DE19816522C2

DE19816522C2 - Mehrwegeventil mit insbesondere der Verwendung in einer Kreislauf-Heizleitung mit zwei im Nebenschluß angeschlossenen Wärmetauschern

Info

Publication number: DE19816522C2
Application number: DE19816522A
Authority: DE
Inventors: Michael Humburg
Original assignee: J Eberspaecher GmbH and Co KG
Current assignee: Eberspaecher Climate Control Systems GmbH and Co KG
Priority date: 1998-04-14
Filing date: 1998-04-14
Publication date: 2003-10-09
Anticipated expiration: 2018-04-15
Also published as: DE19816522A1

Description

Die Erfindung betrifft ein 4/4-Wege-Ventil nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie insbesondere eine Verwendung dieses 4/4-Wege-Ventils in einer Heizleitung, insbesondere einer Kreislauf-Heizleitung eines Kraftfahrzeuges, mit zwei im Nebenschluß an diese Heizleitung angeschlossenen Wärmetauschern.

Ein derartiges 4/4-Wege-Ventil ist aus Patent Abstracts Of Japan, 02300573 A, bekannt. Bei diesem bekannten 4/4-Wege- Ventil sind die Anschluß-Öffnungen des Ventils in einer Ebene angeordnet.

Die U.S. 3,190,584 zeigt ein Mehrwegeventil zur Verteilung von Flüssigkeiten mit einem drehbaren und hohlen Ventilschieber in einem hohlen zylindrischen Gehäuse. Das Fluid strömt bei diesem Ventil axial ein.

Die GB 324,239 offenbart ein konisches Mehrwegeventil mit vier Anschlüssen, welche in einer Axialebene liegen. Bei diesem bekannten Ventil sind drei Schaltstellungen möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes, gattungsgemäßes 4/4-Wege-Ventil bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale in Anspruch 1 gelöst. Denn durch die Anordnung der Anschluß-Öffnungen in axial beabstandeten Ebenen kann das 4/4-Wege-Ventil für eine Vielzahl möglicher Anschlußgeometrien verwendet werden.

Die abhängigen Ansprüche 2 bis 5 sind auf vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen 4/4-Wege-Ventils gerichtet.

Die Erfindung betrifft nach einem weiteren Aspekt die Verwendung eines erfindungsgemäßen 4/4-Wege-Ventils in einer Heizleitung, insbesondere einer Kreislauf-Heizleitung eines Kraftfahrzeuges, mit zwei im Nebenschluß an diese angeschlossenen Wärmetauschern. Bei dieser Schaltung können von den beiden Wärmetauschern entweder jeweils nur einer, beide gemeinsam oder keiner von beiden von einem in der Heizleitung geführten Heizmedium durchströmbar geschaltet sein. Eine solche Schaltbarkeit erforderte bisher ein mit vier Anschlüssen versehenes Verteilerstück sowie zwei 3/2- Wege-Ventile. Bei der erfindungsgemäßen Verwendung des 4/4- Wege-Ventils sind neben diesen 4/4-Wege-Ventil lediglich noch zwei Verteilerstücke mit jeweils drei Anschlüssen erforderlich. Dies bedeutet zum einen eine Reduzierung des Einsatzes aufwendiger Bauteile und zum anderen eine Reduzierung für das Schalten erforderlicher Stellglieder und zu diesen führender Steuerleitungen.

Im folgenden werden erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Drehschieber eines erfindungsgemäßen 4/4-Wege-Ventils in vier jeweils um 45° verdrehten Drehstellungen, wobei die Fig. 1.1, 1.2, 1.3 und 1.4 jeweils um 45° verdrehte Stellungen zeigen,

Fig. 2 Längsschnitte durch den Drehschieber nach jeweils der Linie II.1, II.2, II.3 und II.4 bei einer Dar stellung in jeweils den Fig. 2.1, 2.2, 2.3 und 2.4,

Fig. 3 Schnitte durch den Drehschieber in Fig. 2 nach den Schnittlinien III.1, III.2, III.3 und III.4 in je weils den Fig. 3.1, 3.2, 3.3 und 3.4,

Fig. 4 Schnitte durch den Drehschieber in Fig. 2 nach den Schnittlinien IV.1, IV.2, IV.3 und IV.4 in jeweils den Fig. 4.1, 4.2, 4.3 und 4.4,

Fig. 5 ein Flußdiagramm eines Heizkreislaufes mit zwei im Nebenschluß zu der Kreislaufleitung liegenden Wärmetauschern,

Fig. 6 unterschiedliche Schaltungen der Wärmetauscher mit Einzeldarstellungen in den Fig. 6.1 bis 6.4,

Fig. 7 Zuordnung der Schaltpositionen bei dem 4/4- Wegeventil mit Bezug auf die in Fig. 1-4 und Fig. 6 eingetragenen Schaltstellungen.

In Fig. 1 ist von einem erfindungsgemäß als 4/4-Wege-Ventil ausgeführten Mehrwegeventil mit einem Drehschieber 1 in ausgezogenen Linien lediglich dieser Drehschieber 1 gezeichnet. Das Gehäuse 2 des Mehrwegeventiles ist lediglich in den Fig. 2 bis 4 jeweils im Schnitt mit zugehörigen vier Anschlüssen 3, 4, 5, 6 dargestellt. Die Anschlüsse 3 bis 6 sind in den Einzeldarstellungen der Fig. 1 jeweils strichpunktiert angedeutet. Während in den Einzeldarstellungen der Fig. 1 der Drehschieber 1 in jeweils um 45° verdrehten Stellungen gezeigt sind, deuten die strichpunktiert gezeichneten Anschlüsse 3 bis 6 die unveränderte Lage des Gehäuses 2 des Mehrwegeventiles an.

Die Anschlüsse 3 bis 6 liegen mit ihren Achsen in einer gemeinsamen die Drehachse des Drehschiebers 1 einschließenden Ebene, wobei jeweils zwei Anschlüsse 3, 5 bzw. 4, 6 zu einer gemeinsamen Seite der Drehachse des Drehschiebers 1 angeordnet sind. Die jeweils auf einer Seite der durch die Drehschieber-Achse verlaufenden Ebene liegenden Anschlüsse 3, 5 bzw. 4, 6 befinden sich damit in Längsrichtung der Drehschieber-Achse in übereinanderliegenden Ebenen.

Das Gehäuse 2 des Mehrwegeventils ist schematisch als geschlossenes Gehäuse gezeichnet, in dem der Drehschieber 1 als becherförmig ausgebildeter Hohlkörper drehbar gelagert ist. Zur Betätigung des Drehschiebers führt an seinem geschlossenen axialen Ende ein Stift 7 durch das Gehäuse 2.

Der Durchgang des Stiftes 7 durch das Gehäuse 2 muß dicht ausgebildet sein. Der Hohlraum 8 des Drehschiebers 1 ist über in dem Umfangsmantel des Drehschiebers 1 vorgesehene Steueröffnungen 9 mit den einzelnen Anschlüssen 3 bis 6 ver bindbar. Durch eine bestimmte Festlegung der Größe, Form und Lage der Steueröffnungen 9 innerhalb des Umfangsmantels des Drehschiebers 1 lassen sich die Anschlüsse 3 und 5 in unter schiedlicher Weise mit den Anschlüssen 4 und 6 verbinden. Die insgesamt vier Verbindungsmöglichkeiten sind in den Ein zeldarstellungen der einzelnen Fig. 1 bis 4 dargestellt. In der Fig. 2 sind in den Einzelfiguren jeweils Strömungsdurch flüsse in unterschiedlichen Schaltstellungen des Drehschie bers 1 durch punktierte Darstellung des Strömungsmediums veranschaulicht.

Von den in den beiden übereinanderliegenden Ebenen des Dreh schiebers 1 jeweils angeordneten drei Steueröffnungen 9 sind jeweils zwei benachbarte Steueröffnungen 9 größenmäßig den Öffnungsquerschnitten der gleich ausgeführten Anschlüsse 3 bis 6 angepaßt. Umfangsmäßig beabstandet sind die beiden gleich großen Steueröffnungen 9 derart, daß bei einer Umdre hung von 45° des Drehschiebers 1 jeweils eine Strömungssper re oder ein Durchfluß zwischen Steueröffnung 9 und zugeord netem Anschluß 4 bzw. 6 gegeben ist.

Die in jeweils einer gleichen Ebene mit zwei gleich großen Steueröffnungen 9 vorgesehene dritte Steueröffnung 9 besitzt mit Bezug auf die ihr zugeordneten Anschlüsse 3 bzw. 5 um fangsmäßig eine doppelt breite Öffnung, um in zwei um 45° verdrehten Lagen einen Durchfluß zwischen zugehörigem An schluß 3 bzw. 5 und der Steueröffnung zu gewährleisten.

In Schaltstellungen des Drehschiebers 1, in denen geschlos sene Außenmantelbereiche an den Anschlüssen 3 bis 6 anlie gen, sperren diese geschlossenen Mantelbereiche einen Durch fluß zwischen dem Hohlraum 8 und den Anschlüssen 3 bis 6 na hezu vollständig. Eine absolute Dichtung muß in vielen Fäl len nicht garantiert sein, das heißt geringfügige Leckagen können zugelassen sein.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Gehäuse 2 des Mehrwegeventiles an seinen axialen Enden geschlossen. Dies ist jedoch nicht notwendig, wenn an den betreffenden axialen Enden der Hohlraum 8 des Drehschiebers 1 jeweils ge schlossen ist und an den axialen Umfangsenden des Drehschie bers dann eine Dichtung gegenüber dem Gehäuse 2 des Mehrwe geventiles gegeben ist.

Mit dem erfindungsgemäßen Mehrwegeventil sind zwischen den Schaltstellungen, in denen Steuer- und Anschlußöffnungen des Drehschiebers 1 beziehungsweise des Gehäuses 2 maximal zur Deckung kommen, d. h. in denen ein maximaler offener Strö mungsquerschnitt gegeben ist, auch Zwischenstellungen mög lich, in denen je nach Auslegung der Geometrie der Öffnungen mit Bezug auf die erreichbaren maximal freien Strömungsquerschnitte lediglich reduzierte offene Strömungsquerschnitte freigegeben sind.

Bei dem in Fig. 5 gezeichneten Beispiel sind zwei Wärmetauscher 10 und 11 in Nebenschlußleitungen 12 und 13 mit einer Kreislauf-Heizleitung 14 verbunden. Als Wärmequelle für das Heizmedium in der Heizleitung 14 kann zwischen den abgebrochenen Enden der gezeichneten Heizleitung 14 beispielsweise der Motor eines Kraftfahrzeuges liegen. Dabei kann dort zusätzlich auch noch ein von der Heizleitung 14 durchströmtes Heizgerät liegen.

Die Nebenschlußleitungen 12 und 13 für die Wärmetauscher 10 und 11 zweigen über jeweils ein 3-Wegeverteilerstück 15 von der Heizleitung 14 an voneinander getrennten Stellen ab. Zwischen diesen beiden Stellen ist in der Heizleitung 14 ein erfindungsgemäßes 4/4-Wege-Ventil vorgesehen, mit dem sowohl die Heizleitung 14 als auch die beiden Nebenschlußleitungen 12 und 13 verbunden sind. Die Anschlüsse der Leitungen 10, 12 und 13 sind an den 4/4- Wege-Ventil mit den gleichen Nummern 3 bis 6 bezeichnet wie die Anschlüsse des in den Fig. 1 bis 4 dargestellten 4/4- Wege-Ventils. Die Funktion des 4/4-Wege-Ventils nach den Schaltstellungen in den Einzelfiguren 6.1 bis 6.4 kann somit jeweils der entsprechend zugeordneten Darstellung in den Fig. 1 bis 4 entnommen werden. In Fig. 6 sind strömungsführende Anschlüsse 3 bis 6 jeweils mit Umrißlinien und gesperrte Anschlüsse als geschlossene Flächen ge zeichnet.

Die Schaltungsmöglichkeiten nach Fig. 6 erfordern im Stand der Technik jeweils getrennte 3/2-Wegeventile anstelle der nach der Erfindung eingesetzten 3-Wegeverteilerstücke und ein 4-Wegeverteilerstück anstelle des erfindungsgemäßen 4/4- Wege-Ventils. Mit der erfindungsgemäßen Ausführung kann da mit ein Mehrwegeventil eingespart werden. Der Schaltungsauf wand für das Schalten der Wärmetauscher 10 und 11 wird damit konstruktiv verringert und zwar bezüglich der Anzahl schalt barer Mehrwegeventile sowie bezüglich der für die Betätigung dieser Ventile notwendigen Steuerleitungen.

Werden mit dem 4/4-Wegeventil Zwischenstellungen zwischen den in Fig. 6 angegebenen Stellungen geschaltet, so können verschieden große Teilströme durch die Leitungen 12, 13 und 14 eingestellt werden.

Das beschriebene 4/4-Wegeventil kann in beiden möglichen Drehrichtungen betätigt werden. Die sich daraus ergebenden Schaltungsmöglichkeiten sind in Fig. 7 mit Bezug auf die in den Fig. 1 bis 4 und 6 angegebenen Schaltstellungen darge stellt. Die beiden eingetragenen Pfeile symbolisieren die Drehrichtungen des Drehschiebers 1.

Bezugszeichenliste

1

Drehschieber

2

Gehäuse

3

bis

6

Anschlüsse

7

Stift

8

Hohlraum

9

Steueröffnungen

10

Wärmetauscher

11

Wärmetauscher

12

Nebenschlußleitung

13

Nebenschlußleitung

14

Heizleitung

15

3-Wegeverteilerstück

Claims

1. 4/4-Wege-Ventil mit einem Gehäuse (2) mit einem kreiszylindrischen, axial geschlossenen oder offenen zylindrischen Hohlraum und einem in diesem Hohlraum drehbaren Drehschieber mit einem flächenschlüssig in einem vorgegebenen Innenmantelbereich des Gehäuses (2) anliegenden Außenmantel sowie von außen durch den vorgegebenen Innenmantelbereich in den Hohlraum in den Hohlraum des Gehäuses führenden Anschluß-Öffnungen (3) bis (6), wobei dieses Mehrwegeventil noch folgende weiteren Merkmale aufweist:

- der Drehschieber (1) ist innen hohl und besitzt in dem flächenschlüssig an dem vorgegebenen Innenmantelbereich des Gehäuses (2) verschiebbaren Außenmantelbereich in seinen Hohlraum (8) führende Steueröffnungen (9),
- in Abhängigkeit der Drehlage des Drehschiebers (1) gegenüber dem Ventil-Gehäuse (2) liegen nach einer konstruktiv vorgegebenen Zuordnung Steuer- und Anschluß-Öffnungen (9) bzw. (2) bis (6) aufeinander, Steuer- und Anschluß-Öffnungen (9) bzw. (3) bis (6), die nicht aufeinander liegen, sind von den jeweils flächenschlüssig anliegenden Mantelflächen des jeweils anderen Teiles (Drehschieber (1) oder Ventil-Gehäuse (2)) verdeckt,
- der Innenraum des Drehschiebers ist zumindest in einem in das Ventil-Gehäuse (2) eingebauten Zustand mit Ausnahme seiner Steueröffnungen (9) nach außen hin geschlossen, wobei seine axialen Begrenzungswände von angrenzenden Bereichen des Ventil-Gehäuses (2) gebildet sein können, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlüsse (3) bis (6) paarweise in zwei axial beabstandeten Ebenen angeordnet sind.

2. 4/4-Wege-Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden in gleichen Ebenen liegenden Anschlüsse (3, 4) bzw. (5, 6) achsgleich angeordnet sind.

3. 4/4-Wege-Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der in den beiden Ebenen liegenden Anschlüsse (3) bis (6) in einer gemeinsamen, die Ventilachse einschließenden Ebene angeordnet sind.

4. 4/4-Wege-Ventil nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die Merkmale

- die Umfangsbreiten der beiden jeweils in einer gemeinsamen Ebene liegenden Anschluß-Öffnungen (3, 4) bzw. (5, 6) sind gleich,
- die in dem Drehschieber (1) mit den Anschluß-Öffnungen (3) bis (6) zur Deckung bringbaren Steueröffnungen (9) sind in zwei axial übereinanderliegenden Bereichen angeordnet,
- zwei in einem axial gleichen Bereich benachbarte Steueröffnungen (9) besitzen eine Umfangsbreite von etwa der Umfangsbreite der Anschluß-Öffnungen (3) bis (6),
- in einem gleichen axialen Bereich besitzt eine jeweils dritte Steueröffnung (9) etwa doppelte Umfangsbreite gegenüber der Breite der Anschluß-Öffnungen (3) bis (6),
- die Steueröffnungen (9) sind umfangsmäßig derart verteilt, daß bei um 90° verdrehten Lagen des Drehschiebers (1) in jedem axialen Bereich jeweils eine der beiden umfangsmäßig schmaleren Steueröffnungen (9) deckungsgleich zu einer ersten der beiden in diesem Bereich liegenden Anschluß-Öffnungen (3, 4) bzw. (5, 6) ausgerichtet ist, während die breite Steueröffnung (9) mit jeweils einem gleichbleibend breiten Teilbereich der zweiten Anschluß-Öffnung (3, 4) bzw. (5, 6) gegenüberliegt.

5. 4/4-Wege-Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steueröffnungen (9) in beiden axialen Bereichen umfangsmäßig derart gegeneinander versetzt sind, daß einer Steueröffnung (9) in axialer Richtung jeweils ein geschlossener Mantelbereich des Drehschiebers (1) zugeordnet ist.

6. Verwendung eines 4/4-Wege-Ventils nach einem der Ansprüche 1 bis 5 in einer Heizleitung (14), insbesondere einer Kreislauf-Heizleitung eines Kraftfahrzeuges, mit zwei jeweils in einem Nebenschluß an diese angeschlossenen Wärmetauschern (10, 11), bei denen jeweils ein Ende der betreffenden Nebenschlußleitung (12, 13) mit der Heizleitung (14) an voneinander getrennten Stellen (15) und das jeweils andere Ende an einer zwischen diesen getrennten Stellen (15) liegenden Stelle über das 4/4-Wege-Ventil verbunden ist.