DE102021204164A1

DE102021204164A1 - Ventileinheit

Info

Publication number: DE102021204164A1
Application number: DE102021204164.7A
Authority: DE
Inventors: Stefan Schmidgall
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2021-04-27
Filing date: 2021-04-27
Publication date: 2022-10-27
Also published as: US11988291B2; US20220341500A1; CN115247715A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ventileinheit (1) mit einem Aktuator (2), einem ersten Ventil (3a) und einem zweiten Ventil (3b). Das erste/zweite Ventil (3a, 3b) weist ein erstes/zweites Ventilgehäuse (4a, 4b) und einen ersten/zweiten Ventilkörper (5a, 5b) auf. Der erste/zweite Ventilkörper (5a, 5b) ist in dem ersten/zweiten Ventilgehäuse (4a, 4b) verdrehbar angeordnet. Die beiden Ventile (3a, 3b) sind dabei koaxial zueinander und um eine gemeinsame Verstellachse (VA) verdrehbar angeordnet. Der Aktuator (2) ist mit dem ersten Ventilkörper (5a) fest und mit dem zweiten Ventilkörper (5b) über den ersten Ventilkörper (5a) entkoppelbar gekoppelt. Der erste Ventilkörper (5a) ist mittels des Aktuators (2) in eine erste und zweite Drehrichtung (DR1, DR2) verdrehbar ist. Der zweite Ventilkörper (5b) ist im gekoppelten Zustand in die erste und/oder zweite Drehrichtung (DR1, DR2) mit dem ersten Ventilkörper (5a) mitverdrehbar ist und im entkoppelten Zustand zumindest in die zweite Drehrichtung (DR2) mit dem ersten Ventilkörper (5a) nicht mitverdrehbar.
Die Erfindung betrifft auch ein verfahren zum Stellen der Ventileinheit (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventileinheit mit einem ersten Ventil und einem zweiten Ventil. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Stellen der Ventileinheit.
Ein Kühlkreislauf - beispielweise in einem Kraftfahrzeug - wird zum Kühlen von einzelnen Komponenten verwendet. Dabei wird eine Kühlflüssigkeit über Fluidleitungen zu den Komponenten geleitet, wobei die Kühlflüssigkeit die Komponenten kühlt oder erhitzt und selbst gekühlt oder erhitzt oder verändert wird. Bei der Kühlflüssigkeit kann es sich beispielweise um ein Kühlmittel bzw. Kühlwasser oder ein Kältemittel handeln. Über ein oder üblicherweise mehrere Ventile kann dabei der Kühlkreislauf an abweichende Anforderungen angepasst sein. So können beispielweise die einzelnen Komponenten von der Kühlflüssigkeit durchströmt oder nicht durchströmt sein oder die Reihenfolge der Durchströmung von den Komponenten mit der Kühlflüssigkeit geändert sein oder die Strömungsrichtung der Kühlflüssigkeit geändert sein. Das jeweilige Ventil wird dabei durch einen zugeordneten Aktuator verstellt. Da die Aktuatoren kostenintensiv sind, steigen mit der Anzahl der Ventile die Herstellungskosten stark an. Zudem weist der Kühlkreislauf mit mehreren Ventilen und mehreren Aktuatoren insgesamt einen hohen Bauraumbedarf aufweist.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, für eine Ventileinheit der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest alternative Ausführungsform anzugeben, bei der die beschriebenen Nachteile überwunden werden. Zudem sollte ein Verfahren zum Stellen der Ventileinheit bereitgestellt werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Eine erfindungsgemäße Ventileinheit weist einen Aktuator, ein erstes Ventil und ein zweites Ventil auf. Das erste Ventil weist ein erstes Ventilgehäuse und einen ersten Ventilkörper auf, wobei der erste Ventilkörper in dem ersten Ventilgehäuse um eine erste Drehachse verdrehbar ist. Das zweite Ventil weist ein zweites Ventilgehäuse und einen zweiten Ventilkörper auf, wobei der zweite Ventilkörper in dem zweiten Ventilgehäuse um eine zweite Drehachse verdrehbar ist. Das erste Ventil und das zweite Ventil sind koaxial zueinander angeordnet, so dass die erste Drehachse und die zweite Drehachse zu einer gemeinsamen Verstellachse zusammenfallen. Der Aktuator ist dabei mit dem ersten Ventilkörper fest gekoppelt und mit dem zweiten Ventilkörper über den ersten Ventilkörper entkoppelbar gekoppelt. Der erste Ventilkörper ist in dem ersten Ventilgehäuse mittels des Aktuators in eine erste Drehrichtung und in eine zweite Drehrichtung verdrehbar. Die erste Drehrichtung umläuft dabei die Verstellachse und die zweite Drehrichtung ist der ersten Drehrichtung entgegengesetzt. Im mit dem Aktuator gekoppelten Zustand ist der zweite Ventilkörper in die erste Drehrichtung und/oder in die zweite Drehrichtung mit dem ersten Ventilkörper mitverdrehbar. Im von dem Aktuator entkoppelten Zustand ist der zweite Ventilkörper zumindest in die zweite Drehrichtung mit dem ersten Ventilkörper nicht mitverdrehbar.
Vorteilhafterweise kann der Aktuator zu dem ersten Ventil und zu dem zweiten Ventil koaxial angeordnet sein. Vorteilhafterweise kann das erste Ventil axial zur Verstellachse zwischen dem Aktuator und dem zweiten Ventil angeordnet sein. Vorteilhafterweise kann der Aktuator zu dem ersten Ventil unmittelbar benachbart angeordnet sein.
Vorteilhafterweise können das erste Ventil und das zweiten Ventil unabhängig voneinander in die gewünschte Schaltstellung verstellt werden. Dadurch können abweichende Ventileinheit-Schaltstellungen der Ventileinheit erreicht werden, wobei die Ventileinheit-Schaltstellungen sich aus der Kombination der einzelnen Schaltstellungen des ersten Ventils und des zweiten Ventils ergeben. Beim Verstellen der Ventileinheit in die gewünschte Ventil-Schaltstellung werden das erste Ventil und das zweite Ventil unabhängig voneinander in die jeweilige mit der gewünschten Ventileinheit-Schaltstellung korrelierende Schaltstellung verstellt.
Der zweite Ventilkörper wird zuerst im mit dem Aktuator gekoppelten Zustand mittels des Aktuators in die erste oder zweite Drehrichtung so verdreht, dass das zweite Ventil die mit der gewünschten Ventileinheit-Schaltstellung korrelierende Schaltstellung einnimmt. Dabei wird der erste Ventilkörper, der mit dem Aktuator fest gekoppelt ist, mitverdreht. Hat das zweite Ventil die mit der gewünschten Ventileinheit-Schaltstellung korrelierende Schaltstellung erreicht, so wird der zweite Ventilkörper in den von dem Aktuator entkoppelten Zustand gebracht. Nun wird der erste Ventilkörper mittels des Aktuators zumindest in die zweite Drehrichtung so verdreht, dass das erste Ventil die mit der gewünschten Ventileinheit-Schaltstellung korrelierende Schaltstellung einnimmt. Dadurch sind das erste Ventil und das zweite Ventil unabhängig voneinander in die mit der gewünschten Ventileinheit-Schaltstellung korrelierende Schaltstellung verstellt und die Ventileinheit entsprechend in die gewünschte Ventileinheit-Schaltstellung gebracht.
In der erfindungsgemäßen Ventileinheit können die beiden Ventile mittels des einzigen Aktuator betätigt werden. Dadurch können Herstellungskosten für die Ventileinheit deutlich reduziert werden. Vorteilhafterweise können die beiden Ventile als Gleichteile ausgebildet sein, wodurch die Herstellungskosten weiter reduziert werden können. Zudem sind in der erfindungsgemäßen Ventileinheit die Ventile in der Ventileinheit zusammengefasst, wodurch der Bauraumbedarf deutlich reduziert ist.
Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass die Ventileinheit eine schaltbare Kupplung aufweist. Über die schaltbare Kupplung sind dabei der erste Ventilkörper und der zweite Ventilkörper starr miteinander verbindbar. Die schaltbare Kupplung kann den zweiten Ventilkörper mit dem ersten Ventilkörper und dadurch mit dem Aktuator starr koppeln. Sind der zweite Ventilkörper und der erste Ventilkörper miteinander gekoppelt, so kann der zweite Ventilkörper mit dem ersten Ventilkörper in die erste und/oder zweite Drehrichtung mitverdreht und das zweite Ventil wird in die gewünschte Schaltstellung verstellt. Die schaltbare Kupplung kann den ersten Ventilkörper von dem zweiten Ventilkörper und dadurch von dem Aktuator entkoppeln. Sind der zweite Ventilkörper und der erste Ventilkörper voneinander entkoppelt, so ist der zweite Ventilkörper mit dem ersten Ventilkörper nicht verdrehbar. Der erste Ventilkörper kann nun allein mittels des Aktuators in die erste und/oder zweite Drehrichtung verdreht und das erste Ventil in die gewünschte Schaltstellung verstellt werden. Mit der schaltbaren Kupplung ist der zweite Ventilkörper aktiv bzw. durch ein aktives Verschalten der schaltbaren Kupplung in den mit dem Aktuator gekoppelten Zustand und in den von dem Aktuator entkoppelten Zustand bringbar.
Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass der zweite Ventilkörper im mit dem Aktuator gekoppelten Zustand mit dem ersten Ventilkörper nur in die erste Drehrichtung mitverdrehbar ist und im von dem Aktuator entkoppelten Zustand mit dem ersten Ventilkörper in die zweite Drehrichtung nicht mitverdrehbar ist. Mit anderen Worten ist der zweite Ventilkörper mit dem ersten Ventilkörper in die erste Drehrichtung gekoppelt und in die zweite Drehrichtung entkoppelt. Wird der erste Ventilkörper in die erste Drehrichtung verdreht, so wird der zweite Ventilkörper mitverdreht und das zweite Ventil kann in die gewünschte Schaltstellung verstellt werden. Wird der erste Ventilkörper in die zweite Drehrichtung verdreht, so wird der zweite Ventilkörper nicht mitverdreht und bleibt in der gewünschten Schaltstellung. Dabei kann das erste Ventil unabhängig von der Schaltstellung des ersten Ventils in die gewünschte Schaltstellung verstellt werden.
Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Ventileinheit eine starre Kopplung aufweist, wobei der erste Ventilkörper und der zweite Ventilkörper über die starre Kopplung mit einem Freilauf, insbesondere einem schaltbaren Freilauf, miteinander verbunden sind. Der zweite Ventilkörper ist in die erste Drehrichtung mit dem ersten Ventilkörper und dadurch mit dem Aktuator gekoppelt und in die zweite Drehrichtung durch den Freilauf von dem ersten Ventilkörper und dadurch von dem Aktuator entkoppelt. Mit der starren Kopplung mit einem Freilauf ist der zweite Ventilkörper passiv bzw. ausschließlich durch die Änderung der Drehrichtung in den mit dem Aktuator gekoppelten Zustand und in den von dem Aktuator entkoppelten Zustand bringbar.
Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass das jeweilige Ventilgehäuse wenigstens drei Anschlüsse und der jeweilige Ventilkörper wenigstens eine durchgehende Öffnung aufweist. Die jeweilige Öffnung verbindet dabei beim Verdrehen des jeweiligen Ventilkörpers in die erste Drehrichtung und/oder in die zweite Drehrichtung die jeweiligen Anschlüsse des jeweiligen Ventilgehäuses paarweise und abwechselnd und fluidisch miteinander. Sind die jeweiligen Anschlüsse über die jeweilige Öffnung fluidisch miteinander verbunden, so ist eine Schaltstellung des jeweiligen Ventils erreicht.
Vorteilhafterweise kann das jeweilige erste und/oder zweite Ventil ein Drei-Wege-Ventil sein und das jeweilige erste und/oder zweite Ventilgehäuse drei Anschlüsse und der jeweilige erste und/oder zweite Ventilkörper wenigstens eine Öffnung aufweisen. Vorteilhafterweise kann das jeweilige erste und/oder zweite Ventil ein Vier-Wege-Ventil sein und das jeweilige erste und/oder zweite Ventilgehäuse vier Anschlüsse und der jeweilige erste und/oder zweite Ventilkörper wenigstens zwei Öffnungen aufweisen. Vorteilhafterweise kann das jeweilige erste und/oder zweite Ventil ein Fünf-Wege-Ventil sein und das jeweilige erste und/oder zweite Ventilgehäuse fünf Anschlüsse und der jeweilige erste und/oder zweite Ventilkörper wenigstens zwei Öffnungen aufweisen.
Vorteilhafterweise kann das erste Ventil ein Fünf-Wege-Ventil sein und das jeweilige erste Ventilgehäuse fünf Anschlüsse und der erste Ventilkörper wenigstens zwei Öffnungen aufweisen. Vorteilhafterweise kann das zweite Ventil ein Vier-Wege-Ventil sein und das zweite Ventilgehäuse vier Anschlüsse und der zweite Ventilkörper zwei Öffnungen aufweisen. Vorteilhafterweise kann einer der Anschlüsse des ersten Ventils mit einem der Anschlüsse des zweiten Ventils fluidisch verbunden sein. Vorteilhafterweise kann dadurch über die Ventileinheit ein Sieben-Wege-Ventil mit sieben Anschlüssen und wenigstens vier Öffnungen realisiert sein.
Vorteilhafterweise kann das jeweilige Ventilgehäuse genau fünf oder genau sechs Anschlüsse aufweisen. Es versteht sich, dass in dem jeweiligen Ventil wenigstens zwei Schaltstellungen definiert sind, in denen der jeweilige Ventilkörper über die jeweiligen durchgehenden Öffnungen die jeweiligen Anschlüsse abweichend fluidisch verbindet. Es versteht sich auch, dass das Ventil beim Verdrehen des jeweiligen Ventilkörpers um die Verstellungsachse in dieselbe Drehrichtung aus einer der wenigstens zwei Schaltstellungen in andere der wenigstens zwei Schaltstellungen nacheinander übergeht.
Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass der jeweilige Ventilkörper eine Kugel oder ein Zylinder oder ein Zylinder mit abgerundeten Außenflächen ist. Es versteht sich jedoch, dass der Ventilkörper, sobald er um die Verstellachse rotationssymmetrisch ausgebildet ist, beliebig ausgestaltet sein kann.
Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass das erste Ventilgehäuse und das zweite Ventilgehäuse integral aneinander anschließen und ein gemeinsames Gehäuse bilden. Das gemeinsame Gehäuse kann vorteilhafterweise durch eine Aufnahmeöffnung in einem Modulträger, der weitere Funktionskomponenten eines Kühlkreislaufs trägt, realisiert sein. Die beiden Ventile bleiben jedoch auch bei dieser Ausführungsform der Ventileinheit baulich voneinander getrennt.
Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass das erste Ventil und das zweite Ventil innerhalb des gemeinsamen Gehäuses fluidisch voneinander getrennt sind. Alternativ kann vorgesehen sein, dass das erste Ventil und das zweite Ventil innerhalb des gemeinsames Gehäuses über wenigstens eine Fluidleitung fluidisch miteinander verbunden sind. Vorteilhafterweise können dabei wenigstens ein Anschluss in dem ersten Ventilgehäuse unmittelbar mit wenigstens einem Anschluss in dem zweiten Ventilgehäuse fluidisch miteinander verbunden sein.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Stellen der oben beschriebenen Ventileinheit in eine Ventileinheit-Schaltstellung. In einem Kopplungsschritt wird zuerst der zweite Ventilkörper passiv oder aktiv mit dem Aktuator gekoppelt. In einem nachfolgenden ersten Stellschritt wird der zweite Ventilkörper mittels des Aktuators in die erste Drehrichtung oder in die zweite Drehrichtung verdreht, bis das zweite Ventil die mit der gewünschten Ventileinheit-Schaltstellung korrelierende Schaltstellung erreicht. In einem nachfolgenden Entkopplungsschritt wird der zweite Ventilkörper passiv oder aktiv von dem Aktuator entkoppelt. In einem nachfolgenden zweiten Stellschritt wird der erste Ventilkörper mittels des Aktuators in dem ersten Ventilgehäuse in die erste Drehrichtung oder in die zweite Drehrichtung verdreht, bis das erste Ventil die mit der gewünschten Ventileinheit-Schaltstellung korrelierende Schaltstellung erreicht.
Das Stellen der Ventileinheit in die gewünschte Ventileinheit-Schaltstellung umfasst also ein Stellen des ersten Ventils in die mit der gewünschten Ventileinheit-Schaltstellung korrelierende Schaltstellung und das Stellen des zweiten Ventils in die mit der gewünschten Ventileinheit-Schaltstellung korrelierende Schaltstellung.
In dem Kopplungsschritt kann der zweite Ventilkörper mit dem Aktuator bzw. von dem ersten Ventilkörper passiv oder aktiv entkoppelt werden. In dem Entkopplungsschritt kann der zweite Ventilkörper von dem Aktuator bzw. von dem ersten Ventilkörper passiv oder aktiv entkoppelt werden. Das passive Koppeln bzw. Entkoppeln können durch eine Änderung der Drehrichtung des zweiten Ventilkörpers realisiert sein. Der Kopplungsschritt und der Entkopplungsschritt erschöpfen sich dann in der genannten Änderung der Drehrichtung. Das passive Koppeln bzw. Entkoppeln kann durch die starre Kopplung mit einem Freilauf, wie oben bereits erläutert, realisiert sein. Das aktive Koppeln bzw. Entkoppeln können durch die schaltbare Kopplung, wie oben bereits beschrieben ist, realisiert sein. In dem Kopplungsschritt bzw. Entkopplungsschritt erfolgt dann eine aktive Umschaltung der schaltbaren Kupplung.
Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass nach dem Entkopplungsschritt und vor dem zweiten Stellschritt ein Zwischenschritt durchgeführt wird. Bei dem Zwischenschritt wird das erste Ventil in eine Position zwischen der bisherigen Schaltstellung und der mit der gewünschten Ventileinheit-Schaltstellung korrelierenden Schaltstellung verstellt und dadurch ist eine Zwischenstellung der Ventileinheit ermöglich. In dem Zwischenschritt kann beispielweise das Verstellen des ersten Ventilkörpers ab einer bestimmten Drehposition des Ventilkörpers in dem ersten Ventilgehäuse langsam oder für eine definierte Zeitdauer gestoppt werden. In der Zwischenstellung ist insbesondere eine Überströmung des ersten Ventilkörpers ermöglicht und auf diese Weise ist eine zusätzliche sogenannte Bypass-Strömung realisiert. Insbesondere kann die Zwischenstellung des ersten Ventilkörpers in einem Kühlkreislauf eines Kraftfahrzeugs für eine Aufheizphase bei einem Kaltstart des Motors genutzt werden. Dabei verhindert das erste Ventil das Durchströmen von Kühlflüssigkeit zu einem Kühler des Kühlkreislaufs, um ein weiteres Abkühlen der noch kalten Kühlflüssigkeit zu verhindern. Dadurch kann die Kühlflüssigkeit in dem Kühlkreislauf schneller erwärmt werden und der Motor bei einem Kaltstart schneller auf die Betriebstemperatur gebracht werden.
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.
Es zeigen, jeweils schematisch

1 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Ventileinheit mit einer schaltbaren Kupplung;
2 eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Ventileinheit mit einer starren Kopplung mit einem Freilauf;
3 eine Teilansicht eines Kühlkreislaufs mit Ventilen nach dem Stand der Technik;
4 eine Teilansicht des Kühlkreislaufs aus 3 mit der erfindungsgemäßen Ventileinheit;
5 eine Ansicht eines ersten Ventils der erfindungsgemäßen Ventileinheit;
6 eine Ansicht von mehreren möglichen Schaltstellungen des ersten Ventils der erfindungsgemäßen Ventileinheit;
7 und 8 Ansichten von mehreren möglichen Ventileinheit-Schaltstellungen der erfindungsgemäßen Ventileinheit.

1 zeigt eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Ventileinheit 1. Die Ventileinheit 1 weist einen Aktuator 2, ein erstes Ventil 3a und ein zweites Ventil 3b auf. Das erste bzw. zweite Ventil 3a bzw. 3b weist dabei ein erstes bzw. zweites Ventilgehäuse 4a bzw. 4b und einen ersten bzw. zweiten Ventilkörper 5a bzw. 5b auf. Das erste und das zweite Ventilgehäuse 4a und 4b schließen hier integral aneinander an und bilden ein gemeinsames Gehäuse 4. Der erste bzw. zweite Ventilkörper 5a bzw. 5b ist in dem ersten bzw. zweiten Ventilgehäuse 4a bzw. 4b um eine erste bzw. zweite Drehachse D1 bzw. D2 verdrehbar. Die beiden Ventile 3a und 3b sind koaxial zueinander angeordnet, so dass die erste und zweite Drehachse D1 und D2 zu einer gemeinsamen Verstellachse VA zusammenfallen.
Der Aktuator 2 ist dabei starr mit dem ersten Ventilkörper 5a verbunden und dadurch mit dem ersten Ventilkörper 5a nicht entkoppelbar gekoppelt. Der erste Ventilkörper 5a wird also beim Verdrehen des Aktuators 2 stets mitverdreht. Der Aktuator 2 ist dabei so ausgelegt, dass er den ersten Ventilkörper 5a um die Verstellachse VA in eine erste Drehrichtung DR1 und in eine zweite Drehrichtung DR2 verdrehen kann. Die erste Drehrichtung DR1 und die zweite Drehrichtung DR2 umlaufen die Verstellachse VA und sind gegeneinander gerichtet.
Der erste Ventilkörper 5a ist mit dem zweiten Ventilkörper 5b über eine schaltbare Kupplung 6 der Ventileinheit 1 entkoppelbar verbunden. Dadurch ist der Aktuator 2 mit dem zweiten Ventilkörper 5b über den ersten Ventilkörper 5a und die schaltbare Kupplung 6 entkoppelbar gekoppelt. Ist die Kupplung 6 geschaltet, so ist der zweite Ventilkörper 5b mit den ersten Ventilkörper 5a und dadurch mit dem Aktuator 2 starr gekoppelt. Der zweite Ventilkörper 5b befindet sich also in einem mit dem Aktuator 2 gekoppelten Zustand und wird mit dem ersten Ventilkörper 5a mitverdreht. Ist die Kupplung 6 abgeschaltet, so ist der zweite Ventilkörper 5b von dem ersten Ventilkörper 5a und dadurch von dem Aktuator 2 gelöst bzw. entkoppelt. Der zweite Ventilkörper 5b befindet sich also in einem von dem Aktuator 2 entkoppelten Zustand und wird mit dem ersten Ventilkörper 5a nicht mitverdreht.
2 zeigt eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Ventileinheit 1. Hier sind zur Übersichtlichkeit kein gemeinsames Gehäuse 4 bzw. das erste und zweite Ventilgehäuse 4a und 4b dargestellt. Im Unterschied zu der Ventileinheit 1 in 1 ist hier keine schaltbare Kupplung 6 vorgesehen. Hier sind der erste Ventilkörper 5a und der zweite Ventilkörper 5b über eine starre Kopplung 7 mit einem 90°-Freilauf starr miteinander verbunden. Durch die Kopplung 7 ist der zweite Ventilkörper 5b mit dem ersten Ventilkörper 5a nur gekoppelt, wenn der erste Ventilkörper 5a mittels des Aktuators 2 in die erste Drehrichtung DR1 verdreht wird. Wird dagegen der der erste Ventilkörper mittels des Aktuators 2 in die zweite Drehrichtung DR2 verdreht, so wird der zweite Ventilkörper 5b aufgrund des 90°-Freilaufs nicht mitverdreht.
3 zeigt eine Teilansicht eines Kühlkreislaufs 8 - beispielweise in einem Kraftfahrzeug - mit aus dem Stand der Technik bekannten Ventilen 9a, 9b und 9c. Die in 3 gezeigten herkömmlichen Ventile 9a, 9b und 9c sind kein Teil der vorliegenden Erfindung. Das Ventil 9a ist ein Drei-Wege-Ventil und weist drei Anschlüsse A-1 a, A-1 b, A-1 auf. Das Ventil 9b ist ein Vier-Wege-Ventil und weist vier Anschlüsse B-1, B-2, B-3, B-4 auf. Das Ventil 9c ist ein Vier-Wege-Ventil und weist vier Anschlüsse C-5, C-6, C-7 und C-8 auf. Die Anschlüsse A-1 und B-1 der Ventile 9a und 9b und die Anschlüsse B-3 und C-5 der Ventile 9b und 9c sind fluidisch miteinander verbunden.
4 zeigt eine Teilansicht des Kühlkreislaufs 8 mit der erfindungsgemäßen Ventileinheit 1. Das erste Ventil 3a und das zweite Ventil 3b sind hier nur zur Übersichtlichkeit nebeneinander dargestellt. Tatsächlich - wie in 1 und 2 gezeigt ist - sind die beiden Ventile 3a und 3b koaxial angeordnet und mittels des Aktuators 2 verstellbar.
Das erste Ventil 3a ist dabei ein Fünf-Wege-Ventil und realisiert die Anschlüsse A-1 a, A-1b, A-1, B-1, B-2, B-3, B-4 der herkömmlicher Ventile 9a und 9b aus 3. Dadurch ersetzt das erste Ventil 3a vorteilhafterweise die herkömmlichen Ventile 9a und 9b. In dem ersten Ventil 3a entfallen dabei die Anschlüsse A-1 und B-1 aufgrund der Vereinigung der herkömmlichen Ventile 9a und 9b. Die Anschlüsse A-1a, A-1b, B-2, B-3, B-4 sind in dem ersten Ventilgehäuse 4a bzw. in dem gemeinsamen Gehäuse 4 der Ventileinheit 1 geformt. Die einzelnen Anschlüsse A-1a, A-1b, B-2, B-3, B-4 des ersten Ventils 3a können dabei abwechselnd über insgesamt vier durchgehende Öffnungen 10 in dem ersten Ventilkörper 5a fluidisch verbunden sein. Wie oben bereits erläutert, ist der erste Ventilkörper 5a mittels des Aktuators 2 in die erste und/oder zweite Drehrichtung DR1 und/oder DR2 verdrehbar. Dadurch ist das erste Ventil 3a in abweichende Schaltstellungen verstellbar, wie im Folgenden anhand 6-8 näher erläutert wird.
Das zweite Ventil 3b ist ein Vier-Wege-Ventil und weist die Anschlüsse C-5, C-6, C-7, C-8 des herkömmlichen Ventils 9c aus 3 auf. Das zweite Ventil 3b ist baulich mit dem herkömmlichen Ventil 9c identisch und ersetzt das herkömmliche Ventil 9c. Die Anschlüsse C-5, C-6, C-7, C-8 sind dabei in dem zweiten Ventilgehäuse 4b bzw. in dem gemeinsamen Gehäuse 4 geformt. Die einzelnen Anschlüsse C-5, C-6, C-7, C-8 des zweiten Ventils 3b können dabei abwechselnd über zwei durchgehende Öffnungen 10 in dem zweiten Ventilkörper 5b fluidisch verbunden sein. Wie oben bereits erläutert, ist der zweite Ventilkörper 5b mit dem Aktuator 2 über den ersten Ventilkörper 5a entkoppelbar bzw. lösbar gekoppelt. Der zweite Ventilkörper 5b kann in dem mit dem Aktuator gekoppelten Zustand mit dem ersten Ventilkörper 5a, der mittels des Aktuators 2 verdreht wird, in die erste und/oder zweite Drehrichtung DR1 und/oder DR2 mitdrehen. In dem von dem Aktuator 2 entkoppelten Zustand kann der zweite Ventilkörper 5b mit dem ersten Ventilkörper 5a, der mittels des Aktuators 2 verdreht wird, in die erste und/oder zweite Drehrichtung DR1 und/oder DR2 nicht mitdrehen. Dadurch ist das zweite Ventil 3b in abweichende Schaltstellungen verstellbar, wie im Folgenden anhand 7 und 8 näher erläutert wird.
In der Ventileinheit 1 ist zudem der Anschluss B-3 des ersten Ventils 3a mit dem Anschluss C-5 des zweiten Ventils 3b über eine Fluidleitung 11 fluidisch miteinander verbunden.
Vorteilhafterweise ersetzt das erste Ventil 3a die herkömmlichen Ventile 9a und 9b und das zweite Ventil 3b das herkömmliche Ventil 9c. Die Ventileinheit 1 ersetzt also in dem Kühlkreislauf 8 vorteilhafterweise die herkömmlichen Ventile 9a, 9b und 9c aus 3. Die Ventileinheit 1 kann zudem im Gegensatz zu den herkömmlichen Ventilen 9a, 9b und 9c mit dem einzigen Aktuator 2 verstellt werden.
Dadurch ergeben sich im Vergleich zu den herkömmlichen Ventilen 9a, 9b und 9c deutliche Kosten-, Gewicht- und Bauraumvorteile.
5 zeigt eine vergrößerte Ansicht des ersten Ventils 3a der erfindungsgemäßen Ventileinheit 1. 6 zeigt eine Ansicht von mehreren - hier vier - möglichen Schaltstellungen des ersten Ventils 3a der erfindungsgemäßen Ventileinheit 1. Von links nach rechts sind in 6 jeweils folgende Anschlüsse fluidisch miteinander verbunden: A-1b mit B-4 und B-2 mit B-3; A-1b mit B-3 und B-2 mit B-4; A-1a mit B-3 und B-2 mit B-4; A-1a mit B-4 und B-2 mit B-3. Dadurch sind in dem ersten Ventil 3a insgesamt vier Schaltstellungen erreichbar.
7 zeigt Ansichten von mehreren möglichen Ventileinheit-Schaltstellungen MODE-1a, MODE-2a und MODE-3a der erfindungsgemäßen Ventileinheit 1. Die jeweilige Ventileinheit-Schaltstellung MODE-1a, MODE-2a und MODE-3a der Ventileinheit 1 ergibt sich dabei aus der Kombination der jeweiligen Schaltstellungen des ersten Ventils 3a und des zweiten Ventils 3b. In 7 ist von links nach rechts das Umschalten zwischen den Ventileinheit-Schaltstellungen MODE-1a, MODE-2a und MODE-3a gezeigt.
In der Ventileinheit-Schaltstellung MODE-1a sind jeweils folgende Anschlüsse fluidisch miteinander verbunden: A-1a mit B-3 und B-2 mit B-4; C5 mit C8 und C6 mit C7. Zudem sind Anschlüsse B-3 und C-5 über die Fluidleitung 11 stets fluidisch verbunden.
Beim Übergang von der Ventileinheit-Schaltstellung MODE-1a zu der Ventileinheit-Schaltstellung MODE-2a wird der erste Ventilkörper 5a mittels des Aktuators 2 in die zweite Drehrichtung DR2 verdreht. Der zweite Ventilkörper 5b ist von dem Aktuator 2 bzw. von dem ersten Ventilkörper 5a entkoppelt und wird nicht mitverdreht. Die Ventileinheit 1 erreicht nun die Ventileinheit-Schaltstellung MODE-2a. In der Ventileinheit-Schaltstellung MODE-2a sind jeweils folgende Anschlüsse fluidisch miteinander verbunden: A-1a mit B-4 und B-2 mit B-3; C5 mit C8 und C6 mit C7. Zudem sind Anschlüsse B-3 und C-5 über die Fluidleitung 11 stets fluidisch verbunden.
Beim Übergang von der Ventileinheit-Schaltstellung MODE-2a zu der Ventileinheit-Schaltstellung MODE-3a wird zuerst der zweite Ventilkörper 5b mit dem Aktuator 2 bzw. mit dem ersten Ventilkörper 5a gekoppelt. Danach wird der erste Ventilkörper 5a und dadurch der zweite Ventilkörper 5b mittels des Aktuators 2 in die zweite Drehrichtung DR2 verdreht, bis das zweite Ventil 3b in die mit der Ventileinheit-Schaltstellung MODE-3a korrelierende Schaltstellung verstellt ist. Das erste Ventil 3a ist jedoch in einer mit der Schaltstellung MODE-3a nicht korrelierenden Schaltstellung. Nun wird der zweite Ventilkörper 5b von dem Aktuator 2 bzw. von dem ersten Ventilkörper 5a entkoppelt. Der erste Ventilkörper 5a wird in die erste Drehrichtung DR1 verdreht, bis das erste Ventil 3a eine mit der Ventileinheit-Schaltstellung MODE-3a korrelierende Schaltstellung erreicht. Die Ventileinheit 1 erreicht nun die Ventileinheit-Schaltstellung MODE-3a. In der Ventileinheit-Schaltstellung MODE-3a sind jeweils folgende Anschlüsse fluidisch miteinander verbunden: A-1a mit B-4 und B-2 mit B-3; C5 mit C7 und C6 mit C8. Zudem sind Anschlüsse B-3 und C-5 über die Fluidleitung 11 stets fluidisch verbunden.
Beim Übergang von der Ventileinheit-Schaltstellung MODE-3a zu der Ventileinheit-Schaltstellung MODE-1a wird zuerst der zweite Ventilkörper 5b mit dem Aktuator 2 bzw. mit dem ersten Ventilkörper 5a gekoppelt. Danach wird der erste Ventilkörper 5a und dadurch der zweite Ventilkörper 5b mittels des Aktuators 2 in die erste Drehrichtung DR1 verdreht, bis das zweite Ventil 3b in die mit der Ventileinheit-Schaltstellung MODE-1a korrelierende Schaltstellung verstellt ist. Das erste Ventil 3a ist jedoch in einer mit der Ventileinheit-Schaltstellung MODE-1a nicht korrelierenden Schaltstellung. Nun wird der zweite Ventilkörper 5b von dem Aktuator 2 bzw. von dem ersten Ventilkörper 5a entkoppelt. Der erste Ventilkörper 5a wird nun solange verdreht, bis das erste Ventil 3a eine mit der Ventileinheit-Schaltstellung MODE-1a korrelierende Schaltstellung erreicht. Die Ventileinheit 1 erreicht nun die Schaltstellung MODE-1a.
8 zeigt Ansichten von mehreren möglichen Ventileinheit-Schaltstellungen MODE-1b, MODE-2b und MODE-3b der erfindungsgemäßen Ventileinheit 1. Die jeweilige Ventileinheit-Schaltstellung MODE-1b, MODE-2b und MODE-3b der Ventileinheit 1 ergibt sich dabei aus der Kombination der jeweiligen Schaltstellungen des ersten Ventils 3a und des zweiten Ventils 3b. In 8 ist von links nach rechts das Umschalten zwischen den Ventileinheit-Schaltstellungen MODE-1b, MODE-2b und MODE-3b gezeigt.
In der Ventileinheit-Schaltstellung MODE-1b sind jeweils folgende Anschlüsse fluidisch miteinander verbunden: A-1b mit B-3 und B-2 mit B-4; C5 mit C8 und C6 mit C7. Zudem sind Anschlüsse B-3 und C-5 über die Fluidleitung 11 stets fluidisch verbunden.
Beim Übergang von der Ventileinheit-Schaltstellung MODE-1b zu der Ventileinheit-Schaltstellung MODE-2b wird der erste Ventilkörper 5a mittels des Aktuators 2 in die erste Drehrichtung DR1 verdreht. Der zweite Ventilkörper 5b ist von dem Aktuator 2 bzw. dem ersten Ventilkörper 5a entkoppelt und wird nicht mitverdreht. Die Ventileinheit 1 erreicht nun die Ventileinheit-Schaltstellung MODE-2b. In der Ventileinheit-Schaltstellung MODE-2b sind jeweils folgende Anschlüsse fluidisch miteinander verbunden: A-1b mit B-4 und B-2 mit B-3; C5 mit C8 und C6 mit C7. Zudem sind Anschlüsse B-3 und C-5 über die Fluidleitung 11 stets fluidisch verbunden.
Beim Übergang von der Ventileinheit-Schaltstellung MODE-2b zu der Ventileinheit-Schaltstellung MODE-3b wird zuerst der zweite Ventilkörper 5b mit dem Aktuator 2 bzw. mit dem ersten Ventilkörper 5a gekoppelt. Danach wird der erste Ventilkörper 5a und dadurch der zweite Ventilkörper 5b mittels des Aktuators 2 in die erste Drehrichtung DR1 verdreht, bis das zweite Ventil 3b in die mit der Ventileinheit-Schaltstellung MODE-3b korrelierende Schaltstellung verstellt ist. Das erste Ventil 3a ist jedoch in einer mit der Ventileinheit-Schaltstellung MODE-3b nicht korrelierenden Schaltstellung. Nun wird der zweite Ventilkörper 5b von dem Aktuator 2 bzw. von dem ersten Ventilkörper 5a entkoppelt. Der erste Ventilkörper 5a wird nun in die zweite Drehrichtung DR2 verdreht, bis das erste Ventil 3a eine mit der Ventileinheit-Schaltstellung MODE-3b korrelierende Schaltstellung erreicht. Die Ventileinheit 1 erreicht nun die Ventileinheit-Schaltstellung MODE-3b. In der Ventileinheit-Schaltstellung MODE-3b sind jeweils folgende Anschlüsse fluidisch miteinander verbunden: A-1b mit B-4 und B-2 mit B-3; C5 mit C7 und C6 mit C8. Zudem sind Anschlüsse B-3 und C-5 über die Fluidleitung 11 stets fluidisch verbunden.
Beim Übergang von der Ventileinheit-Schaltstellung MODE-3b zu der Ventileinheit-Schaltstellung MODE-1b wird zuerst der zweite Ventilkörper 5b mit dem Aktuator 2 bzw. mit dem ersten Ventilkörper 5a gekoppelt. Danach wird der erste Ventilkörper 5a und dadurch der zweite Ventilkörper 5b mittels des Aktuators 2 in die zweite Drehrichtung DR2 verdreht, bis das zweite Ventil 3b in die mit der Ventileinheit-Schaltstellung MODE-1b korrelierende Schaltstellung verstellt ist. Das erste Ventil 3a ist jedoch in einer mit der Ventileinheit-Schaltstellung MODE-1b nicht korrelierenden Schaltstellung. Nun wird der zweite Ventilkörper 5b von dem Aktuator 2 bzw. von dem ersten Ventilkörper 5a entkoppelt. Der erste Ventilkörper 5a wird nun verdreht, bis das erste Ventil 3a eine mit der Ventileinheit-Schaltstellung MODE-1b korrelierende Schaltstellung erreicht. Die Ventileinheit 1 erreicht nun die Ventileinheit-Schaltstellung MODE-1b.
Bezugnehmend auf 7 und 8 sind in der Ventileinheit 1 insgesamt acht Ventileinheit-Schaltstellungen MODE-1a, MODE-2a, MODE-3a, MODE-1b, MODE-2b und MODE-3b erreichbar.

Claims

Ventileinheit (1) mit einem Aktuator (2), einem ersten Ventil (3a) und einem zweiten Ventil (3b), - wobei das erste Ventil (3a) ein erstes Ventilgehäuse (4a) und einen in dem ersten Ventilgehäuse (4a) um eine erste Drehachse (D1) verdrehbaren ersten Ventilkörper (5a) aufweist, - wobei das zweite Ventil (3b) ein zweites Ventilgehäuse (4b) und einen in dem zweiten Ventilgehäuse (4b) um eine zweite Drehachse (D1) verdrehbaren zweiten Ventilkörper (5b) aufweist, - wobei das erste Ventil (3a) und das zweite Ventil (3b) koaxial zueinander angeordnet sind, so dass die erste Drehachse (D1) und die zweite Drehachse (D2) zu einer gemeinsamen Verstellachse (VA) zusammenfallen, - wobei der Aktuator (2) mit dem ersten Ventilkörper (5a) fest gekoppelt ist und mit dem zweiten Ventilkörper (5b) über den ersten Ventilkörper (5a) entkoppelbar gekoppelt sind, - wobei der erste Ventilkörper (5a) in dem ersten Ventilgehäuse (4a) mittels des Aktuators (2) in eine die Verstellachse (VA) umlaufende erste Drehrichtung (DR1) und in eine der ersten Drehrichtung (DR1) entgegengesetzte zweite Drehrichtung (DR2) verdrehbar ist, und - wobei der zweite Ventilkörper (5b) im mit dem Aktuator (2) gekoppelten Zustand in die erste Drehrichtung (DR1) und/oder in die zweite Drehrichtung (DR2) mit dem ersten Ventilkörper (5a) mitverdrehbar ist und im von dem Aktuator (2) entkoppelten Zustand zumindest in die zweite Drehrichtung (DR2) mit dem ersten Ventilkörper (5a) nicht mitverdrehbar ist.
Ventileinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinheit (1) eine schaltbare Kupplung (6) aufweist, wobei über die schaltbare Kupplung (6) der erste Ventilkörper (5a) und der zweite Ventilkörper (5b) starr miteinander verbindbar sind.
Ventileinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, - dass der zweite Ventilkörper (5b) im mit dem Aktuator gekoppelten Zustand mit dem ersten Ventilkörper (5a) nur in die erste Drehrichtung (DR1) mitverdrehbar ist, und - dass der zweite Ventilkörper (5b) im von dem Aktuator (2) entkoppelten Zustand mit dem ersten Ventilkörper (5a) in die zweite Drehrichtung (DR1) nicht mitverdrehbar ist.
Ventileinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinheit (1) eine starre Kopplung (7) aufweist, wobei der erste Ventilkörper (5a) und der zweite Ventilkörper (5b) über die starre Kopplung (7) mit einem Freilauf, insbesondere einem schaltbaren Freilauf, miteinander verbunden sind.
Ventileinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - dass das jeweilige Ventilgehäuse (4a, 4b) wenigstens drei Anschlüsse (A-1a, A-1b, B-2, B-3, B-4, C-5, C-6, C-7, C-8) und der jeweilige Ventilkörper (5a, 5b) wenigstens eine durchgehende Öffnung (10) aufweist, und - dass die jeweilige Öffnung (10) beim Verdrehen des jeweiligen Ventilkörpers (5a, 5b) in die erste Drehrichtung (DR1) und/oder in die zweite Drehrichtung (DR2) die jeweiligen Anschlüsse (A-1a, A-1b, B-2, B-3, B-4, C-5, C-6, C-7, C-8) des jeweiligen Ventilgehäuses (4a, 4b) paarweise und abwechselnd und fluidisch miteinander verbindet.
Ventileinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Ventilkörper (5a, 5b) eine Kugel oder ein Zylinder oder ein Zylinder mit abgerundeten Außenflächen ist.
Ventileinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - dass das erste Ventilgehäuse (4a) und das zweite Ventilgehäuse (4b) integral aneinander anschließen und ein gemeinsames Gehäuse (4) bilden, und - dass das erste Ventil (3a) und das zweite Ventil (3b) innerhalb des gemeinsamen Gehäuses (4) fluidisch voneinander getrennt sind.
Ventileinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, - dass das erste Ventilgehäuse (4a) und das zweite Ventilgehäuse (4b) integral einander anschließen und ein gemeinsames Gehäuse (4) bilden, und - dass das erste Ventil (3a) und das zweite Ventil (3b) innerhalb des gemeinsames Gehäuses (4) über wenigstens eine Fluidleitung (11) fluidisch miteinander verbunden sind.
Verfahren zum Verstellen der Ventileinheit (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche in eine Ventileinheit-Schaltstellung, - wobei in einem Kopplungsschritt der zweite Ventilkörper (5b) passiv oder aktiv mit dem Aktuator (2) gekoppelt wird, - wobei in einem ersten Stellschritt der zweite Ventilkörper (5a) mittels des Aktuators (2) in dem zweiten Ventilgehäuse (4a) in die erste Drehrichtung (DR1) oder in die zweite Drehrichtung (DR2) verdreht wird, bis das zweite Ventil (3b) die mit der gewünschten Ventileinheit-Schaltstellung korrelierende Schaltstellung erreicht, - wobei in einem Entkopplungsschritt der zweite Ventilkörper (5b) passiv oder aktiv von dem Aktuator (2) entkoppelt wird, und - wobei in einem zweiten Stellschritt der erste Ventilkörper (5a) mittels des Aktuators (2) in dem ersten Ventilgehäuse (4a) in die erste Drehrichtung (DR1) oder in die zweite Drehrichtung (DR2) verdreht wird, bis das erste Ventil (3a) die mit der gewünschten Ventileinheit-Schaltstellung korrelierende Schaltstellung erreicht.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Entkopplungsschritt und vor dem zweiten Stellschritt ein Zwischenschritt durchgeführt wird, bei dem das erste Ventil (3a) in eine Position zwischen der bisherigen Schaltstellung und der mit der gewünschten Ventileinheit-Schaltstellung korrelierenden Schaltstellung verstellt und dadurch eine Zwischenstellung der Ventileinheit (1) ermöglich ist.