DE102017108905A1

DE102017108905A1 - Kühlmittelventil

Info

Publication number: DE102017108905A1
Application number: DE102017108905.5A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Hurst
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2017-04-26
Filing date: 2017-04-26
Publication date: 2018-10-31

Abstract

Vorgeschlagen ist ein Kühlmittelventil (1), umfassend ein Ventilgehäuse (2), einen im Ventilgehäuse angeordneten Drehschieber (4) und einen am Ventilgehäuse angeordneten Kühlmittelanschluss (5) mit einem den Drehschieber kontaktierenden Primärdichtring (8). Dabei soll der Kühlmittelanschluss einen Durchflussbegrenzer haben, wobei folgende Größenverhältnisse gelten:D≥ 15 mm und A/ A≥ 100, mitD= kleinster Kontaktdurchmesser des Primärdichtrings (8) im Kontakt mit dem Drehschieber (4)A= Durchflussquerschnitt des Durchflussbegrenzers.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kühlmittelventil, das ein Ventilgehäuse, einen im Ventilgehäuse angeordneten Drehschieber und einen am Ventilgehäuse angeordneten Kühlmittelanschluss mit einem den Drehschieber kontaktierenden Primärdichtring umfasst.
Ein derartiges Kühlmittelventil dient bekanntlich dazu, die Kühlmitteltemperatur einer Brennkraftmaschine an unterschiedlichen Positionen innerhalb des Kühlkreislaufs bedarfsgerecht einzustellen. Als Beispiele für den aus zahlreichen Druckschriften bekannten Stand der Technik seien die GB 2 309 797 A und die US 2016/0003126 A1 genannt, bei denen der den Kühlmittelanschluss passierende Kühlmitteldurchfluss mit großer Spreizung, d.h. zwischen einem großen und einem kleinen Volumenstrom ausreichend präzise einstellbar ist.
Bei manchen Kühlkreisläufen ist jedoch eine große Spreizung des Volumenstroms weder erforderlich noch erwünscht. Vielmehr soll dort der Kühlmitteldurchfluss durch einen der Kühlmittelanschlüsse einen vergleichsweise kleinen Volumenstrom nicht überschreiten, und zwar möglichst unabhängig von der umfänglichen Position des Drehschiebers relativ zum Kühlmittelanschluss und mithin zum Primärdichtring.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Demnach soll der Kühlmittelanschluss einen Durchflussbegrenzer haben, wobei folgende Größenverhältnisse gelten:

Ds ≥ 15 mm und A_S / A_L ≥ 100, mit
Ds = kleinster Kontaktdurchmesser des Primärdichtrings im Kontakt mit dem Drehschieber $As = π \cdot {Ds}^{2} / 4$
A_L = Durchflussquerschnitt des Durchflussbegrenzers.

Die untere Beschränkung des kleinsten Durchmessers auf 15 mm, mit dem der Primärdichtring den Drehschieber kontaktiert, bewirkt, dass die Durchflussquerschnitte des Kühlmittelventils trotz der lokalen Durchflussbegrenzung auf Kleinstvolumenströme ausreichend groß dimensioniert werden können. Dies ist nicht nur vorteilhaft im Hinblick auf die Herstellbarkeit der durchflossenen Komponenten, sondern mitunter auch geometrisch notwendig, falls dieselbe (große) Steueröffnung im Drehschieber mit mehreren Kühlmittelanschlüssen kommuniziert, von denen einer ohne Durchflussbegrenzung durchströmt ist.
Für den Fall, dass der Durchflussbegrenzer ebenfalls einen einzigen kreisrunden Durchflussquerschnitt hat, ergibt sich aus dem Querschnittsverhältnis A_S / A_L ≥ 100 ein Durchmesserverhältnis (D_S / D_L)² ≥ 100 und folglich ein Durchmesser des Durchflussbegrenzers von D_L ≤ 0,1 · D_S. Damit beträgt der Durchmesser des Durchflussbegrenzers maximal 1,5 mm, wenn der kleinste Kontaktdurchmesser des Primärdichtrings 15 mm beträgt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
In einer ersten Ausgestaltung kann der Durchflussbegrenzer Teil des Primärdichtrings und vorzugsweise durch Kunststoffspritzgießen des Primärdichtrings hergestellt sein.
Alternativ kann der Kühlmittelanschluss einen am Ventilgehäuse befestigten und mit dem Durchflussbegrenzer einteiligen Anschlussstutzen umfassen, der ebenfalls bevorzugt ein Kunststoffspritzgießteil ist.
Kombinationen der vorstehenden Alternativen im Sinne einer Registerschaltung von begrenzenden Durchflussquerschnitten sind ebenfalls möglich.
Der Durchflussbegrenzer kann alternativ auch eine gelochte Scheibe sein, die als separates Bauteil mit dem Primärdichtring, einem den Primärdichtring gegen das Ventilgehäuse abdichtenden Sekundärdichtring und einer den Primärdichtring und den Sekundärdichtring auf den Drehschieber drückenden Feder in Reihe geschaltet ist. Im Hinblick auf die Anordnung der Scheibe innerhalb der Reihenschaltung kann die Scheibe entweder zwischen dem Primärdichtring und dem Sekundärdichtring oder zwischen dem Sekundärdichtring und der Feder oder zwischen der Feder und dem Kühlmittelanschluss eingespannt sein.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren mit drei Ausführungsbeispielen. Sofern nicht anders erwähnt, sind dabei gleiche oder funktionsgleiche Merkmale oder Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:

1 ein Kühlmittelventil im Längsschnitt durch einen Kühlmittelanschluss mit Durchflussbegrenzer;
2 den Durchflussbegrenzer gemäß 1 als Einzelteil;
3 die Einzelheit X aus 1 mit einer dazu alternativen Anordnung des Durchflussbegrenzers gemäß 2;
4 die Einzelheit X gemäß 3 mit einer dazu alternativen Anordnung des Durchflussbegrenzers.

Das in 1 dargestellte Kühlmittelventil 1 steuert die Kühlmittelkreise einer Brennkraftmaschine und hat als wesentliche Komponenten ein Ventilgehäuse 2, einen um die Achse 3 drehbar im Ventilgehäuse 2 angeordneten Drehschieber 4 und mehrere am Ventilgehäuse 2 angeordnete Kühlmittelanschlüsse, von denen nur der Kühlmittelanschluss 5 deutlich erkennbar ist. Der Kühlmittelanschluss 5 umfasst einen mit dem Ventilgehäuse 2 fest verschraubten Anschlussstutzen 6 für einen Kühlmittelschlauch oder für ein Kühlmittelrohr und - gemäß 3 - ein in einer Bohrung 7 des Ventilgehäuses 2 angeordnetes Dichtungspaket mit einem Primärdichtring 8 und einem Sekundärdichtring 9, der den Primärdichtring 8 gegen das Ventilgehäuse 2 abdichtet. Die beiden Dichtringe 8 und 9 sind axial mit einer zwischen dem Sekundärdichtring 9 und dem Anschlussstutzen 6 eingespannten Druckfeder 10, vorliegend einer Wellfeder in Reihe geschaltet, so dass der Primärdichtring 8 mit dichtendem Kontakt gegen den Drehschieber 4 gedrückt wird. Der Primärdichtring 8 ist umfänglich an Vorsprüngen des Ventilgehäuses 2 abgestützt, die im dargestellten Längsschnitt nicht erkennbar sind. Die Abdichtung des Anschlussstutzens 6 zur Umgebung des Ventilgehäuses 2 erfolgt über einen O-Ring 11.
Der Drehschieber 4 hat zwei axial benachbarte Kugelabschnitte 12 und 13, die jeweils von einer Steueröffnung radial durchsetzt sind. In der Schnittdarstellung ist lediglich die Steueröffnung 14 des linken Kugelabschnitts 12 erkennbar. Die Umfangsposition des Drehschiebers 4 wird in bekannter Weise über ein elektromotorisch betätigtes Getriebe 15 eingestellt, wobei sich die Steueröffnungen und die zugehörigen Primärdichtringe je nach der Einstellung des Drehschiebers 4 mehr oder weniger überdecken und dementsprechend mehr oder weniger Durchflussquerschnitt durch die Kühlmittelanschlüsse freigeben oder vollständig verschließen.
Der Kühlmittelanschluss 5 ist mit einem im Zylinderblock der Brennkraftmaschine angeordneten Thermostaten verbunden, der zum Sensieren der Blocktemperatur lediglich mit einem Kleinstvolumenstrom beaufschlagt wird, und hat als einziger Kühlmittelanschluss einen Durchflussbegrenzer, der den Volumenstrom durch die den Kugelabschnitt 13 durchsetzende Steueröffnung des Drehschiebers 2 und durch den Primärdichtring 8 auf diesen Kleinstvolumenstrom drosselt. In den drei dargestellten Ausführungsbeispielen ist der Durchflussbegrenzer eine einfach zentrisch (alternativ: einfach oder mehrfach exzentrisch) gelochte Scheibe 16 gemäß 2, die Teil der axialen Reihenschaltung aus dem Primärdichtring 8, dem Sekundärdichtring 9 und der Druckfeder 10 ist.
Im ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist die Scheibe 16 zwischen dem Primärdichtring 8 und dem Sekundärdichtring 9 eingespannt.
Im zweiten Ausführungsbeispiel gemäß 3 ist die Scheibe 16 zwischen dem Sekundärdichtring 9 und der Druckfeder 10 eingespannt.
Im dritten Ausführungsbeispiel gemäß 4 ist die Scheibe 16 zwischen der Druckfeder 10 und dem Anschlussstutzen 6 eingespannt.
Die für den gedrosselten Durchfluß durch den Kühlmittelanschluss 5 maßgeblichen Größenverhältnisse sind wie folgt:

Der kleinste, d.h. der innerste Kontaktdurchmesser des Primärdichtrings 8 im Kontakt mit dem Drehschieber 2 (s. 3) beträgt: D_S ≥ 15 mm. Vorliegend beträgt Ds = 16 mm.
Der Durchmesser des den Durchfluss begrenzenden Lochs 17 in der Scheibe 16 beträgt: D_L = 1,0 mm.
Der Durchflussquerschnitt am Kontaktdurchmesser Ds des Primärdichtrings 8 beträgt: $As= π \cdot {Ds}^{2} / 4.$
Der Durchflussquerschnitt der Scheibe 16 beträgt A_L = π · D_L ² / 4.
Damit gilt für 100 ≤ A_S / A_L = (D_S / D_L)² = (16/1)² = 256.

Bezugszeichenliste

1: Kühlmittelventil
2: Ventilgehäuse
3: Achse
4: Drehschieber
5: Kühlmittelanschluss
6: Anschlussstutzen
7: Bohrung
8: Primärdichtring
9: Sekundärdichtring
10: Druckfeder
11: O-Ring
12: Kugelabschnitt
13: Kugelabschnitt
14: Steueröffnung
15: Getriebe
16: Scheibe
17: Loch

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

GB 2309797 A [0002]
US 2016/0003126 A1 [0002]

Claims

Kühlmittelventil (1), umfassend ein Ventilgehäuse (2), einen im Ventilgehäuse (2) angeordneten Drehschieber (4) und einen am Ventilgehäuse (2) angeordneten Kühlmittelanschluss (5) mit einem den Drehschieber (4) kontaktierenden Primärdichtring (8), dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelanschluss (5) einen Durchflussbegrenzer hat, wobei folgende Größenverhältnisse gelten: D_S ≥ 15 mm und A_S / A_L ≥ 100, mit Ds = kleinster Kontaktdurchmesser des Primärdichtrings (8) im Kontakt mit dem Drehschieber (4) $As = π \cdot {Ds}^{2} / 4$
A_L = Durchflussquerschnitt des Durchflussbegrenzers.
Kühlmittelventil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Primärdichtring (8) mit dem Durchflussbegrenzer einteilig ist.
Kühlmittelventil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelanschluss (5) einen am Ventilgehäuse (2) befestigten und mit dem Durchflussbegrenzer einteiligen Anschlussstutzen (6) umfasst.
Kühlmittelventil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchflussbegrenzer eine gelochte Scheibe (16) ist, die mit dem Primärdichtring (8), einem den Primärdichtring (8) gegen das Ventilgehäuse (2) abdichtenden Sekundärdichtring (9) und einer den Primärdichtring (8) und den Sekundärdichtring (9) auf den Drehschieber (4) drückenden Druckfeder (10) axial in Reihe geschaltet ist.
Kühlmittelventil (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe (16) entweder zwischen dem Primärdichtring (8) und dem Sekundärdichtring (9) oder zwischen dem Sekundärdichtring (9) und der Druckfeder (10) oder zwischen der Druckfeder (10) und dem Kühlmittelanschluss (5) eingespannt ist.