DE102020208598A1

DE102020208598A1 - Sealing arrangement for a rotary slide valve and thermostatic valve with a rotary slide valve and such a sealing arrangement

Info

Publication number: DE102020208598A1
Application number: DE102020208598.6A
Authority: DE
Inventors: Stefan Dallmer; Markus Bartsch; Nevruz-Rezan Saral; Philipp Sawall
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2020-07-09
Filing date: 2020-07-09
Publication date: 2022-01-13

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung für ein Drehschieberventil (10) mit einem Drehschieber (12), der mindestens eine Drehschieber-Dichtfläche (38) aufweist, welche für die Abdichtung des Drehschiebers (12) gegenüber eines Sammelraumes (50) vorgesehen ist, wobei der Drehschieber (12) zumindest in dem mit der Dichtelement-Dichtfläche (40) zusammenwirkenden Bereich eine kugelsegmentförmige Form aufweist, wobei das Dichtelement (34) für eine verschleißende Einlaufphase ausgelegt und im Bereich der Dichtelement-Dichtfläche (40) derart geformt ist, dass die Dichtelement-Dichtfläche (40) vor der Einlaufphase eine umlaufende Berührung zu der Drehschieber-Dichtfläche (38) nur in einem Teilbereich der Dichtelement-Dichtfläche (40) aufweist, wobei der Teilbereich von einem radial äußeren Abschnitt der Dichtelement-Dichtfläche (40) beabstandet istThe invention relates to a sealing arrangement for a rotary slide valve (10) with a rotary slide (12) which has at least one rotary slide sealing surface (38) which is provided for sealing the rotary slide (12) with respect to a collecting chamber (50), the rotary slide (12) has a spherical segment shape at least in the area interacting with the sealing element sealing surface (40), the sealing element (34) being designed for a wearing running-in phase and being shaped in the area of the sealing element sealing surface (40) in such a way that the sealing element before the run-in phase, the sealing surface (40) has circumferential contact with the rotary valve sealing surface (38) only in a partial area of the sealing element sealing surface (40), the partial area being spaced apart from a radially outer section of the sealing element sealing surface (40).

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung für ein Drehschieberventil sowie ein Thermostatventil mit einem Drehschieberventil und einer solchen Dichtungsanordnung. Dabei wurde die Dichtungsanordnung insbesondere für ein Drehschieberventil eines Kraftfahrzeug-Kühlkreislaufs einer Brennstoffzelle entwickelt. Explizit verwiesen wird insoweit auf ein für einen Kühlkreislauf einer Brennstoffzelle vorgesehenes Thermostatventil, insbesondere ein elektrisches Thermostatventil. Ferner wird auf Kraftfahrzeuge mit einer solchen Dichtungsanordnung verwiesen.The invention relates to a sealing arrangement for a rotary slide valve and a thermostatic valve with a rotary slide valve and such a sealing arrangement. The sealing arrangement was developed in particular for a rotary slide valve of a motor vehicle cooling circuit of a fuel cell. In this respect, explicit reference is made to a thermostatic valve provided for a cooling circuit of a fuel cell, in particular an electric thermostatic valve. Furthermore, reference is made to motor vehicles with such a sealing arrangement.

Die Volumenströme des Kühlmittels in Brennstoffzellensystemen werden aktuell in den meisten Fällen durch ein elektromechanisches Thermostatventil geregelt. Derartige Thermostatventile bestehen im Wesentlichen aus einem Sammelraum und einer der zu regelnden Volumenströme entsprechenden Anzahl von Kühlmittelanschlüssen. So können an einem Sammelraum beispielsweise vier Anschlüsse vorgesehen sein, von denen zwei Anschlüsse Zuläufe sind, ein Anschluss einen Ablauf darstellt und ein weiterer Anschluss der Druckstutzen einer Pumpe ist. In dem Sammelraum eines solchen Thermostatventils ist ein Drehschieber angeordnet, welcher durch Drehbewegung und geeignete Aussparungen einzelne Anschlüsse freigibt oder verschließt und so die Volumenströme regelt. Zu jedem Anschluss gehört eine Dichtung, insbesondere in Form eines Dichtpakets. Die Dichtung bzw. das Dichtpaket übernimmt bei geschlossener Position des Drehschiebers in Bezug auf einen Anschluss die Abdichtung dieses Anschlusses gegenüber dem Sammelraum. Die Dichtung bzw. das Dichtpaket ist dazu auf der Oberfläche des Drehschiebers abgestützt, wobei durch die Abstützung eine möglichst geringe Leckagerate erzielt werden soll. Die Anpressung der Dichtung bzw. des Dichtpakets erfolgt unter anderem auch über eine Druckdifferenz zwischen dem jeweiligen Anschluss und dem Sammelraum. Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung insbesondere für ein wie vorstehend erläutertes Thermostatventil, wobei die Dichtung dazu ausgelegt ist, die gewünschte Dichtwirkung durch Verschleiß während einer Einlaufphase zu erzielen, indem sich die Dichtfläche der Dichtung vollständig oder zumindest weitestgehend an die Form des Drehschiebers im Bereich einer Drehschieber-Dichtfläche anpasst. Mit einer weitestgehenden Anpassung ist gemeint, dass mindestens 50 Prozent, bevorzugt mindestens 80 Prozent und weiter bevorzugt mindestens 90 Prozent der Dichtung (im Folgenden in Verbindung mit der Erfindung als Dichtelement-Dichtfläche bezeichnet) an der Drehschieber-Dichtfläche zur Anlage kommt.The volume flows of the coolant in fuel cell systems are currently regulated in most cases by an electromechanical thermostatic valve. Such thermostatic valves essentially consist of a collecting space and a number of coolant connections corresponding to the volume flows to be regulated. For example, four connections can be provided on a collecting space, of which two connections are inlets, one connection represents an outlet and another connection is the pressure port of a pump. A rotary slide valve is arranged in the collecting space of such a thermostatic valve, which releases or closes individual connections by means of a rotary movement and suitable recesses and thus regulates the volume flows. Each connection has a seal, particularly in the form of a sealing pack. When the rotary slide is in the closed position in relation to a connection, the seal or the sealing package takes on the sealing of this connection with respect to the collecting space. For this purpose, the seal or the sealing package is supported on the surface of the rotary slide valve, with the aim of achieving the lowest possible leakage rate being the support. The pressing of the seal or the sealing package takes place, among other things, via a pressure difference between the respective connection and the collecting chamber. The invention relates to a sealing arrangement, in particular for a thermostatic valve as explained above, the seal being designed to achieve the desired sealing effect through wear during a running-in phase, in that the sealing surface of the seal adapts completely or at least as far as possible to the shape of the rotary slide in the area of a rotary slide -Adjusts sealing surface. Most extensive matching means that at least 50 percent, preferably at least 80 percent and more preferably at least 90 percent of the seal (hereinafter referred to as the sealing element sealing surface in connection with the invention) comes into contact with the rotary valve sealing surface.

Aus DE 24 19 129 A1 ist ein Kugelhahn mit einem metallischen Kugelküken bekannt, das drehbar in einem Gehäuse angeordnet und mit axial in das Gehäuse eingesetzten, metallischen Dichtringen abgedichtet ist, die wenigstens an ihren dem Kugelküken anliegenden Dichtflächen gehärtet und feinbearbeitet sind, wobei die Oberfläche des Kugelkükens gehärtet und feinbearbeitet ist. Dabei sollen die Dichtflächen konisch ausgebildet sein, so dass sich zwischen den Dichtflächen und der Oberfläche des Kugelkükens eine Linienberührung einstellt. An welcher Stelle der Dichtfläche oder an welcher Stelle des Kugelkükens die Linienberührung vorgesehen sein soll, ist nicht offenbart. Die Oberfläche des Kugelkükens und die Dichtflächen der Dichtringe sollen auf der Härtung nicht verschleißen und daher gute Dichteigenschaften aufweisen.Out DE 24 19 129 A1 a ball valve with a metal ball valve is known, which is rotatably arranged in a housing and sealed with metal sealing rings inserted axially into the housing, which are hardened and finely machined at least on their sealing surfaces lying against the ball valve, the surface of the ball valve being hardened and finely machined . The sealing surfaces should be designed conically, so that a linear contact occurs between the sealing surfaces and the surface of the ball plug. It is not disclosed at which point of the sealing surface or at which point of the ball plug the line contact is to be provided. The surface of the ball valve and the sealing surfaces of the sealing rings should not wear out during hardening and should therefore have good sealing properties.

Aus DE 36 41 741 C1 ist ein Kugelhahn mit sinterkeramischen Sitzringen und sinterkeramischer Vollkugel bekannt. Bei diesem Kugelhahn wird eine sehr gute Dichtigkeit erzielt, indem die Kontaktfläche zu einer Berührungslinie im mathematischen Sinne, d.h. zu einer Dichtungslinie vernachlässigbarer Breite, entartet ist. Dazu sollen die Sitzringe Sitzflächen aufweisen, die als Mantelfläche eines Innenkonus ausgebildet sind und tangentenförmig an der Ventilkugel entlang umlaufender Dichtungslinien anliegen. An welcher Stelle die Sitzflächen an der Ventilkugel anliegen sollen, nicht offenbart. Auch zu einem gewünschten oder ungewünschten Verschleiß der sinterkeramischen Sitzringe ist nichts offenbart.Out DE 36 41 741 C1 a ball valve with sintered ceramic seat rings and sintered ceramic solid ball is known. Very good tightness is achieved with this ball valve in that the contact surface degenerates into a contact line in the mathematical sense, ie into a sealing line of negligible width. For this purpose, the seat rings should have seating surfaces which are designed as the lateral surface of an inner cone and bear tangentially on the valve ball along circumferential sealing lines. The point at which the seating surfaces are to rest on the valve ball is not disclosed. Nothing is disclosed either about desired or undesired wear of the sintered ceramic seat rings.

Aus DE 10 2016 106 183 A1 ist eine Dichtungsanordnung für ein Drehschieberventil mit einem drehbar gelagerten Regelkörper zur stufenlosen Regelung eines Durchströmungsquerschnitts bekannt, gemäß welcher ein Dichtelement zur gleitbeweglichen Abdichtung eine dem Regelköper zugewandte axiale Stirnseitenfläche aufweist, mit welcher das Dichtelement in einem Anlagebereich an einer Außenkontur des Regelkörpers anliegt. Dabei soll die Abdichtung besonders effektiv sein, wenn der Anlagebereich ausschließlich in einem radial äußeren Bereich der dem Regelkörper zugewandten Stirnseitenfläche ausgebildet ist, so dass der Anlagebereich als eine Linienberührung ausgebildet ist. Ein Verschleißen des Dichtelements ist bei dieser Dichtungsanordnung nicht beschrieben und dürfte insoweit unerwünscht sein.Out DE 10 2016 106 183 A1 a sealing arrangement for a rotary slide valve with a rotatably mounted control body for continuous control of a flow cross section is known, according to which a sealing element for slidingly movable sealing has an axial end face facing the control body, with which the sealing element rests in a contact area on an outer contour of the control body. The seal should be particularly effective if the contact area is formed exclusively in a radially outer area of the end face facing the control body, so that the contact area is formed as a line contact. A wearing of the sealing element is not described in this sealing arrangement and should be undesirable in this respect.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dichtungsanordnung für ein Drehschieberventil und ein Thermostatventil mit einem Drehschieberventil und einer entsprechenden Dichtungsanordnung bereitzustellen, die für eine verschleißende Einlaufphase ausgelegt sind, wobei die Einlaufphase möglichst kurz sein soll und die Leckagerate - auch während der Einlaufphase - möglichst gering sein soll.The object of the invention is to provide a sealing arrangement for a rotary slide valve and a thermostatic valve with a rotary slide valve and a corresponding sealing arrangement, which are designed for a wearing running-in phase, with the running-in phase being intended to be as short as possible and the leakage rate—even during the running-in phase—as low as possible should be.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Weitere praktische Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind in Verbindung mit den abhängigen Ansprüchen beschrieben.The object is achieved according to the invention with the features of the independent claims. Further practical embodiments and advantages of the invention are described in connection with the dependent claims.

Bei einer erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung für ein Drehschieberventil mit einem Drehschieber, der mindestens eine Drehschieber-Dichtfläche aufweist, welche für die Abdichtung des Drehschiebers gegenüber eines Sammelraums vorgesehen ist, weist der Drehschieber zumindest in dem mit der Dichtelement-Dichtfläche zusammenwirkenden Bereich eine kugelsegmentförmige Form auf. Dabei ist das Dichtelement für eine verschleißende Einlaufphase ausgelegt und im Bereich der Dichtelement-Dichtfläche derart geformt, dass die Dichtelement-Dichtfläche vor der Einlaufphase eine umlaufende Berührung zu der Drehschieber-Dichtfläche nur in einem Teilbereich der Dichtelement-Dichtfläche aufweist, wobei der Teilbereich von einem radial äußeren Abschnitt der Dichtelement-Dichtfläche beabstandet ist.In a sealing arrangement according to the invention for a rotary slide valve with a rotary slide, which has at least one rotary slide sealing surface, which is provided for sealing the rotary slide with respect to a collecting chamber, the rotary slide has a spherical segment shape at least in the area interacting with the sealing element sealing surface. The sealing element is designed for a wearing running-in phase and is shaped in the area of the sealing element sealing surface in such a way that, before the running-in phase, the sealing element sealing surface is in circumferential contact with the rotary valve sealing surface only in a partial area of the sealing element sealing surface, with the partial area being covered by a radially outer portion of the sealing element sealing surface is spaced.

Es hat sich gezeigt, dass im Vergleich zu einer Soll-Dichtelement-Dichtfläche, die vollständig auf die Dichtelement-Dichtfläche derart angepasst ist, dass sich eine möglichst vollflächige Berührung zu der Drehschieber-Dichtfläche einstellt, die erfindungsgemäße Dichtanordnung trotz der Berührung nur in einem Teilbereich zu einer besseren Leckagerate, insbesondere in der Einlaufphase, und auch zu einem verbesserten Einlaufverhalten mit einer verkürzten Einlaufphase führt. Durch diese Ausbildung kann die eingangs angesprochene Druckdifferenz im abgedichteten Zustand erhöht werden, wodurch sich die Einlaufphase verkürzen und die Leckagerate auch in der Einlaufphase bereits positiv beeinflussen lässt.It has been shown that, compared to a target sealing element sealing surface, which is completely adapted to the sealing element sealing surface in such a way that contact with the rotary valve sealing surface is as large as possible, the sealing arrangement according to the invention only works in a partial area despite the contact leads to a better leakage rate, especially in the running-in phase, and also to improved running-in behavior with a shortened running-in phase. With this design, the pressure difference mentioned at the outset can be increased in the sealed state, as a result of which the run-in phase can be shortened and the leakage rate can be positively influenced even in the run-in phase.

Dabei hat es sich als besonders bevorzugt erwiesen, wenn der Teilbereich nur ein Streifenberührabschnitt oder ein Linienberührabschnitt ist, welcher mindestens ein Viertel der Gesamtlänge der Dichtelement-Dichtfläche von dem radial äußersten Punkt beabstandet ist. Mit anderen Worten ausgedrückt, liegt in diesem Fall ein Streifenberührabschnitt oder ein Linienberührabschnitt in dem Bereich zwischen dem radial innersten Punkt der Dichtelement-Dichtfläche und einem Abstand von drei Viertel der Gesamtlänge der Dichtelement-Dichtfläche gerechnet von dem radial innersten Punkt aus. Unter einem Streifenberührabschnitt wird in diesem Zusammenhang insbesondere ein Teilbereich verstanden, der sich maximal über 20 % der Gesamtlänge der Dichtelement-Dichtfläche erstreckt. Vorzugsweise erstreckt sich ein Streifenberührabschnitt nur über 15 % und besonders bevorzugt nur über maximal 10 % der Gesamtlänge der Dichtelement-Dichtfläche. Unter einem Linienberührabschnitt werden sämtliche Teilbereiche verstanden, die sich über einen Teilbereich der Dichtelement-Dichtfläche erstrecken, die sich deutlich kleiner als über 5 % der Gesamtlänge der Dichtelement-Dichtfläche erstreckt, wobei darunter insbesondere Teilbereiche zu verstehen sind, die sich nur über 1 % oder weniger der Gesamtlänge der Dichtelement-Dichtfläche erstrecken.It has proven to be particularly preferred if the partial area is only a strip contact section or a line contact section, which is spaced at least a quarter of the total length of the sealing element sealing surface from the radially outermost point. In other words, in this case a stripe contact section or a line contact section is in the area between the radially innermost point of the sealing element sealing surface and a distance of three quarters of the total length of the sealing element sealing surface calculated from the radially innermost point. In this context, a section in contact with the strip is understood to mean, in particular, a partial area which extends over a maximum of 20% of the total length of the sealing element sealing surface. A strip contact section preferably only extends over 15% and particularly preferably only over a maximum of 10% of the total length of the sealing element sealing surface. A line contact section is understood to mean all sub-areas that extend over a sub-area of the sealing element sealing surface that extends significantly less than 5% of the total length of the sealing element sealing surface, whereby this is to be understood in particular as sub-areas that only extend over 1% or extend less of the total length of the sealing element sealing surface.

Sowohl hinsichtlich der Leckagerate, auch in der Einlaufphase selbst, als auch hinsichtlich eines zeitlich nur kurzen Einlaufverhaltens mit einer kurzen Einlaufphase hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Streifenberührabschnitt oder Linienberührabschnitt in der radial inneren Hälfte der Dichtelement-Dichtfläche vorgesehen ist.Both with regard to the leakage rate, also in the running-in phase itself, and with regard to a short running-in behavior with a short running-in phase, it has proven to be advantageous if the strip contact section or line contact section is provided in the radially inner half of the sealing element sealing surface.

In diesem Zusammenhang wird insbesondere auf solche Ausführungsformen verwiesen, bei welchen sich der Streifenberührabschnitt oder Linienberührabschnitt an dem radial innersten Punkt der Dichtelement-Dichtfläche oder ausgehend von dem radial innersten Punkt in dem Bereich zwischen ein Viertel und ein Drittel der Länge der Dichtelement-Dichtfläche erstreckt.In this context, reference is made in particular to those embodiments in which the strip contact section or line contact section extends at the radially innermost point of the sealing element sealing surface or, starting from the radially innermost point, in the range between a quarter and a third of the length of the sealing element sealing surface.

Im Zusammenhang mit der zuletzt genannten Variante, gemäß welcher sich der Streifenberührabschnitt oder Linienberührabschnitt ausgehend von dem radial innersten Punkt in dem Bereich zwischen ein Viertel und ein Drittel der Länge der Dichtelement-Dichtfläche erstreckt, wird insbesondere auf die Möglichkeit verwiesen, dass zumindest die Dichtelement-Dichtfläche zumindest teilweise sich verjüngend kegelflächenförmig ausgebildet ist. Dazu muss lediglich der Winkel und die Position der Dichtelement-Dichtfläche relativ zu der Drehschieber-Dichtfläche so gewählt werden, damit sich ein entsprechender Streifenberührabschnitt oder Linienberührabschnitt ergibt. Durch entsprechende Auslegung ist es auch möglich, eine sich verjüngende kegelflächenförmige Gestaltung so auszulegen, dass sich ein Streifenberührabschnitt oder Linienberührabschnitt an dem radial innersten Punkt der Dichtelement-Dichtfläche ergibt. Es wird noch darauf verwiesen, dass sich insbesondere die Herstellung einer Dichtelement-Dichtfläche mit sich verjüngend gegenflächenförmiger Geometrie besonders einfach gestaltet und insoweit kostengünstig umsetzbar ist, wenn die Dichtelement-Dichtfläche vollständig sich verjüngend kegelflächenförmig ausgebildet ist. Mit der Kombination aus einem Drehschieber mit einer kugelsegementförmigen Form und einer kegelförmigen Gestaltung der Dichtelement-Dichtfläche lassen sich besonders einfach und kostengünstig sehr gute Ergebnisse hinsichtlich der Einlaufphase und der Leckagerate, insbesondere während der Einlaufphase, erzielen.In connection with the last-mentioned variant, according to which the strip contact section or line contact section extends from the radially innermost point in the area between a quarter and a third of the length of the sealing element sealing surface, reference is made in particular to the possibility that at least the sealing element Sealing surface is at least partially tapered cone-shaped. For this purpose, only the angle and the position of the sealing element sealing surface relative to the rotary slide sealing surface have to be selected in such a way that a corresponding strip contact section or line contact section results. By appropriate design, it is also possible to design a tapered cone-shaped design in such a way that a strip contact section or line contact section results at the radially innermost point of the sealing element sealing surface. It is also pointed out that in particular the production of a sealing element sealing surface with a tapering opposing surface-shaped geometry is particularly simple and can be implemented inexpensively if the sealing element sealing surface is completely tapered in the shape of a conical surface. With the combination of a rotary slide with a spherical segment shape and a conical design of the sealing element sealing surface, very good results with regard to the running-in phase and the leakage rate, especially during the running-in phase, can be achieved particularly easily and inexpensively.

In einer anderen praktischen Ausführungsform, die sich alternativ oder ergänzend zu einer zumindest teilweise sich verjüngend kegelflächenförmig ausgebildeten Dichtelement-Dichtfläche realisieren lässt, ist die Dichtelement-Dichtfläche zumindest teilweise bogenförmig ausgebildet. Auch in diesem Fall kann es aus herstellungstechnischen oder sonstigen Gründen bevorzugt sein, die Dichtelement-Dichtfläche vollständig bogenförmig auszubilden, insbesondere mit einem konstanten Radius. Auch diese Gestaltungsform ist relativ einfach und kostengünstig herstellbar.In another practical embodiment, which can be implemented as an alternative or in addition to a sealing element sealing surface that is at least partially tapered in the shape of a cone, the sealing element sealing surface is at least partially arcuate. In this case, too, it can be preferred for manufacturing or other reasons to design the sealing element sealing surface in a completely arcuate manner, in particular with a constant radius. This design form is also relatively easy and inexpensive to produce.

In Verbindung mit einer zumindest teilweisen oder vollständig bogenförmig ausgebildeten Dichtelement-Dichtfläche hat es sich insbesondere als vorteilhaft erwiesen, wenn die Dichtelement-Dichtfläche einen Radius R₂ aufweist, der gleich groß ist wie oder größer ist als der Radius R₁ der korrespondierenden Drehschieber-Dichtfläche. So können die Dichtelement-Dichtfläche und die Drehschieber-Dichtfläche durch eine entsprechend geeignete relative Anordnung zueinander so orientiert und hergestellt sein, dass sich eine niedrige Leckagerate, insbesondere während der Einlaufphase, und eine zeitlich kurze Einlaufphase ergibt. Dies gilt insbesondere, wenn ein Streifenberührabschnitt oder Linienberührabschnitt vorgesehen ist, der wie vorstehend erwähnt orientiert und relativ zu der Drehschieber-Dichtfläche angeordnet ist.In connection with a sealing element sealing surface that is at least partially or completely arcuate, it has proven particularly advantageous if the sealing element sealing surface has a radius R ₂ that is the same size as or larger than the radius R _{1 of} the corresponding rotary valve sealing surface . The sealing element sealing surface and the rotary slide sealing surface can be oriented and manufactured by a correspondingly suitable arrangement relative to one another in such a way that there is a low leakage rate, particularly during the running-in phase, and a running-in phase that is short in time. This is particularly true when there is a stripe contacting portion or line contacting portion oriented as mentioned above and located relative to the rotary valve sealing surface.

Insbesondere in Verbindung mit der Ausführungsform, bei welcher die Dichtelement-Dichtfläche einen Radius R₂ aufweist, der gleich groß ist wie der Radius R₁ der korrespondierenden Drehschieber-Dichtfläche, wird darauf verwiesen, dass es in diesem Fall obligatorisch ist, dass die Mittelpunkte M₁ und M₂ der Radien R₁ und R₂ derart zueinander versetzt sind, dass sich unterschiedliche Radiuslinien ergeben.In particular in connection with the embodiment in which the sealing element sealing surface has a radius R ₂ which is the same as the radius R _{1 of} the corresponding rotary valve sealing surface, it is pointed out that in this case it is obligatory that the centers M ₁ and M _{2 of} the radii R ₁ and R ₂ are offset from one another in such a way that different radius lines result.

Wenn die Dichtelement-Dichtfläche einen Radius R₂ aufweist, der größer ist als der Radius R₁ der korrespondierenden Drehschieber-Dichtfläche, d.h. bei unterschiedlich großen Radien R₁ und R₂, können die Mittelpunkte M₁ und M₂ auch übereinstimmend so gewählt werden, dass sich ein Linienberührabschnitt ergibt, der sich in einem beliebigen Bereich auf dem Bogenstück befindet, welches die Dichtelement-Dichtfläche definiert.If the sealing element sealing surface has a radius R ₂ which is larger than the radius R _{1 of} the corresponding rotary valve sealing surface, ie if the radii R ₁ and R _{2 are of} different sizes, the centers M ₁ and M _{2 can} also be selected to match that a line contact portion results, which is located in any area on the elbow, which defines the sealing element sealing surface.

Insbesondere wenn die Dichtelement-Dichtfläche einen Radius R₂ aufweist, der größer ist als der Radius R₁ der korrespondierenden Drehschieber-Dichtfläche und ein Linienberührabschnitt an der radial innersten Stelle vorgesehen ist, ergibt sich ein guter Kompromiss aus einer schnellen Einlaufphase und reduziertem Verschleiß im weiteren Betrieb.In particular, if the sealing element sealing surface has a radius R ₂ that is larger than the radius R _{1 of} the corresponding rotary valve sealing surface and a line contact section is provided at the radially innermost point, there is a good compromise between a quick running-in phase and reduced wear afterwards Operation.

In einer weiteren praktischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Dichtanordnung ist das Dichtelement Teil eines Dichtpakets, das zusätzlich mit einem Federelement, einer Hülse und/oder einem Zusatz-Dichtelement zusammenwirkt. Dabei weist ein Dichtpaket vorzugsweise sämtliche vorstehend genannten Teilelemente auf.In a further practical embodiment of a sealing arrangement according to the invention, the sealing element is part of a sealing assembly which also interacts with a spring element, a sleeve and/or an additional sealing element. In this case, a sealing package preferably has all of the sub-elements mentioned above.

In Bezug auf eine Hülse eines Dichtpakets ist es insbesondere bevorzugt, wenn sich diese Hülse radial innenseitig des Dichtelements derart erstreckt, dass das Dichtelement radial innenseitig und optional auch stirnseitig von oben geführt und gestützt ist. Besonders bevorzugt sind insoweit Hülsen, die aus einem biegesteiferen Material hergestellt sind als das Dichtelement, insbesondere Stahl-Hülsen oder Aluminium-Hülsen oder Hülsen aus einem sonstigen metallischen Werkstoff.With regard to a sleeve of a sealing assembly, it is particularly preferred if this sleeve extends radially on the inside of the sealing element in such a way that the sealing element is guided and supported radially on the inside and optionally also on the front side from above. Sleeves that are made of a more rigid material than the sealing element, in particular steel sleeves or aluminum sleeves or sleeves made of another metallic material, are particularly preferred in this respect.

Ein für eine verschleißende Einlaufphase ausgelegtes Dichtelement ist vorzugsweise aus einem nicht-metallischen und nicht-keramischen Werkstoff hergestellt. Besonders bevorzugt wird insoweit auf Kunststoffe verwiesen, insbesondere auf thermoplastische Kunststoffe.A sealing element designed for a wearing running-in phase is preferably made of a non-metallic and non-ceramic material. Reference is particularly preferably made in this respect to plastics, in particular to thermoplastics.

Alternativ oder in Ergänzung dazu kann das Dichtelement einer erfindungsgemäßen Dichtanordnung eine sich zwischen einer oberen Außenfläche und einer unteren Außenfläche erstreckende Vertiefung aufweisen, in welcher ein Zusatz-Dichtelement angeordnet ist. Diese Gestaltung eignet sich insbesondere für Dichtungsanordnungen, vorzugsweise in Form von wie vorstehend erwähnten Dichtpaketen, in einem rohrartig ausgebildeten Stutzen.Alternatively or in addition to this, the sealing element of a sealing arrangement according to the invention can have a recess which extends between an upper outer surface and a lower outer surface and in which an additional sealing element is arranged. This design is suitable in particular for sealing arrangements, preferably in the form of sealing packages as mentioned above, in a pipe-like connection piece.

Die Erfindung betrifft auch ein Thermostatventil mit einem Drehschieberventil und einer Dichtungsanordnung, die wie vorstehend beschrieben sind. Dabei wird auf sämtliche beschriebenen Ausführungsformen verwiesen sowie auf die nachfolgend im Zusammenhang mit den Figuren erläuterten Figurenbeispiele. Die Erfindung erstreckt sich auf Dichtungsanordnungen und Thermostatventile mit Drehschieberventilen und solchen Dichtungsanordnungen, in welchen die vorstehend erwähnten Merkmale mit ein oder mehreren Einzelmerkmalen der nachfolgenden Figurenbeschreibung kombinierbar sind.The invention also relates to a thermostatic valve with a rotary slide valve and a sealing arrangement as described above. In this context, reference is made to all of the described embodiments and to the exemplary figures explained below in connection with the figures. The invention extends to sealing arrangements and thermostatic valves with rotary slide valves and such sealing arrangements in which the features mentioned above can be combined with one or more individual features of the following description of the figures.

Weitere praktische Ausführungsformen der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

1 ein Drehschieberventil mit einem Dichtelement im eingeschliffenen Zustand in einer Schnittdarstellung,
2 den in 1 mit II gekennzeichneten Bereich des Drehschieberventils mit dem Dichtelement im eingeschliffenen Zustand in einer vergrößerten Schnittdarstellung,
3 den in 1 mit III gekennzeichneten Bereich des Drehschieberventils in einer vergrößerten, isometrischen Schnittdarstellung,
4 eine Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung mit einem nicht eingeschliffenen Dichtelement gemäß dem Ausschnitt IV in 2 und
5 eine Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung mit einem nicht eingeschliffenen Dichtelemente analog zu der Darstellung in 4.

Further practical embodiments of the invention are described below in connection with the drawings. Show it:

1 a rotary slide valve with a sealing element in the ground-in state in a sectional view,
2 the in 1 Area of the rotary slide valve marked with II with the seal element in the ground state in an enlarged sectional view,
3 the in 1 Area of the rotary slide valve marked III in an enlarged, isometric sectional view,
4 a representation of an embodiment of a sealing arrangement according to the invention with a sealing element that has not been ground in according to section IV in 2 and
5 a representation of a further embodiment of a sealing arrangement according to the invention with a sealing element that has not been ground in analogously to the representation in FIG 4 .

1 zeigt ein Drehschieberventil 10 in Form eines elektrisch angetriebenen Thermostatventils. Das Drehschieberventil 10 umfasst einen Drehschieber 12 mit einer drehfest daran befestigten Welle 14, die funktional mit einer - hier elektrischen - Stellvorrichtung 16 verbunden ist. Durch Drehen des Drehschiebers 12 können Strömungsquerschnitte zu einem Bypass-Stutzen 18, einem Kühler-Stutzen 20, einem Pumpen-Druckstutzen 22 und einem Pumpen-Saugstutzen 24 verschlossen oder zumindest teilweise geöffnet werden, um den Volumenstrom eines Kühlmittels - hier einer Brennstoffzelle - einzustellen. 1 shows a rotary slide valve 10 in the form of an electrically driven thermostatic valve. The rotary slide valve 10 comprises a rotary slide 12 with a rotationally fixed shaft 14 which is functionally connected to an actuating device 16--here electrical. By rotating the rotary valve 12, flow cross-sections to a bypass connection 18, a cooler connection 20, a pump pressure connection 22 and a pump suction connection 24 can be closed or at least partially opened in order to adjust the volume flow of a coolant - in this case a fuel cell.

Die Welle 14 ist mittels eines Lagerelements 26 drehbar gelagert. Der Übergangsbereich zwischen der Welle 14 und einem die Welle 14 umgebenden ersten Ventilgehäuseelement 28 ist mittels einer Dichtung 30 abgedichtet. Das erste Ventilgehäuseelement 28 ist dichtend mit einem zweiten Ventilgehäuseelement 36 verbunden, wobei das zweite Ventilgehäuseelement 36 dichtend mit dem Bypass-Stutzen 18 und dem Kühler-Stutzen 20 verbunden sind. Der Pumpen-Druckstutzen 22 und der Pumpen-Saugstutzen 24 sind ebenfalls dichtend verbunden oder einstückig an dem zweiten Ventilgehäuseelemente 36 ausgebildet.The shaft 14 is rotatably supported by a bearing element 26 . The transition area between the shaft 14 and a first valve housing element 28 surrounding the shaft 14 is sealed by means of a seal 30 . The first valve housing element 28 is sealingly connected to a second valve housing element 36 , the second valve housing element 36 being sealingly connected to the bypass connection piece 18 and the cooler connection piece 20 . The pump discharge connection 22 and the pump suction connection 24 are also connected in a sealing manner or are formed in one piece on the second valve housing element 36 .

Mit dem Pfeil HD ist ein Hochdruckbereich gekennzeichnet, mit dem Pfeil ND ein Niedrigdruckbereich. In der gezeigten Ausführungsform liegt die Druckdifferenz zwischen den beiden Druckbereichen bei bestimmungsgemäßer Verwendung des Drehschieberventils zwischen 0,5 bar und 1,0 bar.A high-pressure area is identified by the arrow HD, and a low-pressure area by the arrow ND. In the embodiment shown, the pressure difference between the two pressure areas is between 0.5 bar and 1.0 bar when the rotary slide valve is used as intended.

Die Erfindung betrifft Dichtungsanordnungen 32, wie sie in den 2 bis 5 dargestellt sind. Dabei ist in den 2 und 3 die Dichtungsanordnung im eingeschliffenen Zustand gezeigt, in welchem eine Drehschieber-Dichtfläche 38 vollflächig an einer Dichtelement-Dichtfläche 40 anliegt.The invention relates to sealing assemblies 32, as in the 2 until 5 are shown. Here is in the 2 and 3 the sealing arrangement is shown in the ground-in state, in which a rotary slide sealing surface 38 bears against a sealing element sealing surface 40 over its entire surface.

In 4 ist eine erste Ausführungsform einer Dichtungsanordnung 32 in einem nicht eingeschliffenen Zustand gezeigt.In 4 a first embodiment of a sealing arrangement 32 is shown in a non-ground state.

In 5 ist eine weitere Ausführungsform einer Dichtungsanordnung 32 in einem nicht eingeschliffenen Zustand gezeigt. In beiden Ausführungsformen wurden für identische oder zumindest funktionsgleiche Elemente die gleichen Bezugszeichen verwendet.In 5 a further embodiment of a sealing arrangement 32 is shown in a non-ground state. In both embodiments, the same reference numbers were used for identical or at least functionally identical elements.

Im Folgenden wird anhand der 2 und 3 der Grundaufbau der gezeigten Ausführungsbeispiele einer Dichtungsanordnung mit eingeschliffenem Dichtelement 34 beschrieben, die jeweils eine effiziente Abdichtung zwischen dem Dichtelement 34 und dem Drehschieber 12 gewährleisten.The following is based on the 2 and 3 the basic structure of the shown exemplary embodiments of a sealing arrangement with a ground-in sealing element 34 are described, each of which ensures efficient sealing between the sealing element 34 and the rotary slide valve 12 .

Das Dichtelement 34 ist radial innenseitig und von der Oberseite her von einer Hülse 42, hier einer Stahlhülse, umgeben. Radial außenseitig liegt das Dichtelement 34 mit einer oberen Außenfläche 44 und einer unteren Außenfläche 46 an einer Innenwand des Bypass-Stutzens 18 an. Zwischen der oberen Außenfläche 44 und der unteren Außenfläche 46 erstreckt sich eine Vertiefung 52, in welcher ein Zusatz-Dichtelement 54 angeordnet ist.The sealing element 34 is surrounded radially on the inside and from the top by a sleeve 42, here a steel sleeve. The sealing element 34 bears radially on the outside with an upper outer surface 44 and a lower outer surface 46 against an inner wall of the bypass socket 18 . A depression 52 in which an additional sealing element 54 is arranged extends between the upper outer surface 44 and the lower outer surface 46 .

Nach unten in Richtung Drehschieber 12 gerichtet ist eine Drehschieber-Dichtfläche 38, die im eingeschliffenen Zustand - wie in den 2 und 3 im Detail erkennbar - vollständig an die Dichtelement-Dichtfläche 40 angepasst ist.Directed downwards in the direction of the rotary valve 12 is a rotary valve sealing surface 38 which, in the ground state - as in the 2 and 3 recognizable in detail - is fully adapted to the sealing element sealing surface 40.

Die Hülse 42 wird von oben mittels eines Federelements 48 von einer Federkraft beaufschlagt. Das Federelement 48 und die Druckdifferenz zwischen dem mit HD gekennzeichneten Hochdruckbereich und dem mit ND gekennzeichneten Niedrigdruckbereich führen dazu, dass die Dichtelement-Dichtfläche 40 an die Drehschieber-Dichtfläche 38 angedrückt wird.The sleeve 42 is acted upon by a spring force from above by means of a spring element 48 . The spring element 48 and the pressure difference between the high-pressure area marked HD and the low-pressure area marked ND cause the sealing element sealing surface 40 to be pressed against the rotary slide sealing surface 38 .

Bei dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel wurde für die geometrische Gestaltung der Dichtelement-Dichtfläche 40 ein größerer Radius R₂ verwendet als für den Radius R₁ der Drehschieber-Dichtfläche 38. Der Berührbereich B wurde so gewählt, dass er sich ungefähr mittig auf dem Bogenstück befindet, welches die Dichtelement-Dichtfläche 40 definiert. Dazu sind die dazugehörigen Mittelpunkte M₁ und M₂ auf einer gemeinsamen Radiuslinie angeordnet.At the in 4 _{In the embodiment shown, a larger radius R 2 was} used for the geometric design of the sealing element sealing surface 40 than for the radius R _{1 of} the rotary valve sealing surface 38. The contact area B was selected so that it is located approximately in the middle of the curved piece that the sealing element -Sealing surface 40 defined. For this purpose, the associated centers M ₁ and M _{2 are arranged} on a common radius line.

Bei dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel wurde für die geometrische Gestaltung der Dichtelement-Dichtfläche 40 der gleiche Radius R₂ verwendet wie für den Radius R₁ der Drehschieber-Dichtfläche 38. Dazu sind die dazugehörigen Mittelpunkte M₁ und M₂ seitlich zueinander versetzt auf unterschiedlichen Radiuslinien angeordnet.At the in 5 The embodiment shown was used for the geometric design of the sealing element sealing surface 40 of the same radius R ₂ as for the radius R _{1 of} the rotary valve sealing surface 38. These are the associated means Points M ₁ and M _{2 are arranged} laterally offset from one another on different radius lines.

In beiden Ausführungsformen (4 und 5) ist gut erkennbar, dass die Druckdifferenz zwischen dem Hochdruckbereich (HD) und dem Niederdruckbereich (ND) auf ungefähr gegenüberliegenden Flächen wirken kann und dadurch zu einer höheren Anpresskraft des Dichtelements 34 mit der Dichtelement-Dichtfläche 50 an die Drehschieber-Dichtfläche 38 des Drehschiebers 12 führt. Durch den jeweiligen Linienberührabschnitt verkürzt sich die Einlaufphase und verbessert sich die Dichtwirkung kurzfristig stärker.In both embodiments ( 4 and 5 ) it is easy to see that the pressure difference between the high-pressure area (HP) and the low-pressure area (LP) can act on approximately opposite surfaces and thus lead to a higher contact pressure of the sealing element 34 with the sealing element sealing surface 50 on the rotary valve sealing surface 38 of the rotary valve 12 leads. The running-in phase is shortened by the respective line contact section and the sealing effect improves more quickly in the short term.

Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Die Erfindung kann im Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtigung der Kenntnisse des zuständigen Fachmanns variiert werden.The features of the invention disclosed in the present description, in the drawings and in the claims can be essential both individually and in any combination for the realization of the invention in its various embodiments. The invention can be varied within the scope of the claims and taking into account the knowledge of the person skilled in the art.

BezugszeichenlisteReference List

1010: Drehschieberventilrotary valve
1212: Drehschieberrotary vane
1414: Wellewave
1616: Stellvorrichtungactuator
1818: Bypass-Stutzenbypass nozzle
2020: Kühler-Stutzenradiator nozzle
2222: Pumpen-DruckstutzenPump discharge port
2424: Pumpen-SaugstutzenPump suction port
2626: Lagerelementbearing element
2828: Ventilgehäuseelement (erstes)valve body element (first)
3030: Dichtungpoetry
3232: Dichtungsanordnungsealing arrangement
3434: Dichtelementsealing element
3636: Ventilgehäuseelement (zweites)valve body element (second)
3838: Drehschieber-DichtflächeRotary vane sealing surface
4040: Dichtelement-Dichtflächesealing element sealing surface
4242: Hülsesleeve
4444: obere Außenflächeupper outer surface
4646: untere Außenflächelower outer surface
4848: Federelementspring element
5050: Sammelraumcollection room
5252: Vertiefungdeepening
5454: Zusatz-Dichtelement Additional sealing element
HDHD: Hochdruckbereichhigh pressure area
NDND: Niedrigdruckbereichlow pressure area
M1M1: Mittelpunkt zu Radius R₁ Center to radius R ₁
M2M2: Mittelpunkt zu Radius R₂ Center to radius R ₂
R1R1: Radius R₁ Radius R ₁
R2R2: Radius R₂ Radius R ₂

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 2419129 A1 [0003]
DE 3641741 C1 [0004]
DE 102016106183 A1 [0005]

Claims

Sealing arrangement for a rotary slide valve (10) with a rotary slide (12) which has at least one rotary slide sealing surface (38) which is provided for sealing the rotary slide (12) with respect to a collecting chamber (50), the rotary slide (12) at least has a spherical segment shape in the area interacting with the sealing element sealing surface (40), the sealing element (34) being designed for a wearing running-in phase and being shaped in the area of the sealing element sealing surface (40) in such a way that the sealing element sealing surface (40) before the running-in phase, there is circumferential contact with the rotary valve sealing surface (38) only in a partial area of the sealing element sealing surface (40), the partial area being spaced apart from a radially outer section of the sealing element sealing surface (40).

Sealing arrangement according to the preceding claim, characterized in that the partial area is a strip contact section or line contact section which is spaced at least a quarter of the total length of the sealing element sealing surface (40) from the radially outermost point.

Sealing arrangement according to the preceding claim, characterized in that the strip contact portion or line contact portion is provided in the radially inner half of the sealing element sealing surface (40).

Sealing arrangement according to the preceding claim, characterized in that the strip contact section or line contact section is located at the radially innermost point of the sealing element sealing surface (40) or starting from the radially innermost point in the range between a quarter and a third of the length of the sealing element sealing surface ( 40) extends.

Sealing arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the sealing element sealing surface (40) is designed at least partially in the form of a tapering conical surface.

Sealing arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the sealing element sealing surface (40) is at least partially arcuate.

Sealing arrangement according to the preceding claim, characterized in that the sealing element sealing surface (40) has a radius (R ₂ ) which is equal to or larger than the radius (R ₁ ) of the corresponding rotary valve sealing surface (38).

Sealing arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the sealing element (34) is part of a sealing assembly which also interacts with a spring element (48), a sleeve (42) and/or an additional sealing element.

Sealing arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the sealing element (34) is made of a non-metallic and non-ceramic material and/or the sealing element (34) is located between an upper outer surface (44) and a lower outer surface ( 46) has an extending depression in which an additional sealing element is arranged.

Thermostatic valve with a rotary slide valve (10) and a sealing arrangement according to one of Claims 1 until 9 .