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Technisches Gebiet
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Strömungssystem für Fluide mit einer Umschalteinrichtung zur Strömungsregulierung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Stand der Technik
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In der
DE 42 28 334 A1 wird eine Saugrohranlage beschrieben, über die den Zylindern einer Brennkraftmaschine Verbrennungsluft zuführbar ist. Die Luftzufuhr über die Saugrohranlage wird mithilfe von Schwenkklappen reguliert, welche an einer gemeinsamen, drehbar gelagerten Stellwelle gehalten sind. Durch ein Verdrehen der Stellwelle werden die Schwenkklappen zwischen einer geschlossenen und einer geöffneten Position verstellt.
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Bei einer in der
DE 10 2004 063 017 A1 offenbarten Saugrohranlage ist die Stellwelle zweigeteilt, wobei die Wellenabschnitte der Stellwelle über ein Kupplungsglied miteinander verbunden sind.
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Die
EP 2 030 818 B1 offenbart eine Vorrichtung zur Verteilung eines Mischluftstroms mit mehreren Verteilerklappen, die an einer Welle angeordnet sind und gemeinsam von der Welle verstellt werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Strömungssystem für Fluide mit einer Umschalteinrichtung in der Weise auszubilden, dass mit einfachen konstruktiven Maßnahmen ein oder mehrere Fluidströme durch mehrere Verzweigungsrohrstücke des Strömungssystems steuerbar sind.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Das erfindungsgemäße Strömungssystem kann zur Regulierung von Fluidströmen eingesetzt werden, beispielsweise in Klima- und oder Belüftungsanlagen, in Fahrzeugen oder Gebäuden. Es kommen sowohl gasförmige als auch flüssige Fluide in Betracht.
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Das Strömungssystem umfasst mindestens zwei Verzweigungsrohrstücke, wobei jedes der Verzweigungsrohrstücke in einem Rohrstückgehäuse mindestens drei Rohrabschnitte aufweisen, die über eine Verzweigung - der Innenraum im Rohrstückgehäuse
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In einer bevorzugten Ausführungsform stellt jedes Rohrstückgehäuse eine Verzweigung zwischen genau vier Rohrabschnitten bereit.
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Diese Ausführung hat den Vorteil, dass mit der Stellbewegung der Stellwelle der Fluidstrom in jedem Verzweigungsrohrstück eingestellt werden kann. Die Stellbewegung wird auf jede Schaltklappe übertragen, deren Position sich in der Verzweigung zwischen den mindestens drei Rohrabschnitten pro Verzweigungsrohrstück ändert, wodurch die gewünschte Regulierung des Fluidstroms oder mehrerer Fluidströme pro Verzweigungsrohrstück erreicht wird. Es genügt, nur der Stellwelle eine Stellbewegung aufzuprägen, um die gewünschte Einstellung der Schaltklappe in sämtlichen Verzweigungsrohrstücken zu erhalten.
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Jedes Verzweigungsrohrstück weist ein Rohrstückgehäuse auf, in welchem jeweils genau eine Schaltklappe aufgenommen ist. Die Schaltklappe kann beispielsweise über eine Einstecköffnung im Rohrstückgehäuse eingeführt werden. Das Rohrstückgehäuse bietet außerdem die Möglichkeit zur Lagerung der Stellstange, so dass insgesamt über die Länge der Stellstange gesehen mehrere Lagerstellen vorhanden ist und die Stellwelle eine gute Abstützung erfährt.
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Die mindestens drei Rohrabschnitte pro Verzweigungsrohrstück ermöglichen mindestens zwei verschiedene Strömungswege des Fluids, das in gleichen bzw. gleichartigen oder unterschiedlichen Bearbeitungseinheiten verarbeitet werden kann. So ist es beispielsweise möglich, die Fluidströme in unterschiedlichen Reaktoren herzustellen oder weiterzuverarbeiten.
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Es kommen verschieden ausgeführte Verzweigungsrohrstücke in Betracht. Gemäß einer ersten vorteilhaften Ausführung weist das Verzweigungsrohrstück genau drei Rohrabschnitte auf, die Y- oder T-förmig angeordnet sind. Die Schaltklappe befindet sich in der gemeinsamen Verzweigung der drei Rohrabschnitte. Je nach Position der Schaltklappe im Verzweigungsrohrstück ist ein erster Fluidstrom durch den ersten und zweiten Rohrabschnitt oder ein zweiter Fluidstrom durch den ersten und dritten Rohrabschnitt und gegebenenfalls auch ein dritter Fluidstrom durch den zweiten und dritten Rohrabschnitt möglich.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführung weist das Verzweigungsrohrstück insgesamt vier Rohrabschnitte auf, die kreuzförmig oder X-förmig zueinander angeordnet sind, wobei in der Verzweigung sämtlicher Rohrabschnitte die Schaltklappe angeordnet ist. In der Ausführung mit insgesamt vier Rohrabschnitten können zwei unterschiedliche Fluidströme gleichzeitig durch das Verzweigungsstück geleitet werden. Je nach Position der Schaltklappe können die zwei getrennten Fluidströme beispielsweise über den gleichen Rohrabschnitt eingeleitet, jedoch über unterschiedliche Rohrabschnitte abgeleitet werden. Die zwei unterschiedlichen Fluidströme können die gleiche Fluidart oder unterschiedliche Fluidarten und bei gleicher Fluidart gleiche oder unterschiedliche Fluidzusammensetzungen aufweisen.
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Das Strömungssystem kann zwei, drei, vier oder mehr Verzweigungsrohrstücke umfassen, die vorteilhafterweise so übereinanderliegend positioniert sind, dass eine geradlinige Stellstange durch die Verzweigungen in sämtlichen Verzweigungsrohrstücken geführt ist. Alternativ hierzu ist es auch möglich, dass nur ein Teil der Verzweigungsrohrstücke mit ihren Verzweigungen in einer Linie liegen und ein weiterer Teil der Verzweigungsrohrstücke in einer zweiten Linie angeordnet sind.
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Die Stellstange ist, gemäß einer vorteilhaften Ausführung, einstückig und durchgehend ausgebildet. Alternativ hierzu ist es auch möglich, dass die Stellstange mehrteilig ausgebildet ist und sich aus mindestens zwei Stellstangenabschnitten zusammensetzt, die jedoch kinematisch drehfest gekoppelt sind. Die mehrteilige Stellstange kann entweder geradlinig ausgeführt sein oder mindestens zwei Stellstangenabschnitte aufweisen, die entweder parallel versetzt oder winklig zueinander angeordnet sind. Die kinematische Kopplung zwischen den Stellstangenabschnitten ermöglicht es, verschiedene kinematische Übersetzungen und gegebenenfalls eine Drehrichtungsumkehrung zu realisieren, beispielsweise über eine entsprechende Verzahnung oder ein Getriebe. Es ist zum Beispiel möglich, eine zweiteilige Stellstange vorzusehen, wobei die beiden Stellstangenabschnitte über eine Verzahnung bzw. ein Getriebe gekoppelt sind, das einen Drehrichtungswechsel bewirkt. In dieser Ausführung verstellen sich bei einer Drehung der Stellwelle die Schaltklappen am ersten Stellstangenabschnitt in eine erste Drehrichtung und die Klappen am zweiten Stellstangenabschnitt in die entgegengesetzte Drehrichtung. Die beiden Stellstangenabschnitte können koaxial zueinander angeordnet sein, achsparallel verlaufen oder winklig zueinander ausgerichtet sein.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung führt die Stellstange als Stellbewegung eine Drehbewegung um die Stellstangenlängsachse aus. Vorteilhafterweise handelt es sich um eine ausschließliche Drehbewegung. Bei einer mehrteiligen Stellstange wird, gemäß weiterer bevorzugter Ausführung, nur ein Stellstangenabschnitt mit einer Stellbewegung beaufschlagt, wobei die Stellbewegung über die kinematische Kopplung auf den zweiten Stellstangenabschnitt übertragen wird.
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In alternativer Ausführung ist es auch möglich, als Stellbewegung eine translatorische Verschiebebewegung der Stellstange auszuführen. Des Weiteren kommen auch Kombinationen von rotatorischen und translatorischen Stellbewegungen der Stellstange in Betracht. Bei translatorischen Stellbewegungen verläuft diese bevorzugt in Richtung der Längsachse der Stellstange.
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Gemäß noch einer weiteren zweckmäßigen Ausführung befindet sich im Rohrstückgehäuse des Verzweigungsrohrstücks eine Einstecköffnung, über die die Schaltklappe in die Verzweigung im Rohrstückgehäuse eingeführt werden kann. Die Einstecköffnung ist von einem Gehäusedeckel verschließbar, der außerdem zur Lagerung der Stellstange dient. Es kann zweckmäßig sein, zwischen dem Gehäusedeckel und der Einstecköffnung ein Dichtungselement anzuordnen, um Strömungsdichtigkeit bei eingesetztem Gehäusedeckel sicherzustellen. Der Gehäusedeckel bildet in dieser Ausführung ein Lagerteil für die Stellstange, die eine zusätzliche Abstützung im Gehäusedeckel erfährt.
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Es kann zweckmäßig sein, dass die Schaltklappen zumindest abschnittsweise Träger von Dichtungsmaterial sind, um in den verschiedenen Schaltpositionen Strömungsdichtigkeit zwischen dem Außenrand der Schaltklappe und der Innenwand im Rohrstückgehäuse herzustellen. In alternativer Ausführung kann auf Dichtungsmaterial auch verzichtet werden; die Strömungsdichtigkeit wird in diesem Fall durch den Kontakt zwischen der Außenkontur der Schaltklappe und der Innenwand des Rohrstückgehäuses hergestellt.
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In bevorzugter Ausführung sind die Schaltklappen aus einem Kunststoffmaterial hergestellt. Gegebenenfalls kommt auch ein sonstiges Material für die Schaltklappe in Betracht, beispielsweise ein Metallwerkstoff. Die Stellstange besteht vorteilhafterweise aus einem Metallwerkstoff, gegebenenfalls kommt für die Stellstange auch ein Kunststoffmaterial in Betracht.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung sind mehrere Verzweigungsrohrstücke, vorzugsweise sämtliche Verzweigungsrohrstücke des Strömungssystems als eigenständige und voneinander unabhängige Bauteile ausgeführt. Die Verzweigungsrohrstücke können gegebenenfalls in einem aufnehmenden Gehäuse angeordnet sein, in das die Verzweigungsrohrstücke eingesetzt werden.
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In alternativer Ausführung ist es auch möglich, dass mindestens zwei oder gegebenenfalls sämtliche Verzweigungsrohrstücke Teil eines gemeinsamen Gehäuses sind. In noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung können zwei oder mehrere Verzweigungsrohrstücke, jedoch nicht sämtliche Verzweigungsrohrstücke, einen zusammenhängenden Cluster bilden, in welchem mindestens zwei Verzweigungsrohrstücke, die voneinander strömungsunabhängig ausgebildet sind, ein gemeinsames Gehäuse aufweisen.
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In noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung sind die Rohrstückgehäuse von zwei Verzweigungsrohrstücken separat ausgebildet, jedoch unmittelbar miteinander verbunden, beispielsweise über eine Steckverbindung.
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Die Stellstange kann von einem Aktuator zwischen den verschiedenen Schaltpositionen verstellt werden. Der Aktuator ist beispielsweise elektromagnetisch ausgebildet oder als ein Elektromotor. Der Aktuator kann, gemäß weiterer vorteilhafter Ausführung, am Rohrstückgehäuse eines Verzweigungsrohrstücks angeordnet und gehalten sein. Gemäß einer bevorzugten Ausführung ist der Aktuator am Gehäusedeckel des Rohrstückgehäuses angeordnet und gehalten.
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Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist die Stellstange Träger eines Schaltelements für mindestens einen elektrischen Schalter, über den ein elektrisch betätigbares Bauteil oder eine Baueinheit ein- bzw. ausschaltbar ist. Das Schaltelement wird bei der Stellbewegung der Stellstange mitbewegt und schaltet bei der Stellbewegung das Schaltelement ein bzw. aus. Diese Ausführung ermöglicht es, eine elektrische Baueinheit zeitgleich und selbsttätig mit dem Verstellen der Schaltklappen ein- bzw. auszuschalten. Beispielsweise ist es möglich, dass bei einer Ausführung des Strömungssystems als Klimaanlage bzw. einer Integration des Strömungssystems in eine Klimaanlage eine Heizungs- oder Kühlungseinheit über die Stellbewegung der Stellstange ein- oder ausgeschaltet wird.
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Gegebenenfalls werden mehrere elektrische Baueinheiten über ein oder mehrere Schaltelemente an der Stellstange ein- und ausgeschaltet.
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Figurenliste
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
- 1 eine Explosionsdarstellung eines Strömungssystems für Fluide mit einer Umschalteinrichtung,
- 2 einen Schnitt durch zwei Verzweigungsrohrstücke des Strömungssystems mit darin angeordneten Schaltklappen,
- 3 ein Verzweigungsrohrstück in Y-Ausführung,
- 4 ein Verzweigungsrohrstück in T-Ausführung,
- 5 ein Verzweigungsrohrstück in kreuzförmiger Ausführung,
- 6 ein Verzweigungsrohrstück in X-Ausführung,
- 7 eine schematische Darstellung von drei in einer Reihe angeordneten Verzweigungsrohrstücken mit integrierten Schaltklappen, die über eine gemeinsame Stellstange verstellbar sind,
- 8 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Strömungssystems mit zwei Verzweigungsrohrstücken mit integrierten Schaltklappen und einer zweigeteilten Stellstange, deren Stellstangenabschnitte über eine Verzahnung gekoppelt sind,
- 9 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Strömungssystems mit mehreren in Reihe angeordneten Verzweigungsrohrstücken mit integrierten Schaltklappen und einer gemeinsamen Stellstange, die zusätzlich Träger eines Schaltelements zum Ein- und Ausschalten elektrischer Baueinheiten ist.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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In 1 ist ein Strömungssystem 1 dargestellt, das beispielsweise Bestandteil einer Klimaanlage in einem Fahrzeug oder einem Gebäude ist. Das Strömungssystem 1 umfasst zwei Verzweigungsrohrstücke 2, die baugleich aufgebaut sind und jeweils in einem Rohrstückgehäuse 3 vier Rohrabschnitte 4 aufweisen, die X-förmig angeordnet sind. Die vier Rohrabschnitte 4 erstrecken sich vom Innenraum des Rohrstückgehäuses 3 radial nach außen; der Innenraum im Rohrstückgehäuse 3 bildet eine Verzweigung für die vier Rohrabschnitte 4.
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Die beiden Verzweigungsrohrstücke 2 sind als eigenständige und voneinander unabhängige Bauteile ausgeführt. Die Rohrstückgehäuse 3 der Verzweigungsrohrstücke 2 hängen jedoch zusammen und können durch geeignete Maßnahmen wie Stecken, Kleben, Verschrauben oder dergleichen verbunden sein.
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Das Strömungssystem 1 umfasst außerdem eine Umschalteinrichtung 5 mit jeweils einer Schaltklappe 6 pro Verzweigungsrohrstück 2, einer Stellstange 7 und einem Aktuator 8. Jede Schaltklappe 6 ist in der Verzweigung im Innenraum jedes Verzweigungsrohrstücks 2 angeordnet und kann zwischen einer ersten Schaltposition, in der eine erste Strömungsführung durch das Verzweigungsrohrstück 2 realisiert ist, und einer zweiten Schaltposition verstellt werden, in der eine zweite Strömungsführung durch das Verzweigungsrohrstück 2 gegeben ist. So ist es beispielsweise möglich, durch jedes Verzweigungsrohrstück 2 in jeder Schaltposition der Schaltklappe 6 zwei Fluidströme hindurchzuleiten, wobei in der ersten Schaltposition der Schaltklappe 6 der erste Fluidstrom beispielhaft durch die Rohrabschnitte 4a und 4b und der zweite Fluidstrom durch die Rohrabschnitte 4c und 4d geführt ist und in der zweiten Schaltposition der erste Fluidstrom durch die Rohrabschnitte 4a und 4d und der zweite Fluidstrom durch die Rohrabschnitte 4b und 4c geführt ist. In jeder Schaltposition sind die beiden Fluidströme durch jedes Verzweigungsrohrstück 2 strömungsdicht voneinander separiert.
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Die Schaltklappen 6 sind drehfest auf der Stellstange 7 angeordnet. Die Stellstange 7 ist um ihre Längsachse verdrehbar, so dass bei einer Stellbewegung der Stellstange 7 auch die Schaltklappen 6 eine entsprechende Drehbewegung zwischen ihren Schaltpositionen durchführen. Die Betätigung der Stellstange 7 erfolgt über den Aktuator 8, der beispielsweise elektromagnetisch ausgeführt ist.
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Die Stellstange 7 ist zweiteilig ausgebildet und umfasst einen ersten Stellstangenabschnitt 7a, der Träger der ersten Schaltklappe 6 ist, und einen zweiten Stellstangenabschnitt 7b, der Träger der zweiten Schaltklappe 6 ist. Die beiden Stellstangenabschnitte 7a und 7b sind kinematisch miteinander gekoppelt. Zu diesem Zweck sind sie an einander zugewandten Enden der Stellstangenabschnitte 7a und 7b mit jeweils einer Lagerbuchse 9 versehen, wobei die Lagerbuchsen 9 zur Herstellung der kinematischen Kopplung ineinandergreifen und in Drehrichtung formschlüssig verbunden sind. Auch die kinematische Verbindung des ersten Stellstangenabschnittes 7a mit dem Aktuator 8 erfolgt über eine Lagerbuchse 9.
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In das Rohrstückgehäuse 3 jedes Verzweigungsrohrstücks 2 ist eine seitliche Einstecköffnung 10 eingebracht, über die die Schaltklappe 6 in den Bereich der Verzweigung im Innenraum des Rohrstückgehäuses eingeführt werden kann. Die Einstecköffnung ist von einem Gehäusedeckel 11 zu verschließen, wobei für eine dichte Verbindung zwischen Einstecköffnung 10 und Gehäusedeckel 11 ein ringförmiges Dichtelement 12 eingesetzt wird. Der erste Gehäusedeckel 11 ist außerdem Träger des Aktuators 8, der über Schrauben 13 an der Außenseite des Gehäusedeckels 11 angeschraubt ist. Jeder Gehäusedeckel 11 bildet außerdem eine Lagerstelle für die Stellstangenabschnitte 7a, 7b. Zumindest der erste Stellstangenabschnitt 7a ist durch den zugeordneten Gehäusedeckel 11 hindurchgeführt, wobei das hindurchgeführte Ende des Stellstangenabschnittes 7a mit dem Aktuator 8 verbunden ist.
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In 2 sind die beiden Verzweigungsrohrstücke 2 mit jeweils integrierter Schaltklappe 6 im Schnitt dargestellt. Die Verbindung zwischen dem ersten Stellstangenabschnitt 7a und dem zweiten Stellstangenabschnitt 7b erfolgt über ineinandergreifende Lagerbuchsen 9, die in Drehrichtung formschlüssig gekoppelt sind. Das gegenüberliegende Ende des ersten Stellstangenabschnittes 7a ist ebenfalls mit einer Lagerbuchse 9 versehen, die in Drehrichtung formschlüssig mit dem Aktuatur 8 gekoppelt ist.
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In den 3 bis 6 sind verschiedene Ausführungsbeispiele von Verzweigungsrohrstücken 2 dargestellt. In 3 weist das Verzweigungsrohrstück 2 insgesamt drei Rohrabschnitte 4a, 4b und 4c auf, die Y-förmig angeordnet sind und je nach Schaltposition der Schaltklappe 6 zwei unterschiedliche Strömungsrichtungen durch die Rohrabschnitte 4a, 4c (durchgezogene Linie) oder durch die Rohrabschnitte 4a, 4b (strichlierte Linie) ermöglichen. Dargestellt ist die Strömungsrichtung vom ersten Rohrabschnitt 4a kommend in den zweiten Rohrabschnitt 4b bzw. in den dritten Rohrabschnitt 4c.
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Auch in 4 besitzt das Verzweigungsrohrstück 2 insgesamt drei verschiedene Rohrabschnitte 4, die zur T-Form angeordnet sind. In der ersten Schaltstellung der Schaltklappe 6 (durchgezogene Linie) wird das Fluid vom Rohrabschnitt 4c kommend in den Rohrabschnitt 4a geleitet, in der zweiten Schaltposition der Schaltklappe 6 (strichlierte Linie) wird das Fluid von dem Rohrabschnitt 4b kommend zu dem Rohrabschnitt 4a geleitet.
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In den 5 und 6 besitzt das Verzweigungsrohrstück 2 jeweils vier Rohrabschnitte 4a, 4b, 4c, 4d, die in 5 kreuzförmig und in 6 X-förmig angeordnet sind. Diese Ausführung ermöglicht es, gleichzeitig zwei separate Fluidströme durch das Verzweigungsrohrstück 2 zu leiten. Dargestellt sind mit durchgezogener Linie die erste Schaltposition der Schaltklappe 6 und die zugeordneten Fluidströme und mit strichlierter Linie die zweite Schaltposition der Schaltklappe 6 und die zugeordneten Fluidströme.
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In 7 ist schematisch ein Strömungssystem 1 dargestellt, bei dem mehrere Y-förmige Verzweigungsrohrstücke 2 mit jeweils drei Rohrabschnitten übereinanderliegend angeordnet sind, wobei die Schaltklappen 6 in der Verzweigung in den Verzweigungsrohrstücken 2 von einer gemeinsamen Stellstange 7 verstellt werden. An einem Ende der Stellstange 7 befindet sich ein Aktuator, der der Stellstange 7 eine rotatorische Drehbewegung um die Stellstangenlängsachse aufprägt, wodurch die gewünschte Schaltklappenbewegung der Schaltklappen 6 ausgelöst wird.
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In 8 ist ein Strömungssystem 1 dargestellt, das eine zweiteilige Stellstange mit einem ersten Stellstangenabschnitt 7a, an dem der Aktuator angeordnet ist, und einem zweiten Stellstangenabschnitt 7b aufweist. Die beiden Stellstangenabschnitte 7a, 7b sind kinematisch über eine Verzahnung 14 gekoppelt. Die Verzahnung 14 bewirkt eine Drehrichtungsumkehr, so dass der zweite Stellstangenabschnitt 7b eine entgegengesetzte Drehbewegung zum ersten Stellstangenabschnitt 7a ausführt. Jeder Stellstangenabschnitt 7a, 7b betätigt eine Schaltklappe 6 in einem Verzweigungsrohrstück 2. Die Verzweigungsrohrstücke 2 sind unterschiedlich ausgebildet mit drei bzw. vier Rohrabschnitten.
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In 9 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Strömungssystems 1 dargestellt, das grundsätzlich den gleichen Aufbau wie in 7 aufweist. Zusätzlich ist in 9 an einem stirnseitigen Trägerabschnitt 7c der Stellstange 7 ein Schaltelement 15 angeordnet, das bei einer Drehung der Stellstange 7 elektrische Baueinheiten 16 ein- und ausschaltet. Bei einer Drehung der Stellstange 7 gelangt das Schaltelement in Kontakt bzw. außer Kontakt mit einem elektrischen Schaltkreis in den Baueinheiten 16, so dass der Schaltkreis geschlossen bzw. geöffnet wird. Dies ermöglicht es, die Drehbewegung der Stellstange 7 automatisch mit Ein- und Auschalten der elektrischen Baueinehiten 16 zu verbinden. Über den Umfang verteilt können mehrere derartige Baueinheiten 16 vorhanden sein. Bei den Baueinheiten 16 handelt es sich beispielsweise um Erzeugungseinheiten zur Erzeugung eines Kaltluft- oder Warmluftstroms.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4228334 A1 [0002]
- DE 102004063017 A1 [0003]
- EP 2030818 B1 [0004]
