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Vierwegeventil für Flüssigkeiten, insbesondere für den Abzweig eines
Nebenstroms aus dem Kühlwasserkreislauf eines Kraftfahrzeugmotors zum Betrieb einer
durch den Nebenstrosn beheizten Heizanlage des Fahrzeugs Die Erfindung betrifft
ein Vierwegeventil für Flüssigkeiten mit einem Ventilgehäuse mit einer Einlaß-und
einer Auslaßleitung für einen Hauptstrom und einer Einlaß- und einer Auslaßleitung
für einen Nebenstrom, wobei durch ein von außen bedienbares Regelorgan in dessen
einer Endstellung der Nebenstrom abgesperrt und der Hauptstrom freigegeben und in
dessen anderer Endstellung der Nebenstrom freigegeben und der Hauptstrom abgesperrt
wird.
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In Anlagen für die Zirkulation von Flüssigkeiten ist es häufig erforderlich,
die gesamte umlaufende Flüssigkeitsmenge oder einen Teil derselben von einer Hauptleitung
in eine Nebenleitung abzuleiten bzw. abzuzweigen. Die Regelung der Menge der in
die Nebenleitung abzuzweigenden Flüssigkeit ist immer mit Schwierigkeiten verbunden,
weil sich der Nebenstrom im allgemeinen nicht proportional zur Betätigung des das
Öffnen und Schließen der Nebenleitung bewirkenden Steuerorgans ändert. Bekannte
Vierwegeventile dieser Art besitzen zwei Ventilteller, die starr miteinander verbunden
und derart angeordnet und verstellbar sind, daß der eine Teller die Eintrittsöffnung
zur Hauptleitung und der andere die Eintrittsöffnung zur Nebenleitung öffnet oder
schließt. -Diese bekannten Ventile sind aber mit verschiedenen Nachteilen behaftet.
Um eine den Anforderungen. entsprechende einwandfreie Ein- bzw. Verstellung der
Ventilteller gewährleisten zu können, erfordert es einen komplizierten Aufbau. Ferner
ist bei diesen Ventilen ein stetiger Leistungsverlust im Hauptstrom gegeben, da
dieser das Ventilgehäuse nicht in gerader Linie durchlaufen kann, sondern mehrfach
umgelenkt wird. Im übrigen führt bereits eine geringe Verstellung der Ventilteller
zur Freigabe eines verhältnismäßig großen Teils der Eintrittsöffnung der Nebenleitung,
wodurch eine feinfühlige Regelung unmöglich wird.
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Diese Nachteile werden gemäß der Erfindung dadurch vermieden, daß
die Verbindungskammer im Ventilgehäuse zwischen der Einlaß- und der Auslaßleitung
für den Hauptstrom geradlinig oder nahezu geradlinig ausgebildet ist und der Einlaß-
und der Auslaßkanal für den Nebenstrom, in Strömungsrichtung des Hauptstroms gesehen,
unmittelbar hintereinander in die Verbindungskammer einmünden, wobei das Regelorgan
als zweiflügelige Klappe ausgebildet ist, deren Welle zwischen diesen Einmündungen
quer zur Strömungsrichtung des Hauptstroms gelagert ist.
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Dieses Vierwegeventil, das ganz allgemein bei Abzweigungen von Flüssigkeitsströmen
anwendbar ist, kann insbesondere bei Heizanlagen von Kraftfahrzeugen Verwendung
finden, bei welchen die Kühlflüssigkeit für denMotor ganz oder teilweise zu einem
Wärmetauscher abgeleitet werden soll, der das Innere des Kraftfahrzeugs heizt. Bei
Anwendung des erfindungsgemäßen Vierwegeventils ist es infolge dessen besonderen
Aufbaus möglich, gleichzeitig den Eingangsstrom und den Ausgangsstrom des Wärme-'
tauschers zu sperren bzw. entsprechend zu drosseln, und zwar derart, daß keine Gefahr
der Bildung von Konvektionsströmungen gegeben ist, wenn der Wärmetauscher abgeschaltet
ist, welche auftreten können, wenn nur eine der den Eingangs= und den Ausgangsstrom
führenden Leitungen verschließbar ist.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung,
welche an Hand der Zeichnung Ausführungsformen der Erfindung und deren Anwendung
in einer Heizanlage für Kraftfahrzeuge erläutert.
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Fig. 1 ist eine schematische Gesamtansicht einer Heizanlage, wie sie
für Automobile Verwendung findet; Fig. 2 ist ein Schnitt, der in vergrößertem Maßstab
das in Fig.1 angedeutete erfindungsgemäße Vier-, wegeventil darstellt; Fig. 3 ist
ein Schnitt längs der Linie 111-III der Fig. 2;
Fig. 4 ist eine
der Fig. 2 entsprechende-Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
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Die in Fig. 1 dargestellte Heizanlage.eines Kraftfahrzeugs besteht
aus einer Heizlufteinlaßöffnung.l, die hinter einemSchutzgitter2-angeordnet ist,
welchesdazu dient, den Eintritt fester Körper in die Heizanlage zu verhindern.
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In Richtung der einströmenden Luft ist hinter der Lufteinlaßöffnung
1 ein Ventilator 3 angeordnet, der von einem nicht dargestellten Motor angetrieben
wird und der dazu dient, die einströmende Luft zu beschleunigen, insbesondere für
den Fall, daß das Fahrzeug sich nur langsam fortbewegt oder steht.
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Von der Ausgangsseite des Ventilators 3 wird die Luft durch ein Rohr
4 in ein Gehäuse 5 geleitet, in welchem sich ein Wärmetauscher 6 befindet, der von
einem Nebenstrom des Kühlwasserkreislaufs des Fahrzeugmotors durchströmt werden
kann. Die durch den Wärmetauscher strömende Luft wird dabei aufgeheizt und durch
die Düse 7 teilweise in den Fahrzeuginnenraum und teilweise mittels der Rohre 8
unmittelbar zur Windschutzscheibe geleitet, um auf diese Weise ein Beschlagen der
Scheibe zu verhindern.
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Die oben beschriebenen Anlagen werden allgemein für die Beheizung
von Kraftfahrzeugen verwendet. Wenn die Außentemperatur relativ hoch ist, wird der
Fahrzeuginnenraum häufig überheizt, was für die Insassen sehr unangenehm ist. Außerdem
gestatten diese bekannten Heizanlagen vielfach nur unzureichend die Versorgung des
Fahrzeuginnern mit kühler Frischluft, wenn die Temperatur im Fahrzeuginnenraum infolge
der vom Wärmetauscher gelieferten Wärme überhöht ist.
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Bei der erfindungsgemäßen Ausführung der Heizanlage ist ein Vierwegeventil9
vorgesehen, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 2, 3 und 4 im einzelnen
beschrieben wird.
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Bei der Ausführungsform gemäß :den Fig. 2 und 3 weist das Vierwegeventil
9 ein Gehäuse 10 auf, welches aus Kunststoff hergestellt sein kann. Das Ventilgehäuse
10 ist an einer Seite mittels eines abnehmbaren Flansches 11 (Fig. 3) abgeschlossen.
Die Befestigung des Flansches 11 erfolgt mittels nicht veranschaulichter Schrauben,
welche durch die Bohrungen 12 und 13 eingeführt werden, die zu diesem Zweck im Ventilgehäuse
und im Flansch vorgesehen sind, wobei zwischen Ventilgehäuse und Flansch ein elastischer
Dichtungsring 14 angeordnet ist.
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In seinem unteren Teil weist das Ventilgehäuse 10
eine Kammer
15 mit Anschlußstutzen 16 und 17 an ihren beiden Enden auf, in denen Rohrleitungen
18 und 19 angeschlossen sind. Die Rohrleitungen 18 und 19 münden mit ihren anderen
Enden in den Kühlwasserkreislauf des Kraftfahrzeugs, so daß das im Motor erwärmte
Kühlwasser in Pfeilrichtung f1 zirkuliert.
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Oben ist das Ventilgehäuse 10 durch einen Flansch 20 begrenzt,
mit dem es am Wärmetauscher befestigt wird. Der Flansch 20 wird von einem Einlaßkanal21
und einem Auslaßkanal22 durchquert, welche in die Kammer 15 münden.
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Eine Wand 23 trennt die Kanäle 21 und 22 voneinander. Die Verbindung
zwischen der Kammer 15 und dem Einlaßkanal21, durch den die Heizflüssigkeit in den
Wärmetauscher einströmt, erfolgt durch eine verschließbare Öffnung 24. Ein
weitere Trennwand 25 liegt zwischen dem Auslaßkanal 22, der an den Ausgang- des--
Wärmetauschers 6 angeschlossen ist, und der unteren Abschlußwand des Ventilgehäuses
10. Diese Trennwand 25 ist mit wahlweise verschließbaren Öffnungen 26 und 27 versehen,
um die Zirkulation der Flüssigkeit entweder vom Auslaßkanal22-in die--Rohrleitung
19 oder von der Rohrleitung 18 in die Rohrleitung 19 durch die Kammer 15 zu bewirken,
und zwar in Abhängigkeit von der Stellung einer Klappe 28, welche mittels einer
Welle in Lagern 29 und 30 drehbar gelagert ist, die sich an einer Seitenwand des
Ventilgehäuses 10 bzw. am Flansch 11 befinden.
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Die Klappe 28 ist mit zwei Flügeln 31 und 32 versehen, an welchen
elastische Dichtungen 33 und 34 vorgesehen sind, um die Öffnungen 24 und
26 dicht zu verschließen, wenn die Klappe sich in der in Fig. 2 dargestellten
Stellung befindet.
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Die Klappe 28 wird vorteilhafterweise mit einem federnden Organ versehen,
das nicht veranschaulicht ist und das die Klappe in der in Fig. 2 dargestellten
Stellung hält. Weiterhin ist ein nicht dargestelltes Betätigungsorgan vorgesehen,
mit dem die Klappe so weit gedreht werden kann, daß der Flügel 31 der Klappe die
Öffnung 27 vollständig verschließt. Natürlich kann die Klappe 28 auch irgendeine
Zwischenstellung zwischen den zwei -genannten Extremstellungen einnehmen.
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Bei der Stellung, welche die Klappe 28 unter der Wirkung des federnden
Organs einnimmt, strömt die Flüssigkeit aus der Rohrleitung 18 durch die Kammer
15 direkt in die Rohrleitung 19. Ein Teil dieser Flüssigkeit wird bei Verstellung
der Klappe 28 durch den Einlaßkanal 21 in den Wärmetauscher 6 geleitet, von dem
aus die Flüssigkeit über den Auslaßkana122 wieder in die Kammer 15 zurückgeführt
wird; von der Kammer 15 aus wird dann die Flüssigkeit durch die Auslaßleitung 19
weiterbefördert.
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Auf Grund der relativen Lage des Einlaßkanals 21 zur Rohrleitung 18
und des Auslaßkanals 22 zur Rohrleitung 19 wird die in den Wärmetauscher 6 eingeführte
Flüssigkeit zweimal hintereinander um einen großen Winkelbetrag von der ursprünglichen
geraden Strömungsrichtung abgelenkt, wodurch sich eine gewisse Drosselung der Gesamtdurchflußmenge
des Wärmetauschers ergibt, da die Flüssigkeit bestrebt ist, ihren geradlinigen Verlauf
von der Rohrleitung 18 in die Rohrleitung 19 beizubehalten.
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Hierdurch ermöglicht das erfindungsgemäße Vierwegeventil eine feinfühlige
Regelung der Flüssigkeitsmenge, welche von der Rohrleitung 18 in den Wärmetauscher
6 gelangt, der außerdem völlig vom Flüssigkeitskreislauf isoliert werden kann, wenn
die Klappe 28 in die in Fig. 2 dargestellte Stellung gebracht wird. Da in diesem
Fall die Strömung einen minimalen Widerstand findet, wird das Eintreten von Leckflüssigkeit
in den Wärmetauscher weitgehend verhindert, was selbst für den Fall gilt, daß die
Dichtungen 33 und 34 nicht mehr in einwandfreiem Zustand sind.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht die Klappe
28 aus einer Leichtmetalllegierung, während alle anderen Teile des Vierwegeventils
aus Kunststoff bestehen. Die durch die Wärmeausdehnung hervorgerufenen Formänderungen
einzelner Teile des Ventilgehäuses 10 beeinträchtigen in keiner Weise die
Funktion des Vierwegeventils, da die Klappe 28 mit ihren Dichtungen 33 und 34 die
Formänderungen auszugleichen vermag. Da nur ein bewegliches Teil, nämlich die Klappe
28, vorhanden
ist, ist die Betätigung des Vierwegeventils sehr einfach.
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Fig.4 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform der Erfindung,
bei der das Ventilgehäuse 10 im Innern zwei Ansätze 35 und 36 aufweist, zwischen
denen die Klappe 28 angeordnet ist. In Bbhrungen der Ansätze 35 und 36 sind elastische
Dichtungen 37 und 38 eingesetzt, welche seitliche Lappen 39 und 40 aufweisen, die
den mittleren Teil der Klappe 28 abdichten.
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Die Wirkungsweise dieser Ausführungsform der Erfindung ist die gleiche
wie die der an Hand der Fig. 2 und 3 beschriebenen Ausführungsform.
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Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt.
Insbesondere können die Dichtungen mit Ansätzen versehen sein, die in entsprechende
Aussparungen der Flügel der Klappe eingepreßt werden.