DE102017215194A1

DE102017215194A1 - Rotationsventil mit optimiertem Durchfluss sowie Verfahren

Info

Publication number: DE102017215194A1
Application number: DE102017215194.3A
Authority: DE
Inventors: Hannes Hofstetter; Viktor Racz
Original assignee: Magna Powertrain Bad Homburg GmbH
Current assignee: Hanon Systems EFP Deutschland GmbH
Priority date: 2017-08-30
Filing date: 2017-08-30
Publication date: 2019-02-28
Also published as: WO2019043101A1

Abstract

Rotationsventil (1) umfassend ein Gehäuse (2) mit einer Ventilkammer, wobei die Ventilkammer zumindest einen Zulauf (6) und zumindest einen Ablauf (10) aufweist, wobei der Zulauf und/oder der Ablauf durch einen um eine Achse drehbaren und in der Ventilkammer angeordneten Ventilkörper (3) bedarfsweise zumindest teilweise verschließbar sind, und der Ventilkörper mindestens eine Öffnung (4) aufweist, die die Wand (13) des Ventilkörpers vollständig durchbricht, dadurch gekennzeichnet, dass an die Öffnung (4) mindestens ein Bereich (14, 15) reduzierter Wandstärke angeschlossen ist.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Rotationsventil zum Einsatz in Kühlmittelströmen mit einem Ventilgehäuse und einem darin befindlichen Ventilkörper und einem Aktuator zur Bewegung des Ventilkörpers im Ventilgehäuse.
Die Erfindung erstreckt sich auch auf ein Verfahren zum Betrieb eines Rotationsventils.
Stand der Technik
Derartige Ventile können zur Steuerung des Kühlmittelstroms einer Brennkraftmaschine zum Einsatz kommen, um im Fluidkreislauf je nach Lastfall eine optimale Kühlmitteltemperatur zu gewährleisten.
Für ein solches Thermalmanagement-Modul wird eine gut steuerbare Durchflussregelung benötigt. Um sämtlichen Toleranzen des Systems gerecht zu werden, ist es notwendig, eine sehr gute Durchflussaufteilung einzustellen und zu garantieren. Durch Vorgaben des Bauraums, sowie der Zuordnung der Zu- und Abflüsse sind einfache Lösungen oft nicht möglich.
GB2385903 zeigt ein Drehventil mit Ventilkörper im Kühlstrom eines Kraftfahrzeugs. Ein Stromverzweiger ist drehbar im Ventilkörper aufgenommen und enthält eine Vielzahl von Fluiddurchgängen, die in Abhängigkeit einer Drehstellung des Stromverzweigers für voreingestellte Strömungswege zwischen dem Einlassanschluss und den Auslassanschlüssen sorgen. Ein Stellglied reagiert auf ein Steuersignal zum Festlegen der Drehstellung. Das Ventil weist durchgängige Öffnungen mit unterschiedlichen Geometrie auf. Diese haben den Nachteil, dass jede kleinste Positionsänderung des Ventilkörpers eine große Durchflussänderung zur Folge hat.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Drehventil zu schaffen, das es ermöglicht eine genaue Durchflussregelung in einem großen Regelbereich darzustellen.
Die Aufgabe wird gelöst mit einem Rotationsventil umfassend ein Gehäuse mit einer Ventilkammer, wobei die Ventilkammer zumindest einen Zulauf und zumindest einen Ablauf aufweist, wobei der Zulauf und/oder der Ablauf durch einen um eine Achse drehbaren und in der Ventilkammer angeordneten Ventilkörper bedarfsweise zumindest teilweise verschließbar sind, und der Ventilkörper mindestens eine Öffnung aufweist, die die Wand des Ventilkörpers vollständig durchbricht, wobei an die Öffnung mindestens ein Bereich reduzierter Wandstärke angeschlossen ist.
Dabei ist es vorteilhaft, dass mindestens ein Bereich reduzierter Wandstärke einen Nut und/oder einen Tasche ist. Dadurch ist es möglich, das Öffnen des Ventils über eine einfache Geometrie optimal anzusteuern.
Zur Optimierung des Ventils weist die Nut und/oder die Tasche einen Tiefe auf, die sich bis zur halben Wandstärke des Ventilkörpers erstreckt. Bei der Bestimmung der Tiefe des Bereiches müssen weitere Randbedingungen, wie mögliche Verschmutzungspartikelgrößen, berücksichtigt werden.
Es ist weiterhin von Vorteil, dass sich die Nut und/oder die Tasche in der Längenausdehnung von der Gesamtlänge der Öffnung bis zu einem Viertel der Gesamtlänge der Öffnung erstreckt.
Vorteilhafterweise ist die Tiefe der Nut und/oder der Tasche über den gesamten Bereich konstant.
Alternativ dazu kann die Tiefe der Nut und/oder der Tasche über den Bereich variabel sein.
Um eine optimale Ansteuerung zu erhalten, erstreckt sich die Nut und/oder die Tasche in radialen Ausdehnung bis zu einem Drittel der gesamten radialen Ausdehnung der Öffnung.
Um sowohl den Öffnungsprozess als auch das Schließen des Rotationsventils zu kontrollieren, erstrecken sich die Nut und/oder die Tasche auf beiden Seiten der radialen Ausdehnung der Öffnung.
Um Geräuschbildungen zu vermeiden und die Strömungssituation zu verbessern, besitzt die Nut und/oder die Tasche im Übergang zum Ventilkörper eine Phase.
Die Geometrie der Nut und/oder Tasche kann mit tangentialen Flächen, Radien, Entformungen, Unterschneidungen zwischen der Mantelfläche des Ventilkörpers und dem Boden des Bereiches strömungsoptimal gestaltet werden.
Die Aufgabe wird weiterhin gelöst mit einem Verfahren zum Betrieb eines Thermalmanagementmoduls unter Verwendung eines Rotationsventils.
Figurenliste
Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Drehventils,
2 zeigt einen Schnitt durch einen Ventilkörper
3 zeigt Schnitte durch die Wandung des Ventilkörpers.

1 zeigt einen Schnitt durch ein Rotationsventil 1 mit einem den zylinderförmigen Ventilkörper 3 umgebendem Gehäuse 2. Der rohrförmig bzw. topfförmig gestaltete Ventilkörper 3 weist in seinem Außenumfang Öffnungen 4 auf, die mit über Gleitdichtungen 5 - am zylindrischen Außenumfang des Ventilkörpers anliegend - gedichteten Zu- bzw. Abflüssen 6 zusammenwirken. Das Gehäuse 2 ist in seinem Innenbereich ebenfalls rohr- bzw. zylinderförmig gestaltet und umgibt so den aufgenommenen und drehbar gelagerten Ventilkörper 3, wobei zwischen Außenumfang des Ventilkörpers 3 und Innenwand des Gehäuses 2 ein Spalt gebildet wird. An der Oberseite ist das Ventilgehäuse2 mit einem Deckel 7 geschlossen. Der Deckel 7 weist eine Öffnung auf, durch welche eine den Ventilkörper 3 verschwenkende Welle durchgeführt ist, die mit einem -nicht dargestellten- Antrieb gekoppelt ist.
Die Richtung der Fluidströmung ist mit dem Pfeil gekennzeichnet. Das Fluid verlässt das Ventil, das Ventilgehäuse 3 an dessen Unterseite über einen Abfluss 10. Der topfförmige Ventilkörper 3 ist mit dem Bodenteil nach oben weisend in die Aufnahme des Ventilgehäuses 2 eingesetzt. Die offene Unterseite des Ventilkörpers 3 liegt an einer bundförmigen Verjüngung innerhalb des Gehäuses auf. Diese Verjüngung weist Durchbrüche 11 auf, so dass das Fluid sowohl innerhalb des Ventilkörpers 3 als auch in dem spaltförmigen Bereich außerhalb des Ventilkörpers 3 strömt.
2 zeigt einen Längsschnitt durch den Ventilkörper 3 der eine gesamte Länge L aufweist. Im Ausführungsbeispiel zeigt der Ventilkörper 3 zwei Öffnungen 4.
Die auf der rechten Seite der Figur angeordnete Öffnung 4 erstreckt sich über einen radialen Bereich R1 des Ventilkörpers. Man erkennt eine Nut 14, die sich direkt an die Öffnung 4 anschließt. Die Nut 4 besitzt eine radiale Ausdehnung R2, die deutlich kleiner als die radiale Erstreckung R1 der Öffnung ist.
Die Nut 14 erstreckte sich nicht über die gesamte Länge der Öffnung 4, sondern nur über einen Teilbereich L2. Dieser Teilbereich L2 weist in diesem Ausführungsbeispiel etwa 1/3 der Länge der Öffnung 4 auf.
Die Tiefe der Nut 14 wird in 3 dargestellt. Im linken Bereich der Figur ist ein Schnitt durch die Wand 13 des Ventilkörpers 3 dargestellt. Die Wandstärke D1 des Ventilkörpers wird im Bereich der Nut 14 auf eine Tiefe D2 reduziert.
Die Tiefe der Nut D2 ist dabei in etwa die halbe Wandstärke des Ventilkörpers. Die Tiefe D2 darf die Stabilität des Ventilkörpers nicht beeinflussen. In diesem Ausführungsbeispiel wird somit die Nut in einer radiale Erstreckung R2, einer Länge L2 und einer Tiefe D2 dargestellt. Dabei kann die Tiefe der Nut über den gesamten Vertiefungsbereich hinweg gleich ausgebildet sein.
In einer alternativen Ausführungsform ist allerdings die Tiefe der Nut variabel, speziell in den Übergangsbereichen am Punkt 20 sowie an der Kontaktstelle 21 zur Öffnung 4 kann die Tiefe der Nut veränderlich sein und auch speziell eine Phase ausbilden.
Im Ausführungsbeispiel, das auf der rechten Seite der 2 dargestellt ist, ist eine Öffnung 4 mit einer Tasche 15 versehen. Die Tasche 15 erstreckt sich über die gesamte Länge der Öffnung 4 und besitzt eine auf eine Spitze 22 zulaufende Form.
Wie bereits oben für die Nut 14 ausgeführt ist es möglich, die Tasche 15 in unterschiedlichen radialen Erstreckungen R3 auszugestalten. Besonders im Bereich der Spitze 22 sowie der Kontaktstelle 21 zur Öffnung 4 kann die Tasche variable Tiefen aufweisen.
Die genaue Auslegung der Taschen und der Nuten erfolgt mit den Anforderungen an das Rotationsventil. Es werden dabei nicht nur reine Steueraspekte berücksichtigt, sondern auch die Geräuschbildung durch die Strömungssituation als auch die Verschleißminderung am Gleitkörper berücksichtigt.
Durch den Einsatz von Nuten und Taschen wird dem eigentlichen Öffnungsprozess ein Anfahrprozess vorgeschaltet. Genauso wird bei Verschließen des Ventils ein Nachverschließprozess realisiert.
Das Rotationsventil ist daher besser ansteuerbar und toleranter gegenüber produktionsbedingten Toleranzen.
Bezugszeichenliste

1: Rotationsventil
2: Gehäuse
3: Ventilkörper
4: Öffnungen
5: Gleitdichtung
6: Zufluss
7: Deckel
10: Abfluss
11: Durchbruch
12: Achse
13: Wand
14: Nut
13: Wand
15: Tasche
20: Punkt
21: Übergang
22: Spitze
R1, R2, R3: radiale Erstreckungen
L, L1, L2: Längen
D1: Wamdstärke
D2: Tiefe

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 2385903 [0004]

Claims

Rotationsventil (1) umfassend ein Gehäuse (2) mit einer Ventilkammer, wobei die Ventilkammer zumindest einen Zulauf (6) und zumindest einen Ablauf (10) aufweist, wobei der Zulauf und/oder der Ablauf durch einen um eine Achse drehbaren und in der Ventilkammer angeordneten Ventilkörper (3) bedarfsweise zumindest teilweise verschließbar sind, und der Ventilkörper mindestens eine Öffnung (4) aufweist, die die Wand (13) des Ventilkörpers vollständig durchbricht, dadurch gekennzeichnet, dass an die Öffnung (4) mindestens ein Bereich (14, 15) reduzierter Wandstärke angeschlossen ist.
Rotationsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Bereich reduzierter Wandstärke einen Nut (14) und/oder einen Tasche (15) ist.
Rotationsventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (14) und/oder die Tasche (15) einen Tiefe (D2) aufweist, die bis zur halben Wandstärke (D1) des Ventilkörpers geht.
Rotationsventil nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Nut (14) und/oder die Tasche (15) in der Längenausdehnung (L2) von der Gesamtlänge (L1) der Öffnung (4) bis zu einem Viertel der Gesamtlänge (L1) der Öffnung (4) erstreckt.
Rotationsventil nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe (D2) der Nut (14) und/oder der Tasche (15) über den gesamten Bereich konstant ist.
Rotationsventil nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe (D2) der Nut (14) und/oder der Tasche (15) über den Bereich variabel ist.
Rotationsventil nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Nut (14) und/oder die Tasche (15) in radialen Ausdehnung (R2) bis zu einem Drittel der gesamten radialen Ausdehnung (R1) der Öffnung (4) erstreckt.
Rotationsventil nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Nut (14) und/oder die Tasche (15) auf beiden Seiten der radialen Ausdehnung der Öffnung erstrecken.
Rotationsventil nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (14) und/oder die Tasche (15) im Übergang zum Ventilkörper (3) eine Fase aufweisen.
Verfahren zum Betrieb eines Thermalmanagementmoduls unter Verwendung eines Rotationsventils nach Anspruch 1 bis 9.