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Die Erfindung betrifft ein Ventil für ein Thermomanagementsystem zum Steuern oder Regeln eines Kühlmittelstroms, mit einem Ventilgehäuse, in dem es wenigstens n Anschlüsse gibt, und mit einem drehbar im Ventilgehäuse gelagerten, im Wesentlichen scheibenförmigen Ventilkörper, um eine Fluidverbindung der n Anschlüsse je nach Lage gezielt zu ermöglichen oder zu verhindern, wobei der Ventilkörper in n Positionen verbringbar ist und n≥3, wobei der Ventilkörper einen Verschlussbereich zum Verschließen wenigstens eines Anschlusses besitzt und eine Strömungsleitkontur zum Verbringen von Fluid von einem ersten Anschluss zu wenigstens einem weiteren Anschluss besitzt.
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Solche Ventile kommen häufig insbesondere in Thermomanagementsystemen, wie sie in Kraftfahrzeugen beispielsweise zur Kühlfluidverteilung genutzt werden, zum Einsatz.
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Der Trend zu hochintegrierten Thermomanagementsystemen u.a. im BEV-Bereich, erfordert es, neuartige Ventilkonzepte zu entwickeln, welche sich gut in einen Kühlmittelkreis bzw. eine Kühlmittelverteilerplatte integrieren lassen.
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Häufig werden jedoch zwei Ventile benötigt, wobei beispielsweise vier Anschlüsse und vier Schaltstellungen oder drei Anschlüsse und drei Schaltstellungen genutzt werden sollen. Es handelt sich dann um 4/4-Wegeventile bzw. um 3/3-Wegeventile. Diese lassen sich besonders gut in zentrale Kühlmittelverteilerplatten integrieren. Angedacht sind grundsätzlich auch schon Ventilgrundkonzepte, die Disk-Ventile umsetzen. Ein dann realisierter Vorteil besteht darin, dass das Ventilgehäuse gut in die Verteilerplatte integriert werden kann, da die Ventildichtringe sowie der Ventilkörper aus einer Richtung montiert werden können, wodurch alle Ein- und Ausgänge aus einer Richtung axial angeströmt / abgeströmt betrieben werden. Hierdurch gibt es im Inneren des Gehäuses jedoch Umlenkungen von 180°, was zu erhöhten Druckverlusten führt.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile abzustellen oder wenigstens zu mildern.
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Dies wird bei einem gattungsgemäßen Ventil, das einen diskartigen / scheibenförmigen Ventilkörper besitzt / besitzen kann, erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Länge und/oder die Form der Strömungsleitkontur so gewählt ist, dass in wenigstens einer Schaltstellung die Verbindung von wenigstens drei Anschlüssen ermöglicht ist.
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Man könnte auch sagen, dass die Erfindung darauf konzentriert ist, den Kühlmittelstrom möglichst kontrolliert (laminar) durch das Ventil zu lenken, da dies den Druckverlust im Ventil erheblich verbessert. Die Herausforderung, die nun gelöst ist, ist die Strömung mit einer Lenkgeometrie im Ventilkörper (zum Beispiel in einer Disk) zwischen dem Ein- und Ausgang geschickt zu führen. Diese Führung der Strömung im Ventilkörper kann entweder durch einen geschlossenen Kanal erfolgen (und/oder den Einsatz von Drehschiebern), was zwar die beste Strömungsführung aufweisen würde, jedoch keinen Regelungsbetrieb „Mischen“ zwischen mehreren Ports erlauben würde, sondern nur das Anfahren von diskreten Schaltstellungen. Da die Funktion des „Mischens“ jedoch in einigen Kundenanfragen für einen Regelungsbetrieb gefordert ist, wird nun eine besonders geschickte Lösung vorgestellt. So wird es möglich zwei Einlässe und einen Ausgang gleichzeitig in Eingriff zu bringen.
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Die Erfindung besteht im Kern also darin, einen Ventilkörper mit einer einseitig, in Richtung der Anschlüsse geöffneten Strömungsleitgeometrie / Strömungslenkgeometrie zu realisieren, welcher der Schaltlogik eines einzigen Langlochs gleichkommt, jedoch mit reduziertem Druckverlust, durch eine ausgeprägte Halbschalenform, agiert. Dadurch, dass diese „Strömungsbanane“ nach unten vollständig geöffnet ist, kann problemlos zwischen zwei bzw. drei Ein- und Ausgängen geregelt werden. Die Strömung wird hierbei sowohl vom Ventilkörper als auch vom Ventilgehäuse gelenkt. Da das Ventilgehäuse jedoch keine durchgängige Kanalführung bieten kann, ist die Strömung im Bereich des Gehäuses teilweise ungeführt (stehendes Kühlmittel im Ventilgehäuse). Bei einem symmetrischen Ventilaufbau und gegenüberliegenden Ein- bzw. Ausgängen, können für x Anschlüsse = x diskrete Schaltstellungen erzeugt werden (zum Beispiel 3/3-, 4/4-Wegeventil ...). Ein Regelbetrieb ist hierbei je nach Ausprägung der Strömungslenkgeometrie in der Disk zwischen allen Schaltstellungen möglich, durch Zwischenpositionen, jedoch nur bei benachbarten Anschlüssen.
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Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
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So ist es von Vorteil, wenn die Strömungsleitkontur als Mulde ausgebildet ist. Dadurch kann der technische Effekt erzielt werden, wenig Druckverlust zu verursachen. Dies ermöglicht ein besonders effizientes Ventil.
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Es hat sich auch bewährt, wenn die Mulde als bananenförmige / langlochartige und um eine Verstellachse gebogene Wanne mit geschwungenen / abgerundeten Wandungen ausgebildet ist. Ein laminarer Strömungsverlauf wird dadurch erleichtert.
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Um einen effizienten Betrieb zu ermöglichen, hat es sich bewährt, wenn der Verschlussbereich als Platte oder Scheibe (bzw. ein Abschnitt davon) ausgebildet ist.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform ist auch dadurch gekennzeichnet, dass an der Platte ein Drehverursacher / Ansatz zum Einleiten von Drehmoment vorhanden ist, um einen Aktuator zu koppeln. Der Drehverursacher ist somit eine geometrische Ausstülpung, ein Zapfen oder ein Angriffsbauteil, das integral oder unlösbar / lösbar angebracht ist.
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Es ist zweckmäßig, wenn zwischen dem Ventilgehäuse und dem Ventilkörper Ventildichtungen vorhanden sind. Fluidverluste lassen sich dadurch ausschließen.
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Um gleichmäßige Fluidströme resultieren lassen zu können, ist es von Vorteil, wenn die Anschlüsse gleich groß sind. Ausgewählte Anschlüsse können kleiner oder größer sein.
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Vorgefertigte Ventile lassen sich in Großserienfertigungen besonders gut einsetzen, wenn das Ventil als 4/4- oder 3/3-Wege(-Magnet-/Sitz-)Ventil ausgebildet ist.
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Dabei ist es auch von Vorteil, wenn das Ventilgehäuse alle Anschlüsse auf einer Stirnseite besitzt. Ein besonders flachbauendes Ventil kann dann realisiert werden.
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Die Erfindung betrifft auch ein Thermomanagementmodul für ein Kraftfahrzeug, wie einen Pkw, ein Nutzfahrzeug oder einen Bus mit einem Ventil der erfindungsgemäßen Art.
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Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ventils, bei dem die Enden der Strömungsleitkontur kürzer bzw. anpassbar sind, je nach gewünschter Betriebsart,
- 2 einen Querschnitt durch das Ventil aus 1 in einer ersten Schaltstellung, bei der nur zwei Anschlüsse miteinander verbunden sind und zwei Anschlüsse verschlossen sind,
- 3 einen zur 2 vergleichbaren Querschnitt durch das Ventil der 1 in einer anderen Schaltstellung, bei der drei Anschlüsse miteinander verbunden sind bzw. teils offen sind und ein Anschluss verschlossen ist (Regelungsbetrieb),
- 4 einen Längsschnitt durch das Ventil der 1, wobei die Dichtung vereinfacht dargestellt ist und die Strömungsleitkontur / Strömungslenkgeometrie geschnitten ist und ein darunter liegender Anschluss offen ist, wohingegen der benachbarte Anschluss geschlossen ist,
- 5 eine perspektivische Ansicht von der Seite der Anschlüsse auf das Ventilgehäuse des Ventils nach 1,
- 6 u. 7 Ansichten von oben (von der Aktuatorseite) und unten (voin der Dichtungs- / Anschlussseite) auf den Ventilkörper / Drehschieber des Ventils aus 1,
- 8 bis 14 unterschiedliche Schaltstellungen des Ventils nach 1,
- 15 unterschiedliche Schaltstellungen in Abhängigkeit von dem Winkelgrad, zu dem der Ventilkörper verdreht wurde,
- 16 ein Einbau eines erfindungsgemäßen Ventils der 1 in ein Thermomanagementsystem.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
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In der 1 ist eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ventils 1 dargestellt. Es wird in einem Thermomanagementsystem 2, wie es in der 16 dargestellt ist, eingebunden.
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Zurückkommend auf 1 sei auf ein Ventilgehäuse 3 des Ventils 1 hingewiesen. Es legt n Anschlüsse 4 fest. Es sind hier genau vier Anschlüsse 4 vorhanden. Diese werden auch mit den Buchstaben A, B, C und D bezeichnet. Das Ventil 1 besitzt ein im Ventilgehäuse 3 um verschiedene Winkelgrade (beispielsweise bis 360° oder mehr) drehbaren Ventilkörper / Drehschieber 5. Der Ventilkörper 5 besitzt einen Verschlussbereich 6 und eine Strömungsleitkontur 7, die als Mulde 8 ausgebildet ist. Die Ausbildung als Mulde 8 ist besonders gut in 4 zu erkennen.
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In der 8 sind auch eingesetzte Ventildichtungen 9 gut zu erkennen.
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In den 2 bis 7 ist auch die zentrale Position eines Drehverursachers 10 zu erkennen, an dem ein Aktuator (nicht dargestellt) zu koppeln ist, um die Drehbewegung des Ventilkörpers 5 relativ zum Ventilgehäuse 3 zu verursachen. Die 2 und 3 sind Längsschnitte entlang der Linie II, III aus 4.
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Während in der 6 eine Ansicht eher von oben, also von der Aktuatorseite gewählt ist, ist in der Ansicht nach 7 die Darstellung von unten, also von einer Dichtungs- bzw. Anschlussseite gewählt. Beide Darstellungsarten sind perspektivischer Natur.
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Bestimmte Schaltstellungen, inklusive der jeweiligen Zwischenstellungen für einen Regelungsbetrieb (Mischen), sind nachfolgend am Beispiel eines 4/4-Wegeventils der 8 bis 14 dargestellt. Dabei ist ein Fluidfluss mit nur einem Pfeil als diskreter Volumenstrom von einem ersten Port zu einem zweiten Port zu interpretieren, wohingegen die Abbildung mit zwei Pfeilen als Volumenstrom zu interpretieren ist, bei dem sich dieser zwischen drei Ports aufteilt und einen Regelungsbetrieb nach sich zieht. Eine weitere Zwischenstellung im Regelungsbetrieb mit Aufteilung der Strömung aus einem Port B nach einem Port C und Port D ist zwar möglich, aber in den Figuren nicht abgebildet. Die prinzipielle Schaltlogik kann auf beliebig viele Ports angewendet werden, solange die zu „mischenden Ports / Anschlüsse“ benachbart sind. Sollte kein Regelungsbetrieb benötigt werden, kann die „Länge bzw. Form“ der Strömungsleitkontur 7 im Ventilkörper 5 auch gekürzt werden, sodass sich deren Enden direkt über den in Eingriff stehenden Ports / Anschlüssen 4 befinden, was eine weitere Optimierung der Strömung zur Folge haben könnte.
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In 8 ist eine 0°-Stellung dargestellt, wobei von dem mit B referenzierten Anschluss Fluidströmung zu dem mit C referenziertem Anschluss 4 verbracht wird. In der 9, bei einer Stellung auf 45° wird ein Vermischen der Ströme der Anschlüsse 4, welche mit dem Buchstaben A und B markiert sind, zum Anschluss 4, welcher mit dem Buchstaben C markiert ist, bewirkt. In 10 ist die 90°-Stellung, in 11 die 135°-Stellung, in der 12 die 180°-Stellung und in der 13 die 225°-Stellung dargestellt. In der 14 ist die 270°-Stellung dargestellt. Bei 90° findet ein diskreter Strom von A nach C statt, bei 135° von A zu C und D (das heißt „Befüllen“), bei 180° ein Volumenstrom diskret von A zu D, bei 225° von A und B zu D (das heißt „Mischen“) und bei 270° von B zu D (diskret).
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In der 15 sind die sieben unterschiedlichen Schaltstellungen der 8 bis 14 noch einmal nebeneinander nach Art eines Schaltdiagramms dargestellt.
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Die grundsätzliche Ausgestaltung als Thermomanagementsystem 2, bei der ein erfindungsgemäßes Ventil 1 an unterschiedliche Fluidströmungswege angeschlossen ist, wird im Verständnis durch die 16 unterstützt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ventil
- 2
- Thermomanagementsystem
- 3
- Ventilgehäuse / Gehäuse
- 4
- Anschluss / Port
- 5
- Ventilkörper / Drehschieber
- 6
- Verschlussbereich
- 7
- Strömungsleitkontur
- 8
- Mulde
- 9
- Ventildichtung
- 10
- Drehverursacher / Aktoranschluss
