DE112021006785T5

DE112021006785T5 - Mehrwegeventil und Wärmemanagementsystem mit einem solchen Ventil

Info

Publication number: DE112021006785T5
Application number: DE112021006785.0T
Authority: DE
Inventors: Anbang Chen; Xiaoyu Liu; Guanyin LIANG; Ruifeng QIN
Original assignee: Johnson Electric International AG
Current assignee: Johnson Electric International AG
Priority date: 2021-01-11
Filing date: 2021-07-28
Publication date: 2023-11-16
Also published as: US20230358325A1; WO2022148010A1; CN215950470U; WO2022148009A1; CN216344087U

Abstract

Ein Mehrwegeventil hat ein Ventilgehäuse und einen Ventileinsatz. Das Ventilgehäuse weist eine Mehrzahl von Anschlüssen auf, die in einer Umfangsrichtung angeordnet sind. Sämtliche Anschlüsse sind in mindestens zwei Anschlussgruppen gruppiert. Jede der Anschlussgruppen umfasst einen Hauptanschluss und eine Mehrzahl von Nebenanschlüssen. Der Ventileinsatz ist an dem Ventilgehäuse drehbar montiert und definiert mindestens zwei Strömungskanäle. Das Mehrwegeventil verfügt über eine Mehrzahl von Arbeitsmoden, wenn der Ventileinsatz in Bezug auf das Ventilgehäuse in verschiedene Positionen gedreht wird. In den verschiedenen Arbeitsmoden ist jeder der mindestens zwei Strömungskanäle so konfiguriert, dass er selektiv einen der Hauptanschlüsse mit einem der Nebenanschlüsse in Verbindung setzt.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung bezieht sich auf das technische Gebiet von Ventilen, insbesondere auf ein Mehrwegeventil und ein Wärmemanagementsystem mit einem solchen Mehrwegeventil.
HINTERGRUND
Ein Ventil ist eine Steuerungskomponente in einem Fluidabgabesystem, mit welcher sich das Zu- und Abschalten, die Strömungsrichtung etc. des Fluids steuern lassen. Im Wärmemanagementsystem von Fahrzeugen mit alternativer Antriebstechnik sind Ventile in der Regel erforderlich, um den Durchfluss des Kühlmittels zu steuern. Ein übliches Wärmemanagementsystem eines Fahrzeugs hat mehrere Kühlkreisläufe (z.B. Kühlkreisläufe für die Batterie und das elektrische Antriebssystem) und mehrere Wärmetauscher (z.B. Radiator und Kühlaggregate). Der reale Betrieb des Wärmemanagementsystems eines Fahrzeugs erfordert stets den Einbau von mehreren Kühlkreisläufen und mehreren Wärmetauschern, um verschiedene Arbeitsmoden zu erreichen. Ein bestehendes Wärmemanagementsystem eines Fahrzeugs verfügt über mehrere Kühlmittelventile, um Kühlmittel zwischen mehreren Kühlkreisläufen und/oder mehreren Wärmetauschern zu übertragen, damit verschiedene Arbeitsmoden erreicht werden. Ein solches Wärmemanagementsystem eines Fahrzeugs hat eine komplexe Struktur und ist teuer.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Mehrwegeventils, das die vorstehend genannten Probleme lösen oder zumindest bis zu einem gewissen Grad abmildern kann, sowie ein Wärmemanagementsystem, das dieses Mehrwegeventil enthält.
Gemäß einem Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Mehrwegeventil bereit, das ein Ventilgehäuse und einen Ventileinsatz aufweist. Das Ventilgehäuse hat eine Mehrzahl von Anschlüssen, die in einer Umfangsrichtung angeordnet sind. Alle Anschlüsse sind in mindestens zwei Anschlussgruppen unterteilt. Jede der Anschlussgruppen umfasst einen Hauptanschluss und eine Mehrzahl von Nebenanschlüssen. Der Ventileinsatz ist drehbar am Ventilgehäuse montiert und definiert mindestens zwei Strömungskanäle. Das Mehrwegeventil verfügt über eine Mehrzahl von Arbeitsmoden, wenn der Ventileinsatz in Bezug auf das Ventilgehäuse in verschiedene Positionen gedreht wird. In verschiedenen Arbeitsmoden ist jeder der mindestens zwei Strömungskanäle so konfiguriert, dass er wahlweise einen der Hauptanschlüsse mit einem der Nebenanschlüsse verbindet.
Vorzugsweise sind die von allen Nebenanschlüssen eingeschlossenen zentralen Winkel gleich, wobei ein von den jeweiligen Hauptanschlüssen eingeschlossener zentraler Winkel gleich einer Summe der von allen Nebenanschlüssen in derselben Anschlussgruppe eingeschlossenen zentralen Winkel ist.
Vorzugsweise sind die von Öffnungen an beiden Enden jedes der Strömungskanäle eingeschlossenen zentralen Winkel nicht größer als ein zentraler Winkel jedes der Nebenanschlüsse.
Vorzugsweise sind m Strömungskanäle im Ventileinsatz vorhanden, wobei m≥2 ist; das Ventilgehäuse hat (1 +k)*m Anschlüsse, wobei k die Anzahl der Nebenanschlüsse in jeder Anschlussgruppe ist und k≥2 ist.
Vorzugsweise hat das Ventilgehäuse m Anschlussgruppen, und das Mehrwegeventil verfügt über k*m Arbeitsmoden.
Vorzugsweise hat das Ventilgehäuse n Anschlussgruppen, und das Mehrwegeventil verfügt über 2n Arbeitsmoden, wobei n ≧2 ist.
Vorzugsweise hat das Ventilgehäuse eine erste Anschlussgruppe und eine zweite Anschlussgruppe, und der Ventileinsatz definiert einen ersten Strömungskanal und einen zweiten Strömungskanal, wobei die erste Anschlussgruppe und die zweite Anschlussgruppe symmetrisch zueinander sind.
Vorzugsweise hat das Ventilgehäuse eine erste Anschlussgruppe, eine zweite Anschlussgruppe und eine dritte Anschlussgruppe, wobei der Ventileinsatz dementsprechend einen ersten Strömungskanal, einen zweiten Strömungskanal, einen dritten Strömungskanal und einen vierten Strömungskanal definiert.
Vorzugsweise ist der erste Strömungskanal geradlinig, der zweite Strömungskanal, der dritte Strömungskanal und der vierte Strömungskanal sind bogenförmig, der zweite Strömungskanal und der vierte Strömungskanal liegen auf einer Seite des ersten Strömungskanals, und der dritte Strömungskanal liegt auf der anderen Seite des ersten Strömungskanals.
Vorzugsweise hat das Ventilgehäuse eine zylindrische zentrale Nabe mit einem Aufnahmehohlraum, und mindestens zwei Gruppen von Strömungsführungsarmen sind nacheinander entlang einer Umfangsrichtung der zentralen Nabe angeordnet, wobei jede der Gruppen von Strömungsführungsarmen einen Hauptarm und mindestens zwei Nebenarme umfasst, wobei der Ventileinsatz drehbar in dem Aufnahmehohlraum aufgenommen ist und die Hauptarme und die Nebenarme mit dem Aufnahmehohlraum der zentralen Nabe in Verbindung stehen, um die Hauptanschlüsse und die Nebenschlüsse zu bilden.
Gemäß einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Wärmemanagementsystem bereit, umfassend das vorstehend genannte Mehrwegeventil und eine Mehrzahl von Kühlmittelzweigen, die mit entsprechenden Anschlüssen des Mehrwegeventils verbunden sind, wobei zumindest ein Teil der Kühlmittelzweige in Reihe geschaltet ist, um über einen oder mehrere der Strömungskanäle des Mehrwegeventils einen geschlossenen Kreislauf zu bilden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine perspektivische Ansicht eines Mehrwegeventils gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine Explosionsdarstellung des in 1 gezeigten Mehrwegeventils;
3 ist eine perspektivische Schnittansicht des in 1 gezeigten Mehrwegeventils, wobei die Schnittlinien der Einfachheit halber weggelassen sind;
4A ist eine geschnittene Draufsicht des in 1 gezeigten Mehrwegeventils in einem ersten Arbeitsmodus, wobei die Schraffur der Einfachheit halber weggelassen wurde;
4 ist eine schematische Darstellung eines Wärmemanagementsystems mit dem in 4A gezeigten Mehrwegeventil;
5A ist eine geschnittene Draufsicht des in 1 gezeigten Mehrwegeventils in einem zweiten Arbeitsmodus, wobei die Schraffur der Einfachheit halber weggelassen wurde;
5B ist eine schematische Darstellung eines Wärmemanagementsystems mit dem in 5A gezeigten Mehrwegeventil;
6A ist eine geschnittene Draufsicht des in 1 gezeigten Mehrwegeventils in einem dritten Arbeitsmodus, wobei die Schraffur der Einfachheit halber weggelassen wurde;
6B ist eine schematische Darstellung eines Wärmemanagementsystems mit dem in 6A gezeigten Mehrwegeventil;
7A ist eine geschnittene Draufsicht des in 1 gezeigten Mehrwegeventils in einem vierten Arbeitsmodus, wobei die Schraffur der Einfachheit halber weggelassen wurde;
7B ist eine schematische Darstellung eines Wärmemanagementsystems mit dem in 7A gezeigten Mehrwegeventil;
8 ist eine perspektivische Ansicht eines Mehrwegeventils gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
9 ist eine Explosionsdarstellung des in 8 gezeigten Mehrwegeventils;
10 ist eine perspektivische Schnittansicht des in 8 gezeigten Mehrwegeventils, wobei die Schraffur der Einfachheit halber weggelassen wurde;
11 ist eine geschnittene Draufsicht des in 8 gezeigten Mehrwegeventils in einem ersten Arbeitsmodus, wobei die Schraffur der Einfachheit halber weggelassen wurde;
11 B ist eine schematische Darstellung eines Wärmemanagementsystems mit dem in 11A gezeigten Mehrwegeventil;
12A ist eine geschnittene Draufsicht des in 8 gezeigten Mehrwegeventils in einem zweiten Arbeitsmodus, wobei die Schraffur der Einfachheit halber weggelassen wurde;
12B ist eine schematische Darstellung eines Wärmemanagementsystems mit dem in 12A gezeigten Mehrwegeventil;
13A ist eine geschnittene Draufsicht des in 8 gezeigten Mehrwegeventils in einem dritten Arbeitsmodus, wobei die Schraffur der Einfachheit halber weggelassen wurde;
13B ist eine schematische Darstellung eines Wärmemanagementsystems mit dem in 13A gezeigten Mehrwegeventil;
14A ist eine geschnittene Draufsicht des in 8 gezeigten Mehrwegeventils in einem vierten Arbeitsmodus, wobei die Schraffur der Einfachheit halber weggelassen wurde;
14B ist eine schematische Darstellung eines Wärmemanagementsystems mit dem in 14A gezeigten Mehrwegeventil;
15A ist eine geschnittene Draufsicht des in 8 gezeigten Mehrwegeventils in einem fünften Arbeitsmodus, wobei die Schraffur der Einfachheit halber weggelassen wurde;
15B ist eine schematische Darstellung eines Wärmemanagementsystems mit dem in 15A gezeigten Mehrwegeventil;
16A ist eine geschnittene Draufsicht des in 8 gezeigten Mehrwegeventils in einem sechsten Arbeitsmodus, wobei die Schraffur der Einfachheit halber weggelassen wurde;
16B ist eine schematische Darstellung eines Wärmemanagementsystems mit dem in 16A gezeigten Mehrwegeventil;
17 ist eine perspektivische Ansicht eines Mehrwegeventils gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
18 ist eine perspektivische Schnittansicht des in 17 gezeigten Mehrwegeventils, wobei die Schraffur der Einfachheit halber weggelassen wurde;
19 - 26 jeweils eine geschnittene Draufsicht des in 17 gezeigten Mehrwegeventils im ersten bis achten Betriebsmodus, wobei die Schraffur der Einfachheit halber weggelassen wurde.

DETAILBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend auf der Grundlage der Zeichnungen und der Ausführungsformen näher erläutert.
In den 1 bis 3 ist ein Mehrwegeventil 100 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, das ein Ventilgehäuse 10 und einen Ventileinsatz 20 umfasst, der drehbar im Ventilgehäuse 10 aufgenommen ist. Das Ventilgehäuse 10 weist insgesamt 6 Anschlüsse auf, die in zwei Anschlussgruppen 11 und 12 gruppiert und in Umfangsrichtung verteilt sind. Das heißt, jede Anschlussgruppe 11 bzw. 12 hat einen Hauptanschluss 13 und zwei in Umfangsrichtung angeordnete Nebenanschlüsse 14/15. Der Ventileinsatz 20 ist mit zwei Strömungskanälen 21 und 22 versehen. Die beiden Strömungskanäle 21, 22 sind so konfiguriert, dass sie die Hauptanschlüsse 13 der jeweiligen zwei Anschlussgruppen 11, 12 mit einem der Nebenanschlüsse 14/15 verbinden.
Die zentralen Winkel, die den Innenöffnungen aller Nebenanschlüsse 14/15 entsprechen, sind annähernd gleich, und ein von jeder Innenöffnung der Hauptanschlüsse 13 eingeschlossener zentraler Winkel ist annähernd gleich einer Summe der von den Innenöffnungen der Nebenanschlüsse in einer der Anschlussgruppen 11 oder 12 eingeschlossen zentralen Winkel. Die zentralen Winkel, die von den Öffnungen an den beiden Enden jedes der beiden Strömungskanäle 21 und 22 eingeschlossen werden, sind nicht größer als der zentrale Winkel jeder Innenöffnung der Nebenanschlüsse.
Durch Drehen des Ventileinsatzes 20 kann derselbe Strömungskanal des Ventileinsatzes 20 relativ zu dem Ventilgehäuse 10 in verschiedene Positionen bewegt werden, so dass dieser eine Strömungskanal 21 bzw. 22 mit verschiedenen Hauptanschlüssen 13 und/oder Nebenanschlüssen 14/15 an den verschiedenen Positionen in Verbindung gebracht werden kann, so dass Fluide, wie z.B. Kühlmittel, in/aus verschiedene/n Komponenten strömen können, die entsprechend mit den verschiedenen Hauptanschlüssen 13 und den Nebenanschlüssen 14/15 des Ventilgehäuses 10 unter verschiedenen Arbeitsmoden in gewünschter Weise gepaart sind.
Da das Ventilgehäuse 10 des Mehrwegeventils 100 der vorliegenden Erfindung zwei Anschlussgruppen 11 und 12, die jeweils einen Hauptanschluss 13, einen ersten Nebenanschluss 14 und einen zweiten Nebenanschluss 15 umfassen, die in Umfangsrichtung angeordnet sind, und der Ventileinsatz 20 zwei Strömungskanäle 21 und 22 aufweist, lassen sich durch das Zusammenwirken zwischen dem Ventileinsatz 20 und dem Ventilgehäuse 10 vier Arbeitsmoden erreichen, und zwar:

Der Strömungskanal 21, nämlich einer der beiden Strömungskanäle 21 und 22, steht in Verbindung mit dem Hauptanschluss 13 der Anschlussgruppe 11, nämlich einer der beiden Anschlussgruppen 11 und 12, und dem ersten Nebenanschluss 14 der genannten Anschlussgruppe 11. Der Strömungskanal 22, nämlich der andere der beiden Strömungskanäle 21, 22, steht in Verbindung mit dem Hauptanschluss 13 der Anschlussgruppe 12, nämlich der anderen der beiden Anschlussgruppen 11 und 12, und dem ersten Nebenanschluss 14 der Anschlussgruppe 12.

Der Strömungskanal 21, nämlich einer der beiden Strömungskanäle 21 und 22, steht in Verbindung mit dem Hauptanschluss 13 der Anschlussgruppe 11, nämlich einer der beiden Anschlussgruppen 11 und 12, und dem zweiten Nebenanschluss 15 der Anschlussgruppe 11. Der Strömungskanal 22, nämlich der andere der beiden Strömungskanäle 21, 22, steht in Verbindung mit dem Hauptanschluss 13 der Anschlussgruppe 12, nämlich der anderen der beiden Anschlussgruppen 11 und 12, und dem zweiten Nebenanschluss 15 der Anschlussgruppe 12.
Der Strömungskanal 21, nämlich einer der beiden Strömungskanäle 21 und 22, steht in Verbindung mit dem Hauptanschluss 13 der Anschlussgruppe 11, nämlich einer der beiden Anschlussgruppen 11 und 12, und dem ersten Nebenanschluss 14 der Anschlussgruppe 12, nämlich der anderen der beiden Anschlussgruppen 11 und 12. Der Strömungskanal 22, nämlich der andere der beiden Strömungskanäle 21, 22, steht in Verbindung mit dem Hauptanschluss 13 der Anschlussgruppe 12, nämlich der anderen der beiden Anschlussgruppen 11 und 12, und dem ersten Nebenanschluss 14 der Anschlussgruppe 11.
Der Strömungskanal 21, nämlich einer der beiden Strömungskanäle 21 und 22, steht in Verbindung mit dem Hauptanschluss 13 der Anschlussgruppe 11, nämlich einer der beiden Anschlussgruppen 11 und 12, und dem zweiten Nebenanschluss 15 der Anschlussgruppe 12, nämlich der anderen der beiden Anschlussgruppen 11 und 12. Der Strömungskanal 22, nämlich der andere der beiden Strömungskanäle 21, 22, steht in Verbindung mit dem Hauptanschluss 13 der Anschlussgruppe 12, nämlich der anderen der beiden Anschlussgruppen 11 und 12, und dem zweiten Nebenanschluss 15 der Anschlussgruppe 11.
In dieser Ausführungsform umfasst das Ventilgehäuse 10 eine zylindrische zentrale Nabe 16 sowie eine erste Gruppe von Strömungsführungsarmen 17 und eine zweite Gruppe von Strömungsführungsarmen 18, die entlang einer Umfangsrichtung der zentralen Nabe 16 verteilt sind. Die zentrale Nabe 16 hat einen Aufnahmehohlraum 160, und der Ventileinsatz 20 ist unter Zwischenschaltung eines dynamischen Dichtungsmechanismus in dem Aufnahmehohlraum 160 der zentralen Nabe 16 untergebracht. Vorzugsweise umfasst die zentrale Nabe 16 eine hohle Stützschale 161, die an einem Ende in axialer Richtung offen und an dem anderen Ende in axialer Richtung geschlossen ist, sowie eine Abdeckung 162, der mit der Endöffnung der Stützschale 161 abnehmbar abgedeckt ist. Die erste Anschlussgruppe 11 und die zweite Anschlussgruppe 12 sind jeweils durch die erste Strömungsführungsarmgruppe 17 und die zweite Strömungsführungsarmgruppe 18 gebildet. Die erste Strömungsführungsarmgruppe 17 und die zweite Strömungsführungsarmgruppe 18 umfassen jeweils einen Hauptarm 190, einen ersten Nebenarm 191 und einen zweiten Nebenarm 192. Der Hauptströmungsarm 190, der erste Nebenarm 191 und der zweite Nebenarm 192 definieren jeweils eine sich darin radial erstreckende Durchgangsöffnung 193. Sämtliche Durchgangsöffnungen 193 stehen mit dem Aufnahmehohlraum 160 der zentralen Nabe 16 in Verbindung, um die Hauptanschlüsse 13, die ersten Nebenanschlüsse 14 und die zweiten Nebenanschlüsse 15 der Anschlussgruppe 11 bzw. der zweiten Anschlussgruppe 12 zu bilden. Bevorzugt liegen die Hauptanschlüsse 13, die ersten Nebenanschlüsse 14 und die zweiten Nebenanschlüsse 15 der ersten Anschlussgruppe 11 und der zweiten Anschlussgruppe 12 in der gleichen horizontalen Ebene. Noch mehr bevorzugt sind die erste Anschlussgruppe 11 und die zweite Anschlussgruppe 12 symmetrisch zueinander. Ebenfalls bevorzugt sind die zentralen Winkel, die den ersten Nebenanschlüssen 14 entsprechen, etwa gleich dem zentralen Winkel, der den zweiten Nebenanschlüssen 15 entspricht. Der zentrale Winkel, der jedem der Hauptanschlüsse 13 entspricht, ist etwa gleich einer Summe der zentralen Winkel, die einem der ersten Nebenanschlüsse 14 und einem der zweiten Nebenanschlüsse 15 entsprechen. In dieser Ausführungsform betragen die zentralen Winkel, die dem ersten Nebenanschluss 14 und die zentralen Winkel, die dem zweiten Nebenanspruch 15 entsprechen, etwa 30 Grad. Die zentralen Winkel, die jedem der Hauptanschlüsse 13 entsprechen, betragen etwa 60 Grad.
In dieser Ausführungsform ist der Ventileinsatz 20 zylindrisch, wobei der erste Strömungskanal 21 und der zweite Strömungskanal 22 in ihm definiert sind. Der erste Strömungskanal 21 erstreckt sich seitlich von einer Seite der äußeren Umfangswand des Ventileinsatzes 20 zur anderen Seite der äußeren Umfangswand des Ventileinsatzes 20 in einer Bogenform. Vorzugsweise liegt die Mitte des ersten Strömungskanals 21 näher an der Mitte des Ventileinsatzes 20 als seine beiden Enden. In ähnlicher Weise erstreckt sich der zweite Strömungskanal 22 seitlich von einer Seite der äußeren Umfangswand des Ventileinsatzes 20 zur anderen Seite der äußeren Umfangswand des Ventileinsatzes 20 in einer Bogenform. Vorzugsweise liegt die Mitte des zweiten Strömungskanals 22 näher an der Mitte des Ventileinsatzes 20 als seine beiden Enden. Weiterhin vorzugsweise sind der erste Strömungskanal 21 und der zweite Strömungskanal 22 symmetrisch zur Mitte des Ventileinsatzes 20. Ebenfalls vorzugsweise liegen der erste Strömungskanal 21, der zweite Strömungskanal 22, der Hauptanschluss 13, der erste Nebenanschluss 14 und der zweite Nebenanschluss 15 der vorgenannten ersten Anschlussgruppe 11 und der zweiten Anschlussgruppe 12 in derselben horizontalen Ebene. Weiterhin vorzugsweise sind die zentralen Winkel der Öffnungen des ersten Strömungskanals 21 und des zweiten Strömungskanals 22 jeweils gleich denen des ersten Nebenanschlusses 14 und des zweiten Nebenanschlusses 15 der ersten und zweiten Anschlussgruppen 11. So kann der erste Strömungskanal 21 oder der zweite Strömungskanal 22 vollständig mit dem ersten Nebenanschluss 14 oder dem zweiten Nebenanschluss 15 der ersten Anschlussgruppe 11 oder der zweiten Anschlussgruppe 12 ausgerichtet werden. Vorzugsweise ist auch ein zentraler Winkel einer Öffnung an jedem der beiden Enden des ersten Strömungskanals 21 und des zweiten Strömungskanals 22 kleiner oder gleich der Hälfte jedes der Hauptanschlüsse 13 der ersten und zweiten Anschlussgruppen 11, 12. Daher ist sichergestellt, dass der erste Strömungskanal 21 und der zweite Strömungskanal 22 mit dem entsprechenden Hauptanschluss 13 ausgerichtet werden können, wenn der Ventileinsatz 20 in zwei verschiedene Positionen gedreht wird.
In dieser Ausführungsform umfasst der Ventileinsatz 20 außerdem eine Antriebswelle 23, die durch seine Mitte verläuft. Eines der gegenüberliegenden Enden der Antriebswelle 23 erstreckt sich aus einem der gegenüberliegenden axialen Enden des Ventileinsatzes 20 und der Abdeckung 162 heraus. Das andere Ende der Antriebswelle 23 erstreckt sich aus dem anderen axialen Ende des Ventileinsatzes 20 und der Stützschale 161 heraus, um mit einem Antriebsmechanismus verbunden zu werden, der den Ventileinsatz 20 zur Drehung relativ zum Ventilgehäuse 10 antreibt.
Bei der Montage des Mehrwegeventils 100 wird zunächst der Ventileinsatz 20 in die Stützschale 161 eingesetzt und dann die Abdeckung 162 mit einer Dichtung dazwischen an der Stützschale 161 befestigt. Es versteht sich von selbst, dass in anderen Ausführungsformen das Ventilgehäuse 10 und der Ventileinsatz 20 auch umspritzt werden können. Mit anderen Worten, das Ventilgehäuse 10 kann einstückig ausgebildet sein, um den Ventileinsatz 20 aufzunehmen.
Nachfolgend werden verschiedene Arbeitsmoden des Mehrwegeventils 100 dieser Ausführungsform und seine Anwendungen bei dem Wärmemanagementsystem für Fahrzeuge beschrieben.
Es wird auf 4A Bezug genommen. Im ersten Betriebsmodus des Mehrwegeventils 100 der vorliegenden Ausführungsform ist der Ventileinsatz 20 in eine gewünschte Position gedreht, so dass der erste Strömungskanal 21 des Mehrwegeventils 100 den Hauptanschluss 13 der ersten Anschlussgruppe 11 mit dem ersten Nebenanschluss 14 der ersten Anschlussgruppe 11 verbindet. Der zweite Strömungskanal 22 verbindet den Hauptanschluss 13 der zweiten Anschlussgruppe 12 mit dem ersten Nebenanschluss 14 der zweiten Anschlussgruppe 12.
In 4B ist ein Wärmemanagementsystem 200 für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, das das Mehrwegeventil 100 und eine Mehrzahl von Kühlmittelzweigen umfasst, die mit den entsprechenden Anschlüssen des Mehrwegeventils 100 verbunden sind. Zu den mehreren Kühlmittelzweigen gehören ein ED(Elektroantrieb)-Kühlzweig 210, ein erster gemeinsamer Zweig 220, ein Radiatorzweig 230, ein Batterie-Wärmemanagement-Zweig 240, ein zweiter gemeinsamer Zweig 250 und der Kühlaggregat-Zweig 260. Ein erstes Ende des ED-Kühlzweigs 210 ist mit dem Hauptanschluss 13 der ersten Anschlussgruppe 11 des Mehrwegeventils 100 verbunden. Ein erstes Ende des ersten gemeinsamen Zweigs 220 ist mit dem ersten Nebenanschluss 14 der ersten Anschlussgruppe 11 des Mehrwegeventils verbunden. Ein erstes Ende des Heizkörperzweigs 230 ist mit dem zweiten Nebenanschluss 15 der ersten Anschlussgruppe 11 des Mehrwegeventils 100 verbunden. Ein erstes Ende des Batterie-Wärmemanagement-Zweigs 240 ist mit dem Hauptanschluss 13 der zweiten Anschlussgruppe 12 des Mehrwegeventils 100 verbunden. Ein erstes Ende des zweiten gemeinsamen Zweigs 250 ist mit dem ersten Nebenanschluss 14 der zweiten Anschlussgruppe 12 des Mehrwegeventils 100 verbunden. Ein erstes Ende des Radiatorzweigs 260 ist mit dem zweiten Nebenanschluss 15 der zweiten Anschlussgruppe 12 des Mehrwegeventils 100 verbunden. Im ED-Kühlzweig 210 sind ein elektrischer Antrieb 211 und eine erste Pumpe 212 für den Kühlmittelantrieb angeordnet. Der elektrische Antrieb 211 umfasst typischerweise einen Fahrmotor und eine elektrische Steuereinheit. In dem Radiatorzweig 230 ist ein Radiator 231 angeordnet. Die zweiten Enden des ersten gemeinsamen Zweigs 220, des ED-Kühlzweigs 210 und des Radiatorzweigs 230 sind miteinander verbunden. Eine Batterie 241 und eine zweite Pumpe 242 für den Kühlmittelantrieb sind im Batterie-Wärmemanagement-Zweig 240 angeordnet. Ein Radiator 261 ist in dem Kühlaggregat-Zweig 260 angeordnet. Die zweiten Enden des zweiten gemeinsamen Zweigs 250, des Batterie-Wärmemanagement-Zweigs 240 und des Kühlaggregat-Zweigs 260 sind miteinander verbunden.
Wenn das Mehrwegeventil 100 in einem ersten Arbeitsmodus arbeitet, wie oben beschrieben, verbindet der erste Strömungskanal 21 des Mehrwegeventils 100 den Hauptanschluss 13 der ersten Anschlussgruppe 11 mit dem ersten Nebenanschluss 14 der ersten Anschlussgruppe 11. Der ED-Kühlzweig 210 und der erste gemeinsame Zweig 220 sind in Reihe geschaltet und bilden über den ersten Strömungskanal 21 des Mehrwegeventils 100 einen geschlossenen Kreislauf. Daher strömt das Kühlmittel unter der Wirkung der ersten Pumpe 212 durch den elektrischen Antrieb 211. Dabei kann die Kühlflüssigkeit die Wärme des Elektroantriebs 211 aufnehmen. Gleichzeitig steht der zweite Strömungskanal 22 in Verbindung mit dem Hauptanschluss 13 der zweiten Anschlussgruppe 12 und dem ersten Nebenanschluss 14 der zweiten Anschlussgruppe 12. Der Batterie-Wärmemanagement-Zweig 240 der Batterie und der zweite gemeinsame Zweig 250 sind in Reihe geschaltet und bilden über den zweiten Strömungskanal 22 des Mehrwegeventils 100 einen geschlossenen Kreislauf. Dann strömt das Kühlmittel unter der Wirkung der zweiten Pumpe 242 durch die Batterie 241. In diesem Arbeitsmodus tauscht das Kühlmittel keine Wärme mit dem Radiator 231 oder dem Kühlaggregat 261 aus.
Es wird auf die 5A und 5B Bezug genommen. Wenn das Mehrwegeventil 100 in einem zweiten Arbeitsmodus arbeitet, steht der erste Strömungskanal 21 des Mehrwegeventils 100 mit dem Hauptanschluss 13 der ersten Anschlussgruppe 11 und dem zweiten Nebenanschluss 15 der ersten Anschlussgruppe 11 in Verbindung. Der ED-Kühlzweig 210 und der Radiatorzweig 230 sind über den ersten Strömungskanal 21 des Mehrwegeventils 100 in Reihe geschaltet und bilden einen geschlossenen Kreislauf. Dann strömt das Kühlmittel unter der Wirkung der ersten Pumpe 212 durch den Radiator 231, um den Wärmeaustausch und die Kühlung des elektrischen Antriebs 211 zu gewährleisten. Gleichzeitig steht der zweite Strömungskanal 22 in Verbindung mit dem Hauptanschluss 13 der zweiten Anschlussgruppe 12 und dem zweiten Nebenanschluss 15 der zweiten Anschlussgruppe 12. Dann werden der Batterie-Wärmemanagement-Zweig 240 und der Kühlaggregat-Zweig 260 in Reihe geschaltet, um über den zweiten Strömungskanal 22 des Mehrwegeventils 100 einen geschlossenen Kreislauf zu bilden. Das Kühlmittel strömt unter der Wirkung der zweiten Pumpe 242 durch das Kühlaggregat 261 zum Wärmeaustausch mit und zur Kühlung der Batterie 241.
Wenn das Mehrwegeventil 100, wie in 6A und 6B gezeigt, in einem dritten Arbeitsmodus arbeitet, steht der erste Strömungskanal 21 des Mehrwegeventils 100 mit dem Hauptanschluss 13 der ersten Anschlussgruppe 11 und dem ersten Nebenanschluss 14 der zweiten Anschlussgruppe 12 in Verbindung, und der zweite Strömungskanal 22 steht mit dem Hauptanschluss 13 der zweiten Anschlussgruppe 12 und dem ersten Nebenanschluss 14 der ersten Anschlussgruppe 11 in Verbindung. Der ED-Kühlzweig 210, der erste gemeinsame Zweig 220, der Batterie-Wärmemanagement-Zweig 240 und der zweite gemeinsame Zweig 250 sind in Reihe geschaltet und bilden über den ersten Strömungskanal 21 und den zweiten Strömungskanal 22 des Mehrwegeventils 100 einen geschlossenen Kreislauf. Das Kühlmittel strömt unter der Wirkung der ersten Pumpe 212 und der zweiten Pumpe 214 durch den elektrischen Antrieb 211 und die Batterie 241, ohne dass ein Wärmeaustausch mit dem Radiator 231 oder dem Kühlaggregat 261 stattfindet. In diesem Fall kann das Kühlmittel dazu beitragen, Wärme von dem elektrischen Antrieb 211 auf die Batterie 241 zu übertragen, um die Batterie 241 zu erwärmen.
Wenn das Mehrwegeventil 100, wie in 7A und 7B gezeigt, im vierten Arbeitsmodus arbeitet, steht der erste Strömungskanal 21 des Mehrwegeventils 100 mit dem Hauptanschluss 13 der ersten Anschlussgruppe 11 und dem zweiten Nebenanschluss 15 der zweiten Anschlussgruppe 12 in Verbindung, und der zweite Strömungskanal 22 steht mit dem Hauptanschluss 13 der zweiten Anschlussgruppe 12 und dem zweiten Nebenanschluss 15 der ersten Anschlussgruppe 11 in Verbindung. Dann sind der ED-Kühlzweig 210, der Radiatorzweig 230, der Batterie-Wärmemanagement-Zweig 240 und der Kühlaggregat-Zweig 260 über den ersten Strömungskanal 21 und den zweiten Strömungskanal 22 des Mehrwegeventils 100 in Reihe geschaltet. Unter der Wirkung der ersten Pumpe 212 und der zweiten Pumpe 242 strömt das Kühlmittel durch den Radiator 231 und das Kühlaggregat 261, um Wärme auszutauschen und dann den elektrischen Antrieb 211 und die Batterie 241 zu kühlen.
Es sollte beachtet werden, dass die Komponenten (ED 211, Batterie 241, Radiator 231 und Kühlaggregat 261) in dem vorstehend beschriebenen Wärmemanagementsystem 200 für Fahrzeuge nur als Beispiele dargestellt sind und keine Einschränkung bezüglich des Wärmemanagementsystems 200 der vorliegenden Erfindung darstellen. In anderen Ausführungsformen kann das Mehrwegeventil 100 auch in Wärmemanagementsystemen mit anderen Fahrzeugkomponenten verwendet werden. Darüber hinaus kann das Mehrwegeventil 100 auch in anderen Wärmemanagementsystemen mit Wärmeaustausch eingesetzt werden.
Die 8 bis 10 zeigen ein Mehrwegeventil 300 einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, das ähnlich ist wie das Mehrwegeventil 100 der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei hier nur die wesentlichen Unterschiede zwischen den beiden System hervorgehoben werden, nämlich die Anzahl an Strömungskanälen und Anschlussgruppen und damit die Arbeitsmoden des Mehrwegeventils. Elemente, die bei beiden Systemen gleich sind, werden nicht erneut beschrieben.
Insbesondere ist das Ventilgehäuse 310 des Mehrwegeventils 300 in dieser Ausführungsform mit drei Gruppen von Strömungsführungsarmen ausgestattet, d.h. einer ersten Strömungsführungsarmgruppe 317, einer zweiten Strömungsführungsarmgruppe 318 und einer dritten Strömungsführungsarmgruppe 319, die nacheinander entlang einer Umfangsrichtung angeordnet sind. Dementsprechend sind drei Anschlussgruppen, d.h. eine erste Anschlussgruppe 311, eine zweite Anschlussgruppe 312 und eine dritte Anschlussgruppe 313, die in der Umfangsrichtung aufeinanderfolgen, vorhanden. Der Ventileinsatz 20 ist mit vier Strömungskanälen versehen, nämlich einem ersten Strömungskanal 321, einem zweiten Strömungskanal 322, einem dritten Strömungskanal 323 und einem vierten Strömungskanal 324. Vorzugsweise sind die erste Anschlussgruppe 311 und die dritte Anschlussgruppe 313 zentralsymmetrisch zueinander. Weiter bevorzugt ist die zweite Anschlussgruppe 312 in der Umfangsmitte der ersten Anschlussgruppe 311 und der dritten Anschlussgruppe 313 angeordnet. In dieser Ausführungsform beträgt der zentrale Winkel, der von jedem der ersten Nebenanschlüsse 315 und zweiten Nebenanschlüsse 316 eingeschlossen wird, etwa 20 Grad. Ein zentraler Winkel, der von jedem der Hauptanschlüsse 314 eingeschlossen wird, beträgt etwa 40 Grad.
Vorzugsweise ist der erste Strömungskanal 321 geradlinig und erstreckt sich quer über den Ventileinsatz 320 von einer Seite einer äußeren Umfangswand des Ventileinsatzes 320 zur deren anderen Seite. Ferner weicht der erste Strömungskanal 321 von einer Mitte des Ventileinsatzes 320 ab. Vorzugsweise sind der zweite Strömungskanal 322, der dritte Strömungskanal 323 und der vierte Strömungskanal 324 bogenförmig und erstrecken sich jeweils durch die äußere Umfangswand des Ventileinsatzes 320. Vorzugsweise liegt ein mittlerer Bereich des zweiten Strömungskanals 322, des dritten Strömungskanals 323 und des vierten Strömungskanals 324 näher an der Mitte des Ventileinsatzes 320 als die beiden Enden. Vorzugsweise befinden sich der zweite Strömungskanal 322 und der vierte Strömungskanal 324 auf derselben Seite des ersten Strömungskanals 321, und der dritte Strömungskanal 323 befindet sich auf einer dem zweiten Strömungskanal 322 gegenüberliegenden Seite des ersten Strömungskanals 321.
Im Folgenden werden verschiedene Arbeitsmoden des Mehrwegeventils 300 dieser Ausführungsform und seine Anwendungen bei dem Wärmemanagementsystem für Fahrzeuge beschrieben.
Dabei wird auf 11A Bezug genommen. In einem ersten Arbeitsmodus des Mehrwegeventils 300 dieser Ausführungsform ist der Ventileinsatz 320 in eine gewünschte Position gedreht, so dass sein erster Strömungskanal 321 den Hauptanschluss 314 der ersten Anschlussgruppe 311 mit dem ersten Nebenanschluss 315 der zweiten Anschlussgruppe 312 in Verbindung setzt. Der zweite Strömungskanal 322 setzt den Hauptanschluss 314 der Anschlussgruppe 313 mit dem ersten Nebenanschluss 315 der dritten Anschlussgruppe 313 in Verbindung. Der dritte Strömungskanal 323 setzt den Hauptanschluss 314 der zweiten Anschlussgruppe 312 mit dem ersten Nebenanschluss 315 der ersten Anschlussgruppe 311 in Verbindung. Der vierte Flusskanal 324 ist inaktiv, d.h. er steht mit keinem Anschluss in Verbindung.
Wie in 11 B gezeigt, umfasst ein Wärmemanagementsystem 400 für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Mehrwegeventil 300 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei ein Batterie-Wärmemanagement-Zweig 440, ein Kühlaggregat-Zweig 460, ein ED-Kühlzweig 410, ein Radiatorzweig 430, ein erster gemeinsamen Zweig 420, ein zweiter gemeinsamen Zweig 450, ein dritter gemeinsamen Zweig 470, ein vierten gemeinsamer Zweig 480 und der fünfte gemeinsame Zweig 490 jeweils mit Anschlüssen des Mehrwegeventils 300 verbunden sind. Ein erstes Ende des Batterie-Wärmemanagement-Zweigs 440 ist mit dem Hauptanschluss 314 der ersten Anschlussgruppe 311 des Mehrwegeventils 300 verbunden. Ein erstes Ende des ersten gemeinsamen Zweigs 420 steht mit dem ersten Nebenanschluss 315 der ersten Anschlussgruppe 311 des Mehrwegeventils 300 in Verbindung. Ein erstes Ende des zweiten gemeinsamen Zweigs 450 steht mit dem zweiten Nebenanschluss 316 der ersten Anschlussgruppe 311 des Mehrwegeventils 300 in Verbindung. Ein erstes Ende des Kühlaggregat-Zweigs 460 steht mit dem Hauptanschluss 314 der zweiten Anschlussgruppe 312 des Mehrwegeventils 300 in Verbindung. Ein erstes Ende des dritten gemeinsamen Zweigs 470 steht mit dem ersten Nebenanschluss 315 der zweiten Anschlussgruppe 312 des Mehrwegeventils 300 in Verbindung. Ein erstes Ende des vierten gemeinsamen Zweigs 480 steht mit dem zweiten Nebenanschluss 316 der zweiten Anschlussgruppe 312 des Mehrwegeventils 300 in Verbindung. Ein erstes Ende des ED-Kühlzweigs 410 steht mit dem Hauptanschluss 314 der dritten Anschlussgruppe 313 des Mehrwegeventils 300 in Verbindung. Ein erstes Ende des fünften gemeinsamen Zweigs 490 steht mit dem ersten Nebenanschluss 315 der dritten Anschlussgruppe 313 des Mehrwegeventils 300 in Verbindung. Ein erstes Ende des Radiatorzweigs 430 steht mit dem zweiten Nebenanschluss 316 der dritten Anschlussgruppe 313 des Mehrwegeventils 300 in Verbindung.
Die Batterie 241 und die erste Pumpe 212 für den Kühlmittelantrieb sind in dem Batterie-Wärmemanagement-Zweig 440 angeordnet. Die zweiten Enden des ersten gemeinsamen Zweigs 420, des zweiten gemeinsamen Zweigs 450 und des Batterie-Wärmemanagement-Zweigs 440 sind miteinander verbunden. Das Kühlaggregat 261 ist in dem Kühlaggregat-Zweig 460 angeordnet. Die zweiten Enden des dritten gemeinsamen Zweigs 470, des vierten gemeinsamen Zweigs 480 und des Radiatorzweigs 460 sind miteinander verbunden. Der elektrische Antrieb 211 und die zweite Pumpe 242 für den Kühlmittelantrieb sind in dem ED-Kühlzweig 410 angeordnet. Der Radiator 231 ist in dem Radiatorzweig 430 angeordnet. Die zweiten Enden des fünften gemeinsamen Zweigs 490, des ED-Kühlzweigs 410 und des Radiatorzweigs 430 sind miteinander verbunden.
Wenn das Mehrwegeventil 300, wie oben beschrieben, im ersten Arbeitsmodus arbeitet, setzt der erste Strömungskanal 321 des Mehrwegeventils 300 den Hauptanschluss 314 der ersten Anschlussgruppe 311 mit dem ersten Nebenanschluss 315 der zweiten Anschlussgruppe 312 in Verbindung. Der dritte Strömungskanal 323 setzt den Hauptanschluss 314 der zweiten Anschlussgruppe 312 mit dem ersten Nebenanschluss 315 der ersten Anschlussgruppe 311 in Verbindung. Dadurch sind der Batterie-Management-Zweig 440, der erste gemeinsame Zweig 420, der Kühlaggregat-Zweig 460 und der dritte gemeinsame Zweig 470 in Reihe geschaltet, um über den ersten Strömungskanal 321 und den dritten Strömungskanal 323 des Mehrwegeventils 300 einen geschlossenen Kreislauf zu bilden. Unter der Wirkung der ersten Pumpe 212 strömt die Kühlflüssigkeit durch den Radiator 261, um Wärme auszutauschen und dann die Batterie 241 zu kühlen. Gleichzeitig setzt der zweite Strömungskanal 322 den Hauptanschluss 314 der dritten Anschlussgruppe 313 mit dem ersten Nebenanschluss 315 der dritten Anschlussgruppe 313 in Verbindung. Dadurch sind der ED-Kühlzweig 410 und der fünfte gemeinsame Zweig 490 in Reihe geschaltet und bilden über die zweiten Strömungskanäle 322 des Mehrwegeventils 300 einen geschlossenen Kreislauf. Unter der Wirkung der zweiten Pumpe 242 strömt das Kühlmittel durch den Elektroantrieb 211, ohne dass ein Wärmeaustausch mit dem Radiator 231 stattfindet.
Wenn das Mehrwegeventil 300, wie in 12A und 12B gezeigt, in einem zweiten Arbeitsmodus arbeitet, setzt der erste Strömungskanal 321 den Hauptanschluss 314 der ersten Anschlussgruppe 311 mit dem zweiten Nebenanschluss 316 der zweiten Anschlussgruppe 312 in Verbindung, und der dritte Strömungskanal 323 setzt den Hauptanschluss 314 der zweiten Anschlussgruppe 312 mit dem zweiten Nebenanschluss 316 der ersten Anschlussgruppe 311 in Verbindung. Dadurch sind der Batterie-Wärmemanagement-Zweig 440, der zweite gemeinsame Zweig 450, der Kühlaggregat-Zweig 460 und der vierte gemeinsame Zweig 480 über den ersten Strömungskanal 321 und den dritten Strömungskanal 323 des Mehrwegeventils 300 in Reihe geschaltet und bilden einen geschlossenen Kreislauf. Unter der Wirkung der ersten Pumpe 212 strömt die Kühlflüssigkeit durch den Radiator 261, um Wärme auszutauschen und dann die Batterie 241 zu kühlen. Gleichzeitig setzt der zweite Strömungskanal 322 den Hauptanschluss 314 der dritten Anschlussgruppe 313 mit dem zweiten Nebenanschluss 316 der dritten Anschlussgruppe 313 in Verbindung. Dadurch sind der ED-Kühlungszweig 410 und der Radiatorzweig 430 in Reihe geschaltet und bilden über die zweiten Strömungskanäle 322 des Mehrwegeventils 300 einen geschlossenen Kreislauf. Unter der Wirkung der zweiten Pumpe 242 strömt das Kühlmittel durch den Radiator 231, um Wärme auszutauschen und dann den Elektroantrieb 211 zu kühlen.
Wenn das Mehrwegeventil 300, wie in 13A und 13B gezeigt, in einem dritten Arbeitsmodus arbeitet, setzt der erste Strömungskanal 321 den Hauptanschluss 314 der ersten Anschlussgruppe 311 mit dem ersten Nebenanschluss 315 der dritten Anschlussgruppe 313 in Verbindung; der zweite Strömungskanal 322 setzt den Hauptanschluss 314 der zweiten Anschlussgruppe 312 mit dem ersten Nebenanschluss 315 der ersten Anschlussgruppe 311 in Verbindung; und der vierte Strömungskanal 324 setzt den Hauptanschluss 314 der dritten Anschlussgruppe 313 mit dem ersten Nebenanschluss 315 der zweiten Anschlussgruppe 312 in Verbindung. Dadurch stehen der erste gemeinsame Zweig 420 und der Kühlaggregat-Zweig 460 über den zweiten Strömungskanal 322 in Fluidverbindung miteinander; der dritte gemeinsame Zweig 470 und der ED-Kühlzweig 410 stehen über den vierten Strömungskanal 324 in Fluidverbindung miteinander; und der fünfte gemeinsame Zweig 490 und der Batterie-Wärmemanagement-Zweig 440 stehen über den ersten Strömungskanal 32 in Fluidverbindung miteinander. Unter der Wirkung der ersten Pumpe 212 und der zweiten Pumpe 242 strömt das Kühlmittel durch den Radiator 261, um Wärme auszutauschen und dann die Batterie 241 und den Elektroantrieb 211 zu kühlen.
Wenn das Mehrwegeventil 300, wie in 14A und 14B gezeigt, in einem vierten Arbeitsmodus arbeitet, setzt der erste Strömungskanal 321 den Hauptanschluss 314 der ersten Anschlussgruppe 311 mit dem zweiten Nebenanschluss 316 der dritten Anschlussgruppe 313 in Verbindung; der zweite Strömungskanal 322 setzt den Hauptanschluss 314 der zweiten Anschlussgruppe 312 mit dem zweiten Nebenanschluss 316 der ersten Anschlussgruppe 311 in Verbindung; und der vierte Strömungskanal 324 setzt den Hauptanschluss 314 der dritten Anschlussgruppe 313 mit dem zweiten Nebenanschluss 316 der zweiten Anschlussgruppe 312 in Verbindung. Dadurch stehen der zweite gemeinsame Zweig 450 und der Radiatorzweig 460 über den zweiten Strömungskanal 322 in Fluidverbindung miteinander; der vierte gemeinsame Zweig 480 und der ED-Kühlzweig 410 stehen über den vierten Strömungskanal 324 in Fluidverbindung miteinander; und der Radiatorzweig 430 und der Batterie-Wärmemanagement-Zweig 440 stehen über den ersten Strömungskanal 321 in Fluidverbindung miteinander. Unter der Wirkung der ersten Pumpe 212 und der zweiten Pumpe 242 strömt das Kühlmittel durch Kühlaggregat 261 und den Radiator 231, um zwischen diesen einen Wärmeaustausch zu bewirken und dann die Batterie 241 und den Elektroantrieb 211 zu kühlen.
Wenn das Mehrwegeventil 300, wie in 15A und 15B gezeigt, in einem fünften Arbeitsmodus arbeitet, setzt der erste Strömungskanal 321 den Hauptanschluss 314 der zweiten Anschlussgruppe 312 mit dem ersten Nebenanschluss 315 der dritten Anschlussgruppe 313 in Verbindung; und der dritte Strömungskanal 323 setzt den Hauptanschluss 314 der dritten Anschlussgruppe 313 mit dem ersten Nebenanschluss 315 der zweiten Anschlussgruppe 312 in Verbindung. Dadurch stehen der dritte gemeinsame Zweig 470 und der ED-Kühlzweig 410 über den dritten Strömungskanal 323 in Fluidverbindung miteinander; und der fünfte gemeinsame Zweig 490 und der Kühlaggregat-Zweig 460 stehen über den ersten Strömungskanal 321 in Fluidverbindung miteinander. Unter der Wirkung der zweiten Pumpe 242 strömt die Kühlflüssigkeit durch den Radiator 261, um Wärme mit diesem auszutauschen und dann den elektrischen Antrieb 211 zu kühlen. Gleichzeitig setzt der vierte Strömungskanal 324 den Hauptanschluss 314 der ersten Anschlussgruppe 311 mit dem ersten Nebenanschluss 315 der ersten Anschlussgruppe 311 in Verbindung. Unter der Wirkung der ersten Pumpe 212 strömt das Kühlmittel durch die Batterie 241, um sie zu kühlen, ohne dass ein Wärmeaustausch mit dem Radiator 231 stattfindet.
Wenn das Mehrwegeventil 300, wie in 16A und 16B gezeigt, in einem sechsten Arbeitsmodus arbeitet, setzt der erste Strömungskanal 321 den Hauptanschluss 314 der zweiten Anschlussgruppe 312 mit dem zweiten Nebenanschluss 316 der dritten Anschlussgruppe 313 in Verbindung; und der dritte Strömungskanal 323 setzt den Hauptanschluss 314 der dritten Anschlussgruppe 313 mit dem zweiten Nebenanschluss 316 der zweiten Anschlussgruppe 312 in Verbindung. Dadurch stehen der vierte gemeinsame Zweig 480 und der ED-Kühlzweig 410 über den dritten Strömungskanal 323 in Fluidverbindung miteinander; und der Radiatorzweig 430 und der Kühlaggregat-Zweig 460 stehen über den ersten Strömungskanal 321 in Fluidverbindung miteinander. Unter der Wirkung der zweiten Pumpe 242 strömt das Kühlmittel durch das Kühlaggregat 261 und den Radiator 231, um Wärme auszutauschen und dann den elektrischen Antrieb 211 zu kühlen. Gleichzeitig setzt der vierte Strömungskanal 324 den Hauptanschluss 314 der ersten Anschlussgruppe 311 mit dem zweiten Nebenanschluss 316 der ersten Anschlussgruppe 311 in Verbindung. Unter der Wirkung der ersten Pumpe 212 strömt das Kühlmittel durch die Batterie 241, um sie zu kühlen.
Es wird auf die 17 bis 18 Bezug genommen. Ein Mehrwegeventil 500 einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ähnlich wie das Mehrwegeventil 100 der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Hauptunterschied zwischen den beiden liegt in der Anzahl der Strömungskanäle und Anschlussgruppen und damit den Arbeitsmoden des Mehrwegeventils.
Das Mehrwegeventil 500 der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ähnlich wie das Mehrwegeventil 100 der ersten Ausführungsform, mit der Ausnahme, dass sich die Anzahl der Anschlüsse eines Ventilgehäuses 10a entsprechend dem Ventileinsatz 20 ändert und dass sich dadurch die Arbeitsmoden des Ventils unterscheiden. In Bezug auf die kommunikative Verbindung zwischen den (adaptiv eingestellten) Zweigen des Wärmemanagementsystems des Fahrzeugs und dem Mehrwegeventil 500 in verschiedenen Arbeitsmoden kann auf die erste Ausführungsform Bezug genommen werden, so dass eine Wiederholung an dieser Stelle entfällt.
Insbesondere umfasst das Ventilgehäuse 10a in dieser Ausführungsform eine erste Strömungsführungsarmgruppe 17a und eine zweite Strömungsführungsarmgruppe 18a, die in einer Umfangsrichtung der zentralen Nabe 16 hintereinander angeordnet sind. Die erste Strömungsführungsarmgruppe 17a und die zweite Strömungsführungsarmgruppe 18a bilden entsprechend eine erste Anschlussgruppe 11a und eine zweite Anschlussgruppe 12a. Insbesondere umfasst jede der ersten Strömungsführungsarmgruppe 17a und der zweiten Strömungsführungsarmgruppe 18a einen Hauptarm 190a, einen ersten Nebenarm 191a, einen zweiten Nebenarm 191 b, einen dritten Nebenarm 191c und einen vierten Nebenarm 191d. Der Hauptarm 190a, der erste Nebenarm 191a, der zweite Nebenarm 191b, der dritte Nebenarm 191c und der vierte Nebenarm 191d definieren jeweils eine Durchgangsöffnung, die sich radial erstreckt und mit dem Aufnahmehohlraum 160 der zentralen Nabe 16 in Verbindung steht, um jeweils einen Hauptanschluss 13a, einen ersten Nebenanschluss 15a, einen zweiten Nebenanschluss 15b, einen dritten Nebenanschluss 15c und einen vierten Nebenanschluss 15d zu bilden. Vorzugsweise befinden sich die Hauptanschlüsse 13a, die ersten Nebenanschlüsse 15a, die zweiten Nebenanschlüsse 15b, die dritten Nebenanschlüsse 15c und die vierten Nebenanschlüsse 15d der ersten Anschlussgruppe 11a und der zweiten Anschlussgruppe 12a in derselben horizontalen Ebene. Vorzugsweise sind die erste Anschlussgruppe 11a und die zweite Anschlussgruppe 12a zentralsymmetrisch zueinander. Vorzugsweise sind auch die zentralen Winkel, die von allen Nebenanschlüssen eingeschlossen werden, annähernd gleich. Ein zentraler Winkel, der den Hauptanschluss 13a jeder der ersten Anschlussgruppe 11a und der zweiten Anschlussgruppe 12a einschließt, ist gleich einer Summe der zentralen Winkel, die alle Nebenanschlüsse in derselben Anschlussgruppe einschließen.
Im Folgenden werden verschiedene Arbeitsmoden des Mehrwegeventils 500 dieser Ausführungsform beschrieben.
Dabei wird auf 19 Bezug genommen. In einem ersten Arbeitsmodus des Mehrwegeventils 500 der vorliegenden Ausführungsform ist der Ventileinsatz 20 in die gewünschte Position gedreht, so dass sein erster Strömungskanal 21 mit dem Hauptanschluss 13a der ersten Anschlussgruppe 11a und dem ersten Nebenanschluss 15a der ersten Anschlussgruppe 11a in Verbindung steht; und der zweite Strömungskanal 22 steht mit dem Hauptanschluss 13a der zweiten Anschlussgruppe 12a und dem ersten Nebenanschluss 15a der zweiten Anschlussgruppe 12a in Verbindung.
Bezugnehmend auf 20 ist in einem zweiten Arbeitsmodus des Mehrwegeventils 500 der vorliegenden Ausführungsform der Ventileinsatz 20 in eine andere Position gedreht, so dass der erste Strömungskanal 21 den Hauptanschluss 13a der ersten Anschlussgruppe 11a mit dem zweiten Nebenanschluss 15b der ersten Anschlussgruppe 11a in Verbindung setzt; und der zweite Strömungskanal 22 den Hauptanschluss 13a der zweiten Anschlussgruppe 12a mit dem zweiten Nebenanschluss 15b der zweiten Anschlussgruppe 12a in Verbindung setzt.
Bezugnehmend auf 21 ist in einem dritten Arbeitsmodus des Mehrwegeventils 500 der vorliegenden Ausführungsform der Ventileinsatz 20 in eine entsprechende Position gedreht, so dass dessen erster Strömungskanal 21 den Hauptanschluss 13a der ersten Anschlussgruppe 11a mit dem dritten Nebenanschluss 15c der ersten Anschlussgruppe 11a in Verbindung setzt; und der zweite Strömungskanal 22 den Hauptanschluss 13a der zweiten Anschlussgruppe 12a mit dem dritten Nebenanschluss 15c der zweiten Anschlussgruppe 12a in Verbindung setzt.
Bezugnehmend auf 22 ist in einem vierten Arbeitsmodus des Mehrwegeventils 500 der vorliegenden Ausführungsform der Ventileinsatz 20 in eine entsprechende Position gedreht, so dass sein erster Strömungskanal 21 den Hauptanschluss 13a der ersten Anschlussgruppe 11a mit dem vierten Nebenanschluss 11a der ersten Anschlussgruppe in Verbindung setzt; und der zweite Strömungskanal 22 den Hauptanschluss 13a der zweiten Anschlussgruppe 12a mit dem vierten Nebenanschluss 15d der zweiten Anschlussgruppe 12a in Verbindung setzt.
Bezugnehmend auf 23 ist in einem fünften Arbeitsmodus des Mehrwegeventils 500 der vorliegenden Ausführungsform der Ventileinsatz 20 in eine entsprechende Position gedreht, so dass sein erster Strömungskanal 21 den Hauptanschluss 13a der zweiten Anschlussgruppe 12a mit dem ersten Nebenanschluss 15a der ersten Anschlussgruppe 11a in Verbindung setzt; und der zweite Strömungskanal 22 den Hauptanschluss 13a der ersten Anschlussgruppe 11a mit dem ersten Nebenanschluss 15a der zweiten Anschlussgruppe 12a in Verbindung setzt.
Unter Bezugnahme auf 24 ist in einem sechsten Arbeitsmodus des Mehrwegeventils 500 der vorliegenden Ausführungsform der Ventileinsatz 20 in eine entsprechende Position gedreht, so dass sein erster Strömungskanal 21 mit dem Hauptanschluss 13a der zweiten Anschlussgruppe 12a und dem zweiten Nebenanschluss 15b der ersten Anschlussgruppe 11a in Verbindung steht; und der zweite Strömungskanal 22 steht mit dem Hauptanschluss 13a der ersten Anschlussgruppe 11a und dem zweiten Nebenanschluss 15b der zweiten Anschlussgruppe 12a in Verbindung.
Bezugnehmend auf 25 ist in einem siebten Arbeitsmodus des Mehrwegeventils 500 der vorliegenden Ausführungsform der Ventileinsatz 20 in eine entsprechende Position gedreht, so dass sein erster Strömungskanal 21 den Hauptanschluss 13a der zweiten Anschlussgruppe 12a mit dem dritten Nebenanschluss 15c der ersten Anschlussgruppe 11a in Verbindung setzt; und der zweite Strömungskanal 22 setzt den Hauptanschluss 13a der ersten Anschlussgruppe 11a mit dem dritten Nebenanschluss 15c der zweiten Anschlussgruppe 12a in Verbindung.
Bezugnehmend auf 26 ist in einem achten Arbeitsmodus des Mehrwegeventils 500 der vorliegenden Ausführungsform der Ventileinsatz 20 in eine entsprechende Position gedreht, so dass sein erster Strömungskanal 21 mit dem Hauptanschluss 13a der zweiten Anschlussgruppe 12a und dem vierten Nebenanschluss 15d der ersten Anschlussgruppe 11a in Verbindung steht; der zweite Strömungskanal 22 setzt den Hauptanschluss 13a der ersten Anschlussgruppe 11a mit dem vierten Nebenanschluss 15d der zweiten Anschlussgruppe 12a in Verbindung.
Zusammenfassend sind in einigen Ausführungsformen, wie z.B. der ersten und der dritten Ausführungsform, m Strömungskanäle im Ventileinsatz angeordnet, m≥2, und das Ventilgehäuse hat (1+k) *m Anschlüsse, wobei k die Anzahl der Nebenanschlüsse in jeder Anschlussgruppe ist und k≥2 ist. Ebenfalls vorzugsweise umfasst das Ventilgehäuse m Anschlussgruppen, die in Umfangsrichtung angeordnet sind (d.h. die Anzahl der Anschlussgruppen ist gleich der Anzahl der Strömungskanäle), und das Mehrwegeventil verfügt über k*m Arbeitsmoden. In der ersten Ausführungsform ist der Ventileinsatz beispielsweise mit 2 Strömungskanälen versehen, und die Anzahl der Nebenanschlüsse in jeder der Anschlussgruppen des Ventilgehäuses ist 2 (k=2), d.h. der erste Nebenanschluss 14 und der zweite Nebenanschluss 15. Daher verfügt das Ventil in der ersten Ausführungsform über insgesamt 6 Anschlüsse und 4 Arbeitsmoden. In einem anderen Beispiel, z.B. der dritten Ausführungsform, sind 2 Strömungskanäle im Ventileinsatz vorhanden, und die Anzahl der Nebenanschlüsse in jeder Anschlussgruppe ist 4 (k=4), und das Ventil umfasst insgesamt 10 Anschlüsse und 8 Arbeitsmoden. Es ist darauf hinzuweisen, dass ungeachtet der Ausführungsform einer der Strömungskanäle selektiv einen der Hauptanschlüsse mit zwei verschiedenen Nebenanschlüssen in Verbindung setzt, wenn das Ventil zwischen zwei verschiedenen Arbeitsmoden umgeschaltet wird. Mit anderen Worten: es wird vermieden, dass zwei beliebige Anschlüsse miteinander in Fluidverbindung stehen, wenn das Ventil in verschiedenen Arbeitsmoden arbeitet.
Darüber hinaus umfasst das Ventilgehäuse 10 in einigen Ausführungsformen, wie z.B. der ersten und zweiten Ausführungsform außerdem n Anschlussgruppen, die in Umfangsrichtung angeordnet sind, und das Mehrwegeventil verfügt über 2n Arbeitsmoden, wobei n≧2 ist. In der ersten Ausführungsform zum Beispiel, in der das Ventilgehäuse 2 Anschlussgruppen aufweist, verfügt das Mehrwegeventil 100 über 4 Arbeitsmoden. In einem anderen Beispiel, z.B. in der zweiten Ausführungsform, in der das Ventilgehäuse 3 Anschlussgruppen umfasst, verfügt das Mehrwegeventil 300 über 6 Arbeitsmoden.
Wenngleich vorliegende Erfindung anhand mehrerer Ausführungsformen beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt. Verschiedene Änderungen oder Modifikationen sind möglich, ohne von dem Umfang und dem Wesen der Erfindung abzuweichen.

Claims

Mehrwegeventil mit einem Ventilgehäuse und einem Ventileinsatz, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung angeordneten Anschlüssen aufweist, wobei sämtliche Anschlüsse in mindestens zwei Anschlussgruppen gruppiert sind und jede Anschlussgruppe einen Hauptanschluss und eine Mehrzahl von Nebenanschlüssen aufweist; wobei der Ventileinsatz drehbar an dem Ventilgehäuse montiert ist und mindestens zwei Strömungskanäle definiert; wobei das Mehrwegeventil in Reaktion auf eine Drehung des Ventileinsatzes in Bezug auf das Ventilgehäuse in verschiedene Positionen über eine Mehrzahl von Arbeitsmoden verfügt; wobei in verschiedenen Arbeitsmoden jeder der mindestens zwei Strömungskanäle so konfiguriert ist, dass er selektiv einen der Hauptanschlüsse mit einem der Nebenanschlüsse in Verbindung setzt.
Mehrwegeventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die von allen der Nebenanschlüsse eingeschlossenen zentralen Winkel gleich sind, wobei ein von den jeweiligen Hauptanschlüssen eingeschlossener zentraler Winkel gleich der Summe der von allen Nebenanschlüssen eingeschlossenen zentralen Winkel in derselben Anschlussgruppe ist.
Mehrwegeventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass von Öffnungen an beiden Enden jedes der Strömungskanäle eingeschlossene zentrale Winkel nicht größer sind als ein zentraler Winkel jedes der Nebenanschlüsse.
Mehrwegeventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Ventileinsatz m Strömungskanäle vorhanden sind, wobei m≥2 ist; wobei das Ventilgehäuse (1+k)*m Anschlüsse aufweist, wobei k die Anzahl der Nebenanschlüsse in jeder Anschlussgruppe ist und k≥2 ist.
Mehrwegeventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse m Anschlussgruppen aufweist und das Mehrwegeventil über k*m Arbeitsmoden verfügt.
Mehrwegeventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse n Anschlussgruppen aufweist und das Mehrwegeventil über 2n Arbeitsmoden verfügt, wobei n ≧2 ist.
Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse eine erste Anschlussgruppe und eine zweite Anschlussgruppe umfasst und dass der Ventileinsatz einen ersten Strömungskanal und einen zweiten Strömungskanal definiert, wobei die erste Anschlussgruppe und die zweite Anschlussgruppe symmetrisch zueinander sind.
Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche 1-3 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse eine erste Anschlussgruppe, eine zweite Anschlussgruppe und eine dritte Anschlussgruppe umfasst, wobei der Ventileinsatz dementsprechend einen ersten Strömungskanal, einen zweiten Strömungskanal, einen dritten Strömungskanal und einen vierten Strömungskanal definiert.
Mehrwegeventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Strömungskanal geradlinig ist, der zweite Strömungskanal, der dritte Strömungskanal und der vierte Strömungskanal bogenförmig sind, der zweite Strömungskanal und der vierte Strömungskanal auf einer Seite des ersten Strömungskanals liegen und der dritte Strömungskanal auf der anderen Seite des ersten Strömungskanals liegt.
Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse eine zylindrische zentrale Nabe mit einem Aufnahmehohlraum und mindestens zwei Gruppen von Strömungsführungsarmen umfasst, die nacheinander entlang einer Umfangsrichtung der zentralen Nabe angeordnet sind, wobei jede der Gruppen von Strömungsführungsarmen einen Hauptarm und mindestens zwei Nebenarme umfasst, wobei der Ventileinsatz drehbar in dem Aufnahmehohlraum aufgenommen ist, wobei die Hauptarme und die Nebenarme mit dem Aufnahmehohlraum der zentralen Nabe in Verbindung stehen, um die Hauptanschlüsse und die Nebenanschlüsse zu bilden.
Wärmemanagementsystem, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmemanagementsystem das Mehrwegeventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10 und eine Mehrzahl von Kühlmittelzweigen aufweist, die mit entsprechenden Anschlüssen des Mehrwegeventils verbunden sind, wobei zumindest ein Teil der Kühlmittelzweige in Reihe geschaltet ist, um über einen oder mehrere der Strömungskanäle des Mehrwegeventils einen geschlossenen Kreislauf zu bilden.