DE102018218054A1 - Fluidtechnische Ventileinrichtung sowie Verfahren zum Betreiben einer fluidtechnischen Ventileinrichtung - Google Patents

Fluidtechnische Ventileinrichtung sowie Verfahren zum Betreiben einer fluidtechnischen Ventileinrichtung Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine fluidtechnische Ventileinrichtung (1) mit mehreren in Reihe angeordneten Drehschieberventilen (2,3,4) und einem Stellmotor (8) zum Einstellen der Drehschieberventile (2,3,4), wobei jedes der Drehschieberventile (2,3,4) einen in einem Drehschiebergehäuse (6) angeordneten und über eine Antriebswelle mittels des Stellmotors (8) antreibbaren Drehschieber (5) aufweist. Dabei ist vorgesehen, dass jeweils zwei aufeinanderfolgende der Drehschieberventile (2,3,4) über eine Mitnehmervorrichtung (10) zum Einstellen mittels des Stellmotors (8) mechanisch miteinander verbunden sind, wobei die Mitnehmervorrichtung (10) einen an einem ersten der beiden Drehschieberventile (2,3,4) angeordneten Mitnehmervorsprung (11) aufweist, der in eine an dem jeweils anderen zweiten der Drehschieberventile (2,3,4) ausgebildete Mitnehmeraufnahme (15) mit Spiel in Drehrichtung eingreift, und wobei eines der beiden Drehschieberventile (2,3,4) lediglich mittelbar über das jeweils andere der beiden Drehschieberventile (2,3,4) mittels des Stellmotors (8) zum Einstellen antreibbar ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer fluidtechnischen Ventileinrichtung (1).

Description

  • Die Erfindung betrifft eine fluidtechnische Ventileinrichtung mit mehreren in Reihe angeordneten Drehschieberventilen und einem Stellmotor zum Einstellen der Drehschieberventile, wobei jedes der Drehschieberventile einen in einem Drehschiebergehäuse angeordneten und über eine Antriebswelle mittels des Stellmotors antreibbaren Drehschieber aufweist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer fluidtechnischen Ventileinrichtung.
  • Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift DE 10 2006 059 029 A1 bekannt. Diese beschreibt einen Drehschieber mit mehreren Querschnittsverstellgliedern, wobei die Querschnittsverstellglieder jeweils über ein Drehgetriebe mit einer gemeinsamen Antriebswelle in Verbindung stehen.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, eine fluidtechnische Ventileinrichtung mit mehreren Drehschieberventilen vorzuschlagen, welche gegenüber bekannten fluidtechnischen Ventileinrichtungen Vorteile aufweist, insbesondere ein flexibles Einstellen der mehreren Drehschieberventile ermöglicht, vorzugsweise mittels eines einzigen Stellmotors.
  • Dies wird erfindungsgemäß mit einer fluidtechnischen Ventileinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass jeweils zwei aufeinanderfolgende der Drehschieberventile über eine Mitnehmervorrichtung zum Einstellen mittels des Stellmotors mechanisch miteinander verbunden sind, wobei die Mitnehmervorrichtung einen an einem ersten der beiden Drehschieberventile angeordneten Mitnehmervorsprung aufweist, der in eine an dem jeweils anderen zweiten der Drehschieberventile ausgebildete Mitnehmeraufnahme mit Spiel in Drehrichtung eingreift, und wobei eines der beiden Drehschieberventile lediglich mittelbar über das jeweils andere der beiden Drehschieberventile mittels des Stellmotors zum Einstellen antreibbar ist.
  • Die fluidtechnische Ventileinrichtung dient dem Einstellen einer Durchströmungsquerschnittsfläche, also der Größe eines Durchströmungsquerschnitts, zwischen wenigstens einem Fluideinlass und wenigstens einem Fluidauslass der Ventileinrichtung. Beispielsweise weist die Ventileinrichtung mindestens so viele Fluidauslässe wie Fluideinlässe auf, wobei jedem der Fluideinlässe wenigstens einer der Fluidauslässe oder mehrere der Fluidauslässe zugeordnet sind. Es kann also vorgesehen sein, dass mithilfe der Ventileinrichtung die Durchströmungsquerschnittsfläche zwischen genau einem Fluideinlass und genau einem Fluidauslass oder die jeweilige Durchströmungsquerschnittsfläche zwischen jedem der Fluideinlässe und dem dazugehörigen wenigstens einen der Fluidauslässe eingestellt werden kann.
  • Besonders bevorzugt weist die Ventileinrichtung einen Fluideinlass und mehrere diesem Fluideinlass zugeordnete Fluidauslässe auf, wobei in Abhängigkeit von einer Einstellung der Ventileinrichtung das an dem Fluideinlass bereitgestellte Fluid keinem der Fluidauslässe, ausschließlich einem einzigen der Fluidauslässe oder mehreren der Fluidauslässe zugeführt wird. Das bedeutet, dass in Abhängigkeit von der Einstellung der Ventileinrichtung zwischen dem Fluideinlass und jedem der Fluidauslässe jeweils eine bestimmte Durchströmungsquerschnittsfläche eingestellt wird, welche jeweils von Null verschieden sein, aber zum Versperren der jeweiligen Fluidverbindung zwischen dem Fluideinlass und dem entsprechenden Fluidauslass auch gleich Null betragen kann.
  • Die Ventileinrichtung verfügt zum Einstellen der Durchströmungsquerschnittsfläche zwischen dem jeweiligen Fluideinlass und dem jeweiligen Fluidauslass über mehrere Drehschieberventile. Jedes dieser Drehschieberventile weist wiederum einen Drehschieber auf, der in dem jeweiligen Drehschiebergehäuse angeordnet ist. Die Drehschiebergehäuse der Drehschieber können selbstverständlich auch als gemeinsames Drehschiebergehäuse ausgestaltet sein. Der Drehschieber ist in dem Drehschiebergehäuse um eine Drehachse drehbar gelagert.
  • Jedes der Drehschieberventile verfügt über wenigstens einen Einlass und wenigstens einen Auslass. In Abhängigkeit von der Drehwinkelstellung des Drehschiebers in dem Drehschiebergehäuse liegt eine bestimmte Durchströmungsquerschnittsfläche zwischen dem Einlass und dem Auslass vor. Es kann nun beispielsweise vorgesehen sein, dass die Einlässe der Drehschieberventile strömungstechnisch unabhängig voneinander mit separaten Fluideinlässen der Ventileinrichtung strömungstechnisch verbunden sind, und dass analog hierzu die Auslasse der Drehschieberventile strömungstechnisch unabhängig voneinander mit Fluidauslässen der Ventileinrichtung strömungstechnisch verbunden sind.
  • Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Einlässe der Drehschieberventile jeweils mit dem einen Fluideinlass der Ventileinrichtung strömungstechnisch verbunden sind, sodass die Drehschieberventile eingangsseitig jeweils an den Fluideinlass der Ventileinrichtung angeschlossen sind. Die Auslässe der Drehschieberventile sind bevorzugt jeweils strömungstechnisch unabhängig voneinander mit Fluidauslässen der Ventileinrichtung strömungstechnisch verbunden, insbesondere jeder der Auslässe mit genau einem der Fluidauslässe. Selbstverständlich kann es jedoch auch hier vorgesehen sein, dass die Auslässe mehrerer der Drehschieberventile oder aller Drehschieberventile mit einem der Fluidauslässe beziehungsweise dem einen Fluidauslass der Ventileinrichtung strömungstechnisch verbunden sind.
  • Beispielsweise liegt in einer ersten Drehwinkelstellung des Drehschiebers eine Fluidverbindung mit einer ersten Durchströmungsquerschnittsfläche zwischen dem jeweiligen Einlass und dem jeweiligen Auslass vor, wohingegen in einer zweiten Drehwinkelstellung die Fluidverbindung mit einer von der ersten Durchströmungsquerschnittsfläche verschiedenen zweiten Durchströmungsquerschnittsfläche vorliegt. Beispielsweise liegt also in der ersten Drehwinkelstellung des Drehschiebers eine Fluidverbindung mit einer ersten Durchströmungsquerschnittsfläche zwischen dem Fluideinlass und einem ersten der Fluidauslässe vor, wohingegen ein zweiter der Fluidauslässe strömungstechnisch von dem Fluideinlass entkoppelt ist. In der zweiten Drehwinkelstellung ist hingegen der erste Fluidauslass strömungstechnisch von dem Fluideinlass entkoppelt, wohingegen der zweite der Fluidauslässe mit einer bestimmten zweiten Durchströmungsquerschnittsfläche in Strömungsverbindung mit dem Fluideinlass steht. Die erste Durchströmungsquerschnittsfläche und die zweite Durchströmungsquerschnittsfläche können hierbei denselben Wert aufweisen oder aber voneinander verschieden sein.
  • Es kann also vorgesehen sein, dass die mehreren Drehschieberventile an denselben Fluideinlass der Ventileinrichtung strömungstechnisch angeschlossen sind, sodass mithilfe der Drehschieberventile das an dem Fluideinlass bereitgestellte Fluid auf mehrere Fluidauslässe verteilt werden kann. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass jedes der Drehschieberventile einen separaten Fluideinlass aufweist, sodass die vorstehenden Ausführungen für jedes der Drehschieberventile beziehungsweise jeden der Drehschieber herangezogen werden können.
  • Das Einstellen der Ventileinrichtung, also das Betätigen beziehungsweise Drehen der Drehschieber innerhalb des Drehschiebergehäuses, erfolgt mittels des Stellmotors. An den Stellmotor, insbesondere an eine Motorwelle des Stellmotors, ist die Antriebswelle angeschlossen, über welche der Stellmotor den jeweiligen Drehschieber antreiben kann. Der Stellmotor liegt vorzugsweise als Elektromotor vor. Auch andere Arten von Motoren können jedoch grundsätzlich Anwendung finden. Besonders bevorzugt ist der Stellmotor der einzige Stellmotor der fluidtechnischen Ventileinrichtung, mittels welchem die Drehschieberventile betätigbar beziehungsweise einstellbar sind.
  • Die Drehschieber der Drehschieberventile sind mittels des Stellmotors, also desselben Stellmotors, antreibbar, insbesondere selektiv antreibbar. Hierzu sind die Drehschieberventile antriebstechnisch in Reihe angeordnet, sodass also eines der Drehschieberventile unmittelbar mittels des Stellmotors antreibbar und das wenigstens eine weitere Drehschieberventil beziehungsweise die weiteren Drehschieberventile lediglich mittelbar mithilfe des Stellmotors antreibbar sind, nämlich über das eine Drehschieberventil. Jedes der Drehschieberventile ist insoweit über das jeweils in Reihe zuvor liegende der Drehschieberventile mittels des Stellmotors antreibbar.
  • Hierzu sind jeweils zwei aufeinanderfolgende der Drehschieberventile über die Mitnehmervorrichtung beziehungsweise jeweils eine solche Mitnehmervorrichtung mechanisch miteinander verbunden beziehungsweise mechanisch aneinander angeschlossen. Vorzugsweise ist zwischen jeweils zwei der Drehschieberventile jeweils eine solche Mitnehmervorrichtung angeordnet. Das bedeutet, dass jedes der Drehschieberventile an ein, insbesondere unmittelbar, in der Reihe vorhergehend angeordnetes der Drehschieberventile jeweils über eine solche Mitnehmervorrichtung antriebstechnisch angeschlossen ist.
  • Rein beispielhaft ist also ein erstes der Drehschieberventile unmittelbar an den Stellmotor angeschlossen, ein zweites der Drehschieberventile über eine erste Mitnehmervorrichtung an das erste Drehschieberventil und ein drittes der Drehschieberventile über eine zweite Mitnehmervorrichtung an das zweite Drehschieberventil, sodass eine Reihenschaltung der Drehschieberventile über die Mitnehmervorrichtungen vorliegt. Sofern im Rahmen dieser Beschreibung auf die Mitnehmervorrichtung eingegangen wird, so sind die Ausführungen stets auf jede der Mitnehmervorrichtungen übertragbar, sofern nichts anderes angegeben ist.
  • Die Mitnehmervorrichtung verfügt zum selektiven Verbinden zweier Drehschieberventile miteinander über den Mitnehmervorsprung und die Mitnehmeraufnahme. Der Mitnehmervorsprung ist dem ersten der mittels der Mitnehmervorrichtung verbundenen Drehschieberventile und die Mitnehmeraufnahme dem zweiten der mittels der Mitnehmervorrichtung verbundenen Drehschieberventile zugeordnet. Der Mitnehmervorsprung greift in die Mitnehmeraufnahme mit Spiel in Drehrichtung ein. Hierbei ist der Mitnehmervorsprung exzentrisch angeordnet, sodass bei einer Drehbewegung wenigstens eines der Drehschieberventile eine Verlagerung des Mitnehmervorsprungs in Umfangsrichtung erfolgt. Die Mitnehmeraufnahme ist derart ausgestaltet, dass der Mitnehmervorsprung in ihr mit Spiel in Umfangsrichtung verlagerbar ist.
  • Die Mitnehmeraufnahme ist jedoch beidseitig begrenzt, sodass das Spiel in Umfangsrichtung ebenfalls begrenzt ist. Das bedeutet, dass bei einer Drehbewegung eines ersten der beiden Drehschieberventile das jeweils andere zweite der Drehschieberventile von dem ersten Drehschieberventil entkoppelt ist, solange der Mitnehmervorsprung in der Mitnehmeraufnahme mit Spiel verlagerbar ist. Ist das Spiel ausgeschöpft, so werden die beiden Drehschieberventile durch Zusammenwirken des Mitnehmervorsprungs und der Mitnehmeraufnahme beziehungsweise ihrer Begrenzung antriebstechnisch miteinander gekoppelt, sodass nachfolgend eines der beiden Drehschieberventile das jeweils andere der Drehschieberventile durch das Zusammenwirken des Mitnehmervorsprungs mit der Mitnehmeraufnahme antreibt. Eines der beiden Drehschieberventile ist hierbei lediglich mittelbar über das jeweils andere der beiden Drehschieberventile mittels des Stellmotors antreibbar, wobei letzteres beispielsweise unmittelbar mit dem Stellmotor antriebstechnisch gekoppelt oder über wenigstens ein weiteres Drehschieberventil ebenfalls lediglich mittelbar mithilfe des Stellmotors antreibbar ist.
  • Die beschriebene Ausgestaltung der Ventileinrichtung ermöglicht das Antreiben beziehungsweise Einstellen einer beliebigen Anzahl an Drehschieberventilen mittels lediglich eines einzigen Stellmotors. Die Mitnehmervorrichtung beziehungsweise die Mitnehmervorrichtungen sind nach Art einer Tresormimik ausgestaltet. Es ist vorgesehen, bei dem Einstellen der Drehschieberventile mittels des Stellmotors zunächst das antriebstechnisch am weitesten von dem Stellmotor entfernte Drehschieberventil über die jeweils in Reihe zwischen dem Stellmotor und diesem Drehschieberventil liegenden Drehschieberventile einzustellen. Das Einstellen wird schrittweise für die antriebstechnisch näher an dem Stellmotor liegenden Drehschieberventile fortgesetzt, bis zuletzt das dem Stellmotor am nächsten liegende Drehschieberventil eingestellt wird. Dies ermöglicht ein besonders flexibles und unabhängiges Einstellen der Drehschieberventile.
  • Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Mitnehmeraufnahme auf in Drehrichtung entgegengesetzten Seiten jeweils von einem Endanschlag für den Mitnehmervorsprung begrenzt ist. Die Mitnehmeraufnahme ist insoweit beidseitig begrenzt und weist hierzu zwei Endanschläge auf. Einer der Endanschläge begrenzt die Mitnehmeraufnahme in Umfangsrichtung in einer ersten Richtung und ein zweiter der Endanschläge in einer der ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung. Die Endanschläge sind derart voneinander beabstandet, dass der Mitnehmervorsprung mit Spiel in der Mitnehmeraufnahme vorliegt. In anderen Worten weisen die Endanschläge in Umfangsrichtung einen Abstand voneinander auf, der größer ist als Abmessungen des Mitnehmervorsprungs in dieser Richtung. Die beschriebene Ausgestaltung der Mitnehmeraufnahme ist technisch einfach umsetzbar und ermöglich dennoch das flexible Einstellen der Drehschieberventile.
  • Im Rahmen einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Mitnehmeraufnahme in Drehrichtung eine Erstreckung von mindestens 180°, mindestens 270°, mindestens 300°, mindestens 330°, mindestens 345° oder mindestens 350° aufweist. Je größer die Mitnehmeraufnahme in Umfangsrichtung ist, umso flexibler lassen sich die Drehschieberventile einstellen, insbesondere ist mit in Umfangsrichtung größer werdender Mitnehmeraufnahme eine höhere Anzahl an Drehschieberventilen mittels des Stellmotors verstellbar.
  • Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Mitnehmervorsprung und die Mitnehmeraufnahme einer Mitnehmereinrichtung zugeordnet sind und die beiden aufeinanderfolgenden Drehschieberventile über eine weitere Mitnehmereinrichtung mittels des Stellmotors mechanisch miteinander verbunden sind, wobei die weitere Mitnehmereinrichtung an dem ersten Drehschieberventil einen weiteren Mitnehmervorsprung und an dem zweiten Drehschieberventil eine weitere Mitnehmeraufnahme aufweist, in die der weitere Mitnehmervorsprung mit Spiel in Drehrichtung eingreift. Die weitere Mitnehmereinrichtung ist zusätzlich zu der Mitnehmereinrichtung vorgesehen und ist ebenfalls Teil der Mitnehmervorrichtung. Sie verfügt analog zu der Mitnehmereinrichtung über den weiteren Mitnehmervorsprung und die weitere Mitnehmeraufnahme.
  • Beispielsweise ist der weitere Mitnehmervorsprung demselben Drehschieberventil zugeordnet wie der Mitnehmervorsprung und analog die weitere Mitnehmeraufnahme demselben Drehschieberventil zugeordnet wie die Mitnehmeraufnahme. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der weitere Mitnehmervorsprung demjenigen Drehschieberventil zugeordnet ist, welchem die Mitnehmeraufnahme zugeordnet ist und umgekehrt die weitere Mitnehmeraufnahme demjenigen Drehschieberventil zugeordnet ist, welchem auch der Mitnehmervorsprung zugeordnet ist.
  • Die jeweils demselben Drehschieberventil zugeordneten Elemente sind permanent drehfest miteinander verbunden. Beispielsweise sind also der Mitnehmervorsprung und der weitere Mitnehmervorsprung permanent drehfest miteinander verbunden und ebenso die Mitnehmeraufnahme sowie die weitere Mitnehmeraufnahme. Der weitere Mitnehmervorsprung liegt analog zu dem Mitnehmervorsprung exzentrisch vor und greift mit Spiel in die weitere Mitnehmeraufnahme ein. Vorzugsweise ist das Spiel, mit welchem der weitere Mitnehmervorsprung in die weitere Mitnehmeraufnahme eingreift, ebenso groß wie das Spiel des Mitnehmervorsprungs in der Mitnehmeraufnahme.
  • Vorzugsweise sind diejenigen der Mitnehmerelemente, also der Mitnehmervorsprung, der weitere Mitnehmervorsprung, die Mitnehmeraufnahme und die weitere Mitnehmeraufnahme, die demselben Drehschieberventil zugeordnet sind, an einem gemeinsamen Grundkörper angeordnet beziehungsweise ausgebildet. Der Grundkörper ist beispielsweise scheibenförmig ausgebildet, weist also eine im Wesentlichen zylindrische Gestalt auf. Beispielsweise gehen von einem ersten der Grundkörper der Mitnehmervorsprung und der weitere Mitnehmervorsprung aus, wohingegen an einem zweiten der Grundkörper die Mitnehmeraufnahme und die weitere Mitnehmeraufnahme ausgebildet sind.
  • Einer der Grundkörper ist mit einem ersten der Drehschieberventile und ein anderer der Grundkörper mit einem zweiten der Drehschieberventile drehfest gekoppelt. Jeder der Grundkörper ist insoweit mit einem der Drehschieberventile, die über die entsprechende Mitnehmervorrichtung miteinander verbunden sind, drehfest verbunden. Insbesondere hierzu kann jeder der Grundkörper beispielsweise eine Wellenaufnahme zur Aufnahme einer Welle des jeweiligen Drehschieberventils aufweisen, wobei die Wellenaufnahme vorzugsweise zum Herstellen einer formschlüssigen Verbindung mit der jeweiligen Welle im Querschnitt gesehen unrund ist. Die Wellenaufnahme ist jedoch rein optional. Es kann auch eine starre Verbindung zwischen dem Grundkörper und einer mit dem Drehschieberventil verbundenen Welle vorliegen oder - alternativ - der Grundkörper an dem jeweiligen Drehschieber des Drehschieberventils vorliegen beziehungsweise der Grundkörper Bestandteil des Drehschiebers sein oder von diesem gebildet werden.
  • Die Verwendung der weiteren Mitnehmereinrichtung zusätzlich zu der Mitnehmereinrichtung ermöglicht einen Kräfteausgleich bei dem Antreiben der über die Mitnehmervorrichtung beziehungsweise ihre Mitnehmereinrichtungen verbundenen Drehschieberventile. So sind die Mitnehmereinrichtungen, also die Mitnehmereinrichtung und die weitere Mitnehmereinrichtung, bevorzugt derart ausgestaltet, dass bei dem über die Mitnehmervorrichtung erfolgenden Antreiben der Drehschieberventile über die Mitnehmereinrichtungen lediglich ein Drehmoment beziehungsweise eine Kraft in Umfangsrichtung übertragen wird, wohingegen die Bewirkung einer in radialer Richtung gerichteten Kraft weitestgehend oder sogar vollständig vermieden wird. Hierzu sind vorzugsweise die Mitnehmereinrichtung und die weitere Mitnehmereinrichtung symmetrisch zueinander angeordnet beziehungsweise ausgebildet.
  • Eine bevorzugte weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Mitnehmereinrichtung und die weitere Mitnehmereinrichtung in radialer Richtung überdeckungsfrei sind. Das bedeutet, dass der Mitnehmervorsprung nicht in die weitere Mitnehmeraufnahme und der weitere Mitnehmervorsprung nicht in die Mitnehmeraufnahme eingreift, sondern frei von den entsprechenden Endanschlägen in Umfangsrichtung verlagerbar ist. Hierdurch kann ein besonders großes Spiel in Drehrichtung beziehungsweise Umfangsrichtung erzielt werden.
  • Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Mitnehmereinrichtung und die weitere Mitnehmereinrichtung zur Kopplung der beiden Drehschieberventile in derselben Relativstellung ausgebildet sind. Das bedeutet schlussendlich, dass die Mitnehmereinrichtung und die Mitnehmeraufnahme zu der weiteren Mitnehmereinrichtung und der weiteren Mitnehmeraufnahme zumindest in Umfangsrichtung gesehen symmetrisch angeordnet sind, sodass bei einer Drehmomentübertragung über die Mitnehmereinrichtung gleichzeitig eine Drehmomentübertragung über die weitere Mitnehmereinrichtung erfolgt und umgekehrt. Gleichzeitig soll der weitere Mitnehmervorsprung beabstandet von den Endanschlägen der weiteren Mitnehmeraufnahme vorliegen, sofern auch der Mitnehmervorsprung beabstandet von den Endanschlägen der Mitnehmeraufnahme angeordnet ist. Hierdurch wird besonders effektiv die vorstehend bereits erwähnte Bewirkung von Kräften in radialer Richtung vermieden.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Mitnehmervorsprung eine gekrümmte Anlagefläche aufweist, die in wenigstens einer Stellung an einer korrespondierenden gekrümmten Gegenanlagefläche eines der Endanschläge anliegt. Mittels einer solchen Ausgestaltung wird die Übertragbarkeit eines besonders hohen Drehmoments sichergestellt. Die Anlagefläche und die Gegenanlagefläche sind derart ausgestaltet, dass sie in der wenigstens einen Stellung flächig aneinander anliegen, sodass die Drehmomentübertragung über die Mitnehmereinrichtung über den flächigen Kontakt zwischen der Anlagefläche und der Gegenanlagefläche bewirkt wird. Unter dem Flächenkontakt ist das Anliegen über eine durchgehende Fläche zu verstehen, welches von einem Linienkontakt und einem Punktkontakt zu unterscheiden ist. Beispielsweise ist die Anlagefläche in Umfangsrichtung gesehen konvex und die Gegenanlagefläche zur Aufnahme des Mitnehmervorsprungs durch den jeweiligen Endanschlag konkav gekrümmt. Besonders bevorzugt sind auch der weitere Mitnehmervorsprung und die weitere Mitnehmeraufnahme entsprechend ausgeführt.
  • Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass wenigstens eines der Drehschieberventile eine erste Verzahnung aufweist, die mit einer zweiten Verzahnung eines weiteren Drehschieberventils zum Antreiben des weiteren Drehschieberventils durch das eine Drehschieberventil zumindest zeitweise zusammenwirkt, wobei die erste Verzahnung zumindest zeitweise unmittelbar mit der zweiten Verzahnung kämmt oder ein Zahnrad zumindest zeitweise mit der ersten Verzahnung und der zweiten Verzahnung kämmt. Die erste Verzahnung und die zweite Verzahnung sind dem jeweiligen Drehschieberventil zugeordnet. Das bedeutet, dass die Verzahnung mit dem entsprechenden Drehschieberventil zumindest antriebstechnisch gekoppelt ist. Beispielsweise ist die jeweilige Verzahnung unmittelbar an dem Drehschieber des entsprechenden Drehschieberventils ausgebildet.
  • Zur antriebstechnischen Verbindung der Drehschieberventile kann die erste Verzahnung unmittelbar mit der zweiten Verzahnung kämmen, sodass die beiden Verzahnungen also ineinander eingreifen. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die erste Verzahnung und die zweite Verzahnung jeweils mit dem Zahnrad kämmen, sodass die Drehschieberventile über dieses Zahnrad antriebstechnisch miteinander verbunden sind. Es kann vorgesehen sein, dass die beiden Verzahnungen permanent miteinander zusammenwirken, um die beiden Drehschieberventile permanent antriebstechnisch miteinander zu koppeln. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass eine der beiden Verzahnungen, vorzugsweise die erste Verzahnung, lediglich bereichsweise ausgebildet ist, sodass die Verzahnung in wenigstens einer Drehwinkelstellung außer Eingriff miteinander liegen. Hierdurch wird das lediglich zeitweise Zusammenwirken der Verzahnungen zum Antreiben des weiteren Drehschieberventils mittels des Drehschieberventils realisiert.
  • Die beiden Verzahnungen bilden - gegebenenfalls zusammen mit dem Zahnrad - eine Zahnradmimik. Die Verwendung einer solchen Zahnradmimik hat den Vorteil, dass die Drehschieberventile flexibel zueinander anordenbar sind. So kann beispielsweise das weitere Drehschieberventil ebenfalls in Reihe mit den Drehschieberventilen vorliegen. Es kann jedoch auch in radialer Richtung versetzt bezüglich zu den Drehschieberventilen vorliegen, sodass eine Drehachse des weiteren Drehschieberventils beabstandet, insbesondere parallel beabstandet, zu einer Drehachse wenigstens eines der Drehschieberventile angeordnet ist.
  • Schließlich ist in einer besonders bevorzugten weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die erste Verzahnung und/oder die zweite Verzahnung eine Drehachse des jeweiligen Drehschieberventils lediglich teilweise umgreifen. Hierauf wurde vorstehend bereits hingewiesen. Durch das lediglich teilweise Umgreifen wird das lediglich teilweise Zusammenwirken der Verzahnungen und mithin das lediglich zeitweise antriebstechnische Koppeln des weiteren Drehschieberventils mit dem Drehschieberventil erzielt. Hierdurch ist ein besonders flexibles Einstellen der Drehschieberventile und des weiteren Drehschieberventils realisierbar.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer fluidtechnischen Ventileinrichtung mit mehreren in Reihe angeordneten Drehschieberventilen und einem Stellmotor zum Einstellen der Drehschieberventile, insbesondere einer fluidtechnischen Ventileinrichtung gemäß den Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung, wobei jedes der Drehschieberventile einen in einem Drehschiebergehäuse angeordneten und über eine Antriebswelle mittels des Stellmotors antreibbaren Drehschieber aufweist. Dabei ist vorgesehen, dass jeweils zwei aufeinanderfolgende der Drehschieberventile über eine Mitnehmervorrichtung zum Einstellen mittels des Stellmotors mechanisch miteinander verbunden sind, wobei die Mitnehmervorrichtung einen an einem ersten der beiden Drehschieberventile angeordneten Mitnehmervorsprung aufweist, der in eine an dem jeweils anderen zweiten der Drehschieberventile ausgebildete Mitnehmeraufnahme mit Spiel in Drehrichtung eingreift, und wobei eines der beiden Drehschieberventile lediglich mittelbar über das jeweils andere der beiden Drehschieberventile mittels des Stellmotors zum Einstellen angetrieben wird.
  • Auf die Vorteile einer derartigen Vorgehensweise beziehungsweise einer derartigen Ausgestaltung der fluidtechnischen Ventileinrichtung wurde bereits hingewiesen. Sowohl die fluidtechnische Ventileinrichtung als auch das Verfahren zu ihrem Betreiben können gemäß den Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung weitergebildet sein, sodass insoweit auf diese verwiesen wird.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt:
    • 1 eine schematische Darstellung einer fluidtechnischen Ventileinrichtung mit mehreren in Reihe angeordneten Drehschieberventilen und einem Stellmotor,
    • 2 einen ersten Teil einer zwischen jeweils zwei der Drehschieberventile angeordneten Mitnehmervorrichtung, die eine Mitnehmereinrichtung und eine weitere Mitnehmereinrichtung aufweist,
    • 3 eine schematische Darstellung eines zweiten Teils der über die Mitnehmereinrichtung und die weitere Mitnehmereinrichtung verfügenden Mitnehmervorrichtung, sowie
    • 4 eine schematische Darstellung der fluidtechnischen Ventileinrichtung, wobei zusätzlich zu den Drehschieberventilen ein weiteres Drehschieberventil vorliegt.
  • Die 1 zeigt eine schematische Darstellung einer fluidtechnischen Ventileinrichtung 1, die mehrere Drehschieberventile 2, 3 und 4 aufweist. Von jedem der Drehschieberventile 2, 3 und 4 sind ein Drehschieber 5 sowie ein Teil eines Drehschiebergehäuses 6 dargestellt. Die Drehschieberventile 2, 3 und 4 weisen jeweils mehrere Fluidanschlüsse 7 auf, wobei einer der Fluidanschlüsse 7 als Einlass und ein anderer der Fluidanschlüsse 7 als Auslass ausgestaltet ist. Die Drehschieberventile 2, 3 und 4 sind mittels eines gemeinsamen Stellmotors 8 antreibbar. Der Stellmotor 8 ist entweder unmittelbar oder über eine Kupplung 9 mit dem Drehschieberventil 2 gekoppelt. Das Drehschieberventil 2 wird insoweit unmittelbar von dem Stellmotor 8 angetrieben. Die Kupplung 9 kann als starre Kupplung oder als Schaltkupplung ausgestaltet sein.
  • Zwischen jeweils zwei der Drehschieberventile 2, 3 und 4 ist jeweils eine Mitnehmervorrichtung 10 angeordnet, welche die jeweiligen Drehschieberventile 2, 3 und 4 zumindest zeitweise antriebstechnisch miteinander koppelt. Die Mitnehmervorrichtungen 10 sind beispielsweise mit den Drehschieberventilen 2, 3 und 4 ausgestaltet. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel liegt eine erste der Mitnehmervorrichtungen 10 zwischen dem Drehschieberventil 2 und dem Drehschieberventil 3 und eine zweite der Mitnehmervorrichtungen 10 zwischen dem Drehschieberventil 3 und dem Drehschieberventil 4 vor. Die Mitnehmervorrichtung 10 ist nach Art einer Tresormimik ausgestaltet, sodass durch Betreiben des Stellmotors 8 in entgegengerichtete Drehrichtungen die Drehschieberventile 2, 3 und 4 nacheinander einstellbar sind.
  • Beispielsweise wird für jedes der Drehschieberventile 2, 3 und 4 jeweils ein Sollwert vorgegeben. Das Einstellen der Sollwerte an den Drehschieberventilen 2, 3 und 4 erfolgt ausgehend von dem antriebstechnisch am weitesten von dem Stellmotor 8 entfernt angeordneten der Drehschieberventile 2, 3 und 4, hier also von dem Drehschieberventil 4. Ist das Drehschieberventil 4 auf den Sollwert eingestellt, so wird nachfolgend das Drehschieberventil 3 und - nach dem Einstellen des Drehschieberventils 3 auf seinen Sollwert - das Drehschieberventil 2 eingestellt, ebenfalls auf den entsprechenden Sollwert. Mithilfe der Mitnehmervorrichtung 10 ist insoweit ein unabhängiges Einstellen der Drehschieberventile 2, 3 und 4 auf einen jeweils gewünschten Sollwert möglich. Unter dem unabhängigen Einstellen ist hierbei das Einstellen auf einen jeweiligen Sollwert zu verstehen, wobei die Sollwerte der Drehschieberventile 2, 3 und 4 nicht voneinander abhängig sind. Insoweit erfolgt das unabhängige Einstellen der Drehschieberventile 2, 3 und 4 auf voneinander unabhängige Sollwerte.
  • Die 2 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Teils der Mitnehmervorrichtung 10. Die Mitnehmervorrichtung 10 verfügt über einen Mitnehmervorsprung 11 und einen weiteren Mitnehmervorsprung 12. Diese sind auf einem gemeinsamen Grundkörper 13 angeordnet. In dem Grundkörper 13 ist zudem - rein optional - eine Wellenaufnahme 14 für eine Antriebswelle eines der Drehschieberventile 2, 3 und 4 ausgebildet. Es ist erkennbar, dass der Mitnehmervorsprung 11 und der weitere Mitnehmervorsprung 12 in radialer Richtung bezüglich einer Längsmittelachse der Wellenaufnahme 14 versetzt zueinander angeordnet sind. Zudem sind die Mitnehmervorsprünge 11 und 12 exzentrisch bezüglich der Längsmittelachse und mithin auch bezüglich einer Drehachse der Drehschieber 5 der Drehschieberventile 2, 3 und 4, angeordnet. Bei der integrierten Ausgestaltung der Mitnehmervorrichtungen 10 mit den Drehschieberventilen 2, 3 und 4 sind die Grundkörper 13 beispielsweise Bestandteil der Drehschieber 5 beziehungsweise von diesen gebildet.
  • Die 3 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiten Teils der Mitnehmervorrichtung 10. Es ist erkennbar, dass die Mitnehmervorrichtung 10 zusätzlich zu dem Mitnehmervorsprung 11 und dem weiteren Mitnehmervorsprung 12 eine Mitnehmeraufnahme 15 und eine weitere Mitnehmeraufnahme 16 aufweist. Die Mitnehmeraufnahme 15 und die weitere Mitnehmeraufnahme 16 sind an beziehungsweise in einem weiteren Grundkörper 13` ausgebildet. Die Mitnehmervorrichtung 10 ist derart ausgestaltet, dass der Mitnehmervorsprung 11 in die Mitnehmeraufnahme 15 und der weitere Mitnehmervorsprung 12 in die weitere Mitnehmeraufnahme 16 eingreift, nämlich vorzugsweise permanent. Die Mitnehmeraufnahme 15 ist in Umfangsrichtung bezüglich einer Längsmittelachse einer auch hier vorgesehenen Wellenaufnahme 14 beidseitig jeweils von einem Endanschlag 17 beziehungsweise 18 für den Mitnehmervorsprung 11 begrenzt. Analog hierzu ist die weitere Mitnehmeraufnahme 16 von Endanschlägen 19 und 20 in Umfangsrichtung begrenzt.
  • Die Mitnehmeraufnahmen 15 und 16 sind derart ausgestaltet, dass die Mitnehmervorsprünge 11 und 12 gleichzeitig beziehungsweise in derselben Drehwinkelstellung der Grundkörper 13 und 13` zueinander mit den jeweiligen Endanschlägen 17, 18, 19 beziehungsweise 20 in Anlagekontakt geraten. Eine Drehmomentübertragung über die Mitnehmervorrichtung 10 erfolgt also stets durch gleichzeitiges Anliegen des Mitnehmervorsprungs 11 an einem der Endanschläge 17 und 18 und Anliegen des weiteren Mitnehmervorsprungs 12 an einem der Endanschläge 19 und 20. Hierdurch wird das Entstehen einer in radialer Richtung wirkenden Kraft weitestgehend oder sogar vollständig verhindert.
  • Die 4 zeigt eine Ausgestaltung der fluidtechnischen Ventileinrichtung 1, bei welcher zusätzlich zu den Drehschieberventilen 2, 3 und 4, von welchem hier lediglich das Drehschieberventil 4 dargestellt ist, ein weiteres Drehschieberventil 21 vorliegt. Dieses verfügt analog zu den Drehschieberventilen 2, 3 und 4 über einen Drehschieber 5. Eines der Drehschieberventile 2, 3 und 4, nämlich in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel das Drehschieberventil 4, weist eine erste Verzahnung 22 auf, die mit einer zweiten Verzahnung 23 des weiteren Drehschieberventils 21 zumindest zeitweise antriebstechnisch zusammenwirkt. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel kämmt sowohl die erste Verzahnung 22 als auch die zweite Verzahnung 23 mit einem Zahnrad 24, sodass das weitere Drehschieberventil 21 oder das Zahnrad 24 antriebstechnisch mit dem Drehschieberventil 4 gekoppelt ist. Alternativ kann es selbstverständlich auch vorgesehen sein, dass die beiden Verzahnungen 22 und 23 unmittelbar miteinander kämmen.
  • Die antriebstechnische Kopplung der Drehschieberventile 4 und 21 mittels der Verzahnungen 22 und 23 hat den Vorteil, dass das Drehschieberventil 21 weitgehend frei anordenbar ist. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel liegt es neben den Drehschieberventilen 2, 3 und 4 vor, sodass beispielsweise eine Drehachse des weiteren Drehschieberventils 21 parallel beabstandet zu einer Drehachse der Drehschieberventile 2, 3 und 4 angeordnet ist. Es kann vorgesehen sein, dass die erste Verzahnung 22 und die zweite Verzahnung 23 jeweils in Umfangsrichtung lediglich teilweise ausgebildet sind. Selbstverständlich ist jedoch auch eine Umfangsrichtung durchgehender Verzahnung 22 beziehungsweise 23 realisierbar.
  • Die beschriebene fluidtechnische Ventileinrichtung 1 hat den Vorteil, dass ein äußerst flexibles Einstellen der Drehschieberventile 2, 3 und 4 sowie des weiteren Drehschieberventils 21 mittels lediglich eines einzigen Stellmotors 8 realisierbar ist. Hierbei sind die Drehschieberventile 2, 3 und 4 über die Mitnehmervorrichtungen 10 miteinander gekoppelt. Das weitere Drehschieberventil 21 ist hingegen über die Verzahnungen 22 und 23 antriebstechnisch angebunden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102006059029 A1 [0002]

Claims (10)

  1. Fluidtechnische Ventileinrichtung (1) mit mehreren in Reihe angeordneten Drehschieberventilen (2,3,4) und einem Stellmotor (8) zum Einstellen der Drehschieberventile (2,3,4), wobei jedes der Drehschieberventile (2,3,4) einen in einem Drehschiebergehäuse (6) angeordneten und über eine Antriebswelle mittels des Stellmotors (8) antreibbaren Drehschieber (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei aufeinanderfolgende der Drehschieberventile (2,3,4) über eine Mitnehmervorrichtung (10) zum Einstellen mittels des Stellmotors (8) mechanisch miteinander verbunden sind, wobei die Mitnehmervorrichtung (10) einen an einem ersten der beiden Drehschieberventile (2,3,4) angeordneten Mitnehmervorsprung (11) aufweist, der in eine an dem jeweils anderen zweiten der Drehschieberventile (2,3,4) ausgebildete Mitnehmeraufnahme (15) mit Spiel in Drehrichtung eingreift, und wobei eines der beiden Drehschieberventile (2,3,4) lediglich mittelbar über das jeweils andere der beiden Drehschieberventile (2,3,4) mittels des Stellmotors (8) zum Einstellen antreibbar ist.
  2. Fluidtechnische Ventileinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitnehmeraufnahme (15) auf in Drehrichtung entgegengesetzten Seiten jeweils von einem Endanschlag (17,18) für den Mitnehmervorsprung (11) begrenzt ist.
  3. Fluidtechnische Ventileinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitnehmeraufnahme (15) in Drehrichtung eine Erstreckung von mindestens 180°, mindestens 270°, mindestens 300°, mindestens 330°, mindestens 345° oder mindestens 350° aufweist.
  4. Fluidtechnische Ventileinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mitnehmervorsprung (11) und die Mitnehmeraufnahme (15) einer Mitnehmereinrichtung zugeordnet sind und die beiden aufeinanderfolgenden Drehschieberventile (2,3,4) über eine weitere Mitnehmereinrichtung mittels des Stellmotors (8) mechanisch miteinander verbunden sind, wobei die weitere Mitnehmereinrichtung an dem ersten Drehschieberventil (2,3,4) einen weiteren Mitnehmervorsprung (12) und an dem zweiten Drehschieberventil (2,3,4) eine weitere Mitnehmeraufnahme (16) aufweist, in die der weitere Mitnehmervorsprung (11) mit Spiel in Drehrichtung eingreift.
  5. Fluidtechnische Ventileinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitnehmereinrichtung (10) und die weitere Mitnehmereinrichtung in radialer Richtung überdeckungsfrei sind.
  6. Fluidtechnische Ventileinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitnehmereinrichtung (10) und die weitere Mitnehmereinrichtung zur Kopplung der beiden Drehschieberventile (2,3,4) in derselben Relativstellung ausgebildet sind.
  7. Fluidtechnische Ventileinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mitnehmervorsprung (11) eine gekrümmte Anlagefläche aufweist, die in wenigstens einer Stellung an einer korrespondierenden gekrümmten Gegenanlagefläche eines der Endanschläge (17,18) anliegt.
  8. Fluidtechnische Ventileinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Drehschieberventile (2,3,4) eine erste Verzahnung (22) aufweist, die mit einer zweiten Verzahnung (23) eines weiteren Drehschieberventils (21) zum Antreiben des weiteren Drehschieberventils (21) durch das eine Drehschieberventil (2,3,4) zumindest zeitweise zusammenwirkt, wobei die erste Verzahnung (22) zumindest zeitweise unmittelbar mit der zweiten Verzahnung (23) kämmt oder ein Zahnrad (24) zumindest zeitweise mit der ersten Verzahnung (22) und der zweiten Verzahnung (23) kämmt.
  9. Fluidtechnische Ventileinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verzahnung (22) und/oder die zweite Verzahnung (23) eine Drehachse des jeweiligen Drehschieberventils (2,3,4,21) lediglich teilweise umgreifen.
  10. Verfahren zum Betreiben einer fluidtechnischen Ventileinrichtung (1) mit mehreren in Reihe angeordneten Drehschieberventilen (2,3,4) und einem Stellmotor (8) zum Einstellen der Drehschieberventile (2,3,4), insbesondere zum Betreiben einer fluidtechnischen Ventileinrichtung (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei jedes der Drehschieberventile (2,3,4) einen in einem Drehschiebergehäuse (6) angeordneten und über eine Antriebswelle mittels des Stellmotors (8) antreibbaren Drehschieber (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei aufeinanderfolgende der Drehschieberventile (2,3,4) über eine Mitnehmervorrichtung (10) zum Einstellen mittels des Stellmotors (8) mechanisch miteinander verbunden sind, wobei die Mitnehmervorrichtung (10) einen an einem ersten der beiden Drehschieberventile (2,3,4) angeordneten Mitnehmervorsprung (11) aufweist, der in eine an dem jeweiligen anderen der zweiten Drehschieberventile (2,3,4) ausgebildete Mitnehmeraufnahme (15) mit Spiel in Drehrichtung eingreift, und wobei eines der beiden Drehschieberventile (2,3,4) lediglich unmittelbar über das jeweils andere der beiden Drehschieberventile (2,3,4) mittels des Stellmotors (8) zum Einstellen angetrieben wird.
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