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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung und ein Fluidregelventil mit einer solchen Dichtungsanordnung. Unter einem Fluidregelventil ist dabei insbesondere ein Kühlwasserregelventil zur Verwendung in einem Fahrzeug zu verstehen. Unter einem Fahrzeug ist dabei jede Art von Fahrzeug zu verstehen, welches zum Betrieb mit einem flüssigen und/oder gasförmigen Kraftstoff versorgt werden muss, insbesondere aber Personenkraftwagen und/oder Nutzfahrzeuge. Ferner kann es sich beim Fahrzeug auch um ein teilelektrisches oder vollelektrisches Fahrzeug handeln.
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Dichtungen als solche können unterschiedliche Aufgaben haben. Sie können z.B. dem Zweck dienen, ungewollte Fluidverluste zu vermeiden oder zumindest zu begrenzen. Unter einem Fluid kann dabei ein flüssiges und/oder gasförmiges Medium verstanden werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Dichtungsanordnung zur Verwendung in einem Fluidregelventil, insbesondere in Gestalt eines Kühlwasserregelventils bereitzustellen, welche höchsten Anforderungen an eine Langzeit-Dichtheit unter bekanntlich großen Temperaturschwankungen einer Verbrennungsmotorenperipherie und/oder einer Elektromotorenperipherie gerecht wird. Die Dichtungsanordnung soll darüber hinaus kostengünstig herstellbar sein und einen Toleranzausgleich über einen breiten Toleranzbereich ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird durch den Anspruch 1 gelöst, der eine Dichtungsanordnung zur Verwendung in einem Fluidregelventil eines Fahrzeugs unter Schutz stellt. Es wird ferner ein Fluidregelventil mit einer solchen Dichtungsanordnung unter Schutz gestellt (vgl. Anspruch 12) . Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Es wird eine Dichtungsanordnung zur Verwendung in einem Fluidregelventil eines Fahrzeugs vorgeschlagen. Die Dichtungsanordnung umfasst dabei ein erstes, separates Dichtelement zur dichtenden Anlage gegen einen stellbaren Ventilkörper des Fluidregelventils, ein zweites, separates Dichtelement zur dichtenden Anlage gegen ein Ventilgehäuse des Fluidregelventils sowie ein separates, elastisches Zwischenstück, welches zwischen dem ersten Dichtelement und dem zweiten Dichtelement zur elastischen Beabstandung der beiden Dichtelemente in einer axialen Richtung der Dichtungsanordnung angeordnet ist. Das erste Dichtelement und das zweite Dichtelement sind dabei zumindest in einer Einbaulage der Dichtungsanordnung im Fluidregelventil in der axialen Richtung der Dichtungsanordnung miteinander formschlüssig gefügt.
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Die formschlüssige Fügung positioniert die beiden Dichtelemente zueinander, so dass sich die beiden Dichtelemente gegeneinander abstützen können.
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Nach einer Ausführungsform sind das erste Dichtelement und das zweite Dichtelement bereits in einer Montagelage der Dichtungsanordnung, d.h. nach einem Zusammenbau der Dichtungsanordnung und vor einem Einbau der Dichtungsanordnung in das Fluidregelventil, miteinander formschlüssig gefügt. Dies erleichtert sowohl die Montage als auch den Einbau der Dichtungsanordnung.
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Nach einer weiteren Ausführungsform sind an zwei einander gegenüber liegenden Stirnseiten der beiden Dichtelemente je eine erste umlaufende Anordnung von zueinander beabstandeten Vorsprüngen ausgebildet, wobei die beiden ersten Vorsprungsanordnungen so zueinander versetzt ausgerichtet sind, dass die einander gegenüber liegenden Vorsprünge entweder bereits in einer Montagelage der Dichtungsanordnung - d.h. nach einem Zusammenbau der Dichtungsanordnung und vor einem Einbau der Dichtungsanordnung in das Fluidregelventil - oder erst durch die Verpressung des Zwischenstücks in einer Einbaulage der Dichtungsanordnung im Fluidregelventil formschlüssig ineinander greifen.
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Eine derartig formschlüssige Fügung positioniert die beiden Dichtelemente zueinander derart, dass sich die beiden Dichtelemente gegeneinander abstützen können und dass eine relative Verschiebung zwischen den beiden Dichtelementen in einer Umfangsrichtung der Dichtungsanordnung unterbleibt. Die Unterbindung der relativen Verschiebung trägt zu einer verminderten Reibung in der Dichtungsanordnung bei.
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Dabei sind die beiden ersten Vorsprungsanordnungen bezüglich einer Dichtungsöffnung radial innen liegend auf der jeweiligen Stirnseite des Dichtelements angeordnet bzw. angeformt, so dass das Zwischenstück die beiden Vorsprungsanordnungen dichtend umschließt.
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Nach einer weiteren Ausführungsform ist am jeweiligen Dichtelement stirnseitig und außen liegend zur ersten Vorsprungsanordnung eine zweite umlaufende Anordnung von zueinander beabstandeten Vorsprüngen ausgebildet, wobei die beiden zweiten Vorsprungsanordnungen so zueinander versetzt ausgerichtet sind, dass die einander gegenüber liegenden Vorsprünge entweder bereits in einer Montagelage der Dichtungsanordnung oder erst durch die Verpressung des Zwischenstücks in einer Einbaulage der Dichtungsanordnung im Fluidregelventil formschlüssig ineinander greifen.
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Es wird ferner ein Fluidregelventil mit zumindest einer Dichtungsanordnung der zuvor beschriebenen Art zur Abdichtung eines Anschlussbereiches des Fluidregelventils, insbesondere in Gestalt eines Mehrwege-Regelventils vorgeschlagen.
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Es wird ferner eine Verwendung eines solchen Fluidregelventils als Kühlwasserregelventil vorgeschlagen.
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Im Weiteren wird die Erfindung unter Bezugnahme auf Figurendarstellungen im Einzelnen erläutert. Aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungen ergeben sich weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung. Hierzu zeigen:
- 1 eine erste Ausführungsform einer vorgeschlagenen Dichtungsanordnung,
- 2 das untere Dichtelement der in 1 gezeigten Dichtungsanordnung,
- 3 eine zweite Ausführungsform einer vorgeschlagenen Dichtungsanordnung,
- 4 eine dritte Ausführungsform einer vorgeschlagenen Dichtungsanordnung und
- 5 eine Kühlwasseregelventileinheit.
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Gleiche oder gleichwirkende Merkmale sind über alle Figuren hinweg mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Die in 1 gezeigte kreisringförmige Dichtungsanordnung 2 bzw. mehrteilige Dichtung 2 umfasst ein erstes Dichtelement 4, ein zweites Dichtelement 6 sowie ein dazwischen angeordnetes, elastisch verformbares und geschlossen umlaufendes Zwischenstück 8, welches die beiden Dichtelemente 4, 6 in einer axialen Richtung der Dichtungsanordnung elastisch zueinander beabstandet. An zwei einander gegenüber liegenden Stirnseiten 9 (vgl. 2) der beiden Dichtelemente 4, 6, die etwa vorteilhafterweise als Gleichteile ausgebildet sein können, sind dabei jeweils eine umlaufende Anordnung von zueinander - zweckmäßigerweise gleichmäßig - beabstandeten klauenartigen Vorsprüngen 10, 14 ausgebildet. Diese beiden Vorsprungsanordnungen bzw. Klauenanordnungen sind dabei so zueinander versetzt ausgerichtet, dass die einander gegenüber liegenden Klauen 10, 14 in einer Montagelage (veranschaulicht durch 1) - d.h. nach einem Zusammenbau der Dichtungsanordnung 2 - gerade noch nicht formschlüssig ineinander greifen. In diesem Fall greifen die Klauen 10, 14 tatsächlich erst in einer Einbaulage, etwa in einem Kühlwasserregelventil, formschlüssig ineinander, in welcher das Zwischenstück 8 verpresst ist. Alternativ dazu kann die Dichtungsanordnung 2 auch so ausgeführt sein, dass die Klauen 10, 14 bereits in der Montagelage formschlüssig ineinander greifen.
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Rechts von der in der 1 gezeigten Dichtungsanordnung 2 ist nochmals das untere Dichtelement 6 mit den stirnseitig umlaufend angeformten, klauenartigen Vorsprüngen 10 gezeigt, auf welche das elastisch verformbare Zwischenstück 8 aufgezogen ist. Das Zwischenstück 8 ist dabei im Wesentlichen ringförmig mit abschnittsweise radial nach außen und/oder innen gerichteten Vorsprüngen 12 ausgebildet.
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2 veranschaulicht das in der 1 gezeigte untere Dichtelement 6. Zu erkennen ist, dass die umlaufende Anordnung der Klauen 10 bezüglich einer Dichtungsöffnung 7 radial innen liegend auf der Stirnseite des Dichtelements 6 angeordnet bzw. angeformt ist, so dass das Zwischenstück 8 die beiden formschlüssig ineinander greifenden Klauenanordnungen dichtend umschließt (vgl. 1).
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Die in 3 gezeigte kreisringförmige Dichtungsanordnung 2 unterscheidet sich gegenüber der 1 dadurch, dass am jeweiligen Dichtelement 4, 6 stirnseitig neben einer ersten umlaufenden Anordnung von Klauen 10, 14 auch eine dazu außen liegend angeordnete zweite umlaufende Anordnung von Klauen 10l, 14l ausgebildet ist.
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Zu erkennen ist auch, dass in der durch die 3 veranschaulichten Montagelage - d.h. nach einem Zusammenbau der Dichtungsanordnung 2 - die beiden äußeren Klauenanordnungen bereits formschlüssig ineinander greifen, während die beiden inneren Klauenanordnungen dies gerade noch nicht tun. Alternativ dazu können die beiden inneren Klauenanordnungen auch so ausgebildet sein, dass auch sie in der Montagelage bereits formschlüssig ineinander greifen.
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Die Ausführungsform nach 4 hingegen unterscheidet sich gegenüber der 3 dadurch, dass zwischen den jeweiligen ersten und zweiten Klauenanordnungen ein kreisringförmiges Zwischenstück 8 angeordnet ist, welches die zuvor beschriebenen abschnittsweise radial nach außen und/oder innen gerichteten Vorsprünge 12 nicht aufweist und stattdessen außenseitig eine umlaufende, hydraulisch kraftverstärkende Nut 11 in Gestalt einer V-förmigen Nut aufweist. Grundsätzlich ist das Zwischenstück 8 hinsichtlich seiner Formgebung frei gestaltbar. Das Zwischenstück 8 ist dabei zweckmäßigerweise so gestaltet und ausgelegt, dass es eine gewünscht vorteilhafte Kraft-Weg-Kennlinie im Sinne einer Systemeigenschaft beschreibt. Unter einer solch vorteilhaften Kraft-Weg-Kennlinie ist z.B. eine Kennlinie zu verstehen, bei der die auf das Zwischenstück 8 aufgebrachte Kraft mit zunehmendem Verformungsweg des Zwischenstücks 8 nur geringfügig innerhalb gewisser Grenzen zunimmt, wobei sich die Zunahme progressiv, linear und/oder degressiv darstellen kann.
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Allen zuvor beschrieben Ausführungen ist dabei gemein, dass zumindest am Dichtelement 4, welches zur statisch dichtenden Anlage gegen einen stellbaren Ventilkörper 28 eines Fluidregelventils 22 (vgl. 5) vorgesehen ist, dichtflächenseitig zweckmäßigerweise ein umlaufend vorspringender Wulst 5 angeformt sein kann (vgl. 1, 3), der eine linienförmige und/oder flächenförmige Abdichtung bewirkt. Der Wulst 5 kann dabei bezüglich der Dichtungsöffnung 7 außenliegend auf der der Ventilkörperfläche zugewandten Stirnfläche des Dichtelements 4 angeformt sein. Grundsätzlich ließe sich ein solcher Wulst 5 in analoger Weise auch am Dichtelement 6 vorsehen, welches zur dynamisch dichtenden Anlage gegen ein Ventilgehäuse 26 des Fluidregelventils 22 (vgl. 5) vorgesehen ist.
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Ferner ist allen zuvor beschrieben Ausführungen gemein, dass zumindest das erste Dichtelement 4 als ein Hart-Dichtelement ausgebildet ist. Vorzugsweise ist aber auch das zweite Dichtelement 6 als ein Hart-Dichtelement ausgebildet. Unter einem solchen Hart-Dichtelement ist dabei ein Dichtelement zu verstehen, welches zumindest an der dichtenden Kontaktstelle - ob linienförmig und/oder flächenförmig dichtwirkend - im Unterschied zum Zwischenstück 8 elastisch nicht verformbar ist. Grundsätzlich kann dieses Hart-Dichtelement bspw. auch vollumfänglich aus PTFE (PTFE steht für Polytetrafluorethylen) und/oder dergleichen mehr gefertigt, bspw. gespritzt sein. Alternativ dazu könnte das Hart-Dichtelement auch aus einem Kunststoff ausgebildet sein, der dichtseitig entsprechend hart beschichtet ist, etwa mit PTFE und/oder dergleichen mehr. Um Kosten einzusparen, könnte das zweite Dichtelement 6 auch nur aus einem gegenüber dem ersten Dichtelement 4 weicheren und kostengünstigeren Kunststoff ausgebildet sein.
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Bezüglich der vorhergehend vorgeschlagenen ersten und zweiten Dichtungsanordnung kann man aufgrund der stirnseitig angeformten Klauenanordnungen auch von einer kronenartigen Ausbildung der Dichtelemente sprechen.
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Das Zwischenstück 8 hingegen - in Gestalt eines geschlossen umlaufenden Profils - ist aus einem elastisch verformbaren Kunststoff ausgebildet, etwa einem Elastomer etc., so dass sich die besagte axiale Beabstandung der beiden Dichtelemente 4, 6 entsprechend einer sich darstellenden, auszugleichenden Längentoleranzlage durch eine entsprechend elastische Verformung des Zwischenstücks 8 einstellen kann. Diese elastische Verformung bewirkt zudem die gewünschte Verspannung der Dichtungsanordnung 2 bzw. mehrteiligen Dichtung 2 in ihrer Einbaulage.
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Zwei Hart-Dichtelemente 4, 6 als solche, etwa in Gestalt zweier PTFE-Hart-Dichtelemente, in Verbindung mit dem Elastomer-Zwischenstück 8 bilden bereits eine Anordnung von gut aneinander haftenden Einzelteilen, die sich als eine Einheit leicht in das Fluidregelventil 22 verbauen lassen. Hinzu kommt, dass durch die beiden PTFE-Hart-Dichtelemente 4, 6 eine Verkantung des Elastomer-Zwischenstücks 8 beim Verbau vorteilhafterweise vermieden wird.
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5 veranschaulicht eine Einbaulage der Dichtungsanordnung 2 nach 3 in einer Kühlwasserregelventileinheit 20, die neben einem Mehrwege-Kühlwasserregelventil 22 auch eine Aktuatoreinheit 24 zur Steuerung des Mehrwege-Kühlwasserregelventils 22 aufweist. Zwischen jeweils einem der beiden dargestellten Ventilanschlüsse 30, 32 und dem durch die Aktuatoreinheit 24 verschwenkbar stellbaren Ventilkörper 28 ist dabei solche eine Dichtungsanordnung 2 vorgesehen, wobei das erste Dichtelement 4 statisch dichtend am stellbaren Ventilkörper 28 und das zweite Dichtelement 6 dynamisch dichtend am Ventilgehäuse 26 anliegt. In der 5 ist dabei der Einfachheit halber nur eine Dichtungsanordnung 2 gezeigt.
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Aus der Darstellung in 5 wird ersichtlich, dass ein in den Zwischenraum zwischen den beiden Dichtelementen 4, 6 eindringendes und unter Druck stehendes Kühlwasser gegen die beiden Dichtelemente 4, 6 wirkt und somit deren dichtende Wirkung fluidisch bzw. hydraulisch verstärkt. Diese fluidische bzw. hydraulische Dichtwirkung ließe sich durch eine außenseitig umlaufende Nut am Zwischenstück 8 (etwa analog zur 4), die als solche fluidisch bzw. hydraulisch kraftverstärkend wirkt, weiter verstärken.
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Den im Rahmen dieser Offenbarung vorgeschlagenen Dichtungsanordnungen ist gemein, dass sie zum einen kostengünstig herstellbar sind und dass sie zum anderen über einen relativ breiten Längentoleranzbereich toleranzausgleichend wirken, und dies in Verbindung mit einer Langzeitdichtwirkung. In Bezug auf das zuvor beschriebene Mehrwege-Kühlwasserregelventil 22 (vgl. 5) lassen sich mittels der Ausführungsform nach 1 kumulierte Längentoleranzen von bis zu 1mm (≤ 1mm) ausgleichen und mittels der Ausführungsform nach 3 sogar kumulierte Längentoleranzen, die darüber hinausgehen (≥ 1mm).
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Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert wurden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist. Außerdem sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den exemplarischen Ausführungen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die Anwendungen und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die Umsetzung von mindestens einer exemplarischen Ausführung gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere in Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten Merkmalskombinationen ergibt.
