-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisch gesteuertes Ventil
für eine
Fluidzirkulationsschaltung sowie die mit einem solchen Ventil ausgestatteten
Schaltungen.
-
Sie
betrifft insbesondere die Verwirklichung einer Kühlschaltung für einen
Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs.
-
Eine
solche Kühlschaltung
wird von einem Kühlfluid, üblicherweise
Wasser, dem ein Frostschutzmittel beigefügt wurde, durchströmt, das
im geschlossenen Wirkungskreis unter der Wirkung einer Zirkulationspumpe
zirkuliert.
-
Im
Allgemeinen umfasst eine solche Kühlschaltung mehrere Abschnitte,
unter anderem einen Abschnitt, der einen Kühlradiator umfasst, einen Abschnitt,
der eine Abzweigung des Kühlradiators
darstellt, und einen Abschnitt, der einen Radiator, "Thermoblock" genannt, enthält und zur
Erwärmung des
Karosseriegehäuses
dient.
-
Es
ist bekannt, ein thermostatisches Ventil zu verwenden, das einen
Fluideingang in Verbindung mit dem Ausgang des Motors und zwei Fluidausgänge umfasst,
die dem Abschnitt, der den Kühlradiator enthält, bzw.
dem Abschnitt, der den Thermoblock enthält, entsprechen.
-
Beim
Kaltstart des Motors und solange die Temperatur des Kühlfluids
nicht eine gewisse Schwelle erreicht, bewirkt das Ventil die Zirkulation des
Kühlfluids
in einem Abzweigungsabschnitt, wobei der Kühlradiator kurzgeschlossen
wird. Sobald die Temperatur des Kühlfluids die vorgenannte Schwelle
erreicht und überschreitet,
durchströmt
das Kühlfluid
den Kühlradiator
und umgeht den Abzweigungsabschnitt.
-
Im
Allgemeinen zirkuliert das Kühlfluid
ständig
in dem Abschnitt, der den Heizradiator enthält, wobei die Erwärmung des
Karosseriegehäuses
nun durch Mischen eines Kaltluftstroms und eines Warmluftstroms,
der den Heizradiator durchströmt
hat, erzielt wird. Es ist auch bekannt, ein getrenntes Ventil auf
dem Heizradiator vorzusehen, um die ihn durchströmende Kühlfluidmenge zu regulieren.
-
Die
im Allgemeinen für
diese Anwendung verwendeten Ventile sind vom Typ Drehverschluss im
Inneren des Ventilkörpers,
wie beispielsweise in dem Patent
US
5 950 576 beschrieben. Bei den bekannten Ventilen dieses
Typs wird der Verschluss bei seiner Drehbewegung von einer an eine
Betätigungsvorrichtung
gekoppelten Welle angetrieben, wie beispielsweise einem Elektromotor
vom Typ Schrittmotor oder kontinuierlicher Motor, der außerhalb
des Ventilkörpers
angeordnet ist. Die Dichtigkeit des Ventils nach außen ist
durch eine Drehdichtung gewährleistet,
die die Welle umgibt und zwischen der Antriebswelle und dem Ventilkörper befestigt
ist. Jedoch die wiederholten Drehungen der Antriebswelle der Verschlussvorrichtung
führen
auf lange Sicht zu einem Austritt der Kühlflüssigkeit im Bereich der Durchführung der
Antriebswelle durch den Ventilkörper
auf Grund des Verschleißes
der Dichtung durch Reibung auf den Flächen, mit denen sie sowohl
auf der Welle als auch dem Ventilkörper in Kontakt ist. Andererseits weist
die vom Ventilkörper
und der Betätigungsvorrichtung
gebildete Einheit einen großen
Platzbedarf auf.
-
Eines
der Ziele der Erfindung ist die Verbesserung der Dichtigkeit der
Ventile mit Drehverschluss, die durch Elektromotoren angetrieben
werden, um jedes Austreten der Kühlflüssigkeit
zu vermeiden.
-
Insbesondere
soll die Erfindung ein Steuerventil mit geringem Platzbedarf und
ausgezeichneter Robustheit liefern, das für eine Fluidzirkulationsschaltung
bestimmt ist, die bei einer bevorzugten Ausführungsart der Erfindung eine
Kühlschaltung
eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs darstellt.
-
Bei
dieser besonderen Anwendung soll sie ein Ventil liefern, das es
ermöglicht,
unabhängig
die Kühlfluidmenge
in den verschiedenen Abschnitten der Kühlschaltung des Motors zu steuern,
um die Temperatur des Verbrennungsmotors und die Erwärmung des
Karosseriegehäuses
zu optimieren.
-
Zu
diesem Zweck betrifft die Erfindung ein Steuerventil für eine Fluidzirkulationsschaltung,
umfassend einen Ventilkörper
oder ein Gehäuse,
der (das) durch einen Deckel geschlossen ist, wobei das Ventil mindestens
einen Fluideingang und eine oder mehrere Fluidausgangsrohrleitungen
sowie eine bewegliche Verschlussvorrichtung umfasst, die mindestens
eine Fluiddurchgangsöffnung
umfasst, wobei die Verschlussvorrichtung durch den Rotor eines Elektromotors
angetrieben wird, der einen Rotor und einen Stator umfasst.
-
Nach
einem allgemeinen Merkmal der Erfindung ist der Rotor im Inneren
des Ventilkörpers
angeordnet, und der Stator befindet sich außerhalb des Ventilkörpers. Der
Rotor ist vom Stator dicht gegen das im Ventilkörper zirkulierende Fluid durch
eine Schicht aus einem für
das Magnetfeld durchlässigen Material
getrennt.
-
Insbesondere
ist der Rotor im Inneren des Ventilkörpers über einen Teil oder seine gesamte Länge im Inneren
einer zylindrischen Lagerung im Ventilkörper mit einer im Wesentlichen
konstanten Wandstärke
verkleidet, die auf der Wand des Ventilkörpers außerhalb des Ventilkör pers in
eine Richtung parallel zur Drehachse des Rotors überragt. Der Stator ist außerhalb
des Ventilkörpers
in einer zweiten zylindrischen Lagerung angeordnet, die die zylindrische
Lagerung des Rotors umgibt, die in dem Raum vorhanden ist, der zwischen
einer Trennwand, die konzentrisch die Wand der zylindrischen Lagerung des
Rotors umgibt, und dem Äußeren der
Wand der zylindrischen Lagerung des Rotors angeordnet ist.
-
Um
eine perfekte Dichtigkeit zu gewährleisten,
sind die Wände
der zylindrischen Lagerung, die den Rotor aufnimmt, und die Wand,
die den Ventilkörper
bildet, vorzugsweise gemeinsam gegossen, um nur ein einziges Stück zu bilden.
Als Variante sind die Wände
der Lagerung von einem metallischen Ring gebildet, der auf den Ventilkörper aufgesetzt
ist.
-
Nach
einer ersten Ausführungsart
der Erfindung ist die Verschlussvorrichtung von einer Scheibe gebildet,
umfassend eine Fluiddurchgangsöffnung, die
ein kontrolliertes Abfließen
des Fluids zwischen der Eingangsöffnung
und den Fluidausgangsrohrleitungen ermöglicht, wenn die Verschlussscheibe
vom Motor in Drehung gesteuert wird. Die Verschlussscheibe ist vorzugsweise
von einem Material mit geringem Reibbeiwert und hoher mechanischer
Festigkeit, beispielsweise aus Keramik, gebildet.
-
Nach
einer zweiten Ausführungsart
der Erfindung ist die Verschlussvorrichtung von einem Hohlzylinder
gebildet, umfassend mindestens eine Fluiddurchgangsöffnung,
die ein kontrolliertes Abfließen des
Fluids zwischen der Eingangsöffnung
und den Fluidausgangsrohrleitungen ermöglicht, wenn die Verschlussvorrichtung
vom Motor in Drehung gesteuert wird.
-
Nach
einer dritten Ausführungsart
der Erfindung ist die Verschlussvorrichtung von einem vollen kegelstumpfartigen
Zylinder gebildet.
-
Es
ist somit möglich,
die Fluidmenge durch die verschiedenen Ausgänge des Ventils zu steuern, und
zwar in Abhängigkeit
von der Winkelposition, die der beweglichen Scheibe oder der zylindrischen
Verschlussvorrichtung des Ventils gegeben wurde.
-
Auf
diese Weise kann die Verteilung des Fluids nach einem vordefinierten
Gesetz gesteuert werden.
-
Mit
einem solchen Ventil kann somit eine Fluidzirkulationsschaltung
und insbesondere eine Kühlschaltung
eines Kraftfahrzeugmotors ausgestattet sein, um unabhängig die
Kühlfluidmengen
in den verschiedenen Leitungen der Schaltung zu steuern.
-
Nach
einer bevorzugten Anwendung der Erfindung ist die Schaltung in Form
einer Kühlschaltung eines
Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs verwirklicht, durch die
ein Kühlfluid
unter der Wirkung einer Zirkulationspumpe strömt. Bei dieser Anwendung ist
das Steuerventil ein Dreiwegeventil, dessen Fluideingang mit einer
Kühlfluidzufuhr
vom Motor verbunden ist, und dessen drei Fluidausgänge mit
Fluideingängen
eines Kühlradiators
des Motors bzw. eines Thermoblocks für die Erwärmung des Karosseriegehäuses sowie
mit einer Abzweigungsleitung des Kühlradiators verbunden sind,
die den Kaltstart des Motors erleichtert.
-
Als
Variante umfasst das Steuerventil mindestens eine Fluidausgangsrohrleitung
und mindestens einen Fluideingang, wobei einer der Ausgänge mit
dem Eingang des Verbrennungsmotors verbunden ist.
-
In
der nachfolgenden detaillierten Beschreibung, die als Beispiel dient,
wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, in denen:
-
die 1 und 2 perspektivische
Ansichten einer ersten Ausführungsart
eines erfindungsgemäßen Steuerventils
sind;
-
die 3 und 4 Schnittansichten
im Profil bzw. von unten von dem in 1 dargestellten Steuerventil
sind;
-
die 5 bis 7 Ansichten
von unten im Profil bzw. von oben von dem Steuerventil der 1 sind;
-
8 eine
perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsart eines erfindungsgemäßen Steuerventils
ist;
-
die 9 und 10 Ansichten
von oben bzw. im Profil von dem Steuerventil der 8 sind;
-
11 eine
Draufsicht einer Ausführungsvariante
ohne Untersetzungsgetriebe von dem nach der zweiten Ausführungsart
hergestellten Ventil ist;
-
12 eine
Schnittansicht entlang der Linie XII-XII aus 11 ist;
-
13 eine
Schnittansicht einer dritten Ausführungsart eines erfindungsgemäßen Steuerventils ist;
-
14 eine
Schnittansicht einer Ausführungsvariante
des Steuerventils der 13 ist; und
-
15 eine
Kühlschaltung
eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs darstellt, die mit einem
erfindungsgemäßen Steuer-
oder Regelventil ausgestattet ist.
-
Nach
den 1 bis 7, in denen die gleichartigen
Elemente dieselben Bezugszeichen tragen, umfasst das dargestellte
Steuerventil einen Formkegel bildenden Ventilkörper 1 oder Gehäuse, hergestellt
aus einem elektrisch isolierenden und nicht magnetischen Material
und somit für
das Magnetfeld durchlässig,
beispielsweise vom Typ Polyamid oder Polypropylen. Der Körper 10 ist
innen durch eine Bodenwand 2 und eine zylindrische Seitenwand 3 mit
einer Drehachse XX' begrenzt.
Die Bodenwand 2 trägt
Ausgangsrohrleitungen 4 und 5 für das Fluid, die
in eine erste senkrechte Richtung bzw. in eine zweite Richtung parallel
zur Bodenwand 2 ausgerichtet sind und in die Bodenwand
durch die Öffnungen 6 und 7 münden. Der
Körper 1 ist
durch einen Deckel oder Flansch 8 verschlossen, durch den
eine Fluideingangsöffnung 9,
die auf die Achse XX' zentriert ist,
gebohrt ist (3).
-
Eine
um die Achse XX' drehbewegliche
Verschlussscheibe 10 liegt mit einer ihrer Flächen auf der
Bodenwand 2 zwischen der Bodenwand 2 und dem Deckel 8 auf.
Der Deckel 8 liegt auf Buckeln 11 und 12 der
Veschlussscheibe 10 auf, die auf der Fläche vorspringen, die jener
der Verschlussscheibe 10, die auf der Bodenwand 2 aufliegt,
gegenüber
liegt.
-
Die
Verschlussscheibe 10 umfasst eine Fluiddurchgangsöffnung 13,
die ein kontrolliertes Abfließen
des Fluids zwischen der Eingangsöffnung 9 und den
Fluidausgangsrohrleitungen 4 und 5 ermöglicht, wenn
sich die Verschlussscheibe um die Achse XX' dreht. Nach einer bevorzugten Ausführungsart
der Erfindung ist die Verschlussscheibe 10 aus einem Material
mit geringem Reibbeiwert und hoher Verschleißfestigkeit ausgeführt. Dazu
können
Materialien vom Typ Keramik verwendet werden, aber die Verwendung
anderer Materialien ist ebenfalls möglich. Die Dichtigkeit zwischen
der Verschlussscheibe 10 und den Ausgangsöffnungen
der Ausgangsrohrleitungen 4 und 5 ist, wenn die
Verschlussscheibe 10 diese Öffnungen verschließt, durch
Dichtungen 6a, 6b, 7a sicher gestellt,
die jede der Ausgangs öffnungen 6 und 7 umgeben
und in Lagerungen der Bodenwand 2 angeordnet sind.
-
Die
Verschlussscheibe 10 wird in Drehung um die Achse XX' durch einen Elektromotor 14,
umfassend einen Rotor 15 und einen Stator 16, über ein Untersetzungsgetriebe
angetrieben, das sich aus einem ersten Zahnrad 17, das
vom Rotor 15 angetrieben wird, und einem zweiten Zahnrad 18,
das um die Achse XX' zentriert
und auf der Verschlussscheibe 10 an ihrer Peripherie angeordnet
ist, zusammensetzt. Der Elektromotor 14 ist beispielsweise
ein Motor vom Typ Schrittmotor oder vom Typ Gleichstrommotor ohne
Schleifkontakt. Nach Einsatzvarianten der Erfindung kann das Zahnrad 18 entweder
direkt durch Formguss der Scheibe 10 oder durch maschinelle
Bearbeitung verwirklicht werden.
-
Der
Rotor 15 ist im Inneren des Ventilkörpers 1 über seine
gesamte oder einen Teil seiner Länge
in einer zylindrischen Grundlagerung 19 im Körper 1 mit einer
im Wesentlichen konstanten Wandstärke verkleidet, die auf der
Wand 2, die sie zum Äußeren des Körpers 1 in
eine Richtung parallel zur Achse XX' verlängert, überragt. Er ist in der Lagerung 19 durch
das erste Zahnrad 17, das an seinem Ende in einem Innenraum
des Ventilkörpers 1 zwischen
der Bodenwand 2, dem Deckel 8 und dem Zahnrad 18 befestigt ist,
in Translation festgestellt.
-
Der
Stator 16 ist außerhalb
des Körpers 1 in einer
zweiten zylindrischen Lagerung 20, die die zylindrische
Lagerung 19 umgibt, in dem Raum angeordnet, der sich zwischen
einer Trennwand 21, die konzentrisch zur zylindrischen
Wand der zylindrischen Lagerung 19 angeordnet ist, und
außerhalb der
Wand der zylindrischen Lagerung 19 befindet. Die zylindrische
Lagerung 20 ist durch einen Deckel 22 verschlossen,
der am freien Endrand der zylindrischen Wand 21 eingesetzt
ist.
-
Diese
Ausführungsart
sichert die Dichtigkeit zwischen dem Stator 16 und dem
Rotor 15, wobei letztgenannter in die in dem Ventilkörper 1 zirkulierende
Flüssigkeit
getaucht ist.
-
Um
eine perfekte Dichtigkeit zwischen dem Rotor 15 und dem
Stator 16 zu erzielen, ist es vorzuziehen, den Boden 2,
die Wand 3 und die Wände
der zylindrischen Lagerungen 19 und 20 in einem
Stück zu
gießen.
Jedoch weitere Ausführungsvarianten sind
ebenfalls möglich,
bei denen geeignete Dichtungen zwischen diesen Elementen angeordnet
werden.
-
Für einen
ordnungsgemäßen Einsatz
der Erfindung ist auch besonders darauf zu achten, dass für die Formung
der ersten zylindrischen Lagerung 19 eine vernünftige Materialstärke verwendet
wird, damit der Spalt zwischen dem Rotor 15 und dem Stator 16 möglichst
klein ist, um ein ausreichendes Antriebsmoment zu erzielen und gleichzeitig
möglichst wenig
Ampere/Umdrehung im Stator 16 zu verbrauchen.
-
Jedoch
dank des von den Zahnrädern 17 und 18 gebildeten
Untersetzungsgetriebes kann das vom Motor an die Verschlussscheibe 10 übertragene Moment
eingestellt werden. So ist es möglich,
beispielsweise einen Motor mit kleinem Moment und folglich weniger
Platzbedarf zu wählen,
wobei ein größeres Untersetzungsverhältnis verwendet
wird. Überdies
ermöglicht
es das Untersetzungsgetriebe, die Öffnungsauflösung der Verschlussscheibe 10 zu verringern
und die Durchflussmengen in den Ausgangsrohrleitungen 4 und 5 an
der Öffnung
progressiver zu gestalten. Es kann ein Kompromiss gefunden werden,
um die Öffnungszeit
und die Öffnungsauflösung der
Verschlussscheibe anzupassen.
-
Bei
der zweiten Ausführungsart
eines Ventils mit versenktem Rotor gemäß der Erfindung, wie in den 8 bis 12 dargestellt,
in der die gleichartigen Elemente mit jenen der 1 bis 7 mit denselben
Bezugszeichen dargestellt sind, hat die Verschlussvorrichtung 10 die
Form eines länglichen Hohlzylinders,
der um seine Längsachse
XX' im Inneren des
Ventilkörpers 1 mit
allgemeiner zylindrischer Form und der Achse XX' drehbeweglich ist und von einer Bodenwand 2 begrenzt
wird.
-
Im
Unterschied zur vorhergehenden Ausführungsart münden drei Fluidausgangsrohrleitungen 4, 5, 5a in
den Ventilkörper 1 in
Axialhöhen
und an Winkelpositionen, die in Bezug auf die Achse XX' ausgewählt werden.
In dem Beispiel münden
die Ausgangsrohrleitungen radial auf der zylindrischen Wand des
Ventilkörpers 1 und
haben unterschiedliche Durchmesser. In 9 sind zwei
Fluidausgangsrohrleitungen 4 und 5a in zwei diametral
entgegengesetzten Richtungen angeordnet, und eine Ausgangsrohrleitung 5 ist
in eine Richtung senkrecht auf die beiden anderen angeordnet.
-
Ein
Flansch oder Deckel 8, durch den hindurch eine Fluideingangsrohrleitung 9,
die in die Richtung der Achse XX' ausgerichtet
ist, verläuft,
ist am offenen Ende der zylindrischen Wand des Ventilkörpers 1,
die dem Boden 2 gegenüber
liegt, befestigt. Eine Dichtung 8a gewährleistet die Dichtigkeit zwischen
dem Flansch 8 und seinem mit dem Körper 1 in Kontakt
befindlichen Teil.
-
Der
Verschlusszylinder 10 ist in Form eines Hohlzylinders ausgeführt, der
sich um die Drehachse XX' drehen
kann. In seinem zylindrischen Teil befinden sich Öffnungen 13, 13a mit
bestimmten Abmessungen, um ein kontrolliertes Abfließen des
Fluids zwischen der Eingangsrohrleitung 9 und den Ausgangsrohrleitungen 4, 5, 5a zu
ermöglichen.
-
Auf
eine der ersten Ausführungsart ähnliche Weise
wird der Verschlusszylinder 10 in Drehung um die Achse
XX' durch einen
Elektromotor, beispielsweise vom Typ Schrittmotor oder Gleichstrommotor ohne
Schleifkontakt, angetrieben, der einen Rotor 15 und einen
Stator 16 umfasst. Ein Untersetzungsgetriebe, das sich
aus einem ersten Zahnrad 17 und einem zweiten auf die Achse
XX' zentrierten
und durch Formguss oder maschinelle Bearbeitung in der Stärke der
Bodenwand des Verschlusszylinders 10 hergestellten Zahnrad 18 zusammensetzt,
ist zwischen dem Rotor 15 und dem Verschlusszylinder 10 gekoppelt.
-
Um
die Dichtigkeit zwischen dem Rotor 15 und dem Stator 16 sicher
zu stellen, ist der Rotor 15 auf ähnliche Weise wie bei der Ausführungsart
des vorher beschriebenen Scheibenventils im Inneren des Ventilkörpers 1 über seine
gesamte oder einen Teil seiner Länge
im Inneren einer zylindrischen Lagerung 19 im Körper 1 mit
einer im Wesentlichen konstanten Wandstärke angeordnet, die auf der
Wand 2, die sie zum Äußeren des
Körpers 1 in
eine Richtung parallel zur Achse XX' verlängert, überragt. Er ist in der Lagerung 19 in
Translation durch das erste Zahnrad 17 festgestellt, das
an seinem Ende in einem Raum im Inneren des Ventilkörpers 1 befestigt
ist, der sich zwischen der Bodenwand 2 des Ventilkörpers, der
Bodenwand der Verschlussvorrichtung 10 und dem Zahnrad 18 befindet.
-
Der
Stator 16 ist außerhalb
des Körpers 1 in einer
zweiten zylindrischen Lagerung 20, die die zylindrische
Lagerung 19 umgibt und von dem Raum bestimmt wird, der
sich zwischen einer Trennwand 21, die konzentrisch die
Wand der zylindrischen Lagerung 19 umgibt, und dem Äußeren der
Wand der zylindrischen Lagerung 19 befindet, angeordnet.
Die zylindrische Lagerung 20 ist durch einen Deckel 22 verschlossen,
der am freien Endrand der zylindrischen Wand 21 eingesetzt
ist.
-
Wie
bei der vorhergehenden Ausführung
ist insbesondere darauf zu achten, dass die erste zylindrische Lagerung 19 in
einer vernünftigen
Materialstärke
ausgebildet wird, damit der Spalt zwischen dem Rotor 15 und
dem Stator 16 möglichst
klein ist, um ein ausreichendes Antriebsmoment zu erzielen und gleichzeitig
möglichst
wenig Ampere/Umdrehung im Stator 16 zu verbrauchen.
-
Ebenfalls
dank des von den Zahnrädern 17 und 18 gebildeten
Untersetzungsgetriebes kann das von dem Motor 14 auf die
Verschlussscheibe 10 übertragene
Moment eingestellt werden. Dies ermöglicht es, beispielsweise einen
Motor mit kleinem Moment und folglich weniger Platzbedarf zu wählen, wobei
ein größeres Untersetzungsverhältnis übernommen
wird. Überdies
ermöglicht
es das Untersetzungsgetriebe, die Öffnungsauflösung der zylindrischen Verschlussvorrichtung 10 zu
verringern und die Durchflussmengen in den Ausgangsrohrleitungen 4, 5 und 5a an
der Öffnung
progressiver zu gestalten. Wie in dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel kann
ein Kompromiss gefunden werden, um die Öffnungszeit und die Öffnungsauflösung der
Verschlussscheibe anzupassen.
-
Es
ist auch möglich,
die zylindrische Verschlussvorrichtung 10 des vorher beschriebenen Ventils
ohne Untersetzungsgetriebe auf die in den 12 und 13 dargestellte
Art in Drehung zu versetzen. Natürlich
erfordert diese Ausführungsart die
Verwendung eines größeren Antriebsmoments. Dies
erfordert in diesem Fall ein Versetzen des Motors 14, damit
die Drehachse des Rotors 15 mit der Drehachse XX' der zylindrischen
Verschlussvorrichtung 10 zusammenfällt. Bei dieser Ausführung gelangt
die Bodenwand der zylindrischen Verschlussvorrichtung 10 direkt
mit der Bodenwand 2 in Kontakt, da der Formguss des Zahnrades 18 wegfällt.
-
Bei
der dritten Ausführungsart
eines Ventils mit versenktem Rotor gemäß der Erfindung, wie in 13 dargestellt,
in der die gleichartigen Elemente mit jenen der 1 bis 12 mit
denselben Bezugszeichen dargestellt sind, hat die Verschlussvorrichtung 10 die
Form eines vollen kegelstumpfartigen Zylinders, der drehbeweglich
um seine Längsachse XX' im Inneren eines
Ventilkörpers 1 mit
allgemeiner zylindrischer Form mit der Achse XX' befestigt ist und von einer Bodenwand 2 begrenzt
wird.
-
Wie
bei der vorhergehenden Ausführungsart münden drei
Fluidausgangsrohrleitungen 4, 5, 5a in den
Ventilkörper 1 in
Axialhöhen
und an Winkelpositionen, die in Bezug auf die Achse XX' gewählt werden.
In dem Beispiel münden
die Ausgangsrohrleitungen radial auf der zylindrischen Wand 3 des
Ventilkörpers 1 und
haben unterschiedliche Durchmesser. In 13 sind
zwei Fluidausgangsrohrleitungen 4 und 5a in zwei
diametral entgegengesetzten Richtungen angeordnet, während die
Ausgangsrohrleitung 5 (nicht sichtbar in 12)
in eine Richtung senkrecht auf die beiden anderen angeordnet ist.
-
Ein
Flansch oder Deckel 8, durch den hindurch eine Fluideingangsrohrleitung 9 verläuft, die
in Richtung der Achse XX' ausgerichtet
ist, ist am offenen Ende der zylindrischen Wand des Ventilkörpers 1,
die dem Boden 2 gegenüber
liegt, befestigt.
-
Der
Verschlusszylinder 10 weist eine Schnittebene 23 auf,
die einen spitzen Winkel mit einer Ebene senkrecht auf die Achse
XX' bildet, und
er ist von einem Dichtungsring 24 allgemeiner zylindrischer
Form umgeben, der außen
aufgesetzt ist.
-
Der
Verschlusszylinder 10 wird in Drehung um die Achse XX' von einem Elektromotor 14,
beispielsweise vom Typ Schrittmotor oder Gleichstrommotor ohne Schleifkontakt,
angetrieben, der einen Rotor 15 und einen Stator 16 umfasst.
Die Welle des Motors ist parallel zur Achse XX', und der Antrieb der Verschlussvorrichtung
erfolgt über
ein Untersetzungsgetriebe 25.
-
Das
Untersetzungsgetriebe 25 besteht aus einem ersten Zahnrad 26,
das auf der Welle des Motors befestigt ist und in ein zweites Zahnrad 27,
das auf einer Welle 28 befestigt ist, eingreift. Diese
Welle trägt
ein drittes Zahnrad 29, das in ein viertes Zahnrad 30 eingreift,
das auf einer Welle 31 befestigt ist, die den Verschlusszylinder 10 trägt. Das
Untersetzungsgetriebe 25 ist in einem Gehäuse 32 angeordnet,
das in dem Ventilkörper
ausgebildet und an die Bodenwand 2 angeschlossen und durch
einen Gussblock 33 verschlossen ist, der den Motor 14 enthält. Der
Gussblock 33 enthält
auch eine gedruckte Schaltung 34, die zur Steuerung des
Motors dient und Anschlussklemmen 35 aufweist, die an eine
geeignete Versorgungsschaltung angeschlossen werden können. Ein
Positionsfühler 36 vom
kontaktlosen Typ ist auf der Welle 31 befestigt, um die
Winkelposition des Verschlusszylinders 10 zu bestimmen.
-
Um
die Dichtigkeit zwischen dem Rotor 15 und dem Stator 16 sicher
zu stellen, ist der Rotor 15 auf ähnliche Weise wie bei den vorhergehenden
Ausführungen
im Inneren des Ventilkörpers 1 und
genauer im Inneren des Gussblocks 33 angeordnet.
-
Der
Stator 16 ist in einer zweiten zylindrischen Lagerung 20,
die die zylindrische Lagerung 19 umgibt, angeordnet. Die
Wände der
zylindrischen Lagerung 19 und des Ventilkörpers, insbesondere
der Gussblock 33, sind gemeinsam gegossen, um nur ein Stück zu bilden.
-
Das
Ventil nach der Ausführungsvariante
der 14 ist sehr ähnlich
jenem aus 13. Es unterscheidet sich von
diesem dadurch, dass die Wände der
zylindrischen Lagerung 19, die den Stator vom Rotor trennen,
nicht gemeinsam mit dem Ventilkörper gegossen
sind. Die Trennung zwischen dem Stator und dem Rotor erfolgt durch
einen Ring 37, der auf den Ventilkörper aufgesetzt ist. Es handelt
sich beispielsweise um einen dünnen
Metallring, der für
das Magnetfeld durchlässig
ist und in dem Ventilkörper durch
Formguss ausgebildet ist.
-
Es
besteht Interesse, den Spalt weiter verringern zu können. Bei
gleichwertiger mechanischer Festigkeit kann nämlich die Dicke der Metallschicht geringer
sein als die Dicke der Kunststoffschicht.
-
In
dem Beispiel der 15, das schematisch die Montage
eines erfindungsgemäßen Steuerventils in
der Kühlschaltung
eines Verbrennungsmotors 38 eines Kraftfahrzeugs darstellt,
stellt ein erfindungsgemäßes Steuerventil 39 die
Verteilung des Kühlfluids sicher,
das unter der Wirkung einer Pumpe 40 zirkuliert. Das Fluid,
das typischerweise Wasser mit einem Frostschutzmittel ist, wird
vom Motor 38 erwärmt
und verlässt
diesen letztgenannten durch einen Ausgang 41, der an den
Fluideingang 9 des Ventils 39 angeschlossen ist.
Die Ausgangsrohrleitungen 4 und 5 versorgen durch
Leitungen 42 bzw. 43 einen Kühlradiator 44 und
einen Thermoblock 45, der zur Erwärmung des Karosseriegehäuses des
Fahrzeugs dient. Nach Durchströmen
des Kühlradiators 44 und
des Thermoblocks 45 kehrt das Fluid zur Pumpe 40 durch Rückleitungen 46 und 47 zurück. Eine
Leitung 48 verbindet direkt den Ausgang 5a des
Ventils mit der Pumpe 40.
-
Das
Ventil ermöglicht
es, unabhängig
die Fluidmengen in den vorgenannten Leitungen zu steuern, und ermöglicht es
somit, die Temperatur des Verbrennungsmotors 38 und die
Erwärmung
des Karosseriegehäuses
zu optimieren.
-
Insbesondere
beim Kaltstart des Motors ermöglicht
es ein Zirkulieren des Fluids in der Abzweigungsleitung 48,
ohne den Radiator 44 zu durchströmen. Während dieser Startphase ist
es auch möglich, einen
Teil des Fluids in den Thermoblock 45 zu schicken, wenn
eine Erwärmung
gewünscht
ist.
-
Wenn
die Temperatur des Fluids eine vorbestimmte Schwelle erreicht oder überschritten
hat, wird die Verbindung mit der Abzweigungsleitung 48 unterbrochen,
und das Fluid wird in dem Radiator 44 zum Zirkulieren gebracht,
wobei ein Teil des Fluids auch durch den Thermoblock 45 zirkulieren
kann.
-
Bei
einer Variante der Schaltung der 15 kann
das Ventil 39 am Eingang des Verbrennungsmotors 38 angeordnet
sein. In diesem Fall umfasst es mindestens eine Fluidausgangsrohrleitung
und eine oder mehrere Fluideingangsrohrleitungen. Eine der Ausgangsrohrleitungen
des Ventils ist nun mit dem Eingang des Motors verbunden.
-
Natürlich sind
für das
erfindungsgemäße Ventil
zahlreiche Ausführungsvarianten
möglich.
Es ist natürlich
nicht auf ein Dreiwegeventil, wie bei der vorher beschriebenen Ausführungsart,
beschränkt. Es
ist auch nicht auf eine Anwendung für eine Kühlschaltung eines Verbrennungsmotors
eines Kraftfahrzeugs beschränkt
und kann für
andere Anwendungen in verschiedenen Bereichen dienen.
-
ZUSAMMENFASSUNG
-
Das
Ventil umfasst einen Ventilkörper
oder Gehäuse
(1), der (das) durch einen Deckel (8) verschlossen
ist. Es umfasst mindestens einen Fluideingang (9) und eine
oder mehrere Fluidausgangsrohrleitungen (4, 5; 5a)
sowie eine bewegliche Verschlussvorrichtung (10), mindestens
umfassend eine Fluiddurchgangsöffnung
(13). Die Verschlussvorrichtung (10) wird von
dem Rotor eines Elektromotors (14) angetrieben, der einen
Rotor (15) und einen Stator (16) umfasst. Der
Rotor (15) ist im Inneren des Ventilkörpers (1) angeordnet,
und der Stator (16) befindet sich außerhalb des Ventilkörpers (1).
Der Rotor (15) ist vom Stator (16) dicht gegen
das im Ventilkörper
(1) zirkulierende Fluid durch eine für das Magnetfeld durchlässige Schicht
getrennt. Anwendung insbesondere für die Kühlschaltungen der Verbrennungsmotoren
von Kraftfahrzeugen.
(3)