DE102019214064A1

DE102019214064A1 - Ventileinheit

Info

Publication number: DE102019214064A1
Application number: DE102019214064.5A
Authority: DE
Inventors: David Moczko; Florian Muhrer; Werner Schadler
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2019-09-16
Filing date: 2019-09-16
Publication date: 2021-03-18

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ventileinheit (1), die insbesondere in einer Vorrichtung zur Entlüftung eines Kurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine verwendet werden kann.Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, ein Ventilmodul (50) thermisch unmittelbar mit einem ersten Heizelement (5) zu verbinden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ventileinheit, die insbesondere in einer Vorrichtung zur Entlüftung eines Kurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine verwendet werden kann.
Eine solche Ventileinheit umfasst eine Fluidleitung, die zur Strömungsführung eines Fluids ausgebildet ist, wobei die Fluidleitung einen ersten Teilbereich und einen zweiten Teilbereich aufweist, zwischen denen ein Ventilkörper vorgesehen ist. Der Ventilkörper weist eine Sperrstellung und eine Offenstellung auf, wobei der Ventilkörper in der Sperrstellung den ersten Teilbereich und den zweiten Teilbereich der Fluidleitung fluiddicht voneinander trennt bzw. die Fluidleitung fluiddicht verschließt. In der Offenstellung des Ventilkörpers kann ein Fluid vom ersten Teilbereich in den zweiten Teilbereich oder umgekehrt strömen.
Da solche Ventileinheiten beim Einsatz in Brennkraftmaschinen niedrigen Umgebungstemperaturen ausgesetzt sein können, kann es dazu kommen, dass das Fluid in der Fluidleitung einfriert und somit den Strömungsquerschnitt der Fluidleitung reduziert als auch die Funktionalität des Ventilkörpers dahingehend beeinträchtigt, dass dieser beispielsweise aus der Sperrstellung nicht mehr in die Offenstellung überführt werden kann. Dies kann zu einer Beschädigung der Brennkraftmaschine führen, da eine Kurbelgehäuseentlüftung nicht mehr oder nur noch eingeschränkt möglich ist.
Aus der DE 10 2009 017 658 B4 ist eine eingangs genannte Ventileinheit bekannt, die zusätzlich eine Heizvorrichtung mit wenigstens einem Heizelement und wenigstens einem Wärmeleitmittel zur Temperierung wenigstens einer Innenwandung der Fluidleitung aufweist. Ferner sieht die DE 10 2009 017 658 B4 einen Ventilkörper und wenigstens einen Ventilsitz für den Ventilkörper zum Verschließen der Fluidleitung vor, wobei der Ventilkörper beim Aufsitzen auf dem Ventilsitz mittelbar oder unmittelbar in Wärmekontakt mit dem Wärmeleitmittel steht.
Nachteilig am bekannten Stand der Technik ist, dass das Wärmeleitmittel, der Ventilsitz und die Fluidleitung untereinander und im Vergleich zum Ventilkörper unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. Um eine ausreichende Erwärmung des Ventilkörpers zu erzielen, ist bei einem mittelbaren oder unmittelbaren Wärmekontakt zwischen Ventilkörper und Wärmeleitmittel eine hohe Wärmestromdichte erforderlich, die auch zu einer erheblichen Erwärmung von Bauteilen in der Umgebung des Ventilkörpers führt. Dabei ist diese Erwärmung ausreichend, um signifikante temperaturabhängige Ausdehnungsänderungen der jeweiligen Bauteile hervorzurufen, sodass Leckagen entstehen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ventileinheit der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass unerwünschte Leckagen vermieden werden.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, ein Ventilmodul thermisch unmittelbar mit einem ersten Heizelement zu verbinden.
Die erfindungsgemäße Ventileinheit weist wenigstens eine Fluidleitung mit einem Innenflächenbereich zur Strömungsführung eines Fluides auf. Die Fluidleitung kann aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff, wie beispielsweise Kunststoff, ausgebildet sein.
Die Ventileinheit sieht wenigstens eine Heizvorrichtung zur Temperierung wenigstens eines Teilbereiches des Innenflächenbereiches der Fluidleitung vor.
Die Heizvorrichtung weist wenigstens ein erstes Heizelement zur Umwandlung von elektrischer Energie in Wärme auf. Hierfür kann die Heizvorrichtung geeignete elektrische Verbindungen zwischen dem ersten Heizelement und einer elektrischen Energiequelle zur Verfügung stellen. Ferner kann es vorgesehen sein, dass das erste Heizelement als PTC-Element ausgebildet ist. Ein PTC-Element ist ein temperaturabhängiger Widerstand mit einem positiven Temperaturkoeffizienten (PTC = Positive Temperature Coefficient), wobei zwischen dem elektrischen Widerstand und der Temperatur des PTC-Elementes ein nichtlinearer Zusammenhang vorliegt. Wird eine Grenztemperatur überschritten, steigt mit zunehmender Temperatur der Widerstand des PTC-Elementes nichtlinear an. Hierdurch ist eine Regulierung der entstehenden Heizleistung möglich.
Ferner weist die Heizvorrichtung wenigstens ein Wärmeleitelement zum Wärmetransport der Wärme vom ersten Heizelement zum Innenflächenbereich auf. Wärmeleitelemente können Elemente sein, die geeignet sind, Wärme zu leiten, wobei dies insbesondere metallische Körper und/oder wärmeleitende Kunststoffe sein können. Ein Heizelement kann unmittelbar elektrisch leitend und/oder unmittelbar oder mittelbar wärmeleitend mit dem Wärmeleitelement verbunden sein. Ein Heizelement kann unmittelbar mechanisch oder mittelbar mechanisch kontaktierend am Wärmeleitelement anliegen. Das Wärmeleitelement kann wenigstens teilweise innerhalb einer Wandung der Fluidleitung angeordnet sein.
Die Ventileinheit weist wenigstens ein Ventilmodul auf, das einen Ventilkörper und/oder einen Ventilsitz ausbildet, wobei wenigstens ein Teilbereich des Ventilmoduls zum fluiddichten Verschließen der Fluidleitung ausgebildet ist.
Der Ventilkörper kann zum fluiddichten Verschließen der Fluidleitung ausgebildet sein. Der Ventilkörper kann eine Sperrstellung und eine Offenstellung aufweisen, wobei der Ventilkörper in der Sperrstellung einen ersten Teilbereich und einen zweiten Teilbereich der Fluidleitung fluiddicht voneinander trennt bzw. die Fluidleitung fluiddicht verschließt. In der Offenstellung des Ventilkörpers kann ein Fluid vom ersten Teilbereich in den zweiten Teilbereich oder umgekehrt strömen. Der Ventilkörper kann als Rückschlagventil ausgebildet sein. Der Ventilkörper kann fluiddichtend an dem Ventilsitz angeordnet sein. Der Ventilsitz kann integral durch die Fluidleitung ausgebildet sein. Der Ventilsitz kann separat bezüglich der Fluidleitung ausgebildet sein. Der Ventilkörper kann einstückig und/oder einteilig und/oder monolithisch ausgebildet sein, wobei ein Übergang von der Sperrstellung in die Offenstellung oder umgekehrt durch eine Biegung wenigstens eines Materialabschnittes des Ventilkörpers ausbildbar sein kann.
Das Ventilmodul ist thermisch unmittelbar mit dem ersten Heizelement verbunden. Unter unmittelbar thermisch ist zu verstehen, dass entweder der Ventilkörper oder der Ventilsitz einstückig ausgeführt ist und mit einem Teilbereich das erste Heizelement berührt, um einen thermischen Kontakt herzustellen, oder dass der Ventilkörper oder der Ventilsitz mehrstückig ausgebildet ist, wobei Teilbereiche des Ventilkörpers oder des Ventilsitzes, die eine thermische Verbindung bis zum ersten Heizelement herstellen, einen gleichartigen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. Es kann auch vorgesehen sein, dass diese Teilbereiche des Ventilkörpers oder des Ventilsitzes im Wesentlichen identische Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. Hierunter kann zu verstehen sein, dass das Ventilmodul, insbesondere der Ventilkörper und/oder der Ventilsitz, das erste Heizelement unmittelbar mechanisch kontaktiert und/oder wärmeübertragend kontaktiert. Das Ventilmodul, insbesondere der Ventilkörper und/oder der Ventilsitz, kann hierfür einen integral ausgebildeten Wärmeübertragerkörperabschnitt ausbilden, der das erste Heizelement unmittelbar mechanisch kontaktiert und/oder wärmeübertragend kontaktiert.
Über die unmittelbare thermische Verbindung mit dem ersten Heizelement kann das Ventilmodul, insbesondere der Ventilkörper und/oder der Ventilsitz, temperiert werden. Hierdurch wird vermieden, dass sich Bauteile der Fluidleitung aufgrund einer unerwünschten Erwärmung ausdehnen und zu Leckagen führen. Ein weiterer Vorteil ist, dass das Ventilmodul, insbesondere der Ventilkörper und/oder der Ventilsitz, nicht nur in der Sperrstellung erwärmt wird, sondern auch wenn es in der Offenstellung ist. Somit lassen sich Temperaturschwankungen des Ventilkörpers und/oder des Ventilsitzes, deutlich reduzieren. Folglich können durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Ventileinheit Leckagen auch bei niedrigen Umgebungstemperaturen vermieden werden. Eine Vorrichtung zur Entlüftung eines Kurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Ventileinheit ermöglicht einen zuverlässigen Betrieb über einen weiten Temperaturbereich. Es kann eine Vorrichtung zur Entlüftung eines Kurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Ventileinheit ausgebildet sein.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist vorgesehen, dass der Ventilkörper und/oder der Ventilsitz thermisch unmittelbar mit dem ersten Heizelement verbunden ist.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist vorgesehen, dass das erste Heizelement als geregeltes Heizelement, insbesondere als selbstregulierendes Heizelement, insbesondere als selbstregulierendes PTC-Heizelement, ausgebildet ist, oder dass das erste Heizelement als ungeregeltes Heizelement, insbesondere als Heizwiderstand und/oder als Heizspule, ausgebildet ist. Das erste Heizelement kann als PTC-Modul mit wenigstens einem PTC-Element oder wenigstens einem PTC-Heizelement ausgebildet sein. Ein selbstregulierendes Heizelement, insbesondere als selbstregulierendes PTC-Heizelement, kann als Vorwiderstand eines ungeregelten Heizelementes genutzt werden, wenn das selbstregulierende Heizelement, insbesondere das selbstregulierende PTC-Heizelement, und das ungeregelte Heizelemente elektrisch in Reihe geschaltet sind. Unter den Begriffen in Reihe geschaltet oder parallel geschaltet kann eine elektrische Verschaltung in Reihe bzw. eine elektrische parallel Verschaltung verstanden werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist vorgesehen, dass der Ventilkörper eine Offenstellung und eine Sperrstellung aufweist, wobei der Ventilkörper wenigstens eine erste Ausnehmung aufweist, die in der Offenstellung des Ventilkörpers von einem Fluid durchströmbar ist. Der Ventilkörper kann über ein Anschlagelement, welches im Vergleich zum Ventilkörper einen geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, an der Fluidleitung angeordnet sein. Der Ventilkörpers kann durch die erste Ausnehmung so ausgebildet sein, dass sich ein federnder Bereich ausbildet, der eine Rückstellkraft zur Verfügung stellen kann. Hierdurch kann der Ventilkörper eine Sperrstellung und eine Offenstellung aufweisen, wobei in der Sperrstellung die Fluidleitung fluiddicht verschlossen ist, wobei in der Offenstellung das Fluid wenigstens durch einen Teilbereich der ersten Ausnehmung des Ventilkörpers strömen kann. Vorteilhaft an dieser Ausgestaltung des Ventilkörpers ist, dass im Vergleich zum Stand der Technik weniger Bauteile benötigt werden und auch die Produktion der Ventileinheit einfacher und kostengünstiger ist. Ein zusätzlicher Vorteil ist, dass der Ventilkörper eine vergleichsweise geringe Materialdicke aufweisen kann, sodass der elektrische Widerstand begrenzt werden kann, sodass nur eine relativ geringe elektrische Spannung nötig ist, um die gewünschte Erwärmung des Ventilkörpers zu erzielen. Der Ventilkörper kann einen im Wesentlichen runden Querschnitt aufweisen.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist vorgesehen, dass der Ventilkörper wenigstens eine zweite Ausnehmung aufweist. Durch die zweiten Ausnehmung kann der Strömungswiderstand des Ventilkörpers in der Offenstellung reduziert werden, da das Fluid durch eine größere Freifläche bzw. Öffnungsfläche strömen kann. Die erste Ausnehmung und die zweite Ausnehmung können voneinander durch Material des Ventilkörpers beabstandet ausgebildet sein.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist vorgesehen, dass die zweite Ausnehmung die erste Ausnehmung wenigstens teilweise umschließt.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist vorgesehen, dass die erste Ausnehmung und/oder die zweite Ausnehmung teilweise C-förmig ausgebildet ist. Das Materialsegment des Ventilkörpers, das zwischen den Enden der der jeweiligen C-förmig ausgebildeten Ausnehmung ausgebildet ist, kann den federnden Teilbereich des Ventilkörpers ausbilden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist vorgesehen, dass wenigstens eine C-förmig ausgebildete Ausnehmung zwei bogenförmige Arme aufweist, die durch einen U-förmigen Zwischenbereich verbunden sind. Durch den U-förmigen Zwischenbereich kann der Strömungswiderstand des Ventilkörpers weiter reduziert werden, da das Fluid in der Offenstellung des Ventilkörpers durch eine vergrößerte Freifläche strömen kann.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist vorgesehen, dass die erste Ausnehmung und die zweite Ausnehmung im Wesentlichen konzentrisch zueinander ausgerichtet sind. Es kann auch vorgesehen sein, dass die erste Ausnehmung und die zweite Ausnehmung um 180° zueinander verdreht sind, sodass Materialsegmente des Ventilkörpers zwischen den Enden der C-förmigen Ausnehmungen im Wesentlichen gegenüber liegen, insbesondere sich in Radial gegenüber liegen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist vorgesehen, dass die Fluidleitung einen ersten Innendurchmesser und einen zweiten Innendurchmesser aufweist, wobei der erste Innendurchmesser kleiner ist als der zweite Innendurchmesser. Der Ventilköper weist einen Ringbereich auf. Der Ringbereich weist einen Erstdurchmesser auf, der dem ersten Innendurchmesser der Fluidleitung entspricht. Der Ringbereich weist einen Zweitdurchmesser aufweist, der dem zweiten Innendurchmesser der Fluidleitung entspricht, wobei Ausnehmungen nur im Ringbereich zwischen Erstdurchmesser und Zweitdurchmesser ausgebildet sind. Somit ist es möglich, dass der Ventilkörper in der Sperrstellung die Fluidleitung fluiddicht verschließt, da federnde Bereiche des Ventilkörpers wenigstens einen Teilbereich, insbesondere den Bereich innerhalb des Erstdurchmessers, an die Fluidleitung drücken. In der Offenstellung hingegen liegt dieser Teilbereich des Ventilkörpers zumindest nicht vollständig an der Fluidleitung an, sodass das Fluid über die Ausnehmungen hindurchströmen kann.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist vorgesehen, dass das Wärmeleitelement integral durch den Ventilkörper ausgebildet ist. Mit anderen Worten ausgedrückt, kann der Ventilkörper einteilig und/oder einstückig und/oder monolithisch mit dem Wärmeleitelement ausgebildet sein. Hierdurch kann die Bauteilzahl der Ventilvorrichtung sowie die Herstellungskosten der Ventilvorrichtung reduziert werden. Zusätzlich wird die Herstellung der Ventilvorrichtung vereinfacht.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist vorgesehen, dass der Ventilkörper als Stanzkörper und/oder als Tiefziehteil ausgebildet ist. Ein Teilbereich des Ventilkörpers kann als Stanzkörper und ein Teilbereich des Ventilkörpers kann als Tiefziehteil ausgebildet sein. Der Ventilkörper kann als Stanzkörper mit wenigstens einem Ausstanzbereich ausgebildet sein. Der Ventilkörper kann als Stanzkörper und/oder als Tiefziehteil aus einem metallischen Werkstoff ausgebildet sein. Dies ermöglicht eine kostenoptimierte Fertigung. Der Ventilkörper kann als Stanzblechkörper ausgebildet sein.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist vorgesehen, dass die erste Ausnehmung als Ausstanzabschnitt ausgebildet ist, und/oder dass das die zweite Ausnehmung als Ausstanzabschnitt ausgebildet ist. Dies ermöglicht eine kostenoptimierte Fertigung.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
Dabei zeigen, jeweils schematisch,

1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ventileinheit,
2 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ventileinheit,
3 eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ventileinheit,
4 eine vierte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ventileinheit,
5 eine fünfte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ventileinheit,
6 eine sechste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ventileinheit,
7 eine siebte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ventileinheit,
8 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ventilkörpers,
9 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ventilkörpers,
10 eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ventilkörpers,
11 den Ventilkörper der 10 mit geschwärzten Flächen,
12 den Ventilkörper der 10 mit gestrichelter Begrenzung,
13 eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ventilkörpers,
14 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Ventileinheit,
15 ein erfindungsgemäße Ventileinheit mit zwei unterschiedlichen Innendurchmessern,
16 ein weitere erfindungsgemäße Ventileinheit mit zwei unterschiedlichen Innendurchmessern.
17 einen perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Ventilkörpers.

Wie in der 1 dargestellt ist, weist eine erfindungsgemäße Ventileinheit 1 eine Fluidleitung 2 auf, die schematisch im Längsschnitt dargestellt ist. Durch die Fluidleitung 2 kann ein nicht dargestelltes Fluid strömen, wobei das Fluid mit einem Innenflächenbereich 3 in Kontakt stehen kann und/oder dieses benetzen kann. Es kann auch vorgesehen sein, dass zwischen dem Fluid und dem Innenflächenbereich 3 wenigstens teilweise ein Wärmeleitelement 6 angeordnet ist. Es ist jedoch auch denkbar, dass das Wärmeleitelement 6 vollständig oder teilweise in einer Wandung der Fluidleitung 2 integriert ist. Die Fluidleitung 2 kann beispielsweise aus einem elektrisch isolierenden Material, wie Kunststoff, ausgebildet sein. Das Wärmeleitelement 6 kann aus einem metallischen Material sein, das im Vergleich zum Material der Fluidleitung 2 eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist.
Die Ventileinheit 1 weist eine Heizvorrichtung 4 auf, die wenigstens Anschlusskontakte zur elektrischen Verbindung mit einer elektrischen Energiequelle 19 aufweisen kann, wobei es auch denkbar ist, dass die Heizvorrichtung 4 eine elektrische Energiequelle 19 umfasst. Ferner umfasst die Heizvorrichtung 4 ein erstes Heizelement 5, das beispielsweise als PTC-Element ausgebildet sein kann. Das erste Heizelement 5 ist elektrisch leitend und wärmeleitend mit dem Wärmeleitelement 6 verbunden. Das Wärmeleitelement 6 ist über eine erste elektrische Verbindungsleitung 20 mit der elektrischen Energiequelle 19 elektrisch leitend verbunden, wobei das erste Heizelement 5 über eine zweite elektrische Verbindungsleitung 21 mit der elektrischen Energiequelle 19 elektrisch leitend verbunden ist. Die erste elektrische Verbindungsleitung 20 kann beispielsweise am positiv geladenen Anschluss der elektrischen Energiequelle 19 angeschlossen sein und die zweite elektrische Verbindungsleitung 21 kann dementsprechend am negativ geladenen Anschluss der elektrischen Energiequelle 19 angeschlossen sein, sodass sich ein elektrischer Stromkreislauf ausbildet.
Fließt ein elektrischer Strom durch das erste Heizelement 5, wird die elektrische Energie durch den elektrischen Widerstand des Heizelement des 5 wenigstens teilweise in Wärme umgewandelt, sodass sich das Heizelement 5 erwärmt und eine Temperatursteigerung verzeichnet. Da das Wärmeleitelement 6 im thermischen Kontakt mit dem Heizelement 5 steht, erwärmt sich auch das Wärmeleitelement 6 nach einer gewissen Zeit, sodass möglicherweise auftretende Vereisungen des Fluids innerhalb der Fluidleitung 2 beseitigt werden können.
Die Ventileinheit 1 umfasst einen Ventilkörper 7 und einen Ventilsitz 51, die beispielsweise gemeinsam ein Ventilmodul 50 ausbilden. Wenigstens ein Teilbereich des Ventilmoduls 50 ist zum fluiddichten Verschließen der Fluidleitung 2 ausgebildet.
Der Ventilkörper 7 kann an der und/oder in der Fluidleitung 2 angeordnet sein kann, wofür die Fluidleitung 2 beispielweise einen Ventilsitz 51 ausbilden kann. Der Ventilkörper 7 kann je nach Strömungsrichtung des Fluids in einer Offenstellung oder in einer Sperrstellung sein. Strömt das Fluid entlang einer ersten Strömungsrichtung 25, wird der Ventilkörper 7 nicht mit Druck beaufschlagt und verbleibt in der Sperrstellung. In dieser Sperrstellung schließt der Ventilkörper 7 die Fluidleitung 2 fluiddicht ab. Strömt das Fluid entlang einer zweiten Strömungsrichtung 26, wird der Ventilkörper 7 mit Druck beaufschlagt und in eine Offenstellung überführt. In dieser Offenstellung kann das Fluid durch Teilbereiche des Ventilkörpers 7 strömen und entweder die Fluidleitung 2 verlassen oder beispielsweise auch in einen weiteren nicht dargestellten Teilbereich der Fluidleitung 2 strömen.
Um die Funktion des Ventilkörpers 7 auch bei niedrigen Umgebungstemperaturen zu gewährleisten, ist der Ventilkörper 7 über eine dritte elektrische Verbindungsleitung 22 mit der ersten elektrischen Verbindungsleitung 20 elektrisch leitend verbunden. Ferner ist der Ventilkörper 7 über eine vierte elektrische Verbindungsleitung 23 mit der zweiten elektrischen Verbindungsleitung 21 elektrisch leitend verbunden. Hierdurch ist der Ventilkörper 7 parallel zum ersten Heizelement 5 geschaltet, wobei der Ventilkörper 7 selbst ein zweites Heizelement ausbildet. Es ist auch denkbar, dass der Ventilsitz 51 als zweites Heizelement ausbildet ist.
In der 2 ist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ventileinheit 1 gezeigt, wobei im Vergleich zu 1 der Ventilkörper 7 und das erste Heizelement 5 nicht parallel, sondern in Reihe geschaltet sind. Hierfür ist der Ventilkörper 7 über die dritte elektrische Verbindungsleitung 22 mit der elektrischen Energiequelle 19 verbunden. Ferner ist der Ventilkörper über die vierte elektrische Verbindungsleitung 23 mit dem ersten Heizelement 5 verbunden. Ist das erste Heizelement 5 als geregeltes Heizelement und/oder selbstgeregeltes Heizelement ausgebildet, so kann in dieser Ausführungsform die Heizleistung des Ventilkörpers 7 mitreguliert werden, ohne dass eine weitere Regelschaltung erforderlich ist.
In der 3 ist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ventileinheit 1 dargestellt, wobei das erste Heizelement 5 elektrisch leitend mit der elektrischen Energiequelle 19 verbunden ist. Die Ventileinheit 7 steht im direkten bzw. unmittelbaren thermischen Kontakt mit den ersten Heizelement 5. Hierfür kann die Ventileinheit 7 eine Lasche und/oder einen Steg aufweisen, der die unmittelbare thermische Verbindung zwischen dem Ventilkörper 7 und dem ersten Heizelement 5 bereitstellt.
In der 4 ist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ventileinheit 1 dargestellt, wobei in der Umgebung des Ventilkörpers 7 ein zweites Heizelement 8 vorgesehen ist. Dieses zweite Heizelement 8 kann beispielsweise eine ungeregelte Heizspule sein, die beispielsweise um wenigstens einen Teilbereich des Ventilkörpers 7 gewickelt ist. Das erste Heizelement 5 und das zweite Heizelement 8 sind über die elektrischen Verbindungsleitungen 20, 22, 23 sowie über das Wärmeleitelement 6 elektrisch leitend mit der elektrischen Energiequelle 19 verbunden, wobei das erste Heizelement 5 und das zweite Heizelement 8 in Reihe geschaltet sind.
In der 5 sind das erste Heizelement 5 und das zweite Heizelement 8 parallel geschaltet, wobei es in diesem Fall bevorzugt vorgesehen sein kann, dass das erste Heizelement 5 als auch das zweite Heizelement 8 jeweils als geregeltes Heizelement, insbesondere als PTC-Element, ausgebildet sein kann.
In der 6 und 7 ist im Vergleich zu den Ausführungsformen der 1 bis 5 kein Wärmeleitelement 6 vorgesehen, sondern das erste Heizelement 5 ist in der Fluidleitung 2 und/oder wenigstens teilweise innerhalb einer Wandung der Fluidleitung 2 angeordnet. Hierdurch ist eine unmittelbare Beheizung der Fluidleitung 2 und/oder des Innenflächenbereiches 3 möglich. Hierbei ist es vorgesehen, dass am Ventilkörper 7 ein zweites Heizelement 8 angeordnet ist, wobei das Heizelement 8 und der Ventilkörper 7 elektrisch leitend und auch wärmeleitend miteinander verbunden sind. Über die elektrischen Verbindungsleitungen 20, 23, 24 sowie über den Ventilkörper 7 sind das erste Heizelement 5 und das zweite Heizelement 8 elektrisch miteinander verbunden und in Reihe geschaltet. Das zweite Heizelement 8 kann als geregeltes Heizelement, insbesondere als PTC-Element, ausgebildet sein.
In der 7 sind das erste Heizelement 5 und das zweite Heizelement 8 über eine thermisch leitende Verbindung 9 miteinander thermisch leitend verbunden, wobei die thermisch leitende Verbindung 9 elektrisch isolierend ausgebildet ist. Hierdurch kann bei der Regelung der Heizleistung des zweiten Heizelementes 8 die Temperatur bzw. die Heizleistung des ersten Heizelementes 5 mit einbezogen werden.
In der 8 ist ein erfindungsgemäßer Ventilkörper 7 gezeigt, der als Stanzkörper ausgebildet ist und eine im Wesentlichen runde Begrenzungskontur aufweist. Der Ventilkörper 7 weist eine erste Ausnehmung 10 und/oder einen ersten Ausstanzbereich 10 auf, der durch zwei bogenförmige Arme 12 ausgebildet ist, die durch einen U-förmigen Bereich 13 miteinander verbunden sind. Ein Bogensegment des U-förmigen Bereiches 13 ist im Vergleich zu den bogenförmigen Armen 12 radial nach außen versetzt. Zwischen den Enden der zwei bogenförmigen Armen 12 ist ein Bereich vorgesehen, der keine Ausstanzung aufweist. Dieser Bereich wirkt wie eine Rückstellfeder, sodass Teilbereiche des Ventilkörpers 7 gegeneinander schwenkbar ausgebildet sind, wenn eine geeignete Krafteinwirkung vorliegt, wobei die beiden Teilbereiche in ihre Ausgangsposition übergehen, wenn keine Krafteinwirkung vorliegt. Diese Krafteinwirkung kann im erfindungsgemäßen Fall durch ein strömendes Fluid bereitgestellt werden.
Die erste Ausnehmung 10 und/oder der erste Ausstanzbereich 10 ist in einem Ringbereich 16 angeordnet, der einen Teilbereich des Ventilkörpers 7 definiert, der sich zwischen einem Erstdurchmesser 17 und einem Zweitdurchmesser 18 befindet. Im Falle der 8 fallen der Durchmesser der Außenkontur des Ventilkörpers 7 und der Zweitdurchmesser 18 zusammen. In der 9 hingegen weist die Außenkontur des Ventilkörpers 7 einen größeren Durchmesser als den Zweitdurchmesser 18 auf.
Der Erstdurchmesser 17 entspricht einem ersten Innendurchmesser 14 der Fluidleitung 2 und derzeit Durchmesser 18 entspricht einem zweiten Innendurchmesser 15 der Fluidleitung 2, wobei der zweite Innendurchmesser 15 größer ist als der erste Innendurchmesser 14. Dies ist beispielhaft in den 15 und 16 dargestellt.
In der 9 ist eine zweite Ausnehmung 11 und/oder ein zweiter Ausstanzbereich 11 vorgesehen, wobei die erste Ausnehmung 10 und/oder der erste Ausstanzbereich 10 als auch die zweite Ausnehmung 11 und/oder der zweite Ausstanzbereich 11 im Ringbereich 16 angeordnet sind. In der 10 ist eine erste Ausnehmung 10 bzw. ein erster Ausstanzbereich 10 und eine zweite Ausnehmung 11 bzw. ein zweiter Ausstanzbereich 11 vorgesehen, wobei der Durchmesser der Außenkontur des Ventilkörpers 7 mit dem Zweitdurchmesser 18 zusammenfällt. Die Materialfläche des Ventilkörpers 7 aus der 10 ist übersichtshalber geschwärzt in der 11 dargestellt, wobei die erste Ausnehmung 10 bzw. der erste Ausstanzbereich 10 und die zweite Ausnehmung 11 bzw. der zweite Ausstanzbereich 11 weiß dargestellt sind.
Wie in der 12 dargestellt ist, weist die zweite Ausnehmung 11 und7oder der zweite Ausstanzbereich 11 zwei bogenförmige Arme 12a auf, die durch einen U-förmigen Zwischenbereich 13a miteinander verbunden sind. Die bogenförmigen Arme 12a der zweiten Ausnehmung 11 bzw. des zweiten Ausstanzbereiches 11 sind im Vergleich zu den bogenförmigen Armen 12 der ersten Ausnehmung 10 bzw. des ersten Ausstanzbereiches 10 radial weiter außen angeordnet. Ein Bogensegment des U-förmigen Bereiches 13a ist im Vergleich zu den bogenförmigen Armen 12a radial nach innen versetzt. Die erste Ausnehmung 10 bzw. der erste Ausstanzbereich 10 und die zweite Ausnehmung 11 bzw. der zweite Ausstanzbereich 11 sind im Wesentlichen koaxial bzw. konzentrisch angeordnet. Die erste Ausnehmung 10 bzw. der erste Ausstanzbereich 10 und die zweite Ausnehmung 11 bzw. der zweite Ausstanzbereich 11 sind so zueinander verdreht, dass der U-förmige Bereich 13 wenigstens teilweise zwischen Enden der bogenförmigen Arme 12a angeordnet ist, wobei der U-förmige Bereich 13a wenigstens teilweise zwischen Enden der bogenförmigen Arme 12 angeordnet ist. Die Öffnungen der U-förmigen Bereiche 13 und 13a zeigen im Wesentlichen in die gleiche Richtung.
In der 13 ist eine weitere Ausführungsform des Ventilkörpers 7 gezeigt, wobei der Ventilkörper 7 eine trapezartige Anschlagaufnahme 28 in Form einer Ausnehmung aufweist. Ferner weist der Ventilkörper 7 beispielhaft zwei Positionierbohrungen 27 auf.
Die Anordnung bzw. Befestigung des Ventilkörpers 7 innerhalb der Fluidleitung 2 ist perspektivisch in der 14 und schematisch in der 15 sowie 16 gezeigt. An der Anschlagaufnahme 28 kann ein Anschlagelement 29 angeordnet sein, dass an einem Teilbereich der Fluidleitung 2 anliegt. Das Anschlagelement 29 kann sich dadurch auszeichnen, dass es im Vergleich zum Ventilkörper 7 einem geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist. Zusätzlich kann der Ventilkörper 7 über Stifte 30, die durch die Positionierbohrungen 27 geführt werden können, an der Fluidleitung 2 angeordnet werden.
Die 17 zeigt einen Ventilkörper 7, der das Wärmeleitelement 6 integral ausbildet. Das Wärmeleitelement 6 ist im Wesentlichen hohlzylindrisch, insbesondere kreishohlzylindrisch mit konstantem Durchmesser, ausgebildet, wobei der Ventilkörper 7 an einer axialen Stirnseite integral ausgebildet ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009017658 B4 [0004]

Claims

Ventileinheit (1) - mit wenigstens einer Fluidleitung (2) mit einem Innenflächenbereich (3) zur Strömungsführung eines Fluides, - mit wenigstens einer Heizvorrichtung (4) zur Temperierung wenigstens eines Teilbereiches des Innenflächenbereiches (3) der Fluidleitung (2), - wobei die Heizvorrichtung (4) wenigstens ein erstes Heizelement (5) zur Umwandlung von elektrischer Energie in Wärme aufweist, - wobei die Heizvorrichtung (4) wenigstens ein Wärmeleitelement (6) zum Wärmetransport der Wärme vom ersten Heizelement (5) zum Innenflächenbereich (3) aufweist, - mit wenigstens einem Ventilmodul (51), das einen Ventilkörper (7) und/oder einen Ventilsitz (51) ausbildet, - wobei wenigstens ein Teilbereich des Ventilmoduls (50) zum fluiddichten Verschließen der Fluidleitung (2) ausgebildet ist, - wobei das Ventilmodul (7) thermisch unmittelbar mit dem ersten Heizelement (5) verbunden ist.
Ventileinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (7) und/oder der Ventilsitz (51) thermisch unmittelbar mit dem ersten Heizelement (5) verbunden ist.
Ventileinheit (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, - dass das erste Heizelement als geregeltes Heizelement, insbesondere als selbstregulierendes Heizelement, insbesondere als selbstregulierendes PTC-Heizelement, ausgebildet ist, oder - dass das erste Heizelement als ungeregeltes Heizelement, insbesondere als Heizwiderstand und/oder als Heizspule, ausgebildet ist.
Ventileinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - der Ventilkörper (7) eine Offenstellung und eine Sperrstellung aufweist, - wobei der Ventilkörper (7) wenigstens eine erste Ausnehmung (10) aufweist, die in der Offenstellung des Ventilkörpers von einem Fluid durchströmbar ist.
Ventileinheit (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (7) wenigstens eine zweite Ausnehmung(11) aufweist.
Ventileinheit (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Ausnehmung (11) die erste Ausnehmung (10) wenigstens teilweise umschließt.
Ventileinheit (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ausnehmung (10) und/oder die zweite Ausnehmung (11) teilweise C-förmig ausgebildet ist.
Ventileinheit (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine C-förmig ausgebildete Ausnehmung (10,11) zwei bogenförmige Arme (12, 12a) aufweist, die durch einen U-förmigen Zwischenbereich (13, 13a) verbunden sind.
Ventileinheit (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ausnehmung (10) und die zweite Ausnehmung (11) im Wesentlichen konzentrisch zueinander ausgerichtet sind.
Ventileinheit (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, - dass die Fluidleitung (2) einen ersten Innendurchmesser (14) und einen zweiten Innendurchmesser (15) aufweist, - wobei der erste Innendurchmesser (14) kleiner ist als der zweite Innendurchmesser (15), - wobei der Ventilköper (7) einen Ringbereich (16) aufweist, - wobei der Ringbereich (16) einen Erstdurchmesser (17) aufweist, der dem ersten Innendurchmesser (14) der Fluidleitung (2) entspricht, - wobei der Ringbereich (16) einen Zweitdurchmesser (18) aufweist, der dem zweiten Innendurchmesser (15) der Fluidleitung (2) entspricht, - wobei Ausnehmungen (10,11) nur im Ringbereich (16) zwischen Erstdurchmesser (17) und Zweitdurchmesser (18) ausgebildet sind.
Ventileinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitelement (6) integral durch den Ventilkörper (7) ausgebildet ist.
Ventileinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (7) als Stanzkörper und/oder als Tiefziehteil ausgebildet ist.
Ventileinheit (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, - dass die erste Ausnehmung (10) als Ausstanzabschnitt ausgebildet ist, und/oder - dass das die zweite Ausnehmung (11) als Ausstanzabschnitt ausgebildet ist.