DE102018009680A1

DE102018009680A1 - Massenstromsteuerungseinheit sowie Kühlmittelsystem mit zumindest einer solchen Massenstromsteuerungseinheit

Info

Publication number: DE102018009680A1
Application number: DE102018009680.8A
Authority: DE
Inventors: Philippose Rajan; Daniel Wenzel
Original assignee: Voss Automotive GmbH
Current assignee: Voss Automotive GmbH
Priority date: 2018-12-13
Filing date: 2018-12-13
Publication date: 2020-06-18
Also published as: DE102018009680A9; CN212455604U; CN111425624A

Abstract

Bei einer Massenstromsteuerungseinheit (1) zum Steuern von Massenströmen, insbesondere in Kühlkreisläufen (6,7), umfassend zumindest einen Gehäuseteil (10,11,12), einen Stellantrieb (4), zumindest ein innerhalb des zumindest einen Gehäuseteils (11,12) drehbar anordbares oder angeordnetes Ventilelement (2,3,5) und eine Anzahl von an dem zumindest einen Gehäuseteil (11,12) angeordneten oder anordbaren Anschlussstutzen (14,15,16,17) zum Verbinden der Massenstromsteuerungseinheit (1) mit Fluidleitungen (60,61,62,63,70,71,72,73) ist die Massenstromsteuerungseinheit (1) modular aufgebaut, wobei zumindest zwei Gehäuseteile (10,11,12) vorgesehen sind, wobei ein jeweiliger Gehäuseteil (10,11,12) zumindest ein Gehäuseverbindungselement (13) zum Verbinden mit zumindest einem weiteren Gehäuseteil (10,11,12) aufweist und wobei das Ventilelement (2,3,5) einen zylindrischen Korper (22,32,50) aufweist, der an seinen beiden in Längsrichtung einander gegenüberliegenden Enden mit Verbindungsabschnitten (20,21,30,31) versehen ist zum Koppeln mit dem Stellantrieb (4) und/oder mit zumindest einem weiteren Ventilelement (2,3,5).

Description

Die Erfindung betrifft eine Massenstromsteuerungseinheit zum Steuern von Massenströmen, insbesondere in einem Kühlkreislauf, umfassend zumindest einen Gehäuseteil, einen Stellantrieb, zumindest ein innerhalb des zumindest einen Gehäuseteils drehbar anordbares oder angeordnetes Ventilelement und eine Anzahl von an dem zumindest einen Gehäuseteil angeordneten oder anordbaren Anschlussstutzen zum Verbinden der Massenstromsteuerungseinheit mit Fluidleitungen, sowie ein Kühlmittelsystem mit einer Anzahl von Fluidleitungen zumindest einem Kühlkreislauf und mit zumindest einer solchen Massenstromsteuerungseinheit.
Massenstromsteuerungseinheiten zum Steuern von Massenströmen insbesondere in Kuhlmittelsystemen sind im Stand der Technik bekannt. Beispielsweise offenbart die DE 10 2015 201 246 A1 ein solches Regelmittel zur Steuerung der Kühlmittelströme eines Split-Kühlsystems einer Brennkraftmaschine mit einem Gehäuse mit zumindest zwei Eingängen und drei Ausgängen. In dem Gehäuse ist rotierbar gelagert und zwischen mehreren Regelstellungen rotierbar ein Drehkörper vorgesehen, der zumindest eine umfangsseitige und/oder durch diesen hindurch angeordnete Öffnung aufweist. Die Ausgänge sind mit unterschiedlichen Ausrichtungen um den Drehkörper herum angeordnet. Der Drehkörper ist derart dichtend innerhalb einer Kammer des Gehäuses angeordnet, dass ein in das Gehäuse eintretender Kühlmittelstrom in Abhängigkeit der jeweiligen Regelstellung des Drehkörpers zumindest teilweise durch einen der Ausgänge austreten kann oder gegenüber seinem Austritt gesperrt ist. Die Ausgänge sind in einer gemeinsamen Ebene um die Längsachse des Drehkörpers herum angeordnet. Der Drehkörper ist dazu ausgebildet, um in der zugehörigen Regelstellung durch die Eingänge eintretende Kühlmittelströme gemeinsam zu nur einem der Ausgänge zu leiten und den jeweils anderen Ausgang gleichzeitig zu sperren. Die beiden Kammern des Gehäuses weisen jeweils eine Kugelform auf, wobei beide Kammern ineinander übergehen und in diesen Kammern der Drehkörper angeordnet ist. Der Drehkörper ist als Hohlkörper ausgebildet, dessen Wandung mehrere Öffnungen in Form von Durchgangsöffnungen aufweist. Die Massenstromsteuerungseinheit gemäß diesem Stand der Technik ist recht aufwendig aufgebaut und lässt keinerlei kostengünstige anwendungsspezifische Änderungen zu.
Entsprechendes gilt auch für den Stand der Technik gemäß der DE 10 2013 109 365 A1 , wonach ein Thermostatventil für eine Verbrennungskraftmaschine offenbart wird, die ein Gehäuse mit mehreren Kühlflüssigkeitsanschlüssen umfasst und zumindest zwei hohle Ventilelemente, die nebeneinander angeordnet und um eine gemeinsame Drehachse drehbar in dem Gehäuse gelagert sind. Die Ventilelemente weisen jeweils zumindest eine im Bereich ihrer Mantelfläche ausgebildete Öffnung auf, wobei die Öffnungen durch Drehen der Ventilelemente wahlweise mit einem oder mehreren Kühlflüssigkeitsanschlüssen des Gehäuses verbunden werden können. Ferner sind Antriebsmittel vorgesehen, mit denen ein erstes der zumindest zwei Ventilelemente zwischen zwei Endpositionen gedreht werden kann, wobei ein zweites der zumindest zwei Ventilelemente wahlweise mit dem ersten Ventilelement gekoppelt und von dem ersten Ventil entkoppelt werden kann. Das zweite Ventilelement wird im mit dem ersten Ventilelement gekoppelten Zustand durch eine Drehung des ersten Ventilelements ebenfalls drehend angetrieben. Ferner sind Koppelmittel vorgesehen, die durch ein Drehen des ersten Ventilelements in die erste Endposition derart betätigt werden, dass eine Kopplung des zweiten Ventilelements mit dem ersten Ventilelement erfolgt, und die durch ein Drehen des ersten Ventilelements in die zweite Endposition derart betätigt werden, dass eine Entkopplung des zweiten Ventilelements von dem ersten Ventilelement erfolgt.
Aus der EP 3 306 151 A1 ist ferner eine Ventilanordnung bekannt, die einen Ventilkörper mit einer Ventilkammer und einer Vielzahl von Anschlüssen in der Ventilkammer aufweist. Die Vielzahl von Anschlüssen enthält einen ersten Anschluss, einen zweiten Anschluss und einen dritten Anschluss. Der erste und der zweite Anschluss sind entlang einer gemeinsamen Achse ausgerichtet und an einander gegenüberliegenden Seiten der Ventilkammer angeordnet. Das System enthält ferner ein Ventilelement, das in der Ventilkammer angeordnet ist. Das Ventilelement ist eine drehbare Kugel mit einer Durchströmungsöffnung, die sich durch die Kugel hindurch erstreckt, und enthält eine Öffnung am Ende der Kugel. Die Durchströmungsöffnung ist im Wesentlichen oval geformt bei Blick von der Öffnung aus in einer Richtung parallel zu der Durchströmungsöffnung. Das Ventilelement enthält ferner einen Ventilschaft, der angekoppelt ist an das Ventilelement und ein erstes Ende aufweist, das sich von dem Ventilkörper weg erstreckt. Auch bei diesem Stand der Technik, der recht aufwendig aufgebaut ist, sind keine anwendungsspezifischen kostengünstigen Änderungen möglich.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Massenstromsteuerungseinheit nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. ein Kühlmittelsystem mit zumindest einer solchen Massenstromsteuerungseinheit dahingehend fortzubilden, dass der Aufwand und damit die Kosten für die Herstellung der Massenstromsteuerungseinheit gegenüber dem Stand der Technik deutlich reduziert werden können und Anpassungen an unterschiedliche Anwendungen leicht moglich sind.
Die Aufgabe wird für eine Massenstromsteuerungseinheit nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass die Massenstromsteuerungseinheit modular aufgebaut ist, wobei zumindest zwei Gehäuseteile vorgesehen sind, wobei ein jeweiliger Gehäuseteil zumindest ein Gehäuseverbindungselement zum Verbinden mit zumindest einem weiteren Gehäuseteil aufweist und wobei das Ventilelement einen zylindrischen Körper aufweist, der an seinen beiden in Längsrichtung einander gegenüberliegenden Enden mit Verbindungsabschnitten versehen ist zum Koppeln mit dem Stellantrieb und/oder mit zumindest einem weiteren Ventilelement. Für ein Kühlmittelsystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 16 wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Fluidleitungen des Kühlkreislaufs an einen mit einem innenliegenden Ventilelement und mit außenseitigen Anschlussstutzen zum Anschließen der Fluidleitungen versehenen Gehäuseteil anschließbar oder angeschlossen sind. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Dadurch wird eine Massenstromsteuerungseinheit geschaffen, die modular aus zumindest zwei Gehäuseteilen aufgebaut ist, wobei in dem einen Gehäuseteil das Ventilelement drehbar aufgenommen wird. Dieser Gehäuseteil ist oder wird mit einer Anzahl von Anschlussstutzen zum Verbinden der Massenstromsteuerungseinheit mit Fluidleitungen versehen. Die Anschlussstutzen können entweder einteilig mit dem Gehäuseteil ausgebildet sein oder mit diesem verbunden werden, beispielsweise durch Schweißen, wie Ultraschallschweißen, oder eine andere stoffschlüssige, kraftschlüssige oder formschlüssige Verbindung. Sofern der Gehäuseteil und die Anschlussstutzen nicht einteilig ausgebildet sind, kann dementsprechend der Gehäuseteil eine Anzahl von seitlichen Öffnungen aufweisen, in die die Anschlussstutzen eingebracht oder an denen diese angebracht werden können. Der zumindest eine weitere Gehäuseteil kann zur Aufnahme des Stellantriebs ausgebildet sein, so dass beide Gehäuseteile, der den Stellantrieb umfassende und der das Ventilelement umfassende Gehäuseteil, miteinander verbunden werden. Zu diesem Zweck weist ein jeweiliger Gehäuseteil zumindest ein Gehäuseverbindungselement auf. Dieses kann beispielsweise ein Rastverbindungselement, Schnappverbindungselement oder auch eine Kombination hiervon oder ein anderweitiges Verbindungselement sein, das eine lösbare oder unlösbare Verbindung der zumindest zwei Gehäuseteile miteinander ermöglicht. Der das Ventilelement aufnehmende Gehäuseteil ist vorteilhaft als napfartiger Hohlkörper ausgebildet, der eine umlaufende zylindrische Mantelwandung mit beidseitig endseitigen Gehäuseverbindungselementen zum Verbinden mit zumindest einem weiteren Gehäuseteil und eine endseitige, sich quer zur Längserstreckung der Mantelwandung erstreckende Gehäusebodenwandung mit einer Durchtrittsöffnung zum Aufnehmen des einen der beiden Verbindungsabschnitte des Ventilelements aufweist. Ein Aufeinanderstapeln solcher zylindrischer Gehäuseteile mit innenliegenden zylindrischen Ventilelementen führt im Vergleich beispielsweise zu dem Stand der Technik nach der DE10 2013 109 365 A1 zu einer einfachen Verbindbarkeit und Erweiterbarkeit. Ferner ist eine Fertigung deutlich einfacher und somit kostengünstiger möglich als z.B. bei den kugeligen Ventilelementen des Standes der Technik.
Vor dem Verbinden der zumindest zwei Gehäuseteile wird zunächst das Ventilelement in den dieses aufnehmenden Gehäuseteil eingefügt und erst nachfolgend mit dem anderen Gehäuseteil verbunden. Um das Ventilelement durch den Stellantrieb drehantreiben und somit innerhalb des Gehäuseteils verstellen zu können, weist das Ventilelement einen mit dem Stellantrieb koppelbaren Verbindungsabschnitt auf. Dieser Verbindungsabschnitt liegt vorteilhaft in der Drehachse, um ein einfaches Koppeln mit dem Stellantrieb über den Verbindungsabschnitt zu ermöglichen, somit in Längsrichtung des zylindrischen Körpers des Ventilelements. Gegenüberliegend zu diesem Verbindungsabschnitt, der zum Verbinden mit dem Stellantrieb zum Drehantreiben des Ventilelements vorgesehen ist, ist ein weiterer Verbindungsabschnitt angeordnet. Dieser dient dazu, das Ventilelement mit zumindest einem weiteren Ventilelement koppeln zu können. Hierdurch ist es möglich, nicht nur ein Ventilelement in der Massenstromsteuerungseinheit anzuordnen, sondern durch Anfügen zumindest eines weiteren Gehäuseteils mit innenliegendem Ventilelement die Massenstromsteuerungseinheit zu erweitern.
Die zumindest zwei jeweils ein Ventilelement aufnehmenden Gehäuseteile sind vorteilhaft als Gleichteile ausgebildet und vermittels ihrer Gehäuseverbindungselemente endseitig miteinander verbindbar oder verbunden. Auch die jeweiligen innerhalb dieser Gehäuseteile angeordneten Ventilelemente können jeweils als Gleichteile ausgebildet werden, so dass durch den modularen Aufbau der Massenstromsteuerungseinheit unter Verwendung einer Anzahl von Gleichteilen erhebliche Kosten eingespart werden können. Die Modularität des Aufbaus bezieht sich hierbei auf die einzelnen Komponenten der Gehäuseteile und darin anordbaren Ventilelemente, die in beliebiger Anzahl vorgesehen und miteinander zu der Massenstromsteuerungseinheit verbunden werden können. Hierdurch ist eine jederzeitige Erweiterung der Massenstromsteuerungseinheit um insbesondere ein weiteres Ventilelement, das in einem entsprechenden Gehäuseteil aufgenommen wird, möglich, um beispielsweise einen weiteren Kühlkreislauf im Hinblick auf dessen Kühlmittelströme steuern zu können. Es ist somit nicht mehr erforderlich, mehrere Massenstromsteuerungseinheiten mit jeweils einem eigenen Antrieb bzw. Stellantrieb in ein Kühlmittelsystem zu integrieren, wie dies beispielsweise für eine Erweiterung bei der DE 10 2015 201 246 A1 der Fall wäre. Auch bei den Einheiten nach DE 10 2013 109 365 A1 und EP 3 306 151 A1 ist es nicht möglich, diese auf einfache Art und Weise zu erweitern. Demgegenüber kann die modular aufgebaute Massenstromsteuerungseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung durch Ankoppeln eines weiteren mit einem Ventilelement versehenen Gehäuseteils und somit Stapeln von mit Ventilelement versehenen Gehäuseteilen beliebig erweitert und somit an unterschiedliche Anwendungen, z.B. Kühlmittelsysteme mit mehr als einem Kühlkreislauf, angepasst werden. Hierbei wird vorteilhaft ein zweiter endseitiger Verbindungsabschnitt des innerhalb des ersten Gehäuseteils angeordneten ersten Ventilelements mit einem ersten endseitigen Verbindungsabschnitt des innerhalb des zweiten Gehäuseteils angeordneten zweiten Ventilelements zumindest in einem Drehwinkelbereich drehfest ineinandergreifend vorgesehen, so dass die beiden Ventilelemente durch den einen Stellantrieb gemeinsam verstellt bzw. angetrieben werden können. Somit ist es vorteilhaft möglich, über das Angreifen an und Verstellen lediglich eines Ventilelements durch den Stellantrieb auch das zumindest eine weitere Ventilelement zu verstellen, so dass lediglich ein Stellantrieb für eine Anzahl von Ventilelementen, die alle über den einen Stellantrieb verstellt werden können, ausreichend ist.
Das Ventilelement weist einen zylindrischen Körper auf und ist in Längsrichtung endseitig mit den Verbindungsabschnitten versehen, um einerseits eine Verbindung zum Stellantrieb herstellen zu können und andererseits eine Kopplungsmöglichkeit zum Koppeln mit einem weiteren Ventilelement vorzusehen. Der das Ventilelement aufnehmende Gehäuseteil weist dementsprechend ebenfalls eine zylindrische Formgebung auf, wobei zum Abstützen des Ventilelementes innerhalb des als napfartiger Hohlkörper ausgebildeten Gehäuseteils die Gehäusebodenwandung dient, die mit der Durchtrittsöffnung versehen ist. Diese ist insbesondere so dimensioniert, dass der eine Verbindungsabschnitt des Ventilelements darin aufgenommen werden kann. Die zumindest zwei Ventilelemente, die innerhalb der zumindest zwei miteinander verbundenen Gehäuseteile angeordnet sind, sind fluidisch voneinander getrennt, da Fluid vorteilhaft durch am Umfang der Ventilelemente angeordnete Kammern strömt. Vorteilhaft ist eine Abdichtung der Ventilelemente gegenüber den sie umgebenden Gehäuseteilen insbesondere im Bereich der Verbindungsabschnitte und insbesondere ebenfalls der Gehäuseteile untereinander vorgesehen. Eine Strömung in Richtung des benachbarten Ventilelements wird dadurch bzw. durch die fluidische Trennung verhindert. Ferner kann die die Durchtrittsöffnung aufweisende Gehäusebodenwandung des jeweiligen Gehäuseteils bezüglich des Durchmessers bzw. der lichten Weite der Durchtrittsöffnung so dimensioniert werden oder sein, dass der darin aufgenommene zweite Verbindungsabschnitt des Ventilelementes bezüglich seines Außendurchmessers etwa der lichten Weite der Durchgangsöffnung entspricht. Es wird vorteilhaft lediglich ein geringer Spalt zwischen der Außenseite des Verbindungsabschnitts des Ventilelements und der Gehäusebodenwandung im Bereich der Durchtrittsöffnung vorgesehen, so dass ein Drehen des Ventilelements innerhalb des Gehäuseteils möglich ist, jedoch ein Durchtritt von Medium bzw. Fluid durch diesen dünnen Spalt im Wesentlichen vermieden wird. Auch in diesem Bereich wird vorteilhaft ein Dichtelement bzw. eine Abdichtung vorgesehen.
Umlaufend um die am Umfang des Ventilelements angeordneten Kammern des Ventilelements zum Stromungsverbinden bzw. Kurzschließen von benachbarten Anschlussstutzen kann zumindest ein gegenüber der Innenseite der umlaufenden zylindrischen Mantelwandung des Gehäuseteils dichtender Randbereich vorgesehen sein. Dieser Randbereich kann im Wesentlichen an der Innenseite der Mantelwandung des Gehäuseteils, in dem das Ventilelement aufgenommen ist, anliegen, somit nur ein minimaler Spalt zwischen dem Randbereich des Ventilelements und der Innenseite der Mantelwandung des Gehäuseteils verbleiben. Der Spalt ist vorteilhaft so dimensioniert, dass ein Drehen des Ventilelements innerhalb des Gehäuseteils möglich, jedoch eine Leckage von durch die Kammern des Ventilelements strömendem Fluid bzw. Medium so gut wie möglich vermieden wird. Ferner kann eine jeweilige Kammer des Ventilelements mit zumindest einem umlaufenden Wulst umgeben sein, mittels dessen ebenfalls eine Abdichtung gegenüber der Innenseite der Mantelwandung des Gehäuseteils möglich ist. Ebenso können um die Kammern des Ventilelements herum Dichtelemente angeordnet werden, insbesondere um eine jeweilige Kammer herum ein umlaufendes Dichtelement, z.B. in Form eines Elastomers, wobei die Dichtelemente ein Abdichten gegenüber der Innenseite der zylindrischen Mantelwandung des Gehäuseteils ermöglichen. Ferner ist es möglich, den zumindest einen Wulst aus einem Zweikomponentenmaterial herzustellen, das elastisch verformbar dichtend wirkt. Zwischen der Außenseite des zylindrischen Körpers des Ventilelements und der Innenseite der Mantelwandung des Gehäuseteils sollte bei jeglicher Art eines Abdichtens stets zumindest eine Gleitfähigkeit verbleiben, damit ein problemloses Drehen des Ventilelements innerhalb des Gehäuseteils möglich ist. Ein solches Drehen ist zum Verstellen der Position der umfangsseitigen Kammern des Ventilelements gegenüber den im Gehäuseteil angeordneten Anschlussstutzen erforderlich, um fluidisch die jeweils gewünschten Anschlussstutzen miteinander zu verbinden, somit ein Strömen von Fluid, das durch zumindest einen Anschlussstutzen in eine Kammer des Ventilelements eintritt, dort hindurch strömt und durch den zumindest einen weiteren Anschlussstutzen wieder austritt. Die Kammern sind vorteilhaft als tiefe Ausnehmungen oder Aussparungen im Körper des jeweiligen Ventilelements ausgebildet. Zwei Kammern können z.B. durch zumindest eine Wandung voneinander getrennt sein. Im Innern des Körpers des Ventilelements verbleibt vorteilhaft ein insbesondere zylindrischer, sich zwischen den beiden Verbindungsabschnitten erstreckender Stutzabschnitt. Fluid strömt in den Kammern außenseitig um den Stützabschnitt des zylindrischen Körpers herum, um zwei benachbarte Anschlussstutzen im umgebenden Gehäuseteil strömungszuverbinden. Der Bereich des zylindrischen Körpers des Ventilelements, der um dessen Kammern herum angeordnet ist, also der diese umgebende Randbereich, liegt nach dem Einfügen des Ventilelements in den Gehäuseteil im Wesentlichen vollständig an der Innenseite von dessen zylindrischer Mantelwandung an, unter Belassen eines minimalen Spalts, um ein Drehen bzw. Verstellen des Ventilelements innerhalb des Gehäuseteils weiterhin zu ermöglichen, wie bereits erwähnt. Ein Durchtritt von Fluid wird in diesen Bereichen des Ventilelementkörpers vollständig oder zumindest im Wesentlichen vollständig verhindert.
Als weiter vorteilhaft erweist es sich, den den Stellantrieb aufnehmenden Gehäuseteil dahingehend auszubilden, dass dieser einen entsprechend der Gehäusebodenwandung ausgebildeten Verbindungsabschnitt aufweist zum Verbinden mit dem das Ventilelement aufnehmenden Gehäuseteil. Dementsprechend ist ein problemloses Anordnen und Befestigen eines der mit Ventilelement versehenen Gehäuseteile an dem den Stellantrieb aufnehmenden Gehäuseteil möglich, da der den Stellantrieb aufnehmende Gehäuseteil im Sinne des modularen Aufbaus einen der Gehäusebodenwandung des das Ventilelement aufnehmenden Gehäuseteils ausgebildeten Verbindungsabschnitt aufweist, somit auch hier wiederum Gleichteile zum Verbinden der Gehäuseteile der Massenstromsteuerungseinheit verwendet werden. Dies führt zu einem problemlosen Verbinden der einzelnen Teile bzw. Elemente der Massenstromsteuerungseinheit und ebenfalls zur Reduzierung von Kosten durch Verwenden von Gleichteilen.
Die miteinander gekoppelten Ventilelemente können über den Stellantrieb synchron oder teilsynchron verstellt werden, also zeitgleich sofort alle miteinander gekoppelten Ventilelemente oder nach Durchlaufen eines Freilaufs zumindest zwei Ventilelemente zusammen. Zum teilsynchronen Verstellen kann also ein Freilauf für die aneinander gekoppelten Ventilelemente vorgesehen sein, so dass das eine mit dem Stellantrieb verbindbare oder verbundene Ventilelement in einem vorbestimmbaren Drehwinkelbereich ohne Mitnahme des zumindest einen anderen Ventilelements drehbar ist. Durch das Vorsehen eines solchen Freilaufs ist es möglich, zunächst lediglich ein Ventilelement über den Stellantrieb zu verstellen, ohne Verstellen des zweiten Ventilelements, das mit dem ersten Ventilelement gekoppelt ist. Das zweite Ventilelement wird erst ab einem vorbestimmten Drehwinkel mitgedreht. Dies erweist sich besonders dann als vorteilhaft, wenn die beiden Ventilelemente Teile verschiedener Kreisläufe, wie beispielsweise Kühlkreisläufe sind, die unterschiedlich angesteuert werden sollen, wobei die jeweilige Ansteuerung der Kreisläufe über jeweils eines der Ventilelemente erfolgt. Sollen beide Ventilelemente verstellt werden, nimmt der zweite Verbindungsabschnitt des mit dem Stellantrieb über seinen ersten Verbindungsabschnitt verbundenen Ventilelements nach Durchlaufen des vorbestimmten Drehwinkelbereichs, in dem keine Mitnahme des ersten Verbindungsabschnitts des zweiten Ventilelements erfolgt, diesen dann mit und dreht bzw. verstellt dementsprechend auch das zweite Ventilelement.
Zum Ausbilden des Freilaufs kann der zweite Verbindungsabschnitt des ersten Ventilelements zumindest eine Mitnahmeflanke und der mit diesem zweiten Verbindungsabschnitt zusammenwirkende und ineinandergreifende erste Verbindungsabschnitt des zweiten Ventilelements zumindest einen Kreissegmentabschnitt aufweisen. Der zumindest eine Kreissegmentabschnitt weist zumindest eine durch die zumindest eine Mitnahmeflanke angreifbare Außenseite auf. Der mit der zumindest einen Mitnahmeflanke versehene zweite Verbindungsabschnitt des ersten Ventilelements greift nach Überwinden des vorbestimmten Drehwinkelbereichs, in dem keine Mitnahme des Kreissegmentabschnitts des zweiten Ventilelements erfolgt, an diesem Kreissegmentabschnitt bzw. an einer von dessen Außenseiten oder dessen Außenseite an und nimmt das zweite Ventilelement nachfolgend bei seiner Drehbewegung mit. Die zumindest eine Außenseite kann insbesondere eine flache Seite sein oder auch eine leicht konvex geformte Seite, deren Radius jedoch geringer als der des Kreisbogens des Kreissegmentabschnitts ist. Das Vorsehen eines Kreissegmentabschnitts erweist sich insofern als vorteilhaft, als während der freilaufenden Drehbewegung des die zumindest eine Mitnahmeflanke aufweisenden ersten Ventilelements ein problemloses Drehen des entsprechenden zweiten Verbindungsabschnitts, der die zumindest eine Mitnahmeflanke aufweist, um den Kreissegmentabschnitt als erstem Verbindungsabschnitt des zweiten Ventilelements ermöglicht wird. Freilauf und Mitnahme nach Überwinden des vorbestimmten Drehwinkelbereichs sind in beiden Drehrichtungen möglich, zumindest bei Vorsehen zweier Mitnahmeflanken an dem zweiten Verbindungsabschnitt des ersten Ventilelements, die je nach Drehrichtung an der flachen oder leicht konvexen Außenseite des Kreissegmentabschnitts angreifen können. Beispielsweise können die beiden Mitnahmeflanken in Form eines Dreiecks aneinander stoßen, also etwa rechtwinklig zueinander angeordnet sein, so dass der für den Freilauf vorbestimmte Drehwinkelbereich etwa 90° beträgt.
Der jeweilige erste Verbindungsabschnitt eines jeweiligen Ventilelements ist vorteilhaft vorkragend nach Art einer Welle oder eines Wellenstumpfes ausgebildet, während der jeweilige zweite Verbindungsabschnitt vorteilhaft nach Art einer Nabe oder geformten Aufnahmenut ausgebildet ist, die mit einem entsprechend geformten vorkragenden Verbindungsabschnitt eines anderen Ventilelements nach Art einer Welle-Nabe-Verbindung ineinander greifen kann. Es greift somit ein jeweiliger erster Verbindungsabschnitt eines Ventilelements in einen jeweiligen zweiten Verbindungsabschnitt eines benachbarten Ventilelements ein. Der vorkragende erste Verbindungsabschnitt des ersten Ventilelements ist vorteilhaft mit dem Stellantrieb verbunden. In den nach Art einer Nabe oder eines geformten Aufnahmeelements ausgebildeten zweiten Verbindungsabschnitt des ersten Ventilelements kann ein vorkragender erster Verbindungsabschnitt eines zweiten Ventilelements eingreifen und mit diesem zusammenwirken. Insbesondere bei Vorsehen eines Freilaufs kann das zweite Ventilelement von dem ersten Ventilelement erst nach Überwinden des vorbestimmten Drehwinkelbereichs, in dem keine Mitnahme des zweiten Ventilelements erfolgt, mitgenommen werden. Dementsprechend ist es zum einen möglich, dass die Formgebung der beiden Verbindungsabschnitte an dem jeweiligen Ventilelement einander entspricht, einmal die Positivform und einmal die Negativform ein und desselben Profils abbildet, so dass mehrere als Gleichteile ausgebildete Ventilelemente aufeinander gefügt und bei Verstellen des ersten Ventilelements die anderen Ventilelemente synchron mitgenommen werden können. Ebenfalls ist es möglich, wie bezüglich des Vorsehens des Freilaufs vorstehend erläutert, unterschiedliche Ausgestaltungen von erstem und zweitem Verbindungsabschnitt an einem jeweiligen Ventilelement vorzusehen, so dass die Ventilelemente nicht vollständig als Gleichteile, sondern bezüglich ihrer Verbindungsabschnitte unterschiedlich ausgebildet werden. Ebenfalls ist es möglich, die Ventilelemente auch bezüglich ihrer Kammern oder sonstigen Ausgestaltung zum Leiten von Fluid durch diese hindurch unterschiedlich auszubilden, beispielsweise ein Ventilelement als Kreuzventil und ein anderes Ventilelement nach Art eines Proportionalventils auszubilden, beispielsweise eines 3/2-Proportionalventils. Zwei solcher unterschiedlich ausgebildeter Ventilelemente können innerhalb der Massenstromsteuerungseinheit in einem jeweiligen Gehäuseteil angeordnet werden, wobei die beiden Gehäuseteile aneinander gefügt werden, wobei der erste Verbindungsabschnitt des zweiten Ventilelements in den zweiten Verbindungsabschnitt des ersten Ventilelements eingreift. Auch bei unterschiedlich ausgebildeten Ventilelementen ist einerseits eine starre Kopplung zum synchronen, gleichzeitigen Verstellen der Ventilelemente über den Stellantrieb einerseits und das Vorsehen eines Freilaufs zum teilsynchronen Verstellen andererseits möglich. Anstelle von zwei Ventilelementen können auch noch zahlreiche weitere auf diese Art und Weise miteinander gekoppelt werden, so dass die Massenstromsteuerungseinheit anwendungsspezifisch beliebig erweitert werden kann durch Anfügen eines jeweiligen Gehäuseteils mit darin aufgenommenem Ventilelement. Ferner ist es, wie bereits vorstehend erwähnt, möglich, auch lediglich ein Ventilelement vorzusehen, z.B. nach Art eines Kreuzventils oder eines Proportionalventils. Zum Ausbilden des Ventilelements beispielsweise nach Art eines 3/2-Proportionalventils kann ein Austritt für Fluid bzw. Anschlussstutzen verschlossen werden.
Zum Kurzschließen zweier einander gegenüberliegender Anschlussstutzen im das jeweilige Ventilelement umgebenden Gehäuseteil kann das zumindest eine Ventilelement zumindest eine sich quer durch dieses hindurch erstreckende Kurzschlussbohrung aufweisen. Beispielsweise kann eine solche Kurzschlussbohrung innerhalb von zwei einander gegenüberliegenden Kammern des Ventilelements enden, wobei vorteilhaft in diesem Mündungsbereich der jeweiligen Enden ein vorkragender Rand oder Kragen vorgesehen sein kann, dessen äußere Erstreckung etwa mit dem die Kammern umgebenden äußeren Randbereich des zylindrischen Ventilelementkörpers fluchtet. Hierdurch ist es möglich, eine ungewollte Leckage von durch die Kurzschlussbohrung strömendem Fluid in die Kammern und von dort in die benachbarten Anschlussstutzen zu vermeiden, da der jeweilige vorkragende Rand oder Kragen an die Innenseite der umlaufenden zylindrischen Mantelwandung des Gehäuseteils angrenzt. Ein Strömungskurzschluss soll üblicherweise lediglich zwischen zwei einander gegenüberliegenden Anschlussstutzen bzw. den dort angeschlossenen Fluidleitungen vorgesehen werden. Soll kein Kurzschließen von insbesondere einander gegenüberliegenden Anschlussstutzen erfolgen, kann das Ventilelement beispielsweise um etwa 45° gedreht werden, so dass nachfolgend wiederum eine Fluidströmung durch die jeweilige seitliche Kammer des Ventilelements zum Strömen von Fluid zwischen zwei benachbarten Anschlussstutzen möglich ist, ohne dass eine Leckage von Fluid durch die Kurzschlussbohrung hindurch erfolgt. Ein Eintritt von Fluid in die Kurzschlussbohrung kann durch das vorteilhafte Vorsehen des vorkragenden Randes oder Kragens, der die beiden Mündungsenden bzw. Enden der Kurzschlussbohrung umgibt und zumindest im Wesentlichen an der Innenseite der zylindrischen Mantelwandung des Gehäuseteils anliegt, verhindert werden.
Die Massenstromsteuerungseinheit zum Steuern von Massenströmen kann ferner zumindest eine Bypasseinrichtung zum Umgehen des zumindest einen Ventilelements aufweisen. Der zylindrische Körper des zumindest einen Ventilelements kann zum Ausbilden der Bypasseinrichtung zwischen den Kammern angeordnete außenseitige Längsnuten aufweisen, über die zwei Anschlussstutzen in dem das Ventilelement umgebenden Gehäuseteil miteinander verbunden sind oder werden. Fluid strömt somit nicht durch die umfangsseitigen Kammern zwischen zwei benachbarten Anschlussstutzen, sondern umgeht das Ventilelement und strömt entlang den außenseitigen Längsnuten in Längsrichtung des Ventilelements um dieses herum. Bei Anordnen der außenseitigen Längsnuten zwischen den jeweiligen Kammern auf der Außenseite des Ventilelementkörpers kann die Bypassströmung aktiviert werden, wenn ein Verdrehen des Ventilkörpers innerhalb des Gehäuseteils so erfolgt, dass zwei einander gegenüberliegende Anschlussstutzen in fluidischer Verbindung mit den außenseitigen Längsnuten des Ventilelements stehen. Wird das Ventilelement z.B. um 45° im Uhrzeigersinn oder gegen diesen weitergedreht, ist eine Bypassströmung hingegen nicht mehr möglich, da die Längsnuten dann keine Fluidverbindung mehr mit den Anschlussstutzen haben.
Das Vorsehen der Bypasseinrichtung kann auch mit dem Vorsehen der Kurzschlussbohrung im Bereich der Kammern kombiniert werden, so dass bei einem Anordnen der Kurzschlussbohrung in einem Winkel von etwa 90° zur Anordnung der beiden einander gegenüberliegenden außenseitigen Längsnuten über zwei von vier Anschlussstutzen eine Kurzschlussströmung durch die Kurzschlussbohrung hindurch und bezüglich der anderen beiden einander gegenüberliegenden Anschlussstutzen die Bypassströmung über die beiden außenseitigen Längsnuten möglich ist. Es erfolgt somit die Kurzschlussströmung über Kreuz zu der Bypassströmung. Selbstverständlich können Kurzschlussbohrung und Bypasseinrichtung auch völlig unabhängig voneinander an Ventilelementen vorgesehen werden.
Der Stellantrieb kann ein Schrittmotor sein. Durch das Vorsehen des Freilaufs ist es möglich, über das Vorsehen des nur einen Stellantriebs, insbesondere Schrittmotors, die Funktionalität zweier autarker Stellantriebe beizubehalten, da eine synchrone Verstellung zweier oder von mehr Verstellelementen ebenso wie ein voneinander entkoppelter, nämlich im Drehwinkelbereich des Freilaufs, möglich ist.
Um die jeweilige Position der Ventilelemente bei Einschalten bzw. erstmaligem Betätigen des Stellantriebs beispielsweise beim Starten eines Fahrzeugs, in dem die Massenstromsteuerungseinheit angeordnet ist, feststellen zu können, kann zumindest eine Sensoreinrichtung zum Ermitteln der Drehposition des zumindest einen Ventilelements vorgesehen sein. Eine solche Sensoreinrichtung in Form eines Positionssensors kann auf einfache Art und Weise die jeweilige aktuelle Position in Bezug auf den Drehwinkel des jeweiligen Ventilelements ermitteln, um ohne Vorsehen einer Referenzfahrt, die teuer und verschleißintensiv ist, die Position des Ventilelements bezüglich dessen umfangsseitiger Kammern und ggf. einer vorgesehenen Kurzschlussbohrung bzw. Bypasseinrichtung zu kennen. Bei einer ebenfalls möglichen Referenzfahrt bei einem Start eines Fahrzeugs, der die Massenstromsteuerungseinheit umfasst, können Endanschläge im oder am zumindest einen Ventilelement vorgesehen werden, so dass ein Drehen im Uhrzeigersinn und gegen diesen um jeweils 90°, somit insgesamt 180°, ausreicht, um die Position insbesondere der Kammern, jedoch auch der ungleichmäßig ausgebildeten Verbindungsabschnitte an den Ventilelementen zu ermitteln, vor allem, wenn ein Freilauf zwischen diesen vorgesehen ist. Über die Stromaufnahme des Stellantriebs kann ferner ermittelt werden, ob ein wellenstumpfartig ausgebildeter vorkragender Verbindungsabschnitt eines der Ventilelemente der Massenstromsteuerungseinheit ggf. gebrochen und somit kein einwandfreier Betrieb der Massenstromsteuerungseinheit mehr möglich ist. Über die Stromaufnahme des Stellantriebs kann ferner ermittelt werden, ob beispielsweise zwei miteinander gekoppelte Ventilelemente über diesen bewegt werden oder ein Bruch oder eine Beschädigung des vorkragenden Verbindungsabschnitts insbesondere des zweiten Ventilelements vorliegt.
Ein Kühlmittelsystem, das zumindest einen Kühlkreislauf mit einer Anzahl von Fluidleitungen umfasst, die beispielsweise in einem Fahrzeug zum effizienten Nutzen von Wärmequellen und Wärmesenken und somit zum Transport von erwärmtem oder abgekühltem Kühlmittel durch die Fluidleitungen von den Wärmequellen zu den Wärmesenken bzw. umgekehrt dienen, wird vorteilhaft mit der Massenstromsteuerungseinheit verbunden. Die Verbindung erfolgt über die Fluidleitungen, die an die jeweiligen außenseitigen Anschlussstutzen der Gehäuseteile, in denen jeweils ein Ventilelement angeordnet ist, angeschlossen werden. Je nach Ausgestaltung der Leitungsverbinder können beispielsweise auch zwei Leitungen in einem Arbeitsschritt an die Anschlussstutzen angeschlossen werden, so dass zeitsparend gearbeitet werden kann. Die Anschlussstutzen können insbesondere gerade ausgebildet werden. Eine ggf. aufgrund des lediglich zur Verfügung stehenden Bauraums erforderliche Umlenkung kann über einen Leitungsverbinder, der als Winkelverbinder ausgebildet ist, erfolgen. Jedes Ventilelement der Massenstromsteuerungseinheit kann mit nur einem Kühlkreislauf oder z.B. mit zwei Kühlkreisläufen oder, je nach Anzahl der Kammern und Anschlussstutzen am das Ventilelement umgebenden Gehauseteil auch mit einer größeren Anzahl an Kühlkreislaufen verbunden werden. Die Kurzschlussbohrung für einen Kurzschluss von Fluid durch das Ventilelement kann je nach Ausgestaltung des Ventilelements ebenfalls vorgesehen werden. Als Wärmequelle kann beispielsweise ein Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs dienen, dessen überschüssige Wärme zum Beheizen beispielsweise einer Batterie oder anderer elektrischer oder elektronischer Komponenten verwendet werden kann, um diese insbesondere bei niedrigen Außentemperaturen zu erwärmen und somit deren Betrieb zu ermöglichen. Ferner ist es möglich, z.B. die Batterie oder andere Komponenten zu kühlen, sofern gewünscht. Über die Massenstromsteuerungseinheit kann somit Einfluss genommen werden auf die Massenstromverteilung an Kühlmittel zu den einzelnen Komponenten eines Kühlmittelsystems bzw. Kühlmittelkreislaufs oder eines Kühlwasserkreislaufs, beispielsweise in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug im Niedertemperatur- oder auch im Hochtemperatur-Kreislauf. Das Kühlmittel durchströmt hierbei beispielsweise eine Batterie, einen Kühler, einen Verdampfer, eine Regeleinheit einer Batterie, Leistungselektronik für diese, den Bereich eines Verbrennungsmotors etc.. Je nach Wärme- oder Kühlbedarf wird über die Massenstromsteuerungseinheit bzw. deren Ventilelemente das strömende Kühlmittel zu den jeweiligen Komponenten und von diesen weg geleitet. Die Kühlkreisläufe sind bei deren Kopplung über die Massenstromsteuerungseinheit voneinander abhängig und können durch jeweils zwei Schaltstellungen je Ventilelement entsprechend mit geeignet temperiertem Kühlmittel versorgt werden zum Zuführen bzw. zum Abführen von Wärme.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung werden im Folgenden Ausführungsbeispiele von dieser näher anhand der Zeichnungen beschrieben. Diese zeigen in:

1 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Massenstromsteuerungseinheit mit einem einen Stellantrieb umfassenden ersten Gehäuseteil und zwei daran angekoppelten Gehäuseteilen mit jeweils darin angeordneten Ventilelementen,
2 eine Seitenansicht der Massenstromsteuerungseinheit gemäß 1,
3 eine perspektivische Ansicht der Massenstromsteuerungseinheit gemäß 1, mit nur dem den Stellantrieb umfassenden ersten Gehäuseteil und einem zweiten, mit Ventilelement versehenen Gehäuseteil,
4 eine perspektivische Seitenansicht der Massenstromsteuerungseinheit gemäß 3,
5 eine Unteransicht der Massenstromsteuerungseinheit gemäß 3 mit Draufsicht auf die Gehäusebodenwandung des das Ventilelement sowie vier Anschlussstutzen umfassenden Gehäuseteils,
6 eine Schnittansicht durch einen erfindungsgemäßen Gehäuseteil mit innenliegendem Ventilelement, das mit einer Kurzschlussbohrung und zwei Bypass-Längsnuten versehen ist,
7 eine Querschnittsansicht durch den mit innenliegendem Ventilelement versehenen Gehäuseteil gemäß 6, wobei das mit der Kurzschlussbohrung und Bypass-Längsnuten versehene Ventilelement demgegenüber um 90° gedreht ist,
8 eine Querschnittsansicht des mit innenliegendem Ventilelement versehenen Gehäuseteils gemäß 6, wobei das mit Kurzschlussbohrung und zwei Bypass-Längsnuten versehene Ventilelement demgegenüber um 45° gedreht ist, so dass die Kurzschlussbohrung zwei einander gegenüberliegende Anschlussstutzen des Gehäuseteils verbindet und die Bypass-Längsnuten die beiden anderen gegenüberliegenden Anschlussstutzen,
9 eine Längsschnittansicht der Massenstromsteuerungseinheit gemäß 1, wobei die beiden mit jeweils einem Ventilelement versehenen übereinander gestapelten Gehäuseteile lediglich seitliche Öffnungen zum Einfügen von Anschlussstutzen aufweisen,
10 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen mit umfangsseitigen Öffnungen zum Anschließen von Anschlussstutzen versehenen Gehäuseteils,
11 eine Längsschnittansicht des Gehäuseteils gemäß 10,
12a eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ventilelements,
12b eine Seitenansicht des Ventilelements gemäß 12a,
12c eine Unteransicht des Ventilelements gemäß 12a,
12d eine um 90 ° gegenüber der Ansicht in 12b gedrehte Seitenansicht des Ventilelements gemäß 12a,
12e eine perspektivische Seitenansicht des Ventilelements gemäß 12a,
12f eine perspektivische Draufsicht auf das Ventilelement gemäß 12a,
13a eine Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ventilelements,
13b eine Seitenansicht des Ventilelements gemäß 13a,
13c eine Unteransicht des Ventilelements gemäß 13a,
14 eine erste Schaltstellung zweier im Bereich ihrer Verbindungsabschnitte ineinander greifender Ventilelemente gemäß 12a bis f und 13a bis c,
15 eine zweite Schaltstellung der im Bereich ihrer Verbindungsabschnitte ineinander greifenden Ventilelemente gemäß 12a bis f und 13a bis c,
16 eine dritte Schaltstellung der im Bereich ihrer Verbindungsabschnitte ineinander greifenden Ventilelemente gemäß 12a bis f und 13a bis c,
17 eine vierte Schaltstellung der im Bereich ihrer Verbindungsabschnitte ineinander greifenden Ventilelemente gemäß 12a bis f und 13a bis c,
18 eine Schnittansicht sowie eine Schaltstellungsskizze zum Verdeutlichen eines ersten kreuzförmigen Strömungsweges der Fluidströmung durch ein erfindungsgemäßes Ventilelement, angeordnet in einem erfindungsgemäßen Gehäuseteil, wobei eine Fluidströmung zwischen den Anschlüssen A und D sowie zwischen den Anschlüssen B und C ermöglicht ist,
19 eine Schnittansicht des um 90° gegenüber der Positionierung in 18 verstellten Ventilelements mit Schaltstellungsskizze, wobei eine Fluidströmung nun zwischen den Anschlüssen A und B und C und D ermöglicht ist,
20 eine Schnittansicht des in einem erfindungsgemäßen Gehäuseteil liegenden Ventilelements gemäß 6 mit Schaltstellungsskizze, wobei eine Fluidströmung zwischen den Anschlüssen A und D sowie B und C ermöglicht wird,
21 eine Schnittansicht des mit innenliegendem Ventilelement versehenen Gehäuseteils in der Positionierung gemäß 8 mit Schaltstellungsskizze, wobei eine Kurzschlussströmung zwischen den einander gegenüberliegenden Anschlüssen A und C sowie eine Bypassströmung bzgl. der einander gegenüberliegenden Anschlüsse B und D ermöglicht ist,
22 eine Schnittansicht des mit innenliegendem Ventilelement versehenen Gehäuseteils in der Positionierung des Ventilelements gemäß 7 mit Schaltstellungsskizze, wobei eine Fluidströmung zwischen den benachbarten Anschlüssen A und B sowie C und D ermöglicht ist,
23 eine Prinzipskizze zweier über eine erfindungsgemäße Massenstromsteuerungseinheit gekoppelter Kühlkreisläufe eines Kühlmittelsystems,
24 eine graphische Darstellung der Schaltzustände der erfindungsgemäßen Massenstromsteuerungseinheit, wie sie in den 14 bis 17 jeweils im Detail gezeigt sind, aufgetragen als Winkelstellung des zweiten Ventilelements auf der y-Achse über der des Stellantriebs bzw. Aktuators auf der x-Achse,
25a eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ventilelements,
25b eine Seitenansicht des Ventilelements gemäß 25a, und
25c eine Unteransicht des Ventilelements gemäß 25a.

Die 1 und 2 zeigen eine Massenstromsteuerungseinheit 1, die drei Gehäuseteile 10, 11, 12 umfasst, die über jeweilige Gehäuseverbindungselemente 13 miteinander verbunden sind. Die beiden Gehäuseteile 11, 12 sind als Gleichteile ausgebildet und dienen zur Aufnahme jeweils eines Ventilelementes 2, 3. Beispiele solcher Ventilelemente sind in den 12a bis 13c gezeigt. Die beiden Ventilelemente 2, 3 sind innerhalb der beiden Gehäuseteile 11, 12 angeordnet, was insbesondere der Schnittansicht durch die Massenstromsteuerungseinheit 1 in 9 entnommen werden kann. In dem ersten Gehäuseteil 10, das mit dem zweiten Gehäuseteil 11 über die Gehäuseverbindungselemente 13 verbunden ist, wird ein Stellantrieb bzw. Aktuator 4 angeordnet (in 1 und 2 angedeutet), der zum Verstellen der beiden Ventilelemente 2, 3 dient. Er kann z.B. als Schrittmotor ausgebildet sein. Die beiden Ventilelemente 2, 3 weisen jeweils einen ersten Verbindungsabschnitt 20 bzw. 30 und einen zweiten Verbindungsabschnitt 21 bzw. 31 in Längsrichtung endseitig an ihren zylindrischen Körpern 22 bzw. 32 auf. Die beiden Ventilelemente 2, 3 sind über ihre Verbindungsabschnitte 21, 30 miteinander gekoppelt. Dies kann insbesondere ebenfalls 9 sehr gut entnommen werden. Durch die in zumindest einem vorbestimmten Drehwinkel kraftschlüssig und/oder formschlüssig gekoppelten Ventilelemente 2, 3 ist es möglich, über nur einen Stellantrieb 4 beide Ventilelemente 2, 3 zu verstellen. Hierauf wird nachstehend noch näher eingegangen.
Beide Gehäuseteile 11, 12 weisen jeweils eine zylindrische Mantelwandung 110, 120 mit darin vorgesehenen Öffnungen 111, 112, 113, 114 bzw. 121, 122, 123, 124 auf. Die jeweiligen seitlich in den zylindrischen Mantelwandungen 110, 120 der beiden Gehäuseteile 11, 12 vorgesehenen Öffnungen 111 bis 114 bzw. 121 bis 124 können jeweils mit Anschlussstutzen 14, 15, 16, 17 versehen sein oder werden. Die Anschlussstutzen 14, 15, 16, 17 dienen zum Anschließen von Fluidleitungen, die in den Figuren jedoch nicht gezeigt sind. Hierüber kann die Massenstromsteuerungseinheit 1 in beispielsweise Kühlkreisläufe eines Kühlmittelsystems eingebunden werden (siehe 23). Die entsprechenden Kühlmittel- oder Fluidleitungen werden an die Anschlussstutzen 14 bis 17 der Gehäuseteile 11 bzw. 12 angeschlossen. Die Anschlussstutzen 14 bis 17 können ferner einteilig mit dem jeweiligen Gehäuseteil 11, 12 ausgebildet werden oder sie können als separate Bauteile an diese angefügt werden. In der Ausführungsform nach 1 und 2 ist zur besseren Veranschaulichung lediglich der zweite Gehäuseteil 11 mit den Anschlussstutzen 14, 15, 16, 17 versehen, während der dritte Gehäuseteil 12 noch ohne solche Anschlussstutzen gezeigt ist. Dort sind lediglich die jeweils mit einem Anschlussflansch 18 versehenen Öffnungen 121, 122, 123 und 124 in der zylindrischen Mantelwandung 120 gezeigt. Die beiden Gehäuseteile 11, 12 sind versetzt zueinander aneinander gekoppelt, so dass die jeweiligen Öffnungen 111, 112, 113, 114 bzw. 121, 122, 123, 124 jeweils versetzt zueinander übereinander angeordnet sind, um ein problemloses Anschließen von Fluidleitungen zu ermöglichen. Ein Anschließen solcher Fluidleitungen kann über übliche Leitungsverbinder erfolgen, wobei je nach Ausgestaltung der Leitungsverbinder auch zwei Fluidleitungen gleichzeitig in einem Arbeitsschritt an die Anschlussstutzen 14, 15, 16, 17 der beiden Gehäuseteile 11, 12 angeschlossen werden können. Selbstverständlich ist es ebenfalls möglich, auch noch mehr Fluidleitungen gleichzeitig an die Massenstromsteuerungseinheit 1 bzw. deren Anschlussstutzen anzuschließen, je nach Wahl der jeweiligen Leitungsverbinder. Ebenfalls ist es möglich, nur einen Gehäuseteil 11, 12 mit innenliegendem Ventilelement 2, 3 oder auch mehr als nur zwei mit innenliegenden Ventilelementen 2, 3 versehene Gehäuseteile 11, 12 übereinander zu stapeln bzw. aneinander zu koppeln und mit dem ersten Gehäuseteil 10, in dem der Stellantrieb 4 angeordnet ist, zu verbinden. Dementsprechend kann lediglich ein Kreislauf oder können auch mehr Kreisläufe bzw. Fluidleitungen mit der Massenstromsteuerungseinheit 1 verbunden werden als bei der Ausführungsvariante nach 1, 2 möglich.
Die 10 und 11 zeigen das Detail des Gehäuseteils 11, der dem Gehäuseteil 12 entspricht. Besonders gut erkennbar ist die zylindrische Formgebung der Mantelwandung 110 mit den darin angeordneten Öffnungen 111 bis 114, die jeweils um 90° versetzt zueinander angeordnet sind. Der Gehäuseteil 11 weist eine napfartige Formgebung auf, wobei sich an einer Seite eine Gehäusebodenwandung 115 endseitig an die zylindrische Mantelwandung 110 anschließt. Wie 11 weiter entnommen werden kann, weist die Gehäusebodenwandung 115 einen geringeren Durchmesser d₁₁₅ auf als dem Außendurchmesser d_a der Mantelwandung 110 des Gehäuseteils 11 entspräche. Somit weist der Gehäuseteil 11 auf seiner Außenseite im Bereich der Gehäusebodenwandung 115 einen Versatz auf. Hierdurch ist es möglich, zwei Gehäuseteile 11, 12 sicher und endseitig ineinandergreifend aufeinander zu stapeln. Am gegenüberliegenden Ende der zylindrischen Mantelwandung 110 auf deren Innenseite 116 ist ein Aufnahmeversatz 117 vorgesehen, der eine solche lichte Weite aufweist, dass darin ein Abschnitt der zylindrischen Mantelwandung 110 des Gehäuseteils 11 aufgenommen werden kann. Die Gehausebodenwandung 115 lagert sich auf der Innenseite 126 der Mantelwandung 120 des Gehäuseteils 12 an. Dies ist beispielsweise 9 zu entnehmen.
Im Bereich der Öffnungen 111 bis 114 schließen sich an den jeweiligen Anschlussflansch 18 außenseitige Stege 119 an, die in Richtung der Gehäusebodenwandung 115 orientiert sind. Diese dienen dem Abstützen des Gehäuseteils 11 auf der zylindrischen Mantelwandung 120 des benachbarten Gehäuseteils 12 und somit dem Verhindern einer Kippbewegung des einen Gehäuseteils gegenüber dem anderen. Dies kann beispielsweise 9 entnommen werden.
Den 10 und 11 können ferner im Detail die Gehäuseverbindungselemente 13 entnommen werden. Diese sind als Verrastungselemente ausgebildet und umfassen einerseits etwa senkrecht außenseitig von der zylindrischen Mantelwandung 110 im Bereich des Übergangs zu der Gehäusebodenwandung 115 vorkragende Rastaufnahmen 130 sowie Rastlaschen 131, die außenseitig am gegenüberliegenden Ende an der zylindrischen Mantelwandung 110 angeordnet sind. Die Rastlaschen 131 erstrecken sich in Längsrichtung der zylindrischen Mantelwandung 110 und ragen über die endseitige Erstreckung der zylindrischen Mantelwandung 110 hinaus. Sie weisen endseitig Rastnasen 132 auf, mit denen sie innerhalb der Rastaufnahmen 130 eines benachbarten Gehäuseteils verrasten können. Wie 9 entnommen werden kann, verrasten die Rastlaschen 131 mit ihren Rastnasen 132 des zweiten Gehäuseteils 11 an den Rastaufnahmen 130, die am ersten Gehäuseteil 10 angeordnet sind, während die Rastlaschen 131 mit ihren Rastnasen 132, die am dritten Gehäuseteil 12 angeordnet sind, an den Rastaufnahmen 130 des zweiten Gehäuseteils 11 verrasten können. Die Rastaufnahmen 130 und die Rastlaschen 131 sind jeweils versetzt zueinander an einem jeweiligen Gehäuseteil 11 bzw. 12 angeordnet, um die Gehäuseteile beim Stapeln aufeinander zueinander versetzt aneinander verrasten zu können. Bei der in 10 gezeigten Ausführungsvariante sind jeweils die Rastaufnahmen 130 im Zwischenraum zwischen den jeweiligen Öffnungen 111 bis 114 angeordnet, während die Rastlaschen 131 etwa fluchtend zu den Öffnungen 111 bis 114, somit etwa 45° versetzt zu den Rastaufnahmen 130, an der Außenseite der zylindrischen Mantelwandung 110 angeordnet sind.
Wie insbesondere 9 zu entnehmen ist, jedoch ebenfalls den 1 und 2, weist der den Stellantrieb 4 aufnehmende erste Gehäuseteil 10 an seiner Unterseite 100 einen Verbindungsabschnitt 101 auf, der bezüglich seines äußeren Durchmessers d₁₀₁ etwa dem Außendurchmesser d₁₁₅ bzw. d₁₂₅ einer jeweiligen Gehäusebodenwandung 115 bzw. 125 der beiden Gehäuseteile 11, 12 entspricht. Außenseitig an dem Verbindungsabschnitt 101 sind ebenfalls Rastaufnahmen 130 angeordnet, in die insbesondere die Rastlaschen 131 mit ihren Rastnasen 132 des zweiten Gehäuseteils 11 eingreifen und darin verrasten können. Da die Rastlaschen 131 mit ihren Rastnasen 132 baugleich auch an dem dritten Gehäuseteil 12 vorgesehen sind, kann auch der dritte Gehäuseteil 12 an dem ersten Gehäuseteil 10 verrastet werden. Die Gehäuseteile 11, 12 sind als Gleichteile ausgebildet, so dass jeder von beiden problemlos mit dem ersten Gehäuseteil 10, in dem der Stellantrieb 4 angeordnet ist bzw. wird, mit dessen Verbindungsabschnitt 101 in den jeweiligen Gehäuseteil 10 eingreifend verbunden werden kann.
Die jeweilige Gehäusebodenwandung 115 bzw. 125 der beiden Gehäuseteile 11, 12 ebenso wie der Verbindungsabschnitt 101 weisen jeweils eine zentrale Durchtrittsöffnung 215 bzw. 225 bzw. 102 auf. In dieser kann einerseits der erste mit dem Stellantrieb 4 verbindbare Verbindungsabschnitt 20 und andererseits jeweils der zweite Verbindungsabschnitt 21 bzw. 31 der jeweiligen Ventilelemente 2, 3, die innerhalb der Gehäuseteile 11, 12 angeordnet werden, aufgenommen werden. Die Ventilelemente 2, 3 weisen jeweils einen zylindrischen Körper 22, 32 auf, der an seinen beiden einander gegenüberliegenden Enden jeweils mit dem ersten Verbindungsabschnitt 20 bzw. 30 und dem zweiten Verbindungsabschnitt 21 bzw. 31 versehen ist. Der zylindrische Körper 22, 32 wird durch zwei sich quer zu den Verbindungsabschnitten 20, 21, 30, 31 erstreckende zylindrische Wandungsscheiben 230, 330, zwei im Wesentlichen in einer Ebene liegende, die beiden Wandungsscheiben 230, 330 miteinander verbindende, sich in Längsrichtung des jeweiligen Ventilelements 2, 3 erstreckende Wandungen 231, 331 sowie einen zylindrischen, sich in Längsrichtung des jeweiligen Ventilelements 2, 3 zwischen dessen beiden Verbindungsabschnitten erstreckenden bzw. beide miteinander verbindenden Stützabschnitt 232 aufgespannt. Die beiden Wandungen 231, 331 erstrecken sich an zwei einander gegenüberliegenden Seiten radial von dem Stützabschnitt 232 weg nach außen Außenseitige Ränder 233, 333 der beiden Wandungen 231, 331 fluchten mit den umlaufenden Rändern 234, 334 der beiden Wandungsscheiben 230, 330. Beide Ventilelemente 2, 3 weisen zwischen den beiden zylindrischen Wandungsscheiben 230, 330, voneinander durch die beiden Wandungen 231, 331 getrennt jeweils zwei einander gegenüberliegende Kammern 23, 33 auf. Die Kammern 23, 33 sind als Aussparungen ausgebildet, die zum einen von den beiden voneinander beabstandeten Wandungsscheiben 230, 330 und zum anderen von den beiden Wandungen 231, 331 umgeben bzw. zwischen diesen gebildet sind. Über die Kammern 23, 33 können jeweils benachbarte Öffnungen 111 bis 114 bzw. 121 bis 124 der Gehäuseteile 11, 12 und dementsprechend die dort bzw. an dort vorgesehenen Anschlussstutzen 14 bis 17 angeschlossenen Fluidleitungen fluidisch miteinander verbunden werden. Um eine Leckage von Medium bzw. Fluid aus den Kammern 23, 33 verhindern, kann vorgesehen werden, dass zwischen den außenseitigen Rändern 233, 333 der beiden Wandungen 231, 331 und den umlaufenden Rändern 234, 334 der beiden Wandungsscheiben 230, 330 lediglich ein minimaler Spalt zu der Innenseite 116, 126 der zylindrischen Mantelwandung 110, 120 des jeweiligen Gehäuseteils 11, 12 verbleibt.
Durch Drehen der beiden Ventilelemente 2, 3 und somit Ändern der Position von deren Kammern 23, 33 innerhalb des jeweiligen Gehäuseteils 11 bzw. 12 können Strömungswege zwischen den an den jeweiligen Gehäuseteil 11, 12 angeschlossenen Fluidleitungen geändert bzw. eine Fluidströmung gezielt zu bzw. von einzelnen Fluidleitungen zu anderen Fluidleitungen auch unterbunden werden. Dies erfolgt dadurch, dass die Kammern 23 bzw. 33 in die Bereiche der jeweiligen Gehäuseteile 11, 12 verdreht werden, die zwischen den Öffnungen 111, 112, 113, 114 bzw. 121, 122, 123, 124 liegen. Die Kammern 23, 33 liegen dann mit ihren Rändern 233, 234, 333, 334, die den jeweiligen Bereich der offenen Außenseite der Kammern 23, 33 umgrenzen, an der Innenseite 116, 126 der zylindrischen Mantelwandungen 110 bzw. 120 der beiden Gehäuseteile 11, 12 an bzw. werden von diesen abgedeckt, so dass eine Strömungsverbindung zwischen zwei benachbarten Öffnungen 111 bis 114 bzw. 121 bis 124 unterbunden wird.
Um an den Ventilelementen 2, 3 angreifen zu können und ein Verstellen bzw. Drehen oder Verdrehen der beiden Ventilelemente 2, 3 innerhalb der Gehäuseteile 11, 12 zu ermöglichen, sind diese mit dem jeweils ersten Verbindungsabschnitt 20 bzw. 30 und dem jeweils zweiten Verbindungsabschnitt 21 bzw. 31 versehen. Wie den 12a, b, d und f entnommen werden kann, kann der erste Verbindungsabschnitt 20 des Ventilelements 2, das in dem zweiten Gehäuseteil 11 angeordnet wird, außenseitig geriffelt, als Wellenstumpf ausgebildet und mit dem Stellantrieb 4 bzw. einem entsprechenden Übertragungselement von diesem zu dem ersten Verbindungsabschnitt 20 kraftgekoppelt und hierüber das erste Ventilelement 2 zu einem Drehen um seine Drehachse, die gleichzeitig die Längsachse ist, angeregt werden. Die Drehachse ist in 12b, 12d und 13b mit R bezeichnet.
Der zweite Verbindungsabschnitt 21 des ersten Ventilelements 2 ist als Rohrabschnitt ausgebildet und weist in seinem Innern zwei Mitnahmeflanken 24, 25 auf. Die beiden Mitnahmeflanken 24, 25 sind etwa rechtwinklig aneinandergesetzt und in Form von flachen Wänden ausgebildet. Sie erstrecken sich etwa über ein Viertelsegment des inneren Kreisquerschnitts des rohrförmigen Verbindungsabschnitts 21. Durch das Vorsehen der beiden Mitnahmeflanken 24, 25 ist es möglich, einen Freilauf und somit ein teilsynchrones Verfahren bzw. Verstellen von erstem und zweitem Ventilelement 2, 3 zueinander zu ermöglichen. Zu diesem Zweck weist das in den 13a bis 13c gezeigte Ventilelement 3 eine Kreissegmentform seines ersten Verbindungsabschnitts 30 auf. Dieser ragt wiederum als Wellenabschnitt über die obere Erstreckung des zylindrischen Körpers 32 des zweiten Ventilelements 3 hinaus und ist, wie 13a besonders gut entnommen werden kann, hier etwa als Halbkreissegment geformt. Dieser halbkreissegmentförmige erste Verbindungsabschnitt 30 des zweiten Ventilelements 3, das in dem dritten Gehäuseteil 12 angeordnet wird, greift in den zweiten Verbindungsabschnitt 21 des ersten Ventilelements 2, das in dem zweiten Gehäuseteil 11 angeordnet ist, ein. Mit seiner hier flachen Außenseite 34 greift der zweite Verbindungsabschnitt 31 nach Durchlaufen eines vorbestimmten Drehwinkelbereichs, in dem kein Angreifen an den Mitnahmeflanken 24, 25 erfolgt, an eine der beiden Mitnahmeflanken 24, 25 an. Anstelle einer flachen Außenseite 34 kann diese auch eine leicht konvexe Form aufweisen, deren Radius jedoch größer als der des Kreisbogens des Kreissegmentabschnitts ist, um nur eine geringe Konvexität vorzusehen. Bei Angreifen der flachen oder leicht konvexen Außenseite 34 des zweiten Verbindungsabschnitts 31 des zweiten Ventilelements 3 an einer der Mitnahmeflanken 24, 25 des zweiten Verbindungsabschnitts 21 des ersten Ventilelements 2 ist ein Mitdrehen und somit Mitverstellen des zweiten Ventilelements 3 zusammen mit dem ersten Ventilelement 2 möglich, wobei nur das erste Ventilelement 2 durch den Stellantrieb bzw. Aktuator 4 angetrieben wird. Durch das Vorsehen einerseits der beiden lediglich in einem Kreissegment angeordneten Mitnahmeflanken 24, 25 des zweiten Verbindungsabschnitts 21 des ersten Ventilelements ist es möglich, lediglich das erste Ventilelement 2 zu verstellen, das zweite jedoch nicht. Hierdurch können unterschiedliche Fluidkreisläufe, wie Kühlkreisläufe, durch die Massenstromsteuerungseinheit 1 bezüglich ihrer Fluidverteilung gesteuert werden, wobei eine komplett voneinander entkoppelte Steuerung möglich ist. Erst dann, wenn beide Kühlkreisläufe bzgl. der Kühlmittelströme geändert werden sollen, kann auch das zweite Ventilelement 3 nach Durchlaufen des Freilaufs des ersten Ventilelements 2 gegenüber dem zweiten Ventilelement 3 mit angesteuert werden.
In 13c ist ferner zu sehen, dass der zweite Verbindungsabschnitt 31 des zweiten Ventilelements 3 mit einer der Wellenstumpfform des ersten Verbindungsabschnitts 20 des ersten Ventilelements 2 entsprechenden gegengleichen Formgebung als Nabe ausgebildet ist. Dementsprechend könnte dort wiederum ein weiteres Ventilelement, das beispielsweise der Formgebung nach 12a bis 12f entspricht, angekoppelt werden. Durch die formschlüssige Verbindung der Verbindungsabschnitte wäre dann allerdings kein Freilauf zwischen dem zweiten Ventilelement 3 und diesem weiteren Ventilelement möglich. Um einen solchen Freilauf und somit teilsynchronen Betrieb vorzusehen, könnte der zweite Verbindungsabschnitt 31 des zweiten Ventilelements 3 ähnlich oder identisch zu der Ausgestaltung des zweiten Verbindungsabschnitts 21 des ersten Ventilelements 2 ausgebildet werden. Wird der zweite Verbindungsabschnitt 21 entsprechend der Ausgestaltung nach 13c ausgebildet, ist kein Freilauf zwischen dem ersten und zweiten Ventilelement 2, 3 vorgesehen. Beide Ventilelemente werden durch das Stellelement 4 synchron betätigt.
In den 25a bis 25c ist eine weitere Ausführungsvariante des Ventilelements 2 gezeigt. Dieses ist bezüglich seiner Verbindungsabschnitte 20, 21 wie die Ausführungsform des Ventilelements nach 12a bis 12f ausgebildet. Im Unterschied zu dieser Ausführungsvariante nach 12a bis 12f weist das Ventilelement 2 gemäß 25a bis 25c jedoch zwei kleiner dimensionierte einander gegenüberliegende Kammern 235 auf. Die Kammern 235 sind lediglich umfangsseitig jeweils in Form einander gegenüberliegender langovaler Nuten am äußeren Umfang der zylindrischen Körper 22 des Ventilelements 2 ausgebildet. Ein zentraler Stützabschnitt wie bei der Variante nach 12a bis 12f ist daher nicht vorgesehen. Über die Kammern können wiederum jeweils benachbarte Öffnungen des das Ventilelement umgebenden Gehäuseteils und dementsprechend die dort bzw. an dort vorgesehenen Anschlussstutzen 14 bis 17 angeschlossenen Fluidleitungen fluidisch miteinander verbunden werden.
Grundsätzlich ist es nicht erforderlich, zwei Gehäuseteile 11, 12 mit darin drehbar angeordneten Ventilelementen 2, 3 vorzusehen, die aneinander gekoppelt werden. Vielmehr kann je nach Ausgestaltung der Massenstromsteuerungseinheit 1 bzw. deren jeweiliger Verwendung auch lediglich der zweite Gehäuseteil 11 an den ersten Gehäuseteil 10 angekoppelt werden, wie dies in den 3 und 4 beispielhaft angedeutet ist. In diesem Fall könnte beispielsweise entweder das Ventilelement nach den 12a bis 12f oder das Ventilelement nach den 13a bis 13c verwendet werden oder ein Ventilelement, das einen ersten Verbindungsabschnitt entsprechend dem ersten Verbindungsabschnitt 20 des Ventilelements 2 und einen zweiten Verbindungsabschnitt entsprechend dem zweiten Verbindungsabschnitt 31 des Ventilelements 3 aufweist. Ferner können auch beliebige andere Ausgestaltungen von erstem und zweitem Verbindungsabschnitt vorgesehen werden, wobei zum Drehantreiben und Angreifen an dem ersten Verbindungsabschnitt des ersten Ventilelements 2 eine solche Formgebung für den ersten Verbindungsabschnitt 20 vorgesehen werden sollte, dass dieser durch den Stellantrieb 4 drehangetrieben werden kann.
5 zeigt eine Unteransicht der Massenstromsteuerungseinheit 1 gemäß den 3 und 4, wobei das Ventilelement 3, das hier innerhalb des zweiten Gehäuseteils 11 angeordnet ist, hier eine in 13c gezeigte Formgebung seines zweiten Verbindungsabschnitts 30 aufweist. Ferner ist aus 5 entnehmbar, dass durch die Durchtrittsöffnung 215 in der Gehäusebodenwandung 115 des zweiten Gehäuseteils 11 hindurch der zweite Verbindungsabschnitt 31 des zweiten Ventilelements 3 zugänglich ist, um dort beispielsweise einen ersten Verbindungsabschnitt eines weiteren Ventilelements ankoppeln zu können.
In den 6 bis 8 ist eine weitere Ausführungsvariante der Ventilelemente gezeigt, die innerhalb des jeweiligen zweiten bzw. dritten Gehäuseteils 11, 12 angeordnet werden können. Das dort jeweils gezeigte Ventilelement 5 ist bezüglich des zylindrischen Körpers und der nutenförmigen Kammern ähnlich dem Ventilelement 2 nach 25a bis 25c geformt. Das Ventilelement 5 weist ferner eine sich quer durch dessen zylindrischen Körper 50 hindurch erstreckende Kurzschlussbohrung 51 auf. Die Kurzschlussbohrung 51 erstreckt sich vollständig durch den zylindrischen Körper 50 hindurch und mündet auf der Außenseite des zylindrischen Körpers 50. Zur besseren Veranschaulichung ist der zylindrische Körper 50 des Ventilelements 5 hier massiger ausgebildet und die Kammern 52, 53 geringer dimensioniert als bei den Ausführungsformen nach 12a bis 13c. Zwei einander gegenüberliegende Öffnungen 111 bis 114 bzw. 121 bis 124 und dort vorgesehene Anschlussstutzen des jeweiligen Gehäuseteils 11 bzw. 12 können über die Kurzschlussbohrung 51 des Ventilelements 5 miteinander direkt verbunden, somit kurzgeschlossen, werden. Dies ist beispielhaft für die Anschlussstutzen 14, 16 in dem Gehäuseteil 11 und dementsprechend die Öffnungen 111, 113 in diesem Gehäuseteil in 8 gezeigt.
Wird das Ventilelement 5 verstellt, somit innerhalb des Gehäuseteils 11 verdreht, kann keine Kurzschlussströmung zwischen zwei einander gegenüberliegenden Anschlussstutzen bzw. Öffnungen im Gehäuseteil mehr erfolgen. Dies ist beispielhaft in den 6 und 7 gezeigt, in denen die Kurzschlussbohrung 51 jeweils um 45° im Uhrzeigersinn bzw. gegen diesen gegenüber der Positionierung in 8 verdreht wurde und somit im Wesentlichen an der Innenseite der zylindrischen Mantelwandung 110 des Gehäuseteils 11 anliegend mündet bzw. unter Belassen eines minimalen Spalts, der einen Durchtritt von Fluid so gut wie möglich verhindert.
Die Kurzschlussbohrung 51 mündet in den jeweils einander gegenüberliegenden Kammern 52, 53, wobei der jeweilige Mündungsbereich von einer umlaufenden vorkragenden Wandung 56 umgeben ist, die so weit vorkragt, dass sie etwa fluchtend mit der Außenseite 57 des zylindrischen Körpers 50 des Ventilelements 5 endet. Daher ist in den Positionierungen der Kurzschlussbohrung 51 nach den 6 und 7 eine Fluidströmung zwischen den Anschlussstutzen 14 und 15 bzw. 16 und 17 möglich, da die vorkragenden umlaufende Wandung 56 an den beiden Mündungsenden der Kurzschlussbohrung 51 an der Innenseite 116 der zylindrischen Mantelwandung 110 des Gehäuseteils 11 anliegt. Eine Fluidströmung durch die Kammern 52, 53 wird bei der Positionierung von diesen nach 8, bei der nur eine Kurzschlussströmung zwischen den Anschlüssen 14 und 16 zugelassen wird, die Kammern 52, 53 jedoch an der Innenseite 116 der zylindrischen Mantelwandung 110 anliegen, verhindert.
Wie den 6 bis 8 weiter entnommen werden kann, weist das Ventilelement 5 gemäß diesen Figuren ferner etwa 90° versetzt zu der Positionierung der Kurzschlussbohrung 51 zwei Längsnuten 54, 55 außenseitig an dem Ventilelement 5 auf. Bei der Positionierung der Kurzschlussbohrung nach 8 sind die beiden Längsnuten 54, 55 im Bereich der beiden Anschlussstutzen 15, 17 angeordnet, so dass eine Bypassströmung entlang den Längsnuten 54, 55 um das Ventilelement 5 herum erfolgen kann. Bei der Positionierung des Ventilelements nach den 6 und 7 liegen diese Längsnuten ebenso wie die Mündungsstellen der Kurzschlussbohrung 51 auf der Innenseite 116 der zylindrischen Mantelwandung 110 des Gehäuseteils 11 an, so dass keinerlei Bypassströmung in dieser Positionierung möglich ist.
Die möglichen Strömungswege bei Einsatz eines der Ventilelemente 2 oder 3 in den zweiten bzw. dritten Gehäuseteil 11, 12 oder des Ventilelements 5 mit der Kurzschlussbohrung 51 sowie den Längsnuten 54, 55 zum Erzeugen einer Bypassströmung um das Ventilelement 5 herum sind in den 18 bis 22 skizziert. Entsprechend 18 ist somit eine Fluidströmung zwischen den Anschlussstutzen 14 und 15 sowie den Anschlussstutzen 16 und 17 möglich, was auch durch die Strömungsskizze angedeutet ist als Strömung zwischen den Anschlüssen A und D, entsprechend den Anschlussstutzen 14 und 15, und den Anschlüssen B und C, entsprechend den Anschlussstutzen 17 und 16. Im Vergleich hierzu ist bei einem Verdrehen des jeweiligen Ventilelementes 2 bzw. 3 im Uhrzeigersinn um 90° eine Fluidströmung zwischen den Anschlussstutzen 14 und 17 bzw. 15 und 16 möglich, entsprechend dem Anschluss A und B bzw. C und D gemäß der Strömungswegeskizze in 19.
Bei der Ausgestaltung nach 20 ist wiederum eine Fluidströmung zwischen den Anschlussstutzen 14 und 15 bzw. 16 und 17, entsprechend den Anschlüssen A und B sowie C und D in der Strömungsskizze, durch die beiden Kammern 52, 53 möglich. Das Ventilelement 5 ist dabei entsprechend 6 positioniert, so dass sowohl die Kurzschlussbohrung 51 als auch die Längsnuten 54, 55 im Bereich der Innenseite 116 der zylindrischen Mantelwandung 110 des zweiten Gehäuseteils 11 oder des dritten Gehäuseteils 12 liegen, somit nicht im Bereich der Anschlussstutzen 14 bis 17. Bei einem Drehen des Ventilelements 5 im Uhrzeigersinn um 90° in die in 7 sowie 22 gezeigte Positionierung mündet auch hier die Kurzschlussbohrung 51 wiederum jeweils an der Innenseite 116 der zylindrischen Mantelwandung 110 des Gehäuseteils 11 bzw. 126 des Gehäuseteils 12, und auch die Längsnuten 54, 55 liegen nicht im Bereich der Anschlussstutzen 14 bis 17, sondern im Wesentlichen an der Innenseite 116 bzw. 126 der zylindrischen Mantelwandung 110 bzw. 120 des Gehäuseteils 11 bzw. 12 an. Dementsprechend ist eine Fluidströmung zwischen den Anschlussstutzen 14 und 17 bzw. 15 und 16, entsprechend den Anschlüssen A und B sowie C und D nach dem Strömungsschema in 22, durch die Kammern 52, 53 möglich.
21 zeigt die möglichen Strömungswege bei der Ventilstellung des Ventilelements 5 gemäß 8, wobei eine Fluidströmung zwischen den Anschlussstutzen 14 und 16 über die Kurzschlussbohrung 51 möglich ist, entsprechend den Anschlüssen A und C im Strömungsschema in 21. Eine Bypassströmung ist zwischen den einander gegenüberliegenden Anschlussstutzen 15 und 17, entsprechend den Anschlüssen B und D des Strömungsschemas in 21, möglich. Die Schaltstellungen der jeweiligen Ventilelemente in den Gehäuseteilen 11 und 12 können unterschiedlich sein, um innerhalb verschiedener Fluidkreisläufe, z.B. Kühlkreisläufe, die jeweils gewünschte Fluidströmung, insbesondere Kühlmittelströmung, zu ermöglichen.
Zwei solcher Kühlkreisläufe 6, 7 eines Kühlmittelsystems 8 sind beispielhaft in 23 gezeigt. Diese können beispielsweise Kühlmittelkreisläufe sein, die über zwei Ventilelemente, hier das erste Ventilelement 2 und das zweite Ventilelement 3 der Massenstromsteuerungseinheit 1, skizziert entsprechend den Strömungswegeskizzen in den 18 und 19, miteinander gekoppelt werden können. Der erste Fluidkreislauf bzw. Kühlkreislauf umfasst in dem Beispiel nach 23 Komponenten 300 bis 303. In den Kühlkreisläufen können als Komponenten beispielsweise ein Verbrennungsmotor, eine Batterie eines Fahrzeugs mit Hybridantrieb, ein Chiller eine Regeleinheit oder auch andere elektrische oder elektronische Komponenten vorgesehen sein. Durch Koppeln der beiden Kühlkreisläufe 6, 7 kann dementsprechend beispielsweise ein Kühlen der Komponente 301 bzw. der Komponente 300 des ersten Kühlkreislaufs 6 über den zweiten Kühlkreislauf 7, umfassend die Komponenten 302 und 303, erfolgen. Ferner kann jeder Kühlkreislauf 6, 7 für sich umlaufen, ohne einen Austausch zwischen den Kühlkreisläufen zu schalten, wie beispielhaft durch die Pfeile P3, P4 in 23 angedeutet.
Von der Komponente 300 erstreckt sich in dem ersten Kühlkreislauf 6 eine erste Fluidleitung 60 zu dem ersten Ventilelement 2. Von dem ersten Ventilelement 2 erstreckt sich eine zweite Fluidleitung 61 zu der Komponente 301 des ersten Kühlkreislaufs 6. Eine dritte Fluidleitung 62 erstreckt sich von der Komponente 301 zu dem zweiten Ventilelement 3 und eine vierte Fluidleitung 63 von dem zweiten Ventilelement 3 zu der Komponente 300. Im zweiten Kühlkreislauf 7 ist eine erste Fluidleitung 70 zwischen dem ersten Ventilelement 2 und der Komponente 303 angeordnet, eine zweite Fluidleitung 71 zwischen der Komponente 303 und dem zweiten Ventilelement 3, eine dritte Fluidleitung 72 zwischen dem zweiten Ventilelement 3 und der Komponente 302 sowie eine vierte Fluidleitung 73 zwischen der Komponente 302 und dem ersten Ventilelement 2. Unter Bezug auf die Strömungswegeskizzen nach 18 und 19 ist beim ersten Ventilelement 2 der Anschluss A mit der Fluidleitung 61, der Anschluss B mit der Fluidleitung 60, der Anschluss C mit der Fluidleitung 70 und der Anschluss D mit der Fluidleitung 73 verbunden. Beim zweiten Ventilelement 3 ist der Anschluss A mit der Fluidleitung 63, der Anschluss B mit der Fluidleitung 62, der Anschluss C mit der Fluidleitung 72 und der Anschluss D mit der Fluidleitung 71 verbunden.
In 24 sind die Relativbewegungen der beiden Ventilelemente 2, 3 zueinander über ihre jeweilige Winkelstellung gezeigt. Auf der x-Achse ist dabei die Winkelposition des Stellantriebs 4 und auf der y-Achse die Winkelposition des mit diesem gekoppelten zweiten Ventilelements 2 aufgetragen. Ferner finden sich in dem Schaubild die jeweiligen Positionen der die beiden Ventilelemente 2, 3 miteinander verbindenden jeweiligen ersten und zweiten Verbindungsabschnitte 21, 30 jeweils in der Schnittansicht durch die Massenstromsteuerungseinheit 1 hindurch im Bereich des Übergangs von dem zweiten Gehäuseteil 11 zu dem dritten Gehäuseteil 12. Die einzelnen Positionen der beiden Ventilelemente 2, 3 bzw. von deren zweiten Verbindungsabschnitt 21 und ersten Verbindungsabschnitt 30 sind vergrößert in den 14 bis 17 gezeigt. In der Ausgangsposition der beiden Ventilelemente 2, 3 zueinander (in 24 links unten gezeigt) liegt der erste Verbindungsabschnitt 30 des zweiten Ventilelements 3 mit seiner flachen oder leicht konvexen Außenseite 34 an der Mitnahmeflanke 24 des zweiten Verbindungsabschnitts 21 des ersten Ventilelements 2 an. Dies ist auch in 14 zu sehen. Das erste Ventilelement 2 wird sodann durch den Stellantrieb 4 um 90° gegen den Uhrzeigersinn gedreht, so dass die in 15 gezeigte Position erreicht wird, bei der die Mitnahmeflanke 25 des zweiten Verbindungsabschnitts 21 des ersten Ventilelements 2 an der flachen oder leicht konvexen Außenseite 34 des ersten Verbindungsabschnitts 30 des zweiten Ventilelements 3 anliegt. In 24 ist die Verstellung des ersten Ventilelements um 90° durch eine in einem Winkel von 45° ansteigende gerade durchgehende Linie von X nach Y als Primarbewegung angedeutet, wahrend die nicht stattfindende Verstellung des zweiten Ventilelements 3 durch die waagerecht, sich entlang der x-Achse erstreckende strichpunktierte Linie von X nach X angedeutet ist. Es ist somit ein Freilauf des zweiten Ventilelements 3 gegenüber dem ersten Ventilelement 2 vorgesehen, da zunächst nur das erste Ventilelement 2 durch den Stellantrieb um 90° verstellt wird. Hierdurch ist es möglich, im Bereich des Ventilelements 2 von der in 18 gezeigten Schaltstellung in die in 19 gezeigte umzuschalten. Bei der in 23 gezeigten Schaltstellung der beiden Ventilelemente 2, 3 befinden sich diese in der in 18 gezeigten Position, so dass eine Strömungsverbindung zwischen den beiden Kühlkreisläufen 6, 7 in 23 geschaffen, somit die beiden Kühlkreisläufe 6, 7 zu einem großen Kühlkreislauf 9, umfassend die Komponenten 300 und 303, sowie einem inneren kleinen Kreislauf 90 zusammengeschaltet werden. Beispielsweise kann an dem das Ventilelement 2 umgebenden Gehäuseteil 11 bzw. an dessen Anschlussstutzen 14 die Fluidleitung 61 und an den Anschlussstutzen 15 die Fluidleitung 73 angeschlossen sein, an den Anschlussstutzen 16 die Fluidleitung 70 und an den Anschlussstutzen 17 die Fluidleitung 60. Durch Verstellen des ersten Ventilelementes 2 entgegen dem Uhrzeigersinn um 90° in die in 15 gezeigte Position kann daher beispielsweise ein Strömungsverbinden der Fluidleitung 60 und der Fluidleitung 61 des ersten Kühlkreislaufs 6 sowie der Fluidleitung 70 und der Fluidleitung 73 des zweiten Kühlkreislaufs 7 erfolgen. Ein solches Umschalten entspräche dann dem Wechsel von der Schaltstellung nach 18 in die nach 19. Das zweite Ventilelement 3 wird zu diesem Zeitpunkt noch nicht verstellt, so dass beispielsweise der Strömungsweg von der Komponente 301 über die Fluidleitung 62, das zweite Ventilelement 3, die Fluidleitung 72, die Komponente 302, die Fluidleitung 73 wieder zu dem ersten Ventilelement 2 möglich ist.
Wird über den Stellantrieb 4 das erste Ventilelement 2 um weitere 90° entgegen dem Uhrzeigersinn weitergedreht, ergibt sich die in 16 gezeigte Positionierung von zweitem Ventilabschnitt 21 des ersten Ventilelements 2 und erstem Ventilabschnitt 30 des zweiten Ventilelements 3. Da der zweite Verbindungsabschnitt 21 mit seiner Mitnahmeflanke 25 an der flachen oder leicht konvexen Außenseite 34 des ersten Verbindungsabschnitts 30 des zweiten Ventilelements 3 in der zweiten Positionierung, die in 15 gezeigt ist, angreift, nimmt er beim weiteren Verstellen um 90° die in 16 gezeigte Position ein und dabei das zweite Ventilelement 3 bzw. dessen ersten Verbindungsabschnitt 30 mit. Dieser wird somit ebenfalls um 90° entgegen dem Uhrzeigersinn verstellt, was durch die jeweils ansteigenden Geraden von Y nach X bzw. von X nach Y in 24 ebenfalls angedeutet ist. Die strichpunktierte Linie (X nach Y) gibt weiterhin den Verstellweg des ersten Verbindungsabschnitts 30 des zweiten Ventilelements 3 als Sekundärbewegung und die durchgehende Linie (Y nach X) den Verstellweg des zweiten Verbindungsabschnitts 21 des ersten Ventilelements 2, das durch den Stellantrieb 4 verstellt wird, als Primärbewegung an. Dementsprechend verstellen sich durch Drehen des zweiten Ventilelements 3 nach 23 nun die Strömungswege durch dessen Kammern 33 hindurch. Daher kann beispielsweise nach dem Verstellen der Strömungsweg von der Fluidleitung 71 des zweiten Kühlkreislaufs 7 durch das zweite Ventilelement 3 in Richtung der Fluidleitung 72 zur Komponente 302 des zweiten Kühlkreislaufs 7 freigegeben werden, während zudem der Strömungsweg von der Komponente 301 zur Komponente 300 über die Fluidleitung 62 und die Fluidleitung 63 des ersten Kühlkreislaufs 6 freigegeben ist.
Erfolgt eine weitere Verstellung des ersten Ventilelementes 2 durch den Stellantrieb 4, nun im Uhrzeigersinn, also um 90° zurück, ergibt sich die in 17 gezeigte Positionierung des zweiten Verbindungsabschnitts 21 des ersten Ventilelements 2 zu dem ersten Verbindungsabschnitt 30 des zweiten Ventilelements 3. Da bei dem Verstellen des ersten Ventilelements 2 um 90° zurück der zweite Ventilabschnitt 21 mit keiner seiner beiden Mitnahmeflanken 24, 25 mitnehmend an dem ersten Verbindungsabschnitt 30 des zweiten Ventilelements 3 angreift, wird das zweite Ventilelement 3 hierbei nicht bewegt. Es erfolgt somit wiederum ein Freilauf bezüglich der Bewegung des zweiten Ventilelements 3. Dies ist durch die waagerechte strichpunktierte Linie von Y nach Y im Schaubild in 24 angedeutet, während die gerade, um 45° geneigte Linie von X nach Y die Verstellung des ersten Ventilelements 2 durch den Stellantrieb 4 andeutet. Dementsprechend kann bei dem Schaubild nach 23 unter Beibehalten der Position des Verstellelements 3 nun wiederum das erste Verstellelement 2 dahingehend die Flussigkeits- bzw. Fluidstrome lenken, dass der Strömungsweg von der Fluidleitung 60 in Richtung der Fluidleitung 70 zur Komponente 303 in dem zweiten Kühlkreislauf 7 und der Strömungsweg von der Komponente 302 über die Fluidleitung 73 zu der Fluidleitung 61 freigegeben ist.
Wird über den Stellantrieb 4 das erste Ventilelement 2 um wiederum 90° im Uhrzeigersinn weitergedreht, greift es nun mit seiner Mitnahmeflanke 24 an der flachen oder leicht konvexen Außenseite 34 des ersten Verbindungsabschnitts 30 des zweiten Ventilelements 3 an und dreht dieses ebenfalls im Uhrzeigersinn um 90° mit. Hierbei entsteht dann die in 14 gezeigte Positionierung von erstem und zweitem Ventilelement 2, 3, die der Ausgangsposition auch in 24 entspricht.
Der Stellantrieb 4 kann beispielsweise ein Schrittmotor sein, der einen kostengünstigen Aktuator, also Stellantrieb, für die Massenstromsteuerungseinheit 1 darstellt. Wie aus den vorstehenden Erläuterungen insbesondere zur 24 ersichtlich, erfolgt eine teilsynchrone Verstellung, wobei teilweise ein Freilauf des zweiten Ventilelementes 3 vorgesehen wird. Grundsätzlich ist es bei einer anderweitigen Kopplung von erstem und zweitem Ventilelement, die keinen Freilauf zulässt, aber auch möglich, beide Ventilelemente synchron zueinander zu verstellen. Um die jeweilige Position der beiden Ventilelemente 2, 3 ermitteln zu können, wenn beispielsweise ein Fahrzeug abgestellt wird und man nicht weiß, ob sich die Ventilelemente in der beispielsweise in 14 gezeigten Ausgangsposition befinden, ist es möglich, einen Positionssensor, der allerdings in den Figuren nicht gezeigt ist, vorzusehen. Dieser ermittelt die Position der Ventilelemente. Ebenfalls ist es möglich, über eine Referenzfahrt unter Vorsehen eines Endanschlags für zumindest das erste Ventilelement 2 beim Start eines Fahrzeugs die Position zu ermitteln. Bei einer solchen Referenzfahrt reicht beispielsweise ein Verschwenken im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn um jeweils 90°, beispielsweise über einen Schrittmotor als Stellantrieb, aus, um die Winkelposition des Ventilelements 2 bezüglich des Ventilelements 3 und auch bezüglich der Positionierung seiner Kammern 23 sowie ggf. vorgesehener Kurzschlussbohrung und/oder Längsnuten für eine Bypassströmung zu erfassen. Allerdings ist eine solche Referenzfahrt bei Start eines Fahrzeugs teuer und für die Massenstromsteuerungseinheit 1 auch verschleißintensiv, so dass sich das Ermitteln der Positionierung des oder der Ventilelemente über Sensoren als vorteilhafter erweist. Ferner kann über die Stromaufnahme des Stellantriebs festgestellt werden, ob möglicherweise ein Bruch bzw. eine Beschädigung einer der Verbindungsabschnitte des ersten und zweiten Ventilelements insbesondere im Bereich der Verbindung von beiden besteht bzw. um festzustellen, ob beide Ventilelemente tatsächlich bei Antreiben über den Stellantrieb bewegt werden können.
Die Ventilelemente können gegenüber den Gehäuseteilen, in denen sie aufgenommen sind, abgedichtet werden. Ebenfalls ist es jedoch möglich, ohne derartige Dichtungen zu arbeiten und eine geringe Leckage zwischen zwei über die Massenstromsteuerungseinheit miteinander gekoppelten Kühlkreisläufen zuzulassen. Um ein problemloses Verstellen der Ventilelemente 2, 3 der Gehäuseteile 11, 12 zu ermöglichen, erweist es sich als vorteilhaft, zumindest einen geringen Spalt zwischen der Außenseite des jeweiligen Ventilelementes und der Innenseite der jeweiligen zylindrischen Mantelwandung des dieses umgebenden Gehäuseteils zu belassen, also ein geringes Spiel, um die Bewegung des Ventilelements nicht zu behindern. Es ist somit nicht erforderlich, hier eine spielfreie Führung der Ventilelemente innerhalb der Gehäuseteile 11, 12 vorzusehen, wobei eine solche jedoch grundsätzlich vorgesehen werden kann.
Die miteinander verbundenen Gehäuseteile und die Gehäuseteile gegenüber den jeweils beiden Verbindungsabschnitten der Ventilelemente können ebenfalls abgedichtet sein. In 9 sind beispielhaft Dichtelemente 200 jeweils in den Verbindungsbereichen der Gehäuseteile untereinander und der Gehäuseteile gegenüber den Verbindungsabschnitten der Ventilelemente angedeutet.
Die Ventilelemente ebenso wie die Gehäuseteile der Massenstromsteuerungseinheit können vorteilhaft aus Kunststoff bestehen. Ebenfalls ist es grundsätzlich möglich, auch andere Materialien zu verwenden, insbesondere auch beliebige Materialkombinationen.
Neben den im Vorstehenden beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsvarianten von Massenstromsteuerungseinheiten zum Steuern von Massenströmen, insbesondere in Kühlkreisläufen, können noch zahlreiche weitere vorgesehen werden, insbesondere auch beliebige Kombinationen der vorstehend genannten Merkmale, wobei stets zumindest ein Stellantrieb, zumindest ein innerhalb eines Gehäuseteils drehbar angeordnetes oder anordbares Ventilelement und eine Anzahl von an dem Gehäuseteil angeordneten oder anordbaren Anschlussstutzen zum Verbinden der Massenstromsteuerungseinheit mit Fluidleitungen vorgesehen sind, wobei die Massenstromsteuerungseinheit modular aufgebaut ist und zumindest zwei Gehäuseteile umfasst, wobei ein jeweiliger Gehäuseteil zumindest ein Gehäuseverbindungselement zum Verbinden mit zumindest einem weiteren Gehäuseteil aufweist und wobei das Ventilelement einen zylindrischen Körper aufweist, der an seinen beiden in Längsrichtung einander gegenüberliegenden Enden mit Verbindungabschnitten versehen ist zum Koppeln mit dem Stellantrieb und/oder mit zumindest einem weiteren Ventilelement. Bei einem Kühlsystem mit einer Anzahl von Fluidleitungen und zumindest einem Kühlkreislauf kann eine solche Massenstromsteuerungseinheit so angeordnet werden, dass die Fluidleitungen des Kühlkreislaufs an einen mit einem innenliegenden Ventilelement und mit außenseitigen Anschlussstutzen zum Anschließen der Fluidleitungen versehenen Gehäuseteil angeschlossen sein oder werden. Sind beispielsweise zwei Kühlkreisläufe vorgesehen, können diese über die Massenstromsteuerungseinheit gekoppelt werden, wobei die Fluidleitungen des ersten Kühlkreislaufs an einen ersten mit einem innenliegenden Ventilelement und mit außenseitigen Anschlussstutzen zum Anschließen der Fluidleitungen versehenen Gehäuseteil angeschlossen werden oder sind und die Fluidleitungen des zumindest einen zweiten Kühlkreislaufs an einen zweiten mit einem innenliegenden Ventilelement und mit außenseitigen Anschlussstutzen zum Anschließen der Fluidleitungen versehenen Gehäuseteil angeschlossen werden oder sind.
Bezugszeichenliste

1: Massenstromsteuerungseinheit
2: erstes Ventilelement
3: zweites Ventilelement
4: Stellantrieb/Aktuator
5: Ventilelement
6: erster Fluidkreislauf/Kühlkreislauf
7: zweiter Fluidkreislauf/Kühlkreislauf
8: Kühlmittelsystem
9: Kühlkreislauf
10: erster Gehäuseteil
11: zweiter Gehäuseteil
12: dritter Gehäuseteil
13: Gehäuseverbindungselement
14: Anschlussstutzen
15: Anschlussstutzen
16: Anschlussstutzen
17: Anschlussstutzen
18: Anschlussflansch
20: erster Verbindungsabschnitt
21: zweiter Verbindungsabschnitt
22: zylindrischer Körper
23: Kammer
24: Mitnahmeflanke
25: Mitnahmeflanke
30: erster Verbindungsabschnitt
31: zweiter Verbindungsabschnitt
32: zylindrischer Körper
33: Kammer
34: flache oder leicht konvexe Außenseite
50: zylindrischer Körper
51: Kurzschlussbohrung
52: Kammer
53: Kammer
54: Längsnut
55: Längsnut
56: vorkragende umlaufende Wandung
57: Außenseite
60: erste Fluidleitung
61: zweite Fluidleitung
62: dritte Fluidleitung
63: vierte Fluidleitung
70: erste Fluidleitung
71: zweite Fluidleitung
72: dritte Fluidleitung
73: vierte Fluidleitung
90: innerer kleiner Kreislauf
100: Unterseite
101: Verbindungsabschnitt
102: Durchtrittsöffnung
110: zylindrische Mantelwandung
111: Öffnung
112: Öffnung
113: Öffnung
114: Öffnung
115: Gehäusebodenwandung
116: Innenseite von 110
117: Aufnahmeversatz
118: Außenseite von 110
119: Steg
120: zylindrische Mantelwandung
121: Öffnung
122: Öffnung
123: Öffnung
124: Öffnung
125: Gehäusebodenwandung
126: Innenseite von 120
130: Rastaufnahme
131: Rastlasche
132: Rastnase
200: Dichtelement
215: Durchtrittsöffnung
225: Durchtrittsöffnung
230: Wandungsscheibe
231: Wandung
232: Stützabschnitt
233: außenseitiger Rand von 231
234: umlaufender Rand von 230
235: Kammer
300: Komponente
301: Komponente
302: Komponente
303: Komponente
330: Wandungsscheibe
331: Wandung
333: außenseitiger Rand von 331
334: umlaufender Rand von 330
d₁₁₅: Außendurchmesser von 115
d₁₂₅: Außendurchmesser von 125
d_a: Außendurchmesser von 110
d₁₀₁: Außendurchmesser von 101
R: Drehachse
A: Anschluss
B: Anschluss
C: Anschluss
D: Anschluss
P1: Punkt auf 2
P2: Punkt auf 3
P3: Pfeil
P4: Pfeil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015201246 A1 [0002, 0009]
DE 102013109365 A1 [0003, 0007, 0009]
EP 3306151 A1 [0004, 0009]

Claims

Massenstromsteuerungseinheit (1) zum Steuern von Massenströmen, insbesondere in einem Kühlkreislauf (6, 7), umfassend zumindest einen Gehäuseteil (10, 11, 12), einen Stellantrieb (4), zumindest ein innerhalb des zumindest einen Gehäuseteils (11, 12) drehbar anordbares oder angeordnetes Ventilelement (2, 3, 5) und eine Anzahl von an dem zumindest einen Gehäuseteil (11, 12) angeordneten oder anordbaren Anschlussstutzen (14, 15, 16, 17) zum Verbinden der Massenstromsteuerungseinheit (1) mit Fluidleitungen (60, 61, 62, 63, 70, 71, 72, 73), dadurch gekennzeichnet, dass die Massenstromsteuerungseinheit (1) modular aufgebaut ist, wobei zumindest zwei Gehäuseteile (10, 11, 12) vorgesehen sind, wobei ein jeweiliger Gehauseteil (10, 11, 12) zumindest ein Gehäuseverbindungselement (13) zum Verbinden mit zumindest einem weiteren Gehäuseteil (10, 11, 12) aufweist und wobei das Ventilelement (2, 3, 5) einen zylindrischen Körper (22, 32, 50) aufweist, der an seinen beiden in Längsrichtung einander gegenüberliegenden Enden mit Verbindungsabschnitten (20, 21, 30, 31) versehen ist zum Koppeln mit dem Stellantrieb (4) und/oder mit zumindest einem weiteren Ventilelement (2, 3, 5).
Massenstromsteuerungseinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der das Ventilelement (2, 3, 5) aufnehmende Gehäuseteil (11, 12) als napfartiger Hohlkörper ausgebildet ist, der eine umlaufende zylindrische Mantelwandung (110, 120) mit beidseitig endseitigen Gehäuseverbindungselementen (13) zum Verbinden mit zumindest einem anderen Gehäuseteil (10, 11, 12) und eine endseitige, sich quer zur Längserstreckung der zylindrischen Mantelwandung (110, 120) erstreckende Gehäusebodenwandung (115, 125) mit einer Durchtrittsöffnung (215, 225) zum Aufnehmen des einen (21, 31) der beiden Verbindungsabschnitte (20, 21, 30, 31) des Ventilelements (2, 3, 5) aufweist.
Massenstromsteuerungseinheit (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein den Stellantrieb (4) aufnehmender Gehäuseteil (10) einen entsprechend der Gehäusebodenwandung (115, 125) ausgebildeten Verbindungsabschnitt (101) aufweist zum Verbinden mit dem das Ventilelement (2, 3, 5) aufnehmenden Gehäuseteil (11, 12).
Massenstromsteuerungseinheit (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei jeweils ein Ventilelement (2, 3, 5) aufnehmende Gehäuseteile (11, 12) vorgesehen, als Gleichteile ausgebildet und vermittels ihrer Gehäuseverbindungselemente (13) endseitig miteinander verbindbar oder verbunden sind.
Massenstromsteuerungseinheit (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite endseitige Verbindungsabschnitt (21) des ersten Ventilelements (2) mit dem ersten endseitigen Verbindungsabschnitt (30) des zweiten Ventilelements (3) zumindest in einem Drehwinkelbereich drehfest ineinandergreift, so dass die beiden Ventilelemente (2, 3) durch den einen Stellantrieb (4) gemeinsam verstellbar sind.
Massenstromsteuerungseinheit (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Ventilelemente (2, 3) innerhalb der zumindest zwei miteinander verbundenen Gehäuseteile (11, 12) fluidisch voneinander getrennt sind.
Massenstromsteuerungseinheit (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (2, 3, 5) am Umfang angeordnete Kammern (23, 33, 52, 53, 235) zum Strömungsverbinden von benachbarten Anschlussstutzen (14, 15, 16, 17) aufweist.
Massenstromsteuerungseinheit (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass umlaufend um die Kammern (23, 33, 52, 53, 235) zumindest ein gegenüber der Innenseite (116, 126) der umlaufenden zylindrischen Mantelwandung (110, 120) des Gehäuseteils (11, 12) dichtender Rand (233, 234, 333, 334) vorgesehen ist.
Massenstromsteuerungseinheit (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zum teilsynchronen Verstellen der miteinander gekoppelten Ventilelemente (2, 3, 5) ein Freilauf für die aneinander gekoppelten Ventilelemente (2, 3, 5) vorgesehen ist, so dass das erste mit dem Stellantrieb (4) verbindbare oder verbundene Ventilelement (2) in einem vorbestimmbaren Drehwinkelbereich ohne Mitnahme des zumindest einen zweiten Ventilelements (3) drehbar ist.
Massenstromsteuerungseinheit (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ausbilden des Freilaufs der zweite Verbindungsabschnitt (21) des ersten Ventilelements (2) zumindest eine Mitnahmeflanke (24, 25) und der mit diesem zweiten Verbindungsabschnitt (21) zusammenwirkende und ineinandergreifende erste Verbindungsabschnitt (30) des zweiten Ventilelements (3) zumindest einen Kreissegmentabschnitt mit zumindest einer durch die zumindest eine Mitnahmeflanke (24, 25) angreifbaren Außenseite (34) aufweist.
Massenstromsteuerungseinheit (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Ventilelement (5) zumindest eine sich quer durch dieses hindurch erstreckende Kurzschlussbohrung (51) aufweist zum Kurzschließen zweier einander gegenüberliegender Anschlussstutzen (14, 15, 16, 17) im das Ventilelement (5) umgebenden Gehäuseteil (11, 12).
Massenstromsteuerungseinheit (1) nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Bypasseinrichtung (54, 55) zum Umgehen des zumindest einen Ventilelements (5) vorgesehen ist.
Massenstromsteuerungseinheit (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Ventilelement (5) zum Ausbilden der Bypasseinrichtung zwischen seinen Kammern (52, 53) angeordnete außenseitige Längsnuten (54, 55) aufweist, über die, insbesondere einander gegenüberliegende, Anschlussstutzen (14, 15, 16, 17) in dem das Ventilelement (5) umgebenden Gehäuseteil (11, 12) miteinander fluidisch verbindbar sind.
Massenstromsteuerungseinheit (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Ventilelement (2, 3, 5) als Kreuzventil oder als Proportionalventil ausgebildet ist.
Massenstromsteuerungseinheit (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Gehäuseteil (11, 12) mit den Anschlussstutzen (14, 15, 16, 17) verbindbar oder verbunden ist oder diese mit dem Gehäuseteil (11, 12) einteilig ausgebildet sind.
Massenstromsteuerungseinheit (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Sensoreinrichtung zum Ermitteln der Position des zumindest einen Ventilelements (2, 3, 5) vorgesehen ist.
Kühlmittelsystem (8) mit einer Anzahl von Fluidleitungen (60, 61, 62, 63, 70, 71, 72, 73) zumindest einem Kühlkreislauf (6, 7) und mit zumindest einer Massenstromsteuerungseinheit (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidleitungen (60, 61, 62, 63) des Kühlkreislaufs (6) an einen mit einem innenliegenden Ventilelement (2) und mit außenseitigen Anschlussstutzen (14, 15, 16, 17) zum Anschließen der Fluidleitungen (60, 61, 62, 63) versehenen Gehäuseteil (11) anschließbar oder angeschlossen sind.
Kühlmittelsystem (8) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Kühlkreisläufe (6,7) vorgesehen sind, wobei die Fluidleitungen (60, 61, 62, 63) des ersten Kühlkreislaufs (6) an einen ersten mit einem innenliegenden Ventilelement (2) und mit außenseitigen Anschlussstutzen (14, 15, 16, 17) zum Anschließen der Fluidleitungen (60, 61, 62, 63) versehenen Gehäuseteil (11) anschließbar oder angeschlossen sind und die Fluidleitungen (70, 71, 72, 73) des zumindest einen zweiten Kühlkreislaufs (7) an einen zweiten mit einem innenliegenden Ventilelement (3) und mit außenseitigen Anschlussstutzen (14, 15, 16, 17) zum Anschließen der Fluidleitungen (70, 71, 72, 73) versehenen Gehäuseteil (12) anschließbar oder angeschlossen sind.