DE102019107190A1 - Valve and heating system with such a valve - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Ventil (34) angegeben, welches mehrere Anschlüsse aufweist, nämlich mehrere Eingänge (E1 bis E5) und mehrere Ausgänge (A1, A2, A3), sowie einen Stellkörper (48) und mehrere Schaltstellungen (S1 bis S4), wobei der Stellkörper (48) mehrere Verbindungskanäle (52) aufweist, jeweils zum Verbinden zumindest eines Eingangs (E1 bis E5) mit zumindest einem Ausgang (A1, A2, A3), wobei jeder Schaltstellung (S1 bis S4) ein oder mehrere Verbindungskanäle (52) zugeordnet sind, mittels welcher in der entsprechenden Schaltstellung (S1 bis S4) zumindest einige der Anschlüsse miteinander verbunden sind, wobei der Stellkörper (48) relativ zu den Anschlüssen um eine Längsachse (L) drehbar ist, zum Einstellen einer Schaltstellung (S1 bis S4), wobei die Eingänge (E1 bis E5) und die Ausgänge (A1, A2, A3) in Richtung der Längsachse (L) jeweils in mehreren Ebenen (E) hintereinander angeordnet sind. Weiter wird ein Wärmesystem (2) mit einem solchen Ventil (34) angegeben.A valve (34) is specified which has several connections, namely several inputs (E1 to E5) and several outputs (A1, A2, A3), as well as an actuator (48) and several switching positions (S1 to S4), the Adjusting body (48) has several connection channels (52), each for connecting at least one input (E1 to E5) to at least one output (A1, A2, A3), with one or more connection channels (52) assigned to each switching position (S1 to S4) are, by means of which in the corresponding switching position (S1 to S4) at least some of the connections are connected to one another, the adjusting body (48) being rotatable relative to the connections about a longitudinal axis (L) for setting a switching position (S1 to S4), wherein the inputs (E1 to E5) and the outputs (A1, A2, A3) are arranged one behind the other in the direction of the longitudinal axis (L) in several planes (E). A heating system (2) with such a valve (34) is also specified.
Description
Die Erfindung betrifft ein Ventil für ein Wärmesystem sowie ein entsprechendes Wärmesystem mit einem solchen Ventil.The invention relates to a valve for a heating system and a corresponding heating system with such a valve.
Ein Wärmesystem dient beispielsweise der Temperierung verschiedener Komponenten eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs. Ein solches weist zur Fortbewegung einen elektrischen Antriebsstrang auf, welcher von einem Hochvoltspeicher mit elektrischer Energie versorgt wird. Der Hochvoltspeicher wird alternativ auch als Elektrospeicher oder als Batterie bezeichnet. Für einen optimalen Betrieb des Fahrzeugs ist die Temperierung des Hochvoltspeichers von besonderer Bedeutung. Zur Temperierung ist der Hochvoltspeicher in ein Wärmesystem des Fahrzeugs eingebunden. Zur Temperierung der diversen Fahrzeugkomponenten zirkuliert im Wärmesystem ein Kühlmittel, welches je nach Bedarf mittels geeigneter Stellglieder umgeleitet wird, um diverse Temperierungsanforderungen hinsichtlich der einzelnen Komponenten zu erfüllen.A heating system is used, for example, to control the temperature of various components of an electric or hybrid vehicle. Such a device has an electric drive train for locomotion, which is supplied with electrical energy from a high-voltage storage device. The high-voltage storage unit is alternatively referred to as an electric storage unit or a battery. The temperature control of the high-voltage storage system is of particular importance for optimal vehicle operation. The high-voltage battery is integrated into a vehicle's heating system for temperature control. To control the temperature of the various vehicle components, a coolant circulates in the heating system, which is diverted as required by means of suitable actuators in order to meet various temperature control requirements for the individual components.
Beispielsweise ist in der
In der
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe, ein verbessertes Ventil für ein Wärmesystem anzugeben, insbesondere für ein Wärmesystem eines Elektro- oder Hybridfahrzeug. Das Ventil soll möglichst kompakt sein und mit möglichst wenig Schaltstellungen eine möglichst flexible Verteilung von Kühlmittel im Wärmesystem ermöglichen. Weiter soll ein entsprechend verbessertes Wärmesystem angegeben.Against this background, it is an object to specify an improved valve for a heating system, in particular for a heating system of an electric or hybrid vehicle. The valve should be as compact as possible and enable the most flexible possible distribution of coolant in the heating system with as few switching positions as possible. A correspondingly improved heating system is also to be specified.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Ventil mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Wärmesystem mit den Merkmalen gemäß Anspruch 12. Vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Varianten sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Ausführungen im Zusammenhang mit dem Ventil gelten sinngemäß auch für das Wärmesystem und umgekehrt.The object is achieved according to the invention by a valve with the features according to
Das Ventil weist mehrere Anschlüsse auf, nämlich mehrere Eingänge und mehrere Ausgänge. Die Anschlüsse sind jeweils beispielsweise als Stutzen ausgebildet. Im Betrieb des Wärmesystems gelangt Kühlmittel über einen oder mehrere der Eingänge in das Ventil und wird dort auf einen oder mehrere der Ausgänge verteilt. Das Ventil weist weiterhin ein Gehäuse auf und einen Stellkörper. Der Stellkörper ist insbesondere in das Gehäuse eingesetzt und von diesem teilweise oder vollständig umgeben. Die Anschlüsse sind jeweils insbesondere an dem Gehäuse befestigt oder einstückig, d.h. integral oder monolithisch, mit diesem ausgebildet.The valve has several connections, namely several inputs and several outputs. The connections are each designed, for example, as a nozzle. When the heating system is in operation, coolant enters the valve via one or more of the inlets and is there distributed to one or more of the outlets. The valve also has a housing and an actuating body. In particular, the control body is inserted into the housing and partially or completely surrounded by it. In particular, the connections are each attached to the housing or are integral, i. integrally or monolithically formed with this.
Das Ventil weist zudem mehrere Schaltstellungen auf, mittels welchen insbesondere unterschiedliche Zuordnungen der Eingänge zu den Ausgängen einstellbar sind, um Kühlmittel im Betrieb je nach eingestellter Schaltstellung unterschiedlich umzuleiten. In einer jeweiligen Schaltstellung sind die Eingänge mit den Ausgängen insbesondere auf bestimmte und festgelegte Weise verbunden. Dabei sind die Eingänge und die Ausgänge in unterschiedlichen Schaltstellungen regelmäßig auch unterschiedlich verbunden. Zusätzlich zu diesen mehreren Schaltstellung weist das Ventil in einer geeigneten Ausgestaltung eine weitere Schaltstellung auf, in welcher das Ventil vollständig geschlossen ist, indem keiner der Eingänge mit einem oder mehreren Ausgängen verbunden ist, sodass also kein Kühlmittel durch das Ventil geleitet wird.The valve also has several switch positions, by means of which, in particular, different assignments of the inputs to the outputs can be set in order to divert coolant differently during operation depending on the switch position set. In a respective switch position, the inputs are connected to the outputs, in particular in a specific and fixed manner. The inputs and outputs are regularly connected differently in different switch positions. In addition to these multiple switching positions, the valve has a further switching position in a suitable embodiment in which the valve is completely closed, in that none of the inputs is connected to one or more outputs, so that no coolant is passed through the valve.
Der Stellkörper weist mehrere Verbindungskanäle auf, jeweils zum Verbinden eines Eingangs mit einem Ausgang, d.h. wenigstens eines Eingangs mit wenigstens einem Ausgang. Die Verbindungskanäle werden alternativ auch als Kammern bezeichnet, wobei dann jeder Verbindungskanal eine eigene Kammer darstellt. Die Verbindungskanäle bestimmen als die Zuordnungen der Eingänge zu den Ausgängen in der jeweiligen Schaltstellung. Die Verbindungskanäle des Stellkörpers sind insbesondere unabhängig voneinander ausgebildet, d.h. separat voneinander. Weiter sind die Verbindungskanäle insbesondere hydraulisch voneinander getrennt, d.h. schneiden oder kreuzen sich nicht, sodass Kühlmittel nicht von einem zum einem anderen Verbindungskanal gelangen kann. Jeder Schaltstellung, d.h. jeder der mehreren Schaltstellungen, sind ein oder mehrere Verbindungskanäle zugeordnet, mittels welcher in der entsprechenden Schaltstellung zumindest einige der Anschlüsse miteinander verbunden sind. Genauer gesagt weist ein jeweiliger Verbindungskanal insbesondere wenigstens einen Kanaleingang oder einen Einlassbereich auf, zum Anschließen an einen oder mehrere Eingänge, und einen Kanalausgang oder einen Auslassbereich, zum Anschließen an einen oder mehrere Ausgänge. Ist in einer Schaltstellung ein Eingang mit einem Ausgang über einen Verbindungskanal derart verbunden, dass Kühlmittel vom Anschluss in den Verbindungskanal förderbar ist oder umgekehrt, dann ist dieser Verbindungskanal in ebenjener Schaltstellung an die entsprechenden Anschlüsse angeschlossen. Ist der Anschluss dagegen zwar mit dem Verbindungskanal verbunden und dabei jedoch abgesperrt, geschlossen oder blockiert, sodass kein Austausch von Kühlmittel möglich ist, dann ist der Anschluss nicht an den Verbindungskanal angeschlossen. Unter „angeschlossen“ wird demnach speziell insbesondere eine hydraulische, d.h. fluidische Anbindung eines Anschlusses an einen Verbindungskanal verstanden.The actuating body has several connecting channels, each for connecting an input to an output, ie at least one input to at least one output. The connecting channels are alternatively also referred to as chambers, with each connecting channel then representing its own chamber. The connection channels determine the assignments of the inputs to the outputs in the respective switch position. The connecting channels of the adjusting body are in particular formed independently of one another, that is to say separately from one another. Furthermore, the connection channels are in particular hydraulically separated from one another, that is to say they do not intersect or cross each other, so that coolant cannot pass from one connection channel to the other. Each switch position, ie each of the several switch positions, is assigned one or more connection channels, by means of which at least in the corresponding switch position some of the ports are linked together. More precisely, a respective connecting channel has in particular at least one channel inlet or an inlet area, for connection to one or more inlets, and a channel outlet or an outlet area, for connection to one or more outlets. If in a switching position an input is connected to an output via a connection channel in such a way that coolant can be conveyed from the connection into the connection channel or vice versa, then this connection channel is connected to the corresponding connections in that same switching position. If, on the other hand, the connection is connected to the connection channel and blocked, closed or blocked so that no exchange of coolant is possible, then the connection is not connected to the connection channel. Accordingly, “connected” is specifically understood to mean, in particular, a hydraulic, ie fluidic connection of a connection to a connection channel.
Durch Umschalten zwischen den Schaltstellungen sind somit unterschiedliche Zuordnungen zwischen den Eingängen und den Ausgängen einstellbar. In einer jeweiligen Schaltstellung ist dann durch die Verbindungskanäle die entsprechende Zuordnung zwischen den Eingängen und den Ausgängen eingestellt.By switching between the switching positions, different assignments between the inputs and the outputs can be set. In a respective switch position, the connection channels set the corresponding assignment between the inputs and the outputs.
In einer gegebenen Schaltstellung müssen nicht zwingend alle Anschlüsse an einen Verbindungskanal angeschlossen sein. In einer geeigneten Ausgestaltung ist dann in einer jeweiligen Schaltstellung wenigstens ein Anschluss nicht an einen Verbindungskanal angeschlossen, sondern zwar mit diesem verbunden, dabei aber von diesem fluidisch getrennt und sozusagen blind, wird also im Betrieb nicht verwendet. Alternativ oder zusätzlich sind einige oder alle der Anschlüsse jeweils absperrbar, sodass ein entsprechender Anschluss zwar in einer gegebenen Schaltstellung mit einem Verbindungskanal verbunden sein kann, jedoch an diesen nicht angeschlossen ist, da der Anschluss abgesperrt ist, sodass kein Kühlmittelaustausch erfolgt. In einer geeigneten Ausgestaltung ist ein Anschluss mit einem Verbindungskanal zwar verbunden aber nicht an diesen angeschlossen, sondern blind oder abgesperrt, indem in dem Verbindungskanal im Bereich des Anschlusses eine Erhebung oder Ähnliches ausgebildet ist, sodass dieser Anschluss dann durch die Erhebung verschlossen und blockiert wird.In a given switch position, it is not absolutely necessary for all connections to be connected to one connection channel. In a suitable embodiment, at least one connection is then not connected to a connection channel in a respective switching position, but rather connected to it, but fluidically separated from it and, so to speak, blind, that is, it is not used during operation. Alternatively or additionally, some or all of the connections can each be shut off, so that a corresponding connection can be connected to a connection channel in a given switching position, but is not connected to this, since the connection is blocked so that no coolant exchange takes place. In a suitable embodiment, a connection is connected to a connection channel, but not connected to it, but blindly or blocked by an elevation or the like being formed in the connection channel in the area of the connection, so that this connection is then closed and blocked by the elevation.
Zum Einstellen einer Schaltstellung, d.h. einer der mehreren Schaltstellungen, ist der Stellkörper relativ zu den Anschlüssen um eine Längsachse drehbar. Die Anschlüsse erstrecken sich vorzugsweise jeweils in radialer Richtung, d.h. insbesondere senkrecht zur Längsachse. Zum Drehen des Stellkörpers weist das Ventil insbesondere einen Aktuator auf, z.B. einen Motor. Beim Drehen des Stellkörpers werden entsprechend auch die Verbindungskanäle relativ zu den Anschlüssen gedreht, sodass sich je nach Schaltstellung unterschiedliche Zuordnungen mit jeweils unterschiedlichen Verbindungen zwischen den Eingängen und den Ausgängen ergeben. Der Stellkörper ist insbesondere ein Rotationskörper bezüglich der Längsachse, vorzugsweise ein Zylinder, welcher dann auch als Stellzylinder bezeichnet wird. Der Stellkörper weist eine Mantelfläche auf, welche in einer Umlaufrichtung um die Längsachse herumläuft. Über die Mantelfläche sind die Verbindungskanäle zugänglich, insbesondere sind hierzu die Kanaleingänge oder Einlassbereiche und die Kanalausgänge oder Auslassbereiche in der Mantelfläche angeordnet. Im Betrieb wird dann in einer gegebenen Schaltstellung Kühlmittel über die Eingänge in das Ventil und in die angeschlossenen Verbindungskanäle eingeströmt und von dort über die Ausgänge aus dem Ventil ausgeströmt.To set a switch position, i.e. one of the several switching positions, the adjusting body can be rotated relative to the connections about a longitudinal axis. The connections preferably each extend in a radial direction, i. especially perpendicular to the longitudinal axis. In order to rotate the actuator, the valve comprises in particular an actuator, e.g. an engine. When the control body is rotated, the connection channels are correspondingly rotated relative to the connections, so that, depending on the switching position, different assignments with different connections between the inputs and outputs result. The adjusting body is in particular a rotating body with respect to the longitudinal axis, preferably a cylinder, which is then also referred to as an adjusting cylinder. The adjusting body has a jacket surface which runs around the longitudinal axis in a direction of rotation. The connecting channels are accessible via the jacket surface, in particular the channel inlets or inlet areas and the channel outlets or outlet areas are arranged in the jacket surface for this purpose. During operation, in a given switching position, coolant flows into the valve via the inputs and into the connected connecting channels and from there flows out of the valve via the outputs.
Der Stellkörper und entsprechend auch die Mantelfläche sind insbesondere in mehrere Sektoren unterteilt, wobei in dem Sektor lediglich die Kanaleingänge und Kanalausgänge einer einzelnen der mehreren Schaltstellungen angeordnet sind, sodass dieser Sektor der Schaltstellung zugeordnet ist. Ein jeweilige Sektor ist entweder zusammenhängend ausgebildet oder in räumlich voneinander getrennte Untersektoren aufgeteilt. Auch eine Kombination ist möglich und geeignet. Letztere Variante eignet sich besonders dann, wenn die Eingänge und die Ausgänge auf z.B. gegenüberliegenden Seiten des Stellkörpers liegen und jedenfalls nicht in Umlaufrichtung nebeneinander, sodass dann die Kanaleingänge auf einem Untersektor liegen und die Kanalausgänge auf einem andere Untersektor eines Sektors für dieselbe Schaltstellung. Der eine Untersektor ist dann ein Eingangssektor, der andere Untersektor ein Ausgangssektor. Die Sektoren sind in Umlaufrichtung hintereinander angeordnet, sodass bei Drehen des Stellkörpers die Sektoren nacheinander die Anschlüsse überstreichen und somit die Schaltstellungen nacheinander durchlaufen werden. In einer geeigneten Ausgestaltung ist für jede Schaltstellung genau ein Sektor vorhanden, auf welchem sich sämtliche Verbindungskanäle für diese Schaltstellung befinden. Beispielsweise weist das Ventil vier Schaltstellungen auf und der Stellkörper vier Sektoren, welche jeweils ein Viertel des Stellkörpers sind.
Das Ventil weist insbesondere lediglich einen einzigen Stellkörper auf, mittels welchem sämtliche Schaltstellungen des Ventils einstellbar sind. Dieser Stellkörper weist insbesondere auch sämtliche Verbindungskanäle auf.The actuating body and correspondingly also the lateral surface are in particular divided into several sectors, with only the channel inputs and channel outputs of one of the several switching positions being arranged in the sector, so that this sector is assigned to the switching position. A respective sector is either formed contiguously or divided into spatially separated subsectors. A combination is also possible and suitable. The latter variant is particularly suitable when the inputs and outputs are on, for example, opposite sides of the actuator and in any case not next to each other in the direction of rotation, so that the channel inputs are then on one subsector and the channel outputs on another subsector of a sector for the same switch position. One sub-sector is then an input sector, the other sub-sector an output sector. The sectors are arranged one behind the other in the direction of rotation, so that when the adjusting body is rotated, the sectors pass over the connections one after the other and thus the switch positions are passed through one after the other. In a suitable embodiment, there is exactly one sector for each switch position, in which all the connecting channels for this switch position are located. For example, the valve has four switching positions and the adjusting body has four sectors, each of which is a quarter of the adjusting body.
In particular, the valve has only a single control element, by means of which all switching positions of the valve can be adjusted. In particular, this adjusting body also has all the connecting channels.
Die Eingänge und die Ausgänge sind in Richtung der Längsachse jeweils in mehreren Ebenen hintereinander angeordnet, wobei die Ebenen insbesondere senkrecht zur Längsachse sowie insbesondere in radialer Richtung verlaufen. Mit anderen Worten: einerseits sind die Eingänge in Richtung der Längsachse jeweils in mehreren Ebenen hintereinander angeordnet und andererseits sind auch die Ausgänge sind in mehreren Ebenen hintereinander angeordnet. Darunter wird insbesondere verstanden, dass die Eingänge und die Ausgänge in Richtung der Längsachse an unterschiedlichen Längspositionen angeordnet sind. Sofern die Längsachse von unten nach oben verläuft, liegen die Ebenen übereinander. Insgesamt sind die Ebenen also aufeinander gestapelt und bilden dadurch einen Stapel. Daraus ergibt sich, dass wenigstens zwei Eingänge in unterschiedlichen Ebenen angeordnet sind und dass wenigstens zwei Ausgänge in unterschiedlichen Ebenen angeordnet. Die Anschlüsse sind somit nicht in einer gemeinsamen Ebene angeordnet, sondern in verschiedenen Ebenen übereinander. Dadurch ergeben sich insbesondere geometrische Vorteile bei der Fertigung des Ventils, speziell der Anordnung der Verbindungskanäle. In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind je ein Eingang und ein Ausgang gemeinsam in einer Ebene angeordnet, in einer Variante sind Eingänge und Ausgänge zueinander in Richtung der Längsachse versetzt angeordnet und dann nicht in gemeinsamen Ebenen angeordnet. Auch eine Kombination ist grundsätzlich möglich und geeignet. Die Ebenen sind voneinander vorzugsweise wenigstens um eine Abmessung eines jeweiligen Anschlusses in Längsrichtung voneinander beabstandet.The inlets and outlets are each arranged one behind the other in several planes in the direction of the longitudinal axis, the planes in particular perpendicular to the longitudinal axis as well run in particular in the radial direction. In other words: on the one hand the inputs are arranged one behind the other in the direction of the longitudinal axis in several levels and on the other hand the outputs are also arranged one behind the other in several levels. This is understood in particular to mean that the inlets and outlets are arranged at different longitudinal positions in the direction of the longitudinal axis. If the longitudinal axis runs from bottom to top, the levels are one above the other. Overall, the levels are stacked on top of each other and thus form a stack. This means that at least two inputs are arranged in different levels and that at least two outputs are arranged in different levels. The connections are therefore not arranged in a common plane, but in different planes one above the other. This results in particular geometric advantages in the manufacture of the valve, especially the arrangement of the connecting channels. In an advantageous embodiment, one input and one output are arranged together in one plane; in a variant, inputs and outputs are arranged offset from one another in the direction of the longitudinal axis and are then not arranged in common planes. A combination is also fundamentally possible and suitable. The planes are preferably spaced apart from one another by at least one dimension of a respective connection in the longitudinal direction.
Unter „in Richtung der Längsachse“ wird insbesondere „parallel oder entlang der Längsachse“ verstanden, also „in einer Längsrichtung“. Eine Richtung senkrecht zur Längsachse wird hingegen als „radiale Richtung“ bezeichnet.“In the direction of the longitudinal axis” is understood in particular to mean “parallel or along the longitudinal axis”, that is to say “in a longitudinal direction”. A direction perpendicular to the longitudinal axis, on the other hand, is referred to as a “radial direction”.
Der Erfindung liegt zunächst die Überlegung zugrunde, dass in einem Wärmesystem häufig mehrere Fluidströme gesteuert werden müssen, sodass auch entsprechend viele Ventile erforderlich sind. Mit steigender Komplexität des Wärmesystems führt dies zu höheren Kosten, einer höheren Anzahl an Bauteilen und einer verringerten Zuverlässigkeit des gesamten Wärmesystems. Daher werden vorliegend mehrere Ventile eines Wärmesystems in einem einzelnen Ventil zusammengefasst, welches daher auch als Multiventil oder Kombiventil bezeichnet wird. Dadurch, dass mehrere Eingänge und Ausgänge in einem einzelnen Ventil vereint sind, sind mit diesem Ventil besonders komplexe Verschaltungen auf einfache Weise realisiert und somit deren Funktionalitäten in diesem einen Ventil vereint. Durch die spezielle Ausgestaltung der Verbindungskanäle und allgemein des Stellkörpers sind vorteilhaft diverse Schaltkombinationen aus mehreren einfacheren Ventilen in dem Multiventil kombiniert. Dadurch ergibt sich eine entsprechende Bauraumreduzierung sowie eine Gewichts- und Kostenersparnis. Insbesondere werden zahlreiche Anschlüsse und Leitungen eingespart, welche lediglich zur Verbindung mehrerer Ventile untereinander dienen. Das Wärmesystem weist eine erhöhte Montagequalität auf. Die Bauteileanzahl ist deutlich reduziert, wodurch insbesondere auch die Ausfallwahrscheinlichkeit des Wärmesystems verringert ist. Zudem ist ein Wärmesystem mit einem Multiventil anstelle mehrerer einzelner Ventile deutlich wartungsfreundlicher.The invention is initially based on the consideration that a number of fluid flows often have to be controlled in a heating system, so that a corresponding number of valves are required. With increasing complexity of the heating system, this leads to higher costs, a higher number of components and a reduced reliability of the entire heating system. Therefore, in the present case, several valves of a heating system are combined in a single valve, which is therefore also referred to as a multi-valve or a combination valve. Because several inputs and outputs are combined in a single valve, particularly complex interconnections can be implemented in a simple manner with this valve and their functionalities are therefore combined in this one valve. Due to the special design of the connecting channels and generally of the actuating body, various switching combinations of several simpler valves are advantageously combined in the multi-valve. This results in a corresponding reduction in installation space as well as weight and cost savings. In particular, numerous connections and lines are saved, which are only used to connect several valves to one another. The heating system has an increased assembly quality. The number of components is significantly reduced, which in particular also reduces the failure probability of the heating system. In addition, a heating system with a multi-valve instead of several individual valves is much more maintenance-friendly.
Ein weiterer Vorteil des Multiventils ist zudem insbesondere, dass dieses auch weniger fehleranfällig ist. Bei mehreren separaten Ventilen sind aufgrund der mehreren voneinander unabhängigen Stellkörper auch die Schaltstellungen der Ventile voneinander grundsätzlich unabhängig. Zudem existieren regelmäßig auch Kombinationen von Schaltstellungen, welche keinerlei Funktion aufweisen oder sogar zu einer Beschädigung des Wärmesystems führen können. Solche Kombinationen sind bei dem Multiventil vorteilhaft ausgeschlossen, da dieses lediglich Schaltstellungen aufweist, welche mit dem Wärmesystem verträglich sind und sinnvolle Funktionen abbilden. Bei dem Multiventil ist insbesondere immer genau eine Schaltstellung eingestellt, sodass keine voneinander unabhängigen Schaltmöglichkeiten existieren und eine versehentliche Fehlverschaltung vorteilhaft ausgeschlossen ist.Another advantage of the multivalve is that it is also less prone to errors. With several separate valves, the switching positions of the valves are also fundamentally independent of one another due to the several independent actuating bodies. In addition, there are regularly combinations of switch positions that have no function or can even damage the heating system. Such combinations are advantageously excluded with the multi-valve, since it only has switching positions which are compatible with the heating system and which represent useful functions. In the case of the multi-valve, in particular, exactly one switch position is always set, so that there are no mutually independent switching options and an inadvertent faulty connection is advantageously excluded.
Ein wesentlicher Aspekt sind die mehreren Verbindungskanäle des Ventils, wodurch sich dieses grundlegend unterscheidet von einem Ventil mit lediglich einer Kammer oder Mischkammer, welcher je nach Schaltstellung unterschiedliche Kühlmittelströme zugeführt werden. Durch die Verwendung mehrerer Verbindungskanäle, d.h. mehrerer Kammern, ist eine besonders zielgerichtete und flexible Verteilung und Umleitung von Kühlmittel realisiert. Ein jeweiliger Verbindungskanal ist insbesondere nicht zwingend in jeder Schaltstellung angeschlossen, sondern beispielsweise in lediglich genau einer Schaltstellung oder in einer Teilanzahl der mehreren Schaltstellungen und dann in den übrigen Schaltstellungen nicht angeschlossen und dadurch ungenutzt und insbesondere funktionslos. Durch einen Verbindungskanal, welcher in einer der Schaltstellungen einen Eingang mit einem Ausgang verbindet, in einer anderen Schaltstellung jedoch nicht, ist die Verbindung zwischen dem entsprechenden Eingang und Ausgang durch Umschalten zwischen den beiden Schaltstellungen absperrbar und allgemein aktivierbar und dann geöffnet oder deaktivierbar und dann geschlossen. Somit ist die Funktion eines Absperrventils realisiert. Alternativ ist der Eingang in der einen Schaltstellung an einen Ausgang angeschlossen in der anderen Schaltstellung dagegen über einen anderen Verbindungskanal an einen anderen Ausgang angeschlossen. Durch diese Kombination von zwei Verbindungskanälen in zwei unterschiedlichen Schaltstellungen ist demnach die Funktionalität eines 3/2-Wegeventils realisiert ist. Alternativ oder zusätzlich ist ein Verbindungskanal derart ausgestaltet, dass dieser in einer Schaltstellung einen Eingang mit einem Ausgang verbindet und einer anderen Schaltstellung zusätzlich hierzu noch einen weiteren Anschluss, sodass der Verbindungskanal also in der einen Schaltstellung zwei Anschlüsse verbindet und in der anderen Schaltstellung einen weiteren Anschluss, insgesamt also drei Anschlüsse.An essential aspect are the multiple connecting channels of the valve, which fundamentally differs from a valve with only one chamber or mixing chamber, to which different coolant flows are supplied depending on the switching position. By using several connecting channels, ie several chambers, a particularly targeted and flexible distribution and diversion of coolant is realized. In particular, a respective connecting channel is not necessarily connected in every switching position, but rather, for example, in just one switching position or in a partial number of the multiple switching positions and then not connected in the other switching positions and is therefore unused and in particular functionless. By means of a connection channel which connects an input to an output in one of the switching positions but not in another switching position, the connection between the corresponding input and output can be shut off and generally activated by switching between the two switching positions and then opened or deactivated and then closed . The function of a shut-off valve is thus implemented. Alternatively, the input is connected to an output in one switching position, but in the other switching position it is connected to another output via another connection channel. This combination of two connecting channels in two different switching positions means that the functionality of a 3/2-way valve is implemented. Alternatively or additionally a connection channel designed in such a way that it connects an input to an output in one switch position and in another switch position also another connection, so that the connection channel connects two connections in one switch position and another connection in the other switch position, i.e. three in total Connections.
Vorzugsweise sind in einer jeder Schaltstellung wenigstens zwei Verbindungskanäle angeschlossen, sodass also in jeder Schaltstellung wenigstens zwei Eingänge an je wenigstens einen Ausgang angeschlossen sind, zur Durchleitung von Kühlmittel. Die beiden Verbindungskanäle sind dabei voneinander getrennt, d.h. innerhalb des Ventils erfolgt kein Austausch von Kühlmittel zwischen den beiden Verbindungskanälen. Allerdings ist es möglich, dass die beiden Verbindungskanäle im Wärmesystem seriell miteinander verschaltet sind und dann nacheinander vom Kühlmittel durchströmt werden. Die Komponenten, welche dabei an die jeweiligen Eingänge angeschlossen sind, sind dadurch effektiv in Serie zueinander geschaltet.At least two connecting channels are preferably connected in each switching position, so that in each switching position at least two inputs are connected to at least one output each, for the passage of coolant. The two connecting channels are separated from each other, i.e. There is no exchange of coolant between the two connecting channels within the valve. However, it is possible that the two connecting channels in the heating system are connected to one another in series and the coolant then flows through one after the other. The components that are connected to the respective inputs are effectively connected in series with one another.
Ein jeweiliger Verbindungskanal ist innerhalb einer einzelnen Schaltstellung an einen oder mehrere Eingänge anschließbar. Ein gemeinsamer Verbindungskanal für mehrere Eingänge ist besonders dann vorteilhaft, wenn diese Eingänge in Richtung der Längsachse betrachtet aufeinanderfolgend angeordnet sind. Im Betrieb des Wärmesystems ergibt sich dadurch eine Vermischung von zwei Kühlmittelströmen innerhalb des Ventils. Der Verbindungskanal bildet dann sozusagen eine Mischkammer. Die Komponenten, welche an die jeweiligen Eingänge angeschlossen sind, sind effektiv parallel zueinander geschaltet. Bevorzugt sind insbesondere Ausgestaltungen, in welchen ein oder mehrere Verbindungskanäle ausgebildet sind, welche genau zwei Eingänge gemeinsam mit einem Ausgang zu verbinden.A respective connection channel can be connected to one or more inputs within a single switch position. A common connecting channel for several entrances is particularly advantageous if these entrances are arranged one after the other as viewed in the direction of the longitudinal axis. When the heating system is in operation, this results in a mixing of two coolant flows within the valve. The connecting channel then forms a mixing chamber, so to speak. The components that are connected to the respective inputs are effectively connected in parallel to one another. In particular, embodiments are preferred in which one or more connecting channels are formed which connect exactly two inputs together with one output.
Aus dem Vorgenannten wird insbesondere deutlich, dass sich mittels des Ventils in dem Wärmesystem sowohl Serienschaltungen als auch Parallelschaltungen einstellen lassen und dass sich zwischen solchen auch umschalten lässt, indem entsprechende Schaltstellungen ausgebildet sind. From the foregoing it is particularly clear that both series connections and parallel connections can be set by means of the valve in the heating system and that it is also possible to switch between them by creating corresponding switching positions.
Ein jeweiliger Verbindungskanal wird entweder gemäß einer ersten Variante lediglich in einer einzigen Schaltstellung oder gemäß einer zweiten Variante in mehreren Schaltstellungen angeschlossen, also verwendet. Die zweite Variante führt zu einer besonders kompakten Ausführungsform, da ein einzelner Verbindungskanal in unterschiedlichen Schaltstellungen sozusagen mehrfach verwendet wird. Dabei muss der entsprechende Verbindungskanal nicht zwingend in beiden Schaltstellungen dieselben Anschlüsse miteinander verbinden, sondern verbindet in einer geeigneten Alternative hierzu unterschiedliche Anschlüsse miteinander.A respective connection channel is connected, that is to say used, either in only a single switch position according to a first variant or in several switch positions according to a second variant. The second variant leads to a particularly compact embodiment, since a single connecting channel is used several times in different switching positions, so to speak. The corresponding connection channel does not necessarily have to connect the same connections to one another in both switching positions, but rather connects different connections to one another in a suitable alternative.
Die gewählte Benennung bestimmter Anschlüsse als Eingänge und anderer Anschlüsse als Ausgänge dient vorrangig insbesondere zu deren Unterscheidung relativ zueinander, ist aber grundsätzlich auch umkehrbar, d.h. weitere Varianten ergeben sich daraus, dass die Begriffe „Eingang“ und „Ausgang“ miteinander vertauscht werden, sodass das Kühlmittel dann andersherum durch das Ventil strömt. Das Ventil ist dann ggf. auch entsprechend anders mit dem Wärmesystem verschaltet. Die vorliegend gewählte Zuordnung führt jedoch insbesondere zu einer Ausgestaltung, bei welcher das Ventil im Betrieb vorteilhaft stromab von wärmeerzeugenden Komponenten angeordnet ist, mit entsprechenden Vorteilen für die Funktionalität des Ventils und den Betrieb des Wärmesystems.The selected naming of certain connections as inputs and other connections as outputs primarily serves to differentiate them relative to one another, but is basically also reversible, i.e. further variants result from the fact that the terms “input” and “output” are interchanged so that the coolant then flows the other way around through the valve. The valve is then possibly also connected to the heating system differently. However, the assignment selected in the present case leads in particular to an embodiment in which the valve is advantageously arranged downstream of heat-generating components during operation, with corresponding advantages for the functionality of the valve and the operation of the heating system.
Vorzugsweise ist jeder der Verbindungskanäle in einer entsprechenden Schaltstellung an höchstens einen der Ausgänge angeschlossen, führt also sämtliches Kühlmittel über einen einzelnen Ausgang ab. In einer ebenfalls geeigneten Ausgestaltung ist alternativ oder zusätzlich jeder der Verbindungskanäle ausgebildet, in genau einer Schaltstellung einen oder mehrere Eingänge an genau einen Ausgang anzuschließen.Each of the connecting channels is preferably connected in a corresponding switching position to at most one of the outputs, that is to say discharges all of the coolant via a single output. In a likewise suitable embodiment, each of the connecting channels is alternatively or additionally designed to connect one or more inputs to exactly one output in exactly one switching position.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist in einer jeweiligen Ebene höchstens ein Eingang und höchstens ein Ausgang angeordnet. Dabei ist vorzugsweise jeder Eingang in einer anderen Ebene, d.h. an einer anderen Längsposition, angeordnet und ebenso ist jeder Ausgang in einer anderen Ebene, d.h. an einer anderen Längsposition, angeordnet. Mit anderen Worten: sämtliche Eingänge sind in unterschiedlichen Ebenen angeordnet und auch sämtliche Ausgänge sind in unterschiedlichen Ebenen angeordnet. Dadurch wird vorteilhaft vermieden, dass beim Drehen des Stellkörpers ein Verbindungskanal in verschiedenen Schaltstellungen mit entsprechend verschiedenen Eingängen verbunden wird.In an advantageous embodiment, at most one input and at most one output are arranged in a respective plane. Each entrance is preferably on a different level, i. at a different longitudinal position, and likewise each exit is in a different plane, i.e. at a different longitudinal position. In other words: all entrances are arranged in different levels and all exits are also arranged in different levels. This advantageously prevents a connection channel from being connected in different switching positions to correspondingly different inputs when the adjusting body is rotated.
Für die Verbindungskanäle sind grundsätzlich zwei unterschiedliche Ausgestaltungen geeignet, welche in einer vorteilhaften Variante miteinander kombiniert sind. In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung verlaufen die Verbindungskanäle jeweils in Umlaufrichtung um die Längsachse herum. Die Verbindungskanäle sind hierzu jeweils insbesondere bogenförmig ausgebildet und verlaufen somit gekrümmt um die Längsachse herum. Die Verbindungskanäle verlaufen nicht zwingend innerhalb lediglich einer Ebene, sonder sind vorzugsweise ebenenübergreifend ausgebildet, verbinden also unterschiedliche Ebenen miteinander. Vorzugsweise weist ein bogenförmiger Verbindungskanal zur Längsachse einen konstanten Abstand auf, verläuft also entlang eines konstanten Radius. Die Verbindungskanäle umlaufen die Längsachse typischerweise nicht vollständig, sondern beispielsweise lediglich auf einem einzelnen von mehreren Sektoren des Stellkörpers, wobei die Sektoren in Umlaufrichtung ausgebildet und angeordnet sind. In einer Variante verläuft zumindest ein Verbindungskanal über mehrere Sektoren und wird also in mehreren Schaltstellungen verwendet.In principle, two different configurations are suitable for the connecting channels, which are combined with one another in an advantageous variant. In a first advantageous embodiment, the connecting channels each run in the direction of rotation around the longitudinal axis. For this purpose, the connecting channels are each formed in particular arcuate and thus run in a curved manner around the longitudinal axis. The connecting channels do not necessarily run within just one level, but rather are preferably formed across levels, that is to say connect different levels with one another. Preferably, an arcuate connecting channel is at a constant distance from the longitudinal axis, that is to say runs along it of a constant radius. The connecting channels typically do not run around the longitudinal axis completely, but for example only on a single one of several sectors of the actuating body, the sectors being formed and arranged in the circumferential direction. In one variant, at least one connection channel runs over several sectors and is therefore used in several switching positions.
Wie bereits beschrieben, weist das Ventil insbesondere ein Gehäuse auf und der Stellkörper weist insbesondere eine Mantelfläche auf. In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Verbindungskanäle auf der Mantelfläche ausgebildet und in radialer Richtung durch das Gehäuse begrenzt. Die Verbindungskanäle sind also außenumfänglich am Stellkörper angeordnet ausgebildet. Die Verbindungskanäle sind somit in radialer Richtung insbesondere offen, sind jedoch in montiertem Zustand des Ventils durch das Gehäuse verschlossen. Ein solches Ventil ist besonders einfach zu fertigen, da die Verbindungskanäle lediglich durch eine Oberflächenbearbeitung des Stellkörpers herstellbar sind und beispielsweise eingefräst werden. In einer geeigneten Ausgestaltung sind die Verbindungskanäle jeweils als eine Vertiefung, insbesondere eine Nut, in der Mantelfläche ausgebildet und die Mantelfläche liegt an einer Innenwand des Gehäuses an. Alternativ ist die Mantelfläche zur Innenwand des Gehäuses beabstandet und auf der Mantelfläche sind mehrere Trennwände angeordnet, welche am Gehäuse anliegen, sodass ein Verbindungskanal durch die Mantelfläche, die Innenwand und zwei Trennwände gebildet ist. Beide Konzepte sind grundsätzlich auch kombinierbar.As already described, the valve has, in particular, a housing and the actuating body has, in particular, a lateral surface. In an advantageous embodiment, the connecting channels are formed on the jacket surface and are delimited in the radial direction by the housing. The connecting channels are thus formed on the outer circumference of the adjusting body. The connecting channels are therefore particularly open in the radial direction, but are closed by the housing when the valve is installed. Such a valve is particularly easy to manufacture since the connecting channels can only be produced by machining the surface of the adjusting body and are, for example, milled. In a suitable embodiment, the connecting channels are each formed as a recess, in particular a groove, in the jacket surface and the jacket surface rests on an inner wall of the housing. Alternatively, the jacket surface is spaced apart from the inner wall of the housing, and several partition walls are arranged on the jacket surface, which are in contact with the housing, so that a connecting channel is formed by the jacket surface, the inner wall and two partition walls. In principle, both concepts can also be combined.
Ebenfalls geeignet ist alternativ oder zusätzlich zur genannten ersten Ausgestaltung für einen Verbindungskanal aber auch eine zweite Ausgestaltung, bei welcher die Verbindungskanäle tunnelartig ausgebildet sind und sich durch den Stellkörper hindurch erstrecken. Die Verbindungskanäle sind hierbei in den Stellkörper eingebracht, z.B. als Bohrungen oder als Kammern, beispielsweise indem der Stellkörper mittels eines Gießverfahrens als ein Gussteil oder mittels eines 3d-Druckverfahrens als ein 3d-Druckteil hergestellt ist.As an alternative or in addition to the first embodiment mentioned, a second embodiment is also suitable for a connection channel, in which the connection channels are designed like a tunnel and extend through the actuating body. The connecting channels are incorporated in the control body, e.g. as bores or as chambers, for example in that the actuating body is manufactured as a cast part by means of a casting process or as a 3d printed part by means of a 3D printing process.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Stellkörper einen Zentralkanal auf, welcher sich zumindest abschnittsweise entlang der Längsachse bis zu einem Ende des Stellkörpers erstreckt und dort an einen der Anschlüsse angeschlossen ist. An den Zentralkanal sind insbesondere mehrere der Verbindungskanäle angeschlossen. Am Ende des Zentralkanals ist ein Anschluss angeordnet, insbesondere ein Ausgang, welcher auch als Zentralanschluss bzw. als Zentralausgang bezeichnet wird. Da der Zentralkanal und der Zentralanschluss bei einer Drehung um die Längsachse in jeder Schaltstellung relativ zu den Anschlüssen an derselben Position verbleiben, stellt der Zentralkanal eine Verlängerung des Zentralanschlusses in den Stellkörper hinein dar. Der Zentralkanal erstreckt sich über eine oder mehrere Ebenen. Ein Verbindungskanal ist dann insbesondere in radialer Richtung an den Zentralkanal angeschlossen, indem sich entweder der Verbindungskanal in Richtung des Zentralkanals ins Innere des Stellkörpers erstreckt oder indem der Zentralkanal einen entsprechenden Radialabschnitt aufweist, welcher vom Zentralkanal abknickt und in radialer Richtung, d.h. insbesondere senkrecht zur Längsachse, nach außen zur Mantelfläche läuft und dort an den Verbindungskanal angeschlossen ist. Je nach Ausgestaltung sind mehrere Verbindungskanäle innerhalb einer einzelnen Schaltstellung gemeinsam an den Zentralkanal angeschlossen oder es sind mehrere Verbindungskanäle unterschiedlicher Schaltstellungen an den Zentralkanal angeschlossen.In an advantageous embodiment, the actuating body has a central channel which extends at least in sections along the longitudinal axis to one end of the actuating body and is connected there to one of the connections. In particular, several of the connecting channels are connected to the central channel. A connection is arranged at the end of the central channel, in particular an output which is also referred to as a central connection or a central output. Since the central channel and the central connection remain in the same position relative to the connections when rotated around the longitudinal axis, the central channel represents an extension of the central connection into the actuating body. The central channel extends over one or more levels. A connecting channel is then connected to the central channel, in particular in the radial direction, in that either the connecting channel extends in the direction of the central channel into the interior of the actuating body or in that the central channel has a corresponding radial section which bends from the central channel and bends in the radial direction, i.e. runs in particular perpendicular to the longitudinal axis, outwards to the lateral surface and is connected there to the connecting channel. Depending on the configuration, several connection channels within a single switch position are connected jointly to the central channel or several connection channels with different switch positions are connected to the central channel.
Die Ausgestaltung mit einem Zentralkanal ist besonders vorteilhaft, falls einer der Anschlüsse in mehreren oder allen Schaltstellungen benötigt wird und angeschlossen sein soll. Dieser Anschluss wird dann als Zentralanschluss ausgebildet. Der Zentralanschluss ist dann über den Zentralkanal in einer jeweiligen Schaltstellung über den zugehörigen Verbindungskanal an den entsprechenden Anschluss angeschlossen und mit diesem verbunden.The configuration with a central channel is particularly advantageous if one of the connections is required in several or all switching positions and is to be connected. This connection is then designed as a central connection. The central connection is then connected to and connected to the corresponding connection via the central channel in a respective switching position via the associated connection channel.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist zumindest eine Schaltstellung über einen Winkelbereich des Stellkörpers ausgebildet und in dieser Schaltstellung ist zwischen einem der Anschlüsse und einem der Verbindungskanäle ein variabler Überlapp ausgebildet, welcher durch eine Drehung des Stellkörpers innerhalb des Winkelbereichs einstellbar ist, zur Einstellung eines Volumenstroms durch den Verbindungskanal innerhalb der Schaltstellung. Dadurch ist ein Verbindungskanal ausgebildet, welcher in der entsprechenden Schaltstellung für den entsprechenden Anschluss bedarfsweise aktivierbar oder deaktivierbar ist, d.h. der entsprechende Anschluss ist absperrbar. Die Verbindungskanäle, welche in dieser Schaltstellung über den gesamten Winkelbereich an Anschlüsse angeschlossen sein sollen, sind entsprechend relativ zur Position der Anschlüsse in Umlaufrichtung verlängert ausgebildet, um bei einer Drehung innerhalb des Winkelbereichs durchgängig mit dem jeweiligen Anschluss verbunden zu bleiben. Zweckmäßigerweise ist hierzu zwischen den Eingängen und den Ausgängen ein Winkel ausgebildet, welcher geringer ist als ein Winkel, welcher von einem jeweiligen Sektor eingenommen wird, sodass der Stellkörper in einem entsprechenden Winkelbereich drehbar ist, ohne dass die Anschlüsse den Sektor verlassen.In an advantageous embodiment, at least one switching position is formed over an angular range of the actuating body and in this switching position a variable overlap is formed between one of the connections and one of the connecting channels, which can be adjusted by rotating the actuating body within the angular range, for setting a volume flow through the Connection channel within the switch position. As a result, a connection channel is formed which can be activated or deactivated as required in the corresponding switching position for the corresponding connection, i.e. the corresponding connection can be shut off. The connecting channels, which are to be connected to connections over the entire angular range in this switching position, are designed to be extended in the circumferential direction relative to the position of the connections in order to remain continuously connected to the respective connection when rotated within the angular range. For this purpose, an angle is expediently formed between the inputs and the outputs which is smaller than an angle which is occupied by a respective sector, so that the actuating body can be rotated in a corresponding angular range without the connections leaving the sector.
Durch den einstellbaren Überlapp ist in der entsprechenden Schaltstellung ein zusätzlicher Freiheitsgrad ausgebildet. Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn eine Funktion in das Ventil integriert ist, welche weitgehend unabhängig von den übrigen Funktionen ist, d.h. wenn in einem, mehreren oder allen Schaltstellungen eine weitere Verbindung bedarfsweise aktivierbar oder deaktivierbar sein soll. Bei einem Wärmesystem für ein Fahrzeug ist dies beispielsweise ein bedarfsweises Verbinden oder Trennen eines Heizkreises, da die Innenraumbeheizung weitgehend unabhängig von der Temperierung anderer Komponenten einstellbar ist. Die Realisierung einer bedarfsweisen Verbindung für eine Anzahl von Schaltstellungen würde effektiv zu einer Verdoppelung dieser Anzahl führen, da grundsätzlich jede Schaltstellung, welche optional die weitere Verbindung herstellen soll, einmal mit dieser Verbindung und einmal ohne diese Verbindung ausgebildet werden müsste. Grundsätzlich ist eine Ausgestaltung möglich und geeignet, bei welcher demjenigen Anschluss, welcher in einer Schaltstellung optional mit einem anderen Anschluss verbindbar sein soll, ein Absperrventil vorgeschaltet wird. Vorliegend ist diese Funktionalität jedoch vorteilhaft in das Ventil integriert, indem durch Drehung der Überlapp eines Anschlusses mit einem Verbindungskanal variierbar ist. Zwischen den Anschlüssen, welche in der Schaltstellung in jedem Fall verbunden sein sollen, und den zugehörigen Verbindungskanälen ist jedoch ein Überlapp ausgebildet, welcher bei der Drehung innerhalb des Winkelbereichs zweckmäßigerweise konstant bleibt.The adjustable overlap creates an additional degree of freedom in the corresponding switch position. This is especially true then advantageous if a function is integrated into the valve which is largely independent of the other functions, ie if a further connection should be able to be activated or deactivated as required in one, several or all switching positions. In the case of a heating system for a vehicle, this is, for example, connecting or disconnecting a heating circuit as required, since the interior heating can be set largely independently of the temperature control of other components. The implementation of a connection as required for a number of switch positions would effectively lead to a doubling of this number, since basically each switch position, which is optionally intended to establish the further connection, would have to be formed once with this connection and once without this connection. In principle, an embodiment is possible and suitable in which a shut-off valve is connected upstream of that connection which is to be optionally connectable to another connection in a switching position. In the present case, however, this functionality is advantageously integrated into the valve in that the overlap of a connection with a connection channel can be varied by rotating. However, between the connections, which should be connected in any case in the switching position, and the associated connecting channels, an overlap is formed which expediently remains constant during rotation within the angular range.
Der Überlapp ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung dadurch variabel, dass in einem Verbindungskanal eine Erhebung ausgebildet ist, welche einen Anschluss je nach Stellung innerhalb des Winkelbereichs unterschiedlich blockiert oder verschließt. Vorzugsweise weist die Erhöhung in Richtung der Längsachse gemessen eine variierende Breite auf, sodass durch Veränderung der Winkelposition der Anschluss unterschiedlich viel verdeckt wird. Beispielsweise ist eine Erhöhung ausgebildet, mit einem breiten Ende, welches an einem Ende des Winkelbereichs angeordnet ist und in dieser Stellung des Anschluss verschließt, d.h. absperrt, und mit einem schmalen Ende, welches an einem anderen Ende des Winkelbereichs angeordnet ist und in dieser Stellung den Anschluss freigibt, d.h. öffnet. Die Erhöhung ist beispielsweise keilförmig ausgebildet, sodass deren Breite in Umfangsrichtung betrachtet von einem zum anderen Ende kontinuierlich zunimmt.In an advantageous embodiment, the overlap is variable in that an elevation is formed in a connecting channel which blocks or closes a connection differently depending on the position within the angular range. The elevation preferably has a varying width measured in the direction of the longitudinal axis, so that the connection is covered to a different extent by changing the angular position. For example, an elevation is formed with a broad end which is arranged at one end of the angular region and in this position closes the connection, i. E. shut off, and with a narrow end which is arranged at another end of the angular range and in this position releases the connection, i. opens. The elevation is, for example, wedge-shaped so that its width, viewed in the circumferential direction, increases continuously from one end to the other.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Ventil eine erste Schaltstellung und eine zweite Schaltstellung auf. In der ersten Schaltstellung ist ein HVS-Eingang an einen Wärmequellen-Ausgang angeschlossen. Weiterhin ist ein Wärmequellen-Eingang an einen Chiller-Ausgang angeschlossen. In der zweiten Schaltstellung ist dagegen der HVS-Eingang an den Chiller-Ausgang angeschlossen und der Wärmequellen-Eingang ist an einen Kühler-Ausgang angeschlossen. Insgesamt weist das Ventil somit zwei Eingänge und drei Ausgänge und insgesamt fünf Anschlüsse auf. Beide Eingänge sind in beiden Schaltstellungen angeschlossen. Einer der Ausgänge, nämlich der Chiller-Ausgang ist in beiden Schaltstellungen angeschlossen, je mit einem der Eingänge. Der verbleibende Eingang ist an einen anderen Ausgang angeschlossen.In an advantageous embodiment, the valve has a first switching position and a second switching position. In the first switch position, an HVS input is connected to a heat source output. Furthermore, a heat source input is connected to a chiller output. In the second switch position, however, the HVS input is connected to the chiller output and the heat source input is connected to a cooler output. Overall, the valve thus has two inputs and three outputs and a total of five connections. Both inputs are connected in both switch positions. One of the outputs, namely the chiller output, is connected in both switch positions, each with one of the inputs. The remaining input is connected to another output.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Ventil eine dritte Schaltstellung auf, in welcher der HVS-Eingang und der Wärmequellen-Eingang an den Chiller-Ausgang angeschlossen sind. Weiterhin ist ein Chiller-Eingang an einen Kühler-Ausgang angeschlossen. Insgesamt weist das Ventil somit drei Eingänge und drei Ausgänge und insgesamt sechs Anschlüsse auf. Für die dritte Schaltstellung ist nunmehr ein Verbindungskanal ausgebildet, welcher zwei Eingänge gemeinsam an einen Ausgang anschließt. In Kombination mit der ersten und der zweiten Schaltstellung sind also der HVS-Eingang und der Wärmequellen-Eingang wahlweise einzeln oder in Kombination an den Chiller-Ausgang anschließbar.In an advantageous embodiment, the valve has a third switching position in which the HVS input and the heat source input are connected to the chiller output. Furthermore, a chiller input is connected to a cooler output. Overall, the valve thus has three inputs and three outputs and a total of six connections. For the third switching position, a connecting channel is now formed which connects two inputs together to one output. In combination with the first and the second switch position, the HVS input and the heat source input can be connected to the chiller output either individually or in combination.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Ventil eine vierte Schaltstellung auf, in welcher der HVS-Eingang und der Wärmequellen-Eingang an den Kühler-Ausgang angeschlossen sind. Weiterhin ist ein Kühler-Eingang an den Chiller-Ausgang oder einen zusätzlichen, zweiten Chiller-Ausgang angeschlossen. Insgesamt weist das Ventil somit vier Eingänge und drei oder vier Ausgänge, d.h. insgesamt sieben oder acht Anschlüsse auf. Die Verwendung eines zusätzlichen, zweiten Chiller-Ausgangs ist in konstruktiver Hinsicht vorteilhaft, da sich für die Verbindungskanäle ein einfacherer Verlauf ergibt. Die beiden Chiller-Ausgänge sind insbesondere im Wärmesystem außerhalb des Ventils verbunden. Durch die Verwendung desselben Chiller-Ausgangs ergibt sich jedoch eine vorteilhaft höhere Integration für das Ventil, sodass im Wärmesystem auf eine zusätzliche Leitung zur Verbindung mehrerer Chiller-Ausgänge verzichtet werden kann.In an advantageous embodiment, the valve has a fourth switching position in which the HVS input and the heat source input are connected to the cooler output. Furthermore, a cooler input is connected to the chiller output or an additional, second chiller output. In total the valve thus has four inlets and three or four outlets, i.e. a total of seven or eight connections. The use of an additional, second chiller outlet is advantageous from a structural point of view, since the connection channels are simpler. The two chiller outlets are connected outside the valve in particular in the heating system. The use of the same chiller output, however, results in an advantageously higher integration for the valve, so that there is no need for an additional line to connect several chiller outputs in the heating system.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Ventil einen Heiz-Eingang auf, welcher in mehreren Schaltstellungen an den Kühler-Ausgang angeschlossen ist, sodass eine Heiz-Verbindung ausgebildet ist, wobei die Heiz-Verbindung einen einstellbaren Strömungsquerschnitt aufweist, zur Einstellung eines Volumenstroms durch die Heiz-Verbindung jeweils innerhalb der mehreren Schaltstellungen. Die Heiz-Verbindung ist insbesondere ein zusätzlicher Freiheitsgrad des Ventils wie oben beschrieben. Im einfachsten Fall ist die Heiz-Verbindung lediglich aktivierbar und deaktivierbar, d.h. es sind lediglich zwei Zustände ausgebildet, nämlich einmal eine Verbindung des Heiz-Eingangs mit dem Kühler-Ausgang mit einem bestimmten Strömungsquerschnitt und einmal eine Trennung des Heiz-Eingangs von dem Kühler-Ausgang. In einer Variante erfolgt durch Drehung über einen bestimmten Winkelbereich eine kontinuierliche Vergrößerung des Strömungsquerschnitts. In jedem Fall bleiben unabhängig vom Strömungsquerschnitt die Verbindungen zwischen den übrigen Anschlüssen in einer jeweiligen Schaltstellung insbesondere unverändert, d.h. deren Strömungsquerschnitte sind über den Winkelbereich konstant. Der Strömungsquerschnitt ist insbesondere mittels eines variierbaren Überlapps wie oben beschrieben einstellbar.In an advantageous embodiment, the valve has a heating input, which is connected to the cooler output in several switching positions, so that a heating connection is formed, the heating connection having an adjustable flow cross-section for setting a volume flow through the heater -Connection within the several switch positions. The heating connection is in particular an additional degree of freedom of the valve as described above. In the simplest case, the heating connection can only be activated and deactivated, ie there are only two states, namely once a connection of the heating input to the cooler output with a certain flow cross-section and once a separation of the heating Input from the cooler output. In a variant, the flow cross-section is continuously enlarged by rotating it over a certain angular range. In any case, regardless of the flow cross-section, the connections between the other connections in a respective switching position in particular remain unchanged, ie their flow cross-sections are constant over the angular range. The flow cross section can be adjusted in particular by means of a variable overlap, as described above.
In der vorgenannten Ausgestaltung mit einer Heiz-Verbindung ist der Kühler-Ausgang vorzugsweise als Zentralanschluss ausgebildet, an welchen sich ein Zentralkanal anschließt, wie weiter oben beschrieben.In the aforementioned embodiment with a heating connection, the cooler outlet is preferably designed as a central connection to which a central channel is connected, as described above.
Besonders bevorzugt ist eine Heiz-Verbindung mit einem einstellbaren Strömungsquerschnitt für die erste, zweite und vierte Schaltstellung realisiert, nicht jedoch für die dritte Schaltstellung. In der ersten Schaltstellung ist der Heiz-Eingang der einzige Eingang, welcher potentiell mit dem Kühler-Ausgang verbunden ist. In der zweiten und dritten Schaltstellung ist dagegen jeweils noch ein weiterer Eingang mit dem Kühler-Ausgang verbunden.A heating connection with an adjustable flow cross-section is particularly preferably implemented for the first, second and fourth switch positions, but not for the third switch position. In the first switch position, the heating input is the only input that is potentially connected to the cooler output. In the second and third switch positions, however, a further input is connected to the cooler output.
Das Ventil wird bevorzugterweise in einem Wärmesystem eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs, kurz Fahrzeug, verwendet und ist hierfür entsprechend ausgebildet.The valve is preferably used in a heating system of an electric or hybrid vehicle, or vehicle for short, and is designed accordingly for this purpose.
Das Wärmesystem ist ausgebildet zur Verwendung in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug. Das Wärmesystem weist ein Ventil in einer der vorbeschriebenen Ausgestaltungen auf. Daraus ergeben sich insbesondere die bereits genannten Vorteile. Das Wärmesystem weist weiter einen Gesamtkühlkreis auf, an welchen das Ventil angeschlossen ist und an welchen weiter eine Wärmequelle, ein Hochvoltspeicher, ein erster Umgebungskühler und ein Chiller angeschlossen sind.The heating system is designed for use in an electric or hybrid vehicle. The heating system has a valve in one of the configurations described above. This results in the advantages already mentioned in particular. The heating system also has an overall cooling circuit to which the valve is connected and to which a heat source, a high-voltage storage device, a first ambient cooler and a chiller are also connected.
Der Gesamtkühlkreis ist zur Zirkulation eines Kühlmittels ausgebildet und weist hierzu insbesondere entsprechende Leitungen sowie zumindest eine Pumpe auf. Das Kühlmittel ist vorzugsweise ein Wasser/Glykol-Gemisch. Als Untereinheiten weist der Gesamtkühlkreis in einer geeigneten Ausgestaltung einen Kühlkreis und einen HVS-Kreis auf. An den Kühlkreis ist eine Wärmequelle des Elektro- oder Hybridfahrzeugs angeschlossen. Stromab der Wärmequelle ist an den Kühlkreis ein erster Umgebungskühler angeschlossen, zum Wärmetausch mit der Umgebung. An den HVS-Kreis ist ein Hochvoltspeicher angeschlossen, zur Versorgung eines elektrischen Antriebsstrangs des Elektro- oder Hybridfahrzeugs. Weiter ist an den HVS-Kreis ein Chiller angeschlossen, welcher auch an einen Kältekreis des Wärmesystems angeschlossen ist, zur Wärmeübertragung vom HVS-Kreis in den Kältekreis. Wärme, welche in den Kältekreis übertragen wird, wird zweckmäßigerweise mittels eines Kondensators, welcher an den Gesamtkühlkreis angeschlossen ist, an anderer Stelle wieder dem Gesamtkühlkreis zugeführt und dort vorteilhaft zur Beheizung genutzt oder an die Umgebung abgegeben. Speziell für Letzteres ist es zweckmäßig, wenn der Kondensator mit dem ersten Umgebungswärmetauscher in Serie geschaltet ist.The overall cooling circuit is designed for the circulation of a coolant and for this purpose has in particular corresponding lines and at least one pump. The coolant is preferably a water / glycol mixture. In a suitable embodiment, the overall cooling circuit has a cooling circuit and an HVS circuit as sub-units. A heat source from the electric or hybrid vehicle is connected to the cooling circuit. A first ambient cooler is connected to the cooling circuit downstream from the heat source for heat exchange with the environment. A high-voltage storage device is connected to the HVS circuit to supply an electric drive train in the electric or hybrid vehicle. A chiller is also connected to the HVS circuit, which is also connected to a cooling circuit of the heating system, for the transfer of heat from the HVS circuit to the cooling circuit. Heat which is transferred into the refrigeration circuit is expediently fed back to the overall cooling circuit at another point by means of a condenser which is connected to the overall cooling circuit and is advantageously used there for heating or released to the environment. For the latter in particular, it is useful if the condenser is connected in series with the first ambient heat exchanger.
Das Wärmesystem dient insgesamt dazu, diverse Temperierungsanforderungen von Komponenten des Fahrzeugs zu bedienen. Unter „Temperierung“ wird eine Kühlung oder eine Beheizung verstanden. Komponenten des Fahrzeugs werden auch als „Fahrzeugkomponenten“ bezeichnet. Das Wärmesystem dient zum Wärmetausch mit den Fahrzeugkomponenten, welche hierzu an den Gesamtkühlkreis oder den Kältekreis angeschlossen sind.The overall purpose of the heating system is to meet various temperature control requirements for components in the vehicle. “Temperature control” means cooling or heating. Components of the vehicle are also referred to as "vehicle components". The heating system is used to exchange heat with the vehicle components, which are connected to the overall cooling circuit or the cooling circuit for this purpose.
Weiter weist das Wärmesystem mehrere Schaltzustände auf, welche sich gegenseitig insbesondere ausschließen. In jedem Schaltzustand sind ein oder mehrere Betriebsmodi realisierbar. Ein jeweiliger Betriebsmodus wird eingestellt, um eine bestimmte Komponente zu Temperieren. Um mehrere Komponenten gleichzeitig zu temperieren, werden die entsprechenden Betriebsmodi gleichzeitig eingestellt. Welche Betriebsmodi zu einem gegebenen Zeitpunkt einstellbar sind, d.h. welche Temperierungsanforderungen zu einem gegebenen Zeitpunkt erfüllbar sind, hängt vom aktuellen Schaltzustand des Wärmesystems ab. Der Schaltzustand und die Betriebsmodi werden vorliegend mittels des Ventils eingestellt. Dabei ist insbesondere jeder Schaltstellung des Ventils genau ein Schaltzustand des Wärmesystems zugeordnet. Zweckmäßigerweise weist das Wärmesystem eine Steuereinheit auf, welche das Ventil entsprechend ansteuert um einen bestimmten Schaltzustand einzustellen.Furthermore, the heating system has several switching states, which in particular are mutually exclusive. One or more operating modes can be implemented in each switching state. A respective operating mode is set in order to control the temperature of a specific component. To control the temperature of several components at the same time, the corresponding operating modes are set at the same time. Which operating modes can be set at a given point in time, i.e. which temperature control requirements can be met at a given point in time depends on the current switching status of the heating system. The switching state and the operating modes are set by means of the valve. In particular, exactly one switching state of the heating system is assigned to each switching position of the valve. The heating system expediently has a control unit which activates the valve accordingly in order to set a specific switching state.
Die Wärmequelle ist eine Fahrzeugkomponente. Allgemein erzeugt die Wärmequelle im Betrieb Abwärme, welche durch das Wärmesystem abgeführt wird. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Wärmequelle eine Leistungselektronik, eine E-Maschine, ein Verbrennungsmotor, eine Heckentlüftung oder dergleichen. Die Leistungselektronik steuert insbesondere die Versorgung der E-Maschine mit elektrischer Energie aus dem Hochvoltspeicher des Fahrzeugs. Die E-Maschine dient insbesondere zum Antrieb des Fahrzeugs. Die E-Maschine und die Leistungselektronik sind insbesondere Teile eines elektrischen Antriebsstrangs des Fahrzeugs. Die Wärmequelle ist nicht notwendigerweise eine einzelne Fahrzeugkomponente, sondern alternativ eine Kombination mehrerer Fahrzeugkomponenten, welche im Kühlkreis parallel oder seriell zueinander verschaltet sind oder eine Kombination hiervon.The heat source is a vehicle component. In general, the heat source generates waste heat during operation, which is dissipated by the heating system. In a preferred embodiment, the heat source is power electronics, an electric machine, an internal combustion engine, a rear vent or the like. In particular, the power electronics control the supply of electrical energy to the electric machine from the vehicle's high-voltage battery. The electric machine is used in particular to drive the vehicle. The electric machine and the power electronics are, in particular, parts of an electric drive train of the vehicle. The heat source is not necessarily a single vehicle component, but alternatively a combination of several vehicle components which are connected in parallel or in series to one another in the cooling circuit, or a combination thereof.
Der erste Umgebungskühler dient dem Wärmetausch mit der Umgebung und ist insbesondere ein Luft/Kühlmittel-Wärmetauscher. Der erste Umgebungskühler ist in einem Umgebungsluftpfad angeordnet und wird im Betrieb regelmäßig mit Umgebungsluft beaufschlagt, im Fahrbetrieb des Fahrzeugs speziell durch Fahrtwind.The first ambient cooler is used for heat exchange with the environment and is in particular an air / coolant heat exchanger. The first ambient cooler is arranged in an ambient air path and is regularly exposed to ambient air during operation, especially by the airstream when the vehicle is in motion.
Der Hochvoltspeicher dient der Versorgung des elektrischen Antriebs des Fahrzeugs mit elektrischer Energie und ist hierfür entsprechend ausgebildet. Üblicherweise weist der Hochvoltspeicher eine Vielzahl von Zellen auf, welche miteinander elektrisch verschaltet sind. Zusätzlich ist es insbesondere auch möglich, dem Hochvoltspeicher elektrische Energie zur Versorgung anderer Fahrzeugkomponenten zu entnehmen. Der Hochvoltspeicher wird alternativ auch als Elektrospeicher oder als Batterie bezeichnet.The high-voltage storage device is used to supply the vehicle's electric drive with electrical energy and is designed accordingly. The high-voltage storage device usually has a large number of cells which are electrically connected to one another. In addition, it is also possible, in particular, to draw electrical energy from the high-voltage storage device to supply other vehicle components. The high-voltage storage unit is alternatively referred to as an electric storage unit or a battery.
Das Ventil dient nun dazu, innerhalb des Gesamtkühlkreises das Kühlmittel derart umzuleiten, dass jegliche Temperierungsanforderungen bezüglich der einzelnen Komponenten möglichst optimal bedient werden. Mittels der diversen Schaltstellungen werden entsprechend viele Schaltzustände des Wärmesystems eingestellt, mit jeweils unterschiedlicher Verschaltung der einzelnen Komponenten untereinander im Gesamtkühlkreis. Im Ergebnis wird also mittels des Ventils eingestellt, in welcher Weise die Komponenten vom Kühlmittel durchströmt werden. Dabei sind grundsätzlich diverse Parallelschaltungen und Serienschaltungen möglich sowie Kombinationen hiervon.The valve now serves to divert the coolant within the overall cooling circuit in such a way that any temperature control requirements with regard to the individual components are served as optimally as possible. Using the various switching positions, a corresponding number of switching states of the heating system are set, each with a different interconnection of the individual components in the overall cooling circuit. As a result, the valve is used to set the way in which the coolant flows through the components. In principle, various parallel connections and series connections as well as combinations thereof are possible.
Unter einer Verschaltung zweier Komponenten „in Serie“ wird allgemein verstanden, dass die eine Komponente bezüglich einer Strömungsrichtung des Kühlmittels stromauf oder stromab der anderen Komponente angeordnet ist, dass also das Kühlmittel nacheinander beide Komponenten durchströmt. Demgegenüber wird unter einer „parallelen“ Verschaltung zweier Komponenten allgemein verstanden, dass in einem Kreis zwei Verzweigungen ausgebildet sind, wobei an der einen Verzweigung das Kühlmittel auf zwei Teilzweige aufgeteilt wird und an der anderen Verzweigung wieder zusammengeführt wird, sodass die beiden Komponenten, welche auf unterschiedlichen Teilzweigen angeordnet sind, parallel von Kühlmittel durchströmt werden. Analoges gilt für in Serie oder parallel geschaltete Kreise, Zweige und dergleichen.An interconnection of two components “in series” is generally understood to mean that one component is arranged upstream or downstream of the other component with respect to a flow direction of the coolant, that is to say that the coolant flows through both components one after the other. In contrast, a “parallel” connection of two components is generally understood to mean that two branches are formed in a circle, with the coolant being divided into two sub-branches at one branch and being brought together again at the other branch, so that the two components which are connected to different sub-branches are arranged, are flowed through in parallel by coolant. The same applies to circuits, branches and the like connected in series or in parallel.
Der erste Umgebungskühler und die Wärmequelle sind in insbesondere jedem Schaltzustand des Wärmesystems zueinander in Serie geschaltet. Ebenso sind der Hochvoltspeicher und der Chiller in insbesondere jedem Schaltzustand des Wärmesystems zueinander in Serie geschaltet.The first ambient cooler and the heat source are connected in series to one another in each switching state of the heating system. Likewise, the high-voltage battery and the chiller are connected in series with one another in every switching state of the heating system.
Bei dem Wärmesystem mit Multiventil ist ein Wärmequellen-Eingang des Ventils stromab der Wärmequelle angeschlossen, ein HVS-Eingang des Ventils ist stromab des Hochvoltspeichers angeschlossen, ein Wärmequellen-Ausgang des Ventils ist stromauf der Wärmequelle angeschlossen, ein Chiller-Ausgang des Ventils ist stromab des Chillers angeschlossen, und ein Kühler-Ausgang des Ventils ist stromauf des ersten Umgebungskühlers angeschlossen. Das Ventil ist dabei ein Ventil mit erster und zweiter Schaltstellung wie oben beschrieben.In the heating system with a multi-valve, a heat source input of the valve is connected downstream of the heat source, an HVS input of the valve is connected downstream of the high-voltage storage tank, a heat source output of the valve is connected upstream of the heat source, and a chiller output of the valve is downstream of the Chillers are connected, and a cooler outlet of the valve is connected upstream of the first ambient cooler. The valve is a valve with first and second switching positions as described above.
In der ersten Schaltstellung des Ventils ist ein erster Schaltzustand des Wärmesystems eingestellt, in welchem der HVS-Kreis stromab und stromauf der Wärmequelle mit dem Kühlkreis verbunden ist, sodass der Hochvoltspeicher und die Wärmequelle in Serie geschaltet sind, zur Beheizung des Hochvoltspeichers mittels der Wärmequelle. Das Wärmesystem ist dann in einem ersten HVS-Heizbetrieb betreibbar, in welchem der Hochvoltspeicher mit Abwärme der Wärmequelle beheizt wird. Die beiden Verbindungskanäle zwischen HVS-Eingang und Wärmequellen-Ausgang einerseits und andererseits zwischen Wärmequellen-Eingang und Chiller-Ausgang sind im Gesamtkühlkreis in Serie zueinander geschaltet.In the first switching position of the valve, a first switching state of the heating system is set in which the HVS circuit is connected to the cooling circuit downstream and upstream of the heat source, so that the high-voltage storage unit and the heat source are connected in series to heat the high-voltage storage unit by means of the heat source. The heating system can then be operated in a first HVS heating mode, in which the high-voltage storage device is heated with waste heat from the heat source. The two connecting channels between HVS input and heat source output on the one hand and between heat source input and chiller output on the other hand are connected in series to one another in the overall cooling circuit.
In der zweiten Schaltstellung des Ventils ist ein zweiter Schaltzustand des Wärmesystems eingestellt, in welchem der HVS-Kreis und der Kühlkreis voneinander getrennt sind, sodass der Chiller vom Kühlkreis getrennt ist und sodass der erste Umgebungskühler vom HVS-Kreis getrennt ist, zur Temperierung der Wärmequelle und des Hochvoltspeichers unabhängig voneinander. Die beiden Verbindungskanäle zwischen HVS-Eingang und Chiller-Ausgang einerseits und andererseits zwischen Wärmequellen-Eingang und Kühler-Ausgang sind im Gesamtkühlkreis parallel zueinander geschaltet. Entsprechend fließen durch das Ventil parallel zwei unabhängige Ströme an Kühlmittel. Die Wärmequelle ist über die Umgebung kühlbar. Unabhängig davon ist der Hochvoltspeicher kühlbar oder beheizbar, je nachdem welche entsprechenden Komponenten im HVS-Kreis hierfür zusätzlich aktiviert werden.In the second switching position of the valve, a second switching state of the heating system is set in which the HVS circuit and the cooling circuit are separated from each other, so that the chiller is separated from the cooling circuit and so that the first ambient cooler is separated from the HVS circuit, for temperature control of the heat source and the high-voltage storage system independently of one another. The two connecting channels between HVS input and chiller output on the one hand and between heat source input and cooler output on the other hand are connected in parallel to one another in the overall cooling circuit. Correspondingly, two independent streams of coolant flow in parallel through the valve. The heat source can be cooled via the environment. Regardless of this, the high-voltage storage unit can be cooled or heated, depending on which corresponding components in the HVS circuit are additionally activated for this.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Chiller-Eingang des Ventils stromauf des Chillers angeschlossen. Das Ventil weist dabei außerdem eine dritte Schaltstellung wie oben beschrieben auf. In der dritten Schaltstellung des Ventils ist ein dritter Schaltzustand des Wärmesystems eingestellt, in welchem der HVS-Kreis stromauf und stromab des Chillers mit dem Kühlkreis verbunden ist, sodass die Wärmequelle, der Chiller und der erste Umgebungskühler derart in Serie geschaltet sind, dass die Wärmequelle stromauf des Chillers angeordnet ist und der erste Umgebungskühler stromab des Chillers, zur Kühlung der Wärmequelle über den Chiller oder den ersten Umgebungskühler oder beide. Der Hochvoltspeicher ist zu dem ersten Umgebungskühler und der Wärmequelle parallel geschaltet. Bei Förderung von Kühlmittel im HVS-Kreis ist zusätzlich der Hochvoltspeicher indirekt kühlbar, da die parallelen Kühlmittelströme vom Hochvoltspeicher und von der Wärmequelle im Ventil zusammengeführt werden, sodass der Verbindungskanal zwischen HVS-Eingang, Wärmequellen-Eingang und Chiller-Ausgang eine Verzweigung in dem Gesamtkühlkreis bildet.In an advantageous embodiment, a chiller inlet of the valve is connected upstream of the chiller. The valve also has a third switching position as described above. In the third switching position of the valve, a third switching state of the heating system is set, in which the HVS circuit is connected to the cooling circuit upstream and downstream of the chiller, so that the heat source, the chiller and the first ambient cooler are connected in series in such a way that the heat source is arranged upstream of the chiller and the first ambient cooler is arranged downstream of the chiller, for cooling the heat source via the chiller or the first Ambient cooler or both. The high-voltage storage system is connected in parallel to the first ambient cooler and the heat source. If coolant is conveyed in the HVS circuit, the high-voltage storage unit can also be cooled indirectly, as the parallel coolant flows from the high-voltage storage unit and the heat source are brought together in the valve, so that the connection channel between the HVS input, heat source input and chiller output branches off in the overall cooling circuit forms.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ein Kühler-Eingang des Ventils stromab des ersten Umgebungskühlers angeschlossen. Das Ventil weist dabei außerdem eine vierte Schaltstellung wie oben beschrieben auf. In der vierten Schaltstellung des Ventils ist ein vierter Schaltzustand des Wärmesystems eingestellt, in welchem der HVS-Kreis stromauf und stromab der Wärmequelle mit dem Kühlkreis derart verbunden ist, dass die Wärmequelle parallel zu dem Hochvoltspeicher und dem Chiller geschaltet ist und dass der Chiller stromab des ersten Umgebungskühlers und stromauf des Hochvoltspeichers angeordnet ist. Der Verbindungskanal zwischen HVS-Eingang, Chiller-Eingang und Kühler-Ausgang stellt eine Verzweigung des Gesamtkühlkreises stromab des Hochvoltspeichers und der Wärmequelle dar, wobei an dieser Verzweigung das Kühlmittel von diesen beiden Komponenten zusammengeführt wird. Über den Verbindungskanal Kühler-Eingang und Chiller-Ausgang ist der Chiller dem Hochvoltspeicher vorgeschaltet, nicht aber der Wärmequelle. Der Strom an Kühlmittel, welcher durch diesen Verbindungskanal strömt wird also in dem anderen Verbindungskanal mit weiterem Kühlmittel gemischt.In an advantageous embodiment, a cooler inlet of the valve is connected downstream of the first ambient cooler. The valve also has a fourth switching position as described above. In the fourth switching position of the valve, a fourth switching state of the heating system is set in which the HVS circuit is connected to the cooling circuit upstream and downstream of the heat source in such a way that the heat source is connected in parallel to the high-voltage storage system and the chiller and that the chiller is connected downstream of the first ambient cooler and is arranged upstream of the high-voltage storage. The connection channel between HVS input, chiller input and cooler output represents a branch of the overall cooling circuit downstream of the high-voltage storage system and the heat source, with the coolant from these two components being brought together at this branch. The chiller is connected upstream of the high-voltage storage unit via the connecting duct for the cooler input and chiller output, but not the heat source. The stream of coolant which flows through this connecting channel is therefore mixed with further coolant in the other connecting channel.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist in den Gesamtkühlkreis ein Heizkreis integriert, an welchen ein Heizungswärmetauscher angeschlossen ist. Weiter ist ein Heiz-Eingang des Ventils stromab des Heizungswärmetauschers an den Heizkreis angeschlossen ist. Der Heiz-Eingang ist dabei in mehreren Schaltstellungen mit dem Kühler-Ausgang verbunden, wie oben beschrieben. Der Heizkreis ist im Gesamtkühlkreis insbesondere in Serie mit dem ersten Umgebungskühler geschaltet und mittels des Ventils absperrbar und zwar vorteilhaft in mehreren Schaltstellungen, insbesondere in der ersten, der zweiten und der vierten Schaltstellung. Sofern in diesen Schaltstellungen der Chiller Wärme an den Kondensator im Heizkreis abgibt, wird diese durch Öffnen der Heiz-Verbindung über den ersten Umgebungskühler an die Umgebung abgeführt oder durch Schließen der Heiz-Verbindung mittels des Heizungswärmetauschers zur Innenraumbeheizung verwendet. In einer Variante mit einem vorzugsweise kontinuierlich einstellbaren Strömungsquerschnitt wird vorteilhaft das Verhältnis von derjenigen Wärme, welche an die Umgebung abgeführt wird, zu derjenigen Wärme, welche zur Innenraumbeheizung verwendet wird, eingestellt.In an advantageous embodiment, a heating circuit, to which a heating heat exchanger is connected, is integrated into the overall cooling circuit. Furthermore, a heating input of the valve is connected to the heating circuit downstream of the heating system heat exchanger. The heating input is connected to the cooler output in several switching positions, as described above. In the overall cooling circuit, the heating circuit is in particular connected in series with the first ambient cooler and can be shut off by means of the valve, specifically advantageously in several switching positions, in particular in the first, second and fourth switching positions. If the chiller gives off heat to the condenser in the heating circuit in these switch positions, this is dissipated to the environment by opening the heating connection via the first ambient cooler or used for heating the interior by closing the heating connection by means of the heating heat exchanger. In a variant with a preferably continuously adjustable flow cross-section, the ratio of that heat which is dissipated to the environment to that heat which is used for heating the interior is advantageously set.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Anschlüsse in Richtung der Längsachse in einer bestimmten Reihenfolge hintereinander angeordnet, nämlich derart dass in einer jeweiligen Schaltstellung eine Überkreuzung von Verbindungskanälen vermieden wird, d.h. dass sämtliche Verbindungskanäle in der jeweiligen Schaltstellung überkreuzungsfrei ausgebildet und angeordnet sind. Dadurch ist insbesondere die Herstellung des Ventils deutlich vereinfacht. Zudem wird eine besonders kompakte Ausgestaltung erzielt.In an advantageous embodiment, the connections are arranged one behind the other in the direction of the longitudinal axis, namely in such a way that a crossing of connection channels is avoided in a respective switching position, i.e. that all connecting channels are designed and arranged without crossing in the respective switching position. This significantly simplifies the manufacture of the valve in particular. In addition, a particularly compact design is achieved.
Speziell im Hinblick auf die erste Schaltstellung ist in Richtung der Längsachse betrachtet vorzugsweise der HVS-Eingang hinter dem Wärmequellen-Eingang angeordnet und der Chiller-Ausgang ist hinter dem Kühler-Ausgang angeordnet, sodass eine Überkreuzung der beiden zugehörigen Verbindungskanäle vermieden wird.Especially with regard to the first switch position, viewed in the direction of the longitudinal axis, the HVS input is preferably arranged behind the heat source input and the chiller output is arranged behind the cooler output, so that the two associated connecting channels do not cross over.
Auch im Hinblick auf die zweite Schaltstellung ist in Richtung der Längsachse betrachtet der HVS-Eingang zweckmäßigerweise hinter dem Wärmequellen-Eingang angeordnet- Zusätzlich ist zur Vermeidung von Überkreuzungen der Chiller-Ausgang hinter dem Kühler-Ausgang angeordnet.Also with regard to the second switch position, viewed in the direction of the longitudinal axis, the HVS input is expediently arranged behind the heat source input. In addition, the chiller output is arranged behind the cooler output to avoid crossovers.
Speziell im Hinblick auf die dritte Schaltstellung sind in Richtung der Längsachse betrachtet geeigneterweise der HVS-Eingang und der Wärmequellen-Eingang hinter dem Chiller-Eingang angeordnet. Dabei ist wie für die erste Schaltstellung auch für die dritte Schaltstellung der Chiller-Ausgang hinter dem Kühler-Ausgang angeordnet, um insgesamt eine Überkreuzung der beiden zugehörigen Verbindungskanäle zu vermeiden.Especially with regard to the third switching position, viewed in the direction of the longitudinal axis, the HVS input and the heat source input are suitably arranged behind the chiller input. As for the first switching position, the chiller output is also arranged behind the cooler output for the third switching position, in order to prevent the two associated connecting channels from crossing over.
Hinsichtlich der vierten Schaltstellung sind in Richtung der Längsachse betrachtet bevorzugterweise der HVS-Eingang und der Wärmequellen-Eingang vor dem Kühler-Eingang angeordnet und wie für die zweite Schaltstellung ist auch für die vierte Schaltstellung der Chiller-Ausgang hinter dem Kühler-Ausgang angeordnet, sodass eine Überkreuzung von Verbindungskanäle vermieden wird. In einer Variante ist zusätzlich zu einem bereits vorhandenen, ersten Chiller-Ausgang ein zusätzlicher Chiller-Ausgang speziell für die vierte Schaltstellung ausgebildet und zweckmäßigerweise hinter dem ersten Chiller-Ausgang angeordnet.With regard to the fourth switch position, viewed in the direction of the longitudinal axis, the HVS input and the heat source input are preferably arranged in front of the cooler input and, as for the second switch position, the chiller output is also arranged behind the cooler output for the fourth switch position, so that a crossing of connecting channels is avoided. In one variant, in addition to an already existing, first chiller output, an additional chiller output is designed specifically for the fourth switching position and is expediently arranged behind the first chiller output.
In einer Ausgestaltung mit zusätzlichem Heiz-Eingang ist dieser in Richtung der Längsachse betrachtet vorzugsweise vor allen anderen Eingängen angeordnet, ebenso der Kühler-Ausgang, sodass diese beiden Anschlüsse in mehreren Schaltstellungen jeweils ohne jegliche Überkreuzungen mittels eines Verbindungskanal verbindbar sind.In an embodiment with an additional heating input, this is preferably arranged in front of all other inputs when viewed in the direction of the longitudinal axis, as is the cooler output, so that these two connections can be connected in several switching positions by means of a connection channel without any crossovers.
Insgesamt ergibt sich für ein Ventil mit allen vier Schaltstellungen eine besonders bevorzugte Anordnung derart, dass die Eingänge in Richtung der Längsachse betrachtet in der Reihenfolge Heiz-Eingang, Chiller-Eingang, Wärmequellen-Eingang, HVS-Eingang, Kühler-Eingang angeordnet sind und die Ausgänge in gleicher Richtung der Längsachse betrachtet in der Reihenfolge Kühler-Ausgang, Chiller-Ausgang, Wärmequellen-Ausgang und ggf. zweiter Chiller-Ausgang.Overall, a particularly preferred arrangement results for a valve with all four switching positions such that the inputs, viewed in the direction of the longitudinal axis, are arranged in the sequence heating input, chiller input, heat source input, HVS input, cooler input and the Outputs in the same direction of the longitudinal axis viewed in the order of cooler output, chiller output, heat source output and, if applicable, second chiller output.
Da in einer geeigneten Ausgestaltung der Kühler-Ausgang in mehreren Schaltstellungen verwendet wird und zusätzlich in mehreren Schaltstellungen auch optional mit dem Heiz-Eingang verbindbar ist, ist der Kühler-Ausgang vorzugsweise auf der Längsachse angeordnet und als Zentralanschluss ausgebildet.Since in a suitable embodiment the cooler output is used in several switch positions and can also optionally be connected to the heating input in several switch positions, the cooler output is preferably arranged on the longitudinal axis and designed as a central connection.
Die Aufgabe wird insbesondere auch gelöst durch die Verwendung eines Ventils wie vorstehend beschrieben in einem Wärmesystem eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs, insbesondere in einem Wärmesystem wie vorstehend beschrieben.The object is also achieved in particular by using a valve as described above in a heating system of an electric or hybrid vehicle, in particular in a heating system as described above.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen jeweils schematisch:
-
1 ein Wärmesystem, -
2 das Wärmesystem aus 1 in einer anderen Darstellung, -
3 vier Schaltstellungen eines Multiventils, -
4 das Multiventil aus3 in einer perspektivischen Ansicht, -
5 eine Mantelfläche eines Stellkörpers des Multiventils aus3 , -
6 einen Ausschnitt einer Variante der Mantelfläche aus5 , -
7 eine Variante der Mantelfläche aus5 , -
8 ein Stellkörper einer Variante desMultiventils aus 4 .
-
1 a warming system, -
2 the heating system off1 in another representation, -
3 four switching positions of a multi-valve, -
4th the multivalve off3 in a perspective view, -
5 a lateral surface of an actuating body of the multi-valve3 , -
6th a section of a variant of the lateral surface5 , -
7th a variant of the outer surface5 , -
8th a control element of a variant of the multi-valve4th .
In
Der Gesamtkühlkreis
An den HVS-Kreis
An den Kühlkreis
Der Heizkreis
Das Wärmesystem
Das Wärmesystem
Das Ventil
Wie aus
In der zweiten Schaltstellung
In der dritten Schaltstellung
In der vierten Schaltstellung
In der ersten, zweiten und vierten Schaltstellung
Die Heiz-Verbindung ist beispielsweise dadurch bedarfsweise aktivierbar oder deaktivierbar, dass dem Heiz-Eingang
In einer Variante des Ventils
In
Das Ventil
Mittels der diversen Schaltstellungen
Zum Verbinden eines Eingangs
Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind der ersten, zweiten und dritten Schaltstellung
Beim Drehen des Stellkörpers
Die Eingänge
Wie aus
Die Verbindungskanäle
Ein jeweiliger Verbindungskanal
Wie aus
Vorliegend sind die Verbindungskanäle
Bei dem in
In
Die Ausgestaltung in
In
Der besseren Übersicht halber sind in
Das Konzept mit tunnelartigen Verbindungskanälen
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 22
- WärmesystemHeating system
- 44th
- GesamtkühlkreisOverall cooling circuit
- 66th
- KühlkreisCooling circuit
- 88th
- HVS-KreisHVS circuit
- 1010
- HeizkreisHeating circuit
- 1212
- HochvoltspeicherHigh-voltage storage
- 1414th
- ChillerChiller
- 1616
- WärmequelleHeat source
- 1818th
- erster Umgebungskühlerfirst ambient cooler
- 2020th
- zweiter Umgebungskühlersecond ambient cooler
- 2222nd
- HeizungswärmetauscherHeating heat exchanger
- 2424
- Kondensatorcapacitor
- 2626th
- Heizkreis-ZuheizerHeating circuit auxiliary heater
- 2828
- RückführungsstrangReturn line
- 3030th
- AusgleichsvolumenCompensation volume
- 3232
- Klima-VerdampferAir conditioning evaporator
- 3434
- VentilValve
- 3636
- Heizkreis-VorlaufHeating circuit flow
- 3838
- SteuereinheitControl unit
- 4040
- KühlerverzweigungRadiator branch
- 4242
- NT-ZweigNT branch
- 4444
- HT-ZweigHT branch
- 4646
- Gehäusecasing
- 4848
- StellkörperControl body
- 5050
- AktuatorActuator
- 5252
- VerbindungskanalConnection channel
- 5454
- MantelflächeOuter surface
- 5656
- Trennwandpartition wall
- 5858
- ZentralkanalCentral channel
- 6060
- Überlappoverlap
- 6262
- Erhebung Elevation
- A1A1
- Kühler-AusgangCooler output
- A2A2
- Chiller-AusgangChiller output
- A3A3
- Wärmequellen-AusgangHeat source output
- EE.
- Ebenelevel
- E1E1
- Wärmequellen-EingangHeat source input
- E2E2
- HVS-EingangHVS input
- E3E3
- Kühler-EingangCooler input
- E4E4
- Chiller-EingangChiller input
- E5E5
- Heiz-EingangHeating input
- LL.
- LängsachseLongitudinal axis
- RR.
- radiale Richtungradial direction
- S1S1
- erste Schaltstellungfirst switch position
- S2S2
- zweite Schaltstellungsecond switch position
- S3S3
- dritte Schaltstellungthird switch position
- S4S4
- vierte Schaltstellungfourth switch position
- UU
- UmlaufrichtungDirection of rotation
- WW.
- WinkelbereichAngular range
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- DE 102015220623 A1 [0003]DE 102015220623 A1 [0003]
- US 2017/0152957 A1 [0004]US 2017/0152957 A1 [0004]
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