gehäuse an. Der Dichtring drückt den Dichtrahmen mit dessen Dichtfläche in Schließstellung des Schließkörpers federelastisch gegen die Dichtfläche des Steuerelements. Deshalb besteht der Dichtring aus einem gummielastischen Material, beispielsweise einem Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM).
Der Dichtring liegt an einer ebenen Dichtfläche des Gehäuses dichtend an. Ein in Schließstellung des Steuerelements von dem niedrigeren Druck beaufschlagbarer Oberflächenabschnitt des Dichtrings und ein in Schließstellung des Steuerelements von dem niedrigeren Druck beaufschlagbarer Abschnitt der ebenen Dichtfläche des Gehäuses treffen an einer in Umfangsrichtung der Dichtungsanordnung verlaufenden Kontaktlinie aufeinander und treten dort miteinander in Berührung. Der vorgenannte Oberflächenabschnitt des Dichtrings und der vorgenannte Abschnitt der ebenen Dichtfläche gehören beide zum stromabwärtigen Kanalabschnitt und stehen beide auch in Schließstellung des Steuerelements mit dem stromabwärtigen Kanalabschnitt in Verbindung. Für die weitere Spezifizierung wird eine Projektionsebene definiert, welche entlang der ebenen Dichtfläche des Gehäuses verläuft. Die genannte Kontaktlinie liegt in der Projektionsebene und schließt einen ersten Flächeninhalt ein, welcher ebenfalls in der Projektionsebene liegt. Insbesondere kann die Kontaktlinie in Umfangsrichtung geschlossen, also unterbrechungsfrei, sein. Die Dichtfläche des Dichtrahmens wird senkrecht zur Projektionsebene in die Projektionsebene projiziert und dort durch eine innere Begrenzungslinie und eine äußere Begrenzungslinie begrenzt. Die innere und die äußere Begrenzungslinie verlaufen in Umfangsrichtung der Dichtungsanordnung. Die innere Begrenzungslinie umschließt in der Projektionsebene einen zweiten Flächeninhalt. Die äußere Begrenzungslinie umschließt in der Projektionsebene einen dritten Flächeninhalt. Wenn die Dichtfläche des Dichtrahmens in Umfangsrichtung lückenlos ist, sind auch die innere und die äußere Begrenzungslinie jeweils unterbrechungsfrei und lückenlos. In diesem Fall errechnet sich der Flächeninhalt der senkrecht zur Projektionsebene in die Projektionsebene projizierten Dichtfläche des Dichtrahmens aus der Differenz des dritten Flächeninhalts zu dem zweiten Flächeninhalt.
Die Dichtfläche des Dichtrahmens kann in Umfangsrichtung zumindest eine Lücke aufweisen. Diese Lücke kann dazu dienen, dass der stromabwärtige Kanalabschnitt in Schließstellung des Steuerelements nicht vollständig von dem stromaufwärtigen Kanalabschnitt abgetrennt ist, sondern dass auch in Schließstellung des Steuerelements eine geringfügige Sickerströmung vom stromaufwärtigen Kanalabschnitt in den stromabwärtigen Kanalabschnitt ermöglicht wird. Die Sickerströmung kann dazu dienen, dass auch bei an sich abgesperrtem stromabwärtigen Kanalabschnitt eine dort angeordnete Thermostatanordnung kontinuierlich mit schwach strömendem Kühlmittel beaufschlagt wird. Eine im stromabwärtigen Kanalabschnitt angeordnete Thermostatanordnung könnte ohne die Sickerströmung ihre Sicherungsfunktion nicht mehr ausführen, da dann das Kühlmittel im stromabwärtigen Kanalabschnitt durch längeres Stehen abgekühlt sein könnte. Wenn die Dichtfläche des Dichtrahmens in Umfangsrichtung eine Lücke aufweist, so findet sich auch eine Lücke in der in die Projektionsebene projizierten Dichtfläche und sowohl deren innere als auch deren äußere Begrenzungslinie sind jeweils nicht in Umfangsrichtung geschlossen. Deshalb wird in einem solchen Fall der Bereich der Lücke jeweils durch eine in der Projektionsebene verlaufende Hilfslinie kürzestmöglicher Länge geschlossen. In die Lücke der in die Projektionsebene projizierten Dichtfläche des Dichtrahmens wird eine gerade Hilfslinie an der engsten Stelle der Lücke hineingelegt, um die Lücke zu schließen. Die Hilfslinie kürzestmöglicher Länge wird zusammen mit der inneren Begrenzungslinie verwendet, um den zweiten Flächeninhalt zu umschließen und wird zusammen mit der äußeren Begrenzungslinie verwendet, um den dritten Flächeninhalt zu umschließen. Wenn die Lücke in der in die Projektionsebene projizierten Dichtfläche des Dichtrahmens so geformt ist, dass nicht nur eine einzige Hilfslinie kürzestmöglicher Länge existiert, sondern mehrere gleich kurze Hilfslinien in die Lücke gelegt werden können, so wird zur Bestimmung des zweiten Flächeninhalts diejenige der Hilfslinien ausgewählt, welche zusammen mit der inneren Begrenzungslinie den kleinsten Flächeninhalt umschließt, und zur Bestimmung des dritten Flächeninhalts diejenige der Hilfslinien ausgewählt, welche zusammen mit der äußeren Begrenzungslinie den größten Flächeninhalt umschließt.
Bei einer ersten erfindungsgemäßen Ausgestaltung bildet – in Schließstellung des Steuerelements – der Durchgang der Dichtungsanordnung einen Teil des stromabwärtigen Kanalabschnitts und steht folglich auch mit diesem in Verbindung. Am inneren Umfang der Dichtungsanordnung und im Durchgang steht somit ein niedrigerer Druck an als am Außenumfang der Dichtungsanordnung. Der Durchgang ist also in Schließstellung des Steuerelements von dem unter dem niedrigeren Druck stehenden Kühlmittel beaufschlagbar. Der Dichtring weist einen außerhalb des Durchgangs liegenden Oberflächenabschnitt auf, welcher einen parallel zur Projektionsebene gemessenen Außenumfang aufweist, welcher höchstens der Länge der genannten Kontaktlinie zwischen Dichtring und Gehäuse entspricht und insbesondere kleiner als die Länge der Kontaktlinie sein kann. Dieser äußere Oberflächenabschnitt steht somit mit dem stromaufwärtigen Kanalabschnitt und dem dort anstehenden höheren Druck in Verbindung, wodurch ein innerer Oberflächenabschnitt des Dichtrings gegen die ebene Dichtfläche des Gehäuses gedrückt wird. Der erste Flächeninhalt ist kleiner als der zweite Flächeninhalt gestaltet. Die Differenz des zweiten Flächeninhalts zu dem ersten Flächeninhalt bildet eine druckwirksame Fläche der Dichtungsanordnung, welche in Schließstellung des Steuerelements eine steigende Anpressung des Dichtrahmens an das Steuerelement bewirkt, wenn die Druckdifferenz vom stromaufwärtigen Kanalabschnitt zu dem stromabwärtigen Kanalabschnitt ansteigt. Die Dichtfläche des Dichtrahmens kann auf ihrer dem Durchgang zugewandten Seite durch eine innere Dichtkante des Dichtrahmens begrenzt werden. Die senkrecht zur Projektionsebene in die Projektionsebene projizierte innere Dichtkante kann die innere Begrenzungslinie des zweiten Flächeninhalts bilden. Der Dichtrahmen kann an seiner dem Steuerelement zugewandten Seite einen Absatz aufweisen, welcher die innere Dichtkante bildet. An den Absatz kann sich ein Oberflächenabschnitt des Dichtrahmens anschließen, welcher zur Dichtfläche des Steuerelements beabstandet verläuft und einen Ringraum bildet. Der Ringraum erstreckt sich in Umfangsrichtung der Dichtungsanordnung und ist in Schließstellung des Steuerelements von dem niedrigeren Druck beaufschlagbar. Der Ringraum ist zu dem Durchgang der Dichtungsanordnung hin offen.
Bei einer zweiten erfindungsgemäßen Ausgestaltung bildet – in Schließstellung des Steuerelements – der Durchgang der Dichtungsanordnung einen Teil des stromaufwärtigen Kanalabschnitts und steht folglich auch mit diesem in Verbindung. Am inneren Umfang der Dichtungsanordnung und in dem Durchgang steht somit in der Schließstellung ein höherer Druck an als am Außenumfang der Dichtungsanordnung. Der Durchgang ist also in Schließstellung des Steuerelements von dem unter dem höheren Druck stehenden Kühlmittel beaufschlagbar. Der Dichtring weist einen inneren Oberflächenabschnitt auf, welcher einen parallel zur Projektionsebene gemessenen Innenumfang aufweist. Der Innenumfang entspricht zumindest der Länge der genannten Kontaktlinie zwischen Dichtring und Gehäuse und kann insbesondere größer als die Länge der genannten Kontaktlinie sein. Der innere Oberflächenabschnitt steht mit dem stromaufwärtigen Kanalabschnitt in Verbindung und wird von dem dort anstehenden hohen Druck nach außen gedrückt, wodurch ein äußerer Oberflächenabschnitt des Dichtrings gegen die ebene Dichtfläche des Gehäuses gedrückt wird. Der erste Flächeninhalt ist größer als der dritte Flächeninhalt gestaltet. Die Differenz des ersten Flächeninhalts zu dem dritten Flächeninhalt bildet eine druckwirksame Fläche der Dichtungsanordnung. Die druckwirksame Fläche bewirkt eine steigende Anpressung des Dichtrahmens an das Steuerelement, wenn in Schließstellung des Steuerelements die Druckdifferenz vom stromaufwärtigen Kanalabschnitt zu dem stromabwärtigen Kanalabschnitt ansteigt. Die Dichtfläche des Dichtrahmens kann auf ihrer dem Durchgang abgewandten Seite durch eine äußere Dichtkante des Dichtrahmens begrenzt werden. Die senkrecht zur Projektionsebene in die Projektionsebene projizierte äußere Dichtkante kann die äußere Begrenzungslinie, welche den dritten Flächeninhalt umschließt, bilden. Der Dichtrahmen kann an seiner dem Steuerelement zugewandten Seite einen Absatz aufweisen, welcher die äußere Dichtkante bildet. An den Absatz kann sich ein Oberflächenabschnitt des Dichtrahmens anschließen, welcher zur Dichtfläche des Steuerelements beabstandet verläuft und Ringraum bildet. Der Ringraum erstreckt sich in Umfangsrichtung der Dichtungsanordnung und ist in Schließstellung des Steuerelements von dem niedrigeren Druck beaufschlagbar. Der Ringraum steht auch in Schließstellung mit dem stromabwärtigen Kanalabschnitt in Verbindung.
Bei beiden erfindungsgemäßen Ausgestaltungen werden die Flächeninhalte derart gestaltet, dass der Quotient aus der druckwirksamen Fläche und dem Flächeninhalt der senkrecht zur Projektionsebene in die Projektionsebene projizierten Dichtfläche des Dichtrahmens im Bereich von 0,7 bis 1,3, insbesondere im Bereich von 1,0 bis 1,2, liegt. Wird ein von einem Absatz am Dichtrahmen begrenzter Ringraum vorgesehen, so schließt sich der Ringraum in beiden Fällen an die dem niedrigeren Druck zugewandte Dichtkante an und kann zum jeweiligen stromabwärtigen Kanalabschnitt offen sein. Der Ringraum kann insbesondere durch einen parallel zur Dichtfläche des Steuerelements verlaufenden Oberflächenabschnitt des Dichtrahmens begrenzt werden. Senkrecht zur Dichtfläche des Steuerelements gemessen kann der Ringraum eine Höhe von mehreren zehntel Millimetern, insbesondere 0,2 mm bis 0,8 mm, aufweisen.
Die Erfindung hat wesentliche Vorteile:

• Die auf der Mehrteiligkeit der Dichtungsanordnung basierenden Vorteile der aus der DE 10 2006 038 213 A1 bekannten zweiteiligen Dichtungsanordnung werden beibehalten: Die Dichtfläche des Dichtrahmens kann aus einem fluorierten Kunststoff bestehen, welcher sehr gute Gleiteigenschaften gegenüber dem Steuerelement aufweist. Der Dichtring kann aus einem Elastomer bestehen. Er dichtet die dem Gehäuse zugewandte Seite der Dichtungsanordnung ab, an welcher keine Relativbewegung auftritt.
• Der Dichtring kann derart gestaltet werden, dass der von ihm ausgeübte elastische Andruck des Dichtrahmens an das Steuerelement sehr gering ist, insbesondere um einen guten Toleranzausgleich zwischen Steuerelement und Gehäuse zu gewährleisten, ohne dass der Andruck aufgrund von Toleranzen zu stark variiert.
• Der Andruck des Dichtrahmens an das Steuerelement, welcher zum Abdichten des stromaufwärtigen Kanalabschnitts zu dem stromabwärtigen Kanalabschnitt erforderlich ist, wenn sich das Steuerelement in Schließstellung befindet, wird hauptsächlich durch die zwischen dem stromaufwärtigen und dem stromabwärtigen Kanalabschnitt anstehende Druckdifferenz bewirkt. Die anstehende Druckdifferenz wirkt insbesondere auf die druckwirksame Fläche und drückt den Dichtrahmen bei steigender Druckdifferenz stärker an das Steuerelement an. Erfindungsgemäß ist der Andruck nicht unnötig groß, sondern stets nur so groß wie zum Abdichten notwendig. Hierdurch lassen sich die zur Bewegung des Steuerelements notwendigen Kräfte verringern und eine zu dessen Antrieb vorgesehene Antriebseinrichtung vereinfachen, und insbesondere ihr maximal erforderliches Drehmoment verringern. Gleichzeitig wird durch die verringerte Anpressung auch der Verschleiß, insbesondere an der Dichtfläche des Dichtrahmens, verringert und die Einsatzdauer der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung wird erhöht.
• Die die Dichtfläche des Dichtrahmens begrenzenden Dichtkanten können eine definierte Anlage des Dichtrahmens an dem Steuerelement bewirken, so dass eine definierte Kontaktfläche zwischen Dichtrahmen und Steuerelement vorhanden ist, welche sich auch bei während des Betriebs auftretendem Verschleiß der Dichtfläche in ihrer Größe nicht wesentlich ändert. Die Anpressverhältnisse bleiben daher auch bei eventuellem Verschleiß annähernd konstant.
• Die Kombination der erfindungsgemäßen Kriterien bewirkt in allen Betriebszuständen einen sehr guten Kompromiss der sich teilweise widersprechenden Anforderungen an eine Dichtungsanordnung und schafft insbesondere klar definierte Anpressverhältnisse im Bereich der Dichtungsanordnung. Die von dem Dichtring verursachte statische Anpressung des Dichtrahmens an das Steuerelement kann, solange noch kein Druckgefälle des Kühlmittels ansteht, sehr gering sein. Dadurch kann der Dichtring zum Einen relativ große Form- und/oder Maßtoleranzen zwischen Steuerelement und Gehäuse ausgleichen. Gleichzeitig ist die Veränderung der statischen Anpressung durch diese Toleranzen sehr gering, so dass die sich während des Betriebs aufgrund der anstehenden Druckdifferenz einstellende Anpressung des Dichtrahmens an das Steuerelement ebenfalls nur sehr geringfügig durch die vorhandenen Toleranzen zwischen Steuerelement und Gehäuse beeinflusst wird.
• Die Steuervorrichtung kann in hohem Maße Partikel, beispielsweise Formsand, tolerieren, welche im Kühlmittel vorhanden sein können, insbesondere wenn die dem stromabwärtigen Kanalabschnitt zugewandte Dichtkante von einem Absatz gebildet wird, an welchen sich ein Ringraum zwischen Dichtrahmen und Steuerelement anschließt.
• Die Dichtungsanordnung ist sehr einfach in die Steuervorrichtung einbaubar, insbesondere wenn der Dichtring mit dem Dichtrahmen verbunden ist und eine vormontierte Baugruppe bildet.

In Ausgestaltung der Erfindung kann das Steuerelement um eine Drehachse schwenkbar sein. Die Dichtfläche des Steuerelements kann rotationssymmetrisch um die Drehachse sein. Die Dichtfläche des Steuerelements kann insbesondere die Form einer Umfangsfläche eines Kreiszylinders aufweisen. Die Dichtungsanordnung kann in Umfangsrichtung oval sein. Der Durchgang der Dichtungsanordnung kann die Form eines Langlochs aufweisen. Die Dichtfläche des Dichtrahmens kann sich zwischen einer inneren Dichtkante und einer äußeren Dichtkante erstrecken. Die beiden Dichtkanten laufen in Umfangsrichtung der Dichtungsanordnung um, insbesondere entlang des gesamten Umfangs ununterbrochen. Die beiden Dichtkanten können eine Breite der ringförmigen Dichtfläche des Dichtrahmens begrenzen, welche in Schließstellung des Steuerelements vollständig von dessen Dichtfläche überdeckt ist. Die innere Dichtkante und die äußere Dichtkante können eine kleinste Breite der Dichtfläche des Dichtrahmens begrenzen. Die Breite der Dichtfläche des Dichtrahmens – quer zur Umfangsrichtung und parallel zur Projektionsebene gemessen – kann von 1 mm bis 3 mm, insbesondere von 1 mm bis 2 mm, betragen. Geeignet ist eine Breite von 1,0 mm bis 1,7 mm, welche insbesondere entlang des Umfangs konstant sein kann.
In weiterer Ausgestaltung kann ein an der Dichtfläche des Gehäuses anliegender Abschnitt des Dichtrings in Form einer Dichtlippe ausgebildet sein. Die Dichtlippe kann – in einem entlang des Durchgangs orientierten Schnitt – eine Dicke von 0,2 mm bis 2 mm, insbesondere von 0,5 mm bis 1 mm, aufweisen. Als Dicke der Dichtlippe kann die Differenz eines äußeren zu einem inneren Oberflächenabschnitt angesehen werden. Die Dichtlippe kann im Schnitt gemessen eine Länge von 1 mm bis 8 mm, insbesondere von 1 mm bis 4 mm, haben. Geeignet ist eine Länge von 1 mm bis 6 mm. Hierdurch wird eine hohe Elastizität der Dichtlippe und ein geringer elastischer Andruck des Dichtrahmens an das Steuerelement gewährleistet. Gleichzeitig wird eine gute dichtende Anlage der Dichtlippe an der ebenen Dichtfläche des Gehäuses gewährleistet. Die Erstreckungsrichtung der Dichtlippe wird in Abhängigkeit von der anstehenden Druckdifferenz an der Dichtungsanordnung gewählt. Wenn der Durchgang der Dichtungsanordnung von dem niedrigeren Druck beaufschlagbar ist und/oder mit dem stromabwärtigen Kanalabschnitt in Verbindung steht, dann vergrößern sich Innenumfang und Außenumfang der Dichtlippe in Richtung zur Projektionsebene hin. Wenn der Durchgang der Dichtungsanordnung von dem höheren Druck beaufschlagbar ist und/oder mit dem stromaufwärtigen Kanalabschnitt in Verbindung steht, verkleinern sich Innenumfang und Außenumfang der Dichtlippe in Richtung zur Projektionsebene hin. Dies gewährleistet, dass die Dichtlippe von der anstehenden Druckdifferenz stets sicher gegen die Dichtfläche des Gehäuses gepresst wird.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren. Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung,
2 ein teilweise dargestellter Schnitt entlang der in 1 angedeuteten Schnittebene S auf ein erstes Ausführungsbeispiel einer Dichtungsanordnung,
3 eine Ansicht ähnlich 2 auf ein zweites Ausführungsbeispiel einer Dichtungsanordnung,
4 einen vergrößerten Ausschnitt der Dichtungsanordnung gemäß 2,
5 eine Draufsicht auf die Dichtungsanordnung gemäß 2,
6 einen vergrößerten Ausschnitt der Dichtungsanordnung gemäß 3,
7 eine Draufsicht auf die Dichtungsanordnung gemäß 3,
8 eine schematische Draufsicht auf eine Projektionsebene.
In 1 ist eine Steuervorrichtung 1 für einen Kühlmittelfluss in einem Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, dargestellt. Die Steuervorrichtung 1 enthält ein Gehäuse 2 mit mehreren Kühlmittelanschlussstutzen 3, 4, 5. In dem Gehäuse 2 ist ein bewegbares Steuerelement 6 angeordnet, welches in 1 nicht sichtbar ist. Das Steuerelement 6 hat eine kreiszylindrische Form und kann von einer nicht dargestellten Antriebseinrichtung im Gehäuse 2 verschwenkt werden, um den Kühlmittelfluss zwischen den Kühlmittelanschlussstutzen 3, 4, 5 aufzuteilen oder zu sperren. Dieser grundsätzliche Aufbau einer derartigen Steuervorrichtung 1 und ihre Funktionsweise sind an sich bekannt. Je nach den Anforderungen im Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine kann der Kühlmittelanschlussstutzen 3 eine Zulauföffnung 22 oder eine Ablauföffnung 23' enthalten. Wenn der Kühlmittelanschlussstutzen 3 die Zulauföffnung 22 enthält, können die Kühlmittelanschlussstutzen 4 und 5 jeweils eine Ablauföffnung 23 enthalten. Für diesen Fall ist eine Dichtungsanordnung 7 vorgesehen, welche im Folgenden anhand der 2, 4 und 5 noch näher beschrieben wird. Der Kühlmittelanschlussstutzen 3 kann alternativ auch eine Ablauföffnung 23' enthalten. Dann können die Kühlmittelanschlussstutzen 4 und 5 jeweils eine Zulauföffnung 22' enthalten. Eine für diesen Fall geeignete Dichtungsanordnung 7' ist in den 3, 6 und 7 dargestellt. Gleiche Teile oder Bereiche der alternativen Dichtungsanordnungen 7 und 7' werden – bis auf den Strich – mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
In den 2 und 3 ist jeweils ein Abschnitt des Steuerelements 6 erkennbar, welches im Gehäuse 2 angeordnet ist. Das Steuerelement 6 weist eine kreiszylindrische Wandung 8 auf, welche beabstandet zu einer Wandung 9 des Gehäuses 2 verläuft. Das Steuerelement 6 ist um eine senkrecht zur Zeichenebene liegende Mittelachse drehbar. Der Innenraum des Steuerelements 6 und der Zwischenraum 11 zwischen den Wandungen 8 und 9 stehen mit dem Kühlmittelanschluss 3 in Verbindung. Auf der Außenfläche der Wandung 8 ist eine Dichtfläche 12 des Steuerelements 6 angeordnet. Das Gehäuse 2 enthält eine ebene Dichtfläche 13. Zwischen den Dichtflächen 12 und 13 sitzt eine ringförmige Dichtungsanordnung 7 bzw. 7'. Für die weiter unten noch im Detail beschriebenen Merkmale der Dichtungsanordnung 7; 7' wird eine als „Projektionsebene” bezeichnete gedachte Ebene 14 an die ebene Dichtfläche 13 angelegt. Die Dichtungsanordnung 7; 7' hat einen Durchgang 15, welcher einen Kanalabschnitt 16 des Kühlmittelanschlussstutzens 5 fortsetzt. Das Steuerelement 6 weist eine Durchgangsöffnung 17 in der Wandung 8 und der Dichtfläche 12 auf. In der Darstellung der 2 und 3 ist die Durchgangsöffnung 17 teilweise in Überdeckung mit dem Durchgang 15 in der Dichtungsanordnung 7; 7'. Das Steuerelement 6 befindet sich somit in einer Offenstellung, in welcher der Innenraum 10 über die Durchgangsöffnung 17 und den Durchgang 15 mit dem Kanalabschnitt 16 in Verbindung steht. Das Steuerelement 6 kann im Uhrzeigersinn in eine Schließstellung geschwenkt werden, in welcher es den Innenraum 10 von dem Kanalabschnitt 16 trennt. In Schließstellung ist keine Durchströmung des Kühlmittelanschlussstutzens 5 bzw. des Kanalabschnitts 16 möglich.
Die Dichtungsanordnung 7 bzw. 7' enthält einen Dichtrahmen 18; 18' und einen damit flüssigkeitsdicht verbundenen Dichtring 19; 19'. Der Dichtrahmen 18; 18' enthält eine Nut, in welche der Dichtring 19; 19' eingesetzt ist und welche für eine flüssigkeitsdichte Verbindung zwischen Dichtrahmen 18; 18' und Dichtring 19; 19' sorgt. Der Dichtrahmen 18; 18' weist an seiner dem Steuerelement 6 zugewandten Seite eine ringförmige Dichtfläche 20; 20' auf, welche in Schließstellung des Steuerelements 6 an dessen Dichtfläche 12 dichtend anliegt. Die Dichtfläche 20; 20' ist deshalb quer zur Umfangsrichtung der Dichtungsanordnung 7; 7' gekrümmt und an die gekrümmte Wandung 8 angepasst. Auf der dem Dichtrahmen 18; 18' abgewandten Seite der Dichtungsanordnung 7; 7' liegt der Dichtring 19; 19' dichtend an der ebenen Dichtfläche 13 des Gehäuses 2 an. In Schließstellung und im Ruhezustand, wenn noch kein Kühlmitteldruck ansteht, drückt der Dichtring 19; 19' den Dichtrahmen 18; 18' mit dessen Dichtfläche 20; 20' federelastisch gegen die Dichtfläche 12 des Steuerelements 6. Dieser federelastische Andruck wird durch eine leichte Verformung des Dichtrings 19; 19' bei der Montage der Dichtungsanordnung 7; 7' aufgebaut, wenn der Dichtring 19; 19' leicht zusammengedrückt wird. Zur Stabilisierung der Dichtungsanordnung 7; 7' kann ein Verstärkungsteil 21 in der Dichtungsanordnung 7; 7' enthalten sein, welches beispielsweise durch ein in die Nut des Dichtrahmens 18; 18' eingelegtes Verstärkungsblech gebildet sein kann.
Bei dem in 2 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel enthält der Kühlmittelanschlussstutzen 3 die Zulauföffnung 22 und der Kühlmittelanschlussstutzen 5 die Ablauföffnung 23, siehe auch 1. Der Innenraum 10 und der Zwischenraum 11 bilden einen stromaufwärtigen Kanalabschnitt 24, durch welchen das Kühlmittel zur Dichtungsanordnung 7 strömt. In Schließstellung des Steuerelements 6 wird die Dichtungsanordnung 7 über den Zwischenraum 11 an ihrem Außenumfang von dem im Betrieb dort vorhandenen Kühlmittel mit einem Druck belastet, welcher der Druckdifferenz zwischen den in den Kanalabschnitten 24 und 25 anstehenden Drücke entspricht.
Bei dem in 3 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel ist die Strömungsrichtung im Kühlmittelanschlussstutzen 5 umgekehrt. Der Kühlmittelanschlussstutzen 5 enthält eine Zulauföffnung 22' und der Kühlmittelanschlussstutzen 3 enthält eine Ablauföffnung 23', siehe auch 1. Das Kühlmittel strömt somit durch den Kühlmittelanschlussstutzen 5 und den darin enthaltenen stromaufwärtigen Kanalabschnitt 24' zur Dichtungsanordnung 7'. Der Innenraum 10 und der Zwischenraum 11 bilden den stromabwärtigen Abschnitt 25', der das Kühlmittel zur Ablauföffnung 23' im Kühlmittelanschlussstutzen 3 führt. In Schließstellung des Steuerelements 6 wirkt die zwischen den Kanalabschnitten 24' und 25' anstehende Druckdifferenz des Kühlmittels in dem Durchgang 15 der Dichtungsanordnung 7', somit also von innen nach außen.
In den 2, 3, 4 und 6 ist ersichtlich, dass der Dichtring 19 bzw. 19' eine Dichtlippe 26 bzw. 26' enthält, mit welcher der Dichtring 19; 19' jeweils an der Dichtfläche 13 anliegt. Die Dichtlippe 26; 26' enthält einen inneren Oberflächenabschnitt 27; 27' und einen äußeren Oberflächenabschnitt 30; 30', welche etwa parallel verlaufen können. Die Erstreckungsrichtung der Dichtlippe 26 bei dem ersten Ausführungsbeispiel, siehe 2 und 4, ist so gewählt, dass sich der Innenumfang des Oberflächenabschnitts 27 und der Außenumfang U des Oberflächenabschnitts 30 in Richtung von dem Dichtrahmen 18 zu der Projektionsebene 14 hin vergrößern. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel, siehe 3 und 6, ist die Erstreckungsrichtung der Dichtlippe 26' umgekehrt, es verkleinern sich Innenumfang U' des Oberflächenabschnitts 27' und Außenumfang des Oberflächenabschnitts 30' zur Projektionsebene 14 hin. Die Dichtlippe 26; 26' wird dadurch in beiden Fällen durch den in Schließstellung im stromaufwärtigen Kanalabschnitt 24; 24' anstehenden Druck gegen die Dichtfläche 13 gedrückt.
In beiden Ausführungsbeispielen ist an der Dichtlippe 26; 26' jeweils ein von dem niedrigeren Druck beaufschlagter und mit dem jeweiligen stromabwärtigen Kanalabschnitt 25; 25' in Verbindung stehender Oberflächenabschnitt 27 bzw. 30' angeordnet. Ein von dem niedrigeren Druck beaufschlagter und mit dem stromabwärtigen Kanalabschnitt 25; 25' in Verbindung stehender Abschnitt 28; 28' der Dichtfläche 13 des Gehäuses 2 und der jeweilige Oberflächenabschnitt 27 bzw. 30' treffen an einer Kontaktlinie 29 bzw. 29' aufeinander und treten dort miteinander in Berührung. Die Kontaktlinien 29; 29' verlaufen jeweils in Umfangsrichtung der Dichtungsanordnung 7; 7' und liegen in der Projektionsebene 14. Jede der Kontaktlinien 29 bzw. 29' schließt einen in der Projektionsebene 14 liegenden Flächeninhalt A1 bzw. A1' ein. Die Dichtlippe 26 bei dem ersten Ausführungsbeispiel, siehe 2 und 4, weist einen äußeren Oberflächenabschnitt 30 auf, welcher einen parallel zur Projektionsebene 14 gemessenen Außenumfang U aufweist, welcher kleiner als die Länge der Kontaktlinie 29 ist. Die Dichtlippe 26' des zweiten Ausführungsbeispiels, siehe 3 und 6, weist einen inneren Oberflächenabschnitt 27' auf, welcher einen parallel zur Projektionsebene 14 gemessenen Innenumfang U' aufweist, welcher größer als die Länge der Kontaktlinie 29' ist. Hierdurch wird eine gute Anlage der Dichtlippe 26; 26' an der Dichtfläche 13 gewährleistet, auch wenn die Dichtlippe 26; 26' nur eine geringe Dicke aufweist.
Die jeweilige Dichtfläche 20 bzw. 20' des Dichtrahmens 7 bzw. 7' erstreckt sich zwischen einer inneren Dichtkante 31; 31' und einer äußeren Dichtkante 32; 32'. Die Dichtkanten 31; 31', 32; 32' laufen in Umfangsrichtung der Dichtungsanordnung 7; 7' um und begrenzen jeweils eine Breite B der ringförmigen Dichtfläche 20; 20'. Die Breite B der Dichtfläche 20; 20' ist in Schließstellung des Steuerelements vollständig von dessen Dichtfläche 12 überdeckt. Dadurch ergibt sich eine definierte Anlagefläche, welche auch bei unterschiedlichen Druckdifferenzen vom stromaufwärtigen Kanalabschnitt 24; 24' zum stromabwärtigen Kanalabschnitt 25; 25' eine definierte Anlage des Dichtrahmens 18; 18' an dem Steuerelement 6 gewährleistet. Die Breite B kann 1,3 mm bis 1,5 mm betragen. Die tatsächlich im Betrieb auftretende Dichtlinie, definiert als in Umfangsrichtung geschlossene Linie höchster Flächenpressung, welche sich im Betrieb der Steuervorrichtung 1 zwischen der Dichtfläche 12 des Steuerelements 6 und der Dichtfläche 20; 20' ausbildet, liegt somit zwischen den beiden Dichtkanten 31 und 32 bzw. 31' und 32'. Die innere Dichtkante 31 bzw. 31' wird senkrecht zur Projektionsebene 14 in die Projektionsebene 14 projiziert und bildet dort eine innere Begrenzungslinie 36 bzw. 36', welche einen in der Projektionseben 14 liegenden zweiten Flächeninhalt A2 bzw. A2' umschließt. Die äußere Dichtkante 32 bzw. 32' wird ebenfalls in gleicher Weise auf die Projektionsebene 14 projiziert und bildet dort eine äußere Begrenzungslinie 37 bzw. 37', welche in der Projektionsebene 14 einen dritten Flächeninhalt A3 bzw. A3' umschließt.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel, siehe 2 und 4, wird die innere Dichtkante 31 von einem Absatz 33 auf der dem Steuerelement 6 zugewandten Seite des Dichtrahmens 18 gebildet. An den Absatz 33 schließt sich ein Oberflächenabschnitt 34 an, welcher zur Dichtfläche 12 des Steuerelements 6 beabstandet verläuft, beispielsweise äquidistant in einem Abstand H von 0,5 mm. Zwischen dem Oberflächenabschnitt 34 und der Dichtfläche 12 des Steuerelements 6 wird ein sich entlang des Umfangs der Dichtungsanordnung 7 erstreckender Ringraum 35 gebildet, welcher mit dem Durchgang 15 und mit dem stromabwärtigen Abschnitt 25 in Verbindung steht. Erfindungsgemäß ist der erste Flächeninhalt A1 kleiner als der zweite Flächeninhalt A2. Die Differenz A2 minus A1 bildet eine druckwirksame Fläche AP der Dichtungsanordnung 7, welche in Schließstellung des Steuerelements 6 bei steigender Druckdifferenz vom stromaufwärtigen Kanalabschnitt 24 zu dem stromabwärtigen Kanalabschnitt 25 eine steigende Anpressung des Dichtrahmens 18 an das Steuerelement 6 bewirkt.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel, siehe 3 und 6, wird die äußere Dichtkante 32' von einem Absatz 33' gebildet, an welchen sich ein Oberflächenabschnitt 34' anschließt, welcher zur Dichtfläche 12 des Steuerelements 6 beabstandet verläuft, beispielsweise äquidistant in einem Abstand H von 0,5 mm. Zwischen dem Oberflächenabschnitt 34' und der Dichtfläche 12 wird ein Ringraum 35' gebildet, welcher mit dem Zwischenraum 11 und dem stromabwärtigen Abschnitt 25' in Verbindung steht. Erfindungsgemäß ist der erste Flächeninhalt A1' größer als der dritte Flächeninhalt A3'. Die Differenz A1' minus A3' bildet eine druckwirksame Fläche AP' der Dichtungsanordnung 7', welche in Schließstellung des Steuerelements 6 bei steigender Druckdifferenz zwischen den Kanalabschnitten 24' und 25' eine steigende Anpressung des Dichtrahmens 18' an das Steuerelement 6 bewirkt.
Bei beiden Ausführungsbeispielen der Dichtungsanordnungen 7 und 7' wird ein Quotient aus der druckwirksamen Fläche AP; AP' und dem Flächeninhalt AC; AC' der senkrecht zur Projektionsebene 14 in die Projektionsebene 14 projizierten Dichtfläche 20; 20' des Dichtrahmens 18; 18' gebildet, welcher erfindungsgemäß beispielsweise im Bereich von 1,05 bis 1,15 liegen kann. Der Flächeninhalt AC entspricht der Differenz A3 minus A2 bei der Dichtungsanordnung 7 und AC' = A3' – A2' bei der Dichtungsanordnung 7'.
In 8 ist eine im Wesentlichen ringförmige, in die Projektionsebene 14 projizierte Dichtfläche 20; 20' des Dichtrahmens 18 oder 18' erkennbar, welche von der inneren Begrenzungslinie 36; 36' und der äußeren Begrenzungslinie 37; 37' begrenzt wird. Die Projektionsebene 14 entspricht in 8 der Zeichenebene. Die Dichtfläche 20; 20' weist zwei Lücken auf, welche den Lücken 40 und 41 der in die Projektionsebene projizierten Dichtfläche 20; 20' entsprechen. Zur Bestimmung der Flächeninhalte A2; A2' und A3; A3' werden die Lücken 40, 41 durch gerade Hilfslinien überbrückt. Die Lücke 40 weist eine engste Stelle auf, welche durch eine einzige Hilfslinie 45 kürzestmöglicher Länge geschlossen werden kann. Der zweite Flächeninhalt A2; A2' wird dann durch die innere Begrenzungslinie 36; 36' und die Hilfslinie 45 umschlossen. Der dritte Flächeninhalt A3; A3' wird von der äußeren Begrenzungslinie 37; 37' und der Hilfslinie 45 umschlossen. Im Bereich der Lücke 41 gibt es keine engste Stelle. Dort existieren mehrere gleich kurze Hilfslinien zwischen den beiden parallel verlaufenden Begrenzungslinien 39, welche jeweils die innere Begrenzungslinie 36; 36' mit der äußeren Begrenzungslinie 37; 37' verbinden. Zwischen den beiden Begrenzungslinien 39 sind beispielhaft drei mögliche Hilfslinien 46, 47 und 48 gleicher Länge dargestellt. Zur Bestimmung des zweiten Flächeninhalts A2; A2' wird die Hilfslinie 46 ausgewählt, welche zusammen mit der inneren Begrenzungslinie 36; 36' den kleinsten Flächeninhalt umschließt. Zur Bestimmung des dritten Flächeninhalts A3; A3' wird die Hilfslinie 48 ausgewählt, welche zusammen mit der äußeren Begrenzungslinie 37; 37' den größten Flächeninhalt umschließt. Die mit Hilfe der Hilfslinien 45 sowie 46 bzw. 48 bestimmten Flächeninhalte A2; A2' und/oder A3; A3' werden zur Berechnung der druckwirksamen Fläche AP; AP' herangezogen. Der Flächeninhalt AC; AC' wird durch die in Schließstellung vorhandene Kontaktfläche zwischen der Dichtfläche 12 des Steuerelements 6 und der Dichtfläche 20; 20' des Dichtrahmens 18; 18' bestimmt. Sind Lücken 40, 41 gemäß 8 vorhanden, reduziert sich – bei ansonsten gleichen Abmessungen – somit der Flächeninhalt AC; AC' im Vergleich zu einer in Umfangsrichtung geschlossenen Dichtfläche 20; 20' gemäß der 5 und 7.
Bezugszeichenliste

1: Steuervorrichtung
2: Gehäuse
3: Kühlmittelanschlussstutzen
4: Kühlmittelanschlussstutzen
5: Kühlmittelanschlussstutzen
6: Steuerelement
7, 7': Dichtungsanordnung
8: Wandung
9: Wandung
10: Innenraum
11: Zwischenraum
12: Dichtfläche
13: ebene Dichtfläche
14: Projektionsebene
15: Durchgang
16: Kanalabschnitt
17: Durchgangsöffnung
18, 18': Dichtrahmen
19, 19': Dichtring
20, 20': Dichtfläche
21: Verstärkungsteil
22, 22': Zulauföffnung
23, 23': Ablauföffnung
24, 24': stromaufwärtiger Kanalabschnitt
25, 25': stromabwärtiger Kanalabschnitt
26, 26': Dichtlippe
27, 27': innerer Oberflächenabschnitt
28, 28': Abschnitt
29, 29': Kontaktlinie
30, 30': äußerer Oberflächenabschnitt
31, 31': innere Dichtkante
32, 32': äußere Dichtkante
33, 33': Absatz
34, 34': Oberflächenabschnitt
35, 35': Ringraum
36, 36': innere Begrenzungslinie
37; 37': äußere Begrenzungslinie
39: Begrenzungslinie
40: Lücke
41: Lücke
45: Hilfslinie
46: Hilfslinie
47: Hilfslinie
48: Hilfslinie
A1, A1': erster Flächeninhalt
A2, A2': zweiter Flächeninhalt
A3, A3': dritter Flächeninhalt
AC, AC': Flächeninhalt
AP, AP': druckwirksame Fläche
B: Breite
H: Abstand
S: Schnittebene
U, U': Umfang

Claims

Steuervorrichtung (1) für den Kühlmittelfluss in einem Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine mit folgenden Merkmalen: • einem Gehäuse (2) mit einer Zulauföffnung (22), einer Ablauföffnung (23), einem von der Zulauföffnung (22) zur Ablauföffnung (23) verlaufenden Kanal (10, 11, 16) und einem bewegbaren Steuerelement (6) zum Verändern des durchströmbaren Kanalquerschnitts; • zwischen einer Dichtfläche (13) des Gehäuses (2) und einer Dichtfläche (12) des Steuerelements (6) sitzt eine ringförmige Dichtungsanordnung (7), welche einen durchströmbaren Durchgang (15) und eine um den Durchgang (15) umlaufende Umfangsrichtung aufweist; • das Steuerelement (6) ist entlang seiner Dichtfläche (12) relativ zu der Dichtungsanordnung (7) zwischen einer Schließstellung und einer Offenstellung bewegbar; • das Steuerelement (6) kann in seiner Schließstellung zwischen der Zulauföffnung (22) und der Ablauföffnung (23) eine Druckdifferenz von einem höheren Druck in einem stromaufwärtigen Kanalabschnitt (24) zu einem niedrigeren Druck in einem stromabwärtigen Kanalabschnitt (25) bewirken, wobei die Dichtungsanordnung (7) teilweise von dem höheren Druck und teilweise von dem niedrigeren Druck beaufschlagbar ist; • in der Offenstellung des Steuerelements (6) ist der stromaufwärtige (24) mit dem stromabwärtigen (25) Kanalabschnitt über den Durchgang (15) verbunden; • die Dichtungsanordnung (7) enthält einen Dichtrahmen (18) und einen damit flüssigkeitsdicht in Kontakt stehenden Dichtring (19); • der Dichtrahmen (18) weist an seiner dem Steuerelement (6) zugewandten Seite eine Dichtfläche (20) auf, welche zumindest in Schließstellung des Steuerelements (6) an dessen Dichtfläche (12) dichtend anliegt; • der Dichtring (19) besteht aus einem gummielastischen Material, liegt auf seiner dem Dichtrahmen (18) abgewandten Seite dichtend am Gehäuse (2) an und drückt den Dichtrahmen (18) mit dessen Dichtfläche (20) in Schließstellung des Steuerelements (6) federelastisch gegen dessen Dichtfläche (12); dadurch gekennzeichnet, • dass der Dichtring (19) an einer ebenen Dichtfläche (13) des Gehäuses (2) dichtend anliegt; • dass ein von dem niedrigeren Druck beaufschlagbarer Oberflächenabschnitt (27) des Dichtrings (19) und ein von dem niedrigeren Druck beaufschlagbarer Abschnitt (28) der ebenen Dichtfläche (13) des Gehäuses (2) an einer in Umfangsrichtung der Dichtungsanordnung (7) verlaufenden Kontaktlinie (29) aufeinandertreffen und dort miteinander in Berührung treten, wobei die Kontaktlinie (29) in einer entlang der ebenen Dichtfläche (13) des Gehäuses (2) verlaufenden Projektionsebene (14) liegt und einen in der Projektionsebene (14) liegenden ersten Flächeninhalt (A1) umschließt; • dass der Durchgang (15) der Dichtungsanordnung (7) einen Teil des stromabwärtigen Kanalabschnitts (25) bildet; • dass der Dichtring (19) einen außerhalb des Durchgangs (15) liegenden Oberflächenabschnitt (30) aufweist, welcher einen parallel zur Projektionsebene (14) gemessenen Außenumfang (U) aufweist, welcher höchstens der Länge der genannten Kontaktlinie (29) zwischen Dichtring (19) und Gehäuse (2) entspricht; • dass die Dichtfläche (20) des Dichtrahmens (18) senkrecht zur Projektionsebene (14) in die Projektionsebene (14) projiziert wird und dort durch eine in Umfangsrichtung der Dichtungsanordnung (7) verlaufende innere Begrenzungslinie (36) begrenzt wird, welche in der Projektionsebene (14) einen zweiten Flächeninhalt (A2) umschließt; • dass, wenn die Dichtfläche (20) des Dichtrahmens (18) in Umfangsrichtung eine Lücke (40; 41) aufweist, die innere Begrenzungslinie (36) im Bereich der Lücke (40; 41) durch eine in der in der Projektionsebene (14) verlaufende Hilfslinie (45; 46) kürzestmöglicher Länge geschlossen wird, um den zweiten Flächeninhalt (A2) zu umschließen, wobei, wenn mehrere gleich kurze Hilfslinien (46, 47, 48) zum Überbrücken der Lücke (41) existieren, diejenige der Hilfslinien (46) ausgewählt wird, welche zusammen mit der inneren Begrenzungslinie (36) den kleinsten Flächeninhalt (A2) umschließt; • dass der erste Flächeninhalt (A1) kleiner als der zweite Flächeninhalt (A2) ist und die Differenz des zweiten Flächeninhalts (A2) zu dem ersten Flächeninhalt (A1) eine druckwirksame Fläche (AP) bildet, welche in Schließstellung des Steuerelements (6) bei steigender Druckdifferenz vom stromaufwärtigen Kanalabschnitt (24) zu dem stromabwärtigen Kanalabschnitt (25) eine steigende Anpressung des Dichtrahmens (18) an das Steuerelement (6) bewirkt; • und dass der Quotient aus der druckwirksamen Fläche (AP) und dem Flächeninhalt (AC) der senkrecht zur Projektionsebene (14) in die Projektionsebene (14) projizierten Dichtfläche (20) des Dichtrahmens (18) im Bereich von 0,7 bis 1,3 liegt.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1 mit folgenden weiteren Merkmalen: • die Dichtfläche (20) des Dichtrahmens (18) wird auf ihrer dem Durchgang (15) zugewandten Seite durch eine innere Dichtkante (31) des Dichtrahmens (18) begrenzt; • die innere Begrenzungslinie (36) wird durch die senkrecht zur Projektionsebene (14) in die Projektionsebene (14) projizierte innere Dichtkante (31) gebildet.
Steuervorrichtung nach Anspruch 2 mit folgenden weiteren Merkmalen: • der Dichtrahmen (18) weist an seiner dem Steuerelement (6) zugewandten Seite einen Absatz (33) auf, welcher die innere Dichtkante (31) bildet; • an den Absatz (33) schließt sich ein Oberflächenabschnitt (34) des Dichtrahmens (18) an, welcher zur Dichtfläche (12) des Steuerelements (6) beabstandet verläuft und einen Ringraum (35) bildet, welcher sich in Umfangsrichtung der Dichtungsanordnung (7) erstreckt und in Schließstellung des Steuerelements (6) von dem niedrigeren Druck beaufschlagbar ist.
Steuervorrichtung (1) für den Kühlmittelfluss in einem Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine mit folgenden Merkmalen: • einem Gehäuse (2) mit einer Zulauföffnung (22'), einer Ablauföffnung (23'), einem von der Zulauföffnung (22') zur Ablauföffnung (23') verlaufenden Kanal (10, 11, 16) und einem bewegbaren Steuerelement (6) zum Verändern des durchströmbaren Kanalquerschnitts; • zwischen einer Dichtfläche (12) des Gehäuses (2) und einer Dichtfläche des Steuerelements (6) sitzt eine ringförmige Dichtungsanordnung (7'), welche einen durchströmbaren Durchgang (15) und eine um den Durchgang (15) umlaufende Umfangsrichtung aufweist; • das Steuerelement (6) ist entlang seiner Dichtfläche (12) relativ zu der Dichtungsanordnung (7') zwischen einer Schließstellung und einer Offenstellung bewegbar; • das Steuerelement (6) kann in seiner Schließstellung zwischen der Zulauföffnung (22') und der Ablauföffnung (23') eine Druckdifferenz von einem höheren Druck in einem stromaufwärtigen Kanalabschnitt (24') zu einem niedrigeren Druck in einem stromabwärtigen Kanalabschnitt (25') bewirken, wobei die Dichtungsanordnung (7') teilweise von dem höheren Druck und teilweise von dem niedrigeren Druck beaufschlagbar ist; • in der Offenstellung des Steuerelements (6) ist der stromaufwärtige (24') mit dem stromabwärtigen (25') Kanalabschnitt über den Durchgang (15) verbunden; • die Dichtungsanordnung (7') enthält einen Dichtrahmen (18') und einen damit flüssigkeitsdicht in Kontakt stehenden Dichtring (19'); • der Dichtrahmen (18') weist an seiner dem Steuerelement (6) zugewandten Seite eine Dichtfläche (20') auf, welche zumindest in Schließstellung des Steuerelements (6) an dessen Dichtfläche (12) dichtend anliegt; • der Dichtring (19') besteht aus einem gummielastischen Material, liegt auf seiner dem Dichtrahmen (18') abgewandten Seite dichtend am Gehäuse (2) an und drückt den Dichtrahmen (18') mit dessen Dichtfläche (20') in Schließstellung des Steuerelements (6) federelastisch gegen dessen Dichtfläche (12); dadurch gekennzeichnet, • dass der Dichtring (19') an einer ebenen Dichtfläche (13) des Gehäuses (2) dichtend anliegt; • dass ein von dem niedrigeren Druck beaufschlagbarer Oberflächenabschnitt (30') des Dichtrings (19') und ein von dem niedrigeren Druck beaufschlagbarer Abschnitt (28') der ebenen Dichtfläche (13) des Gehäuses (2) an einer in Umfangsrichtung der Dichtungsanordnung (7') verlaufenden Kontaktlinie (29') aufeinandertreffen und dort miteinander in Berührung treten, wobei die Kontaktlinie (29') in einer entlang der ebenen Dichtfläche (13) des Gehäuses (2) verlaufenden Projektionsebene (14) liegt und einen in der Projektionsebene (14) legenden ersten Flächeninhalt (A1') umschließt; • dass der Durchgang (15) der Dichtungsanordnung (7') einen Teil des stromaufwärtigen Kanalabschnitts (24') bildet; • dass der Dichtring (19') einen innerhalb des Durchgangs (15) liegenden Oberflächenabschnitt (27') aufweist, welcher einen parallel zur Projektionsebene (14) gemessenen Innenumfang (U') aufweist, welcher zumindest der Länge der genannten Kontaktlinie (29') zwischen Dichtring (19') und Gehäuse (2) entspricht; • dass die Dichtfläche (20') des Dichtrahmens (18') senkrecht zur Projektionsebene (14) in die Projektionsebene (14) projiziert wird und dort durch eine in Umfangsrichtung der Dichtungsanordnung (7') verlaufende äußere Begrenzungslinie (37') begrenzt wird, welche in der Projektionsebene (14) einen dritten Flächeninhalt (A3') umschließt; • dass, wenn die Dichtfläche (20') des Dichtrahmens (18') in Umfangsrichtung eine Lücke (40; 41) aufweist, die äußere Begrenzungslinie (37') im Bereich der Lücke (40; 41) durch eine in der in der Projektionsebene (14) verlaufende Hilfslinie (45; 48) kürzestmöglicher Länge geschlossen wird, um den dritten Flächeninhalt (A3') zu umschließen, wobei, wenn mehrere gleich kurze Hilfslinien (46, 47, 48) zum Überbrücken der Lücke (41) existieren, diejenige der Hilfslinien (48) ausgewählt wird, welche zusammen mit der äußeren Begrenzungslinie (37') den größten Flächeninhalt (A3') umschließt; • dass der erste Flächeninhalt (A1') größer als der dritte Flächeninhalt (A3') ist und die Differenz des ersten Flächeninhalts (A1') zu dem dritten Flächeninhalt (A3') eine druckwirksame Fläche (AP') bildet, welche in Schließstellung des Steuerelements (6) bei steigender Druckdifferenz vom stromaufwärtigen Kanalabschnitt (24') zu dem stromabwärtigen Kanalabschnitt (25') eine steigende Anpressung des Dichtrahmens (18') an das Steuerelement (6) bewirkt; • und dass der Quotient aus der druckwirksamen Fläche (AP') und dem Flächeninhalt (AC') der senkrecht zur Projektionsebene (14) in die Projektionsebene (14) projizierten Dichtfläche (20') des Dichtrahmens (18') im Bereich von 0,7 bis 1,3 liegt.
Steuervorrichtung nach Anspruch 4 mit folgenden weiteren Merkmalen: • die Dichtfläche (20') des Dichtrahmens (18') wird auf ihrer dem Durchgang (15) abgewandten Seite durch eine äußere Dichtkante (32') des Dichtrahmens (18') begrenzt; • die äußere Begrenzungslinie (37') wird durch die senkrecht zur Projektionsebene (14) in die Projektionsebene (14) projizierte äußere Dichtkante (32') gebildet.
Steuervorrichtung nach Anspruch 5 mit folgenden weiteren Merkmalen: • der Dichtrahmen (18') weist an seiner dem Steuerelement (6) zugewandten Seite einen Absatz (33') auf, welcher die äußere Dichtkante (32') bildet; • an den Absatz (33') schließt sich ein Oberflächenabschnitt (34') des Dichtrahmens (18') an, welcher zur Dichtfläche (12) des Steuerelements (6) beabstandet verläuft und einen Ringraum (35') bildet, welcher sich in Umfangsrichtung der Dichtungsanordnung (7') erstreckt und in Schließstellung des Steuerelements (6) von dem niedrigeren Druck beaufschlagbar ist.
Steuervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, in welcher der Quotient im Bereich von 1,0 bis 1,2 liegt.
Steuervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, in welcher die Dichtfläche (20; 20') des Dichtrahmens (18; 18') sich zwischen einer inneren Dichtkante (31; 31') und einer äußeren Dichtkante (32; 32') erstreckt, welche jeweils in Umfangsrichtung der Dichtungsanordnung (7; 7') umlaufen.
Steuervorrichtung nach Anspruch 8, in welcher die innere Dichtkante (31; 31') und die äußere Dichtkante (32; 32') jeweils entlang des gesamten Umfangs der Dichtungsanordnung (7; 7') ununterbrochen umlaufen.
Steuervorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, in welcher die innere Dichtkante (31; 31') und die äußere Dichtkante (32; 32') eine kleinste Breite (B) der Dichtfläche (20; 20') des Dichtrahmens (18; 18') begrenzen, welche parallel zur Projektionsebene (14) gemessen wird und von 1 mm bis 3 mm beträgt.
Steuervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, in welcher das Steuerelement (6) um eine Drehachse verschwenkbar ist und die Dichtfläche (12) des Steuerelements (6) rotationssymmetrisch um die Drehachse ist.
Steuervorrichtung nach Anspruch 11, in welcher die Dichtfläche (12) des Steuerelements (6) die Form einer Umfangsfläche (12) eines Kreiszylinders aufweist.
Steuervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, in welcher ein an der Dichtfläche (13) des Gehäuses (2) anliegender Abschnitt des Dichtrings (19; 19') in Form einer Dichtlippe (26; 26') ausgebildet ist.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1 und 13, in welcher sich Innenumfang und Außenumfang (U) der Dichtlippe (26) in Richtung zur Projektionsebene (14) hin vergrößern.
Steuervorrichtung nach Anspruch 4 und 13, in welcher sich Innenumfang (U') und Außenumfang der Dichtlippe (26') in Richtung zur Projektionsebene (14) hin verkleinern.