DE19834575B4

DE19834575B4 - Drehschieberventil

Info

Publication number: DE19834575B4
Application number: DE1998134575
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Suck
Original assignee: Valeo Klimasysteme GmbH
Current assignee: Valeo Klimasysteme GmbH
Priority date: 1998-07-31
Filing date: 1998-07-31
Publication date: 2007-08-02
Anticipated expiration: 2018-08-01
Also published as: EP1019648A2; DE19834575A1; WO2000008363A3; DE19834575C5; BR9906658A; WO2000008363A2

Abstract

Drehschieberventil,
– mit einem, eine Zuflußöffnung (7) und mindestens eine als Abflußöffnung ausgebildete und zum Wärmetauscher führende Steueröffnung (9) aufweisenden Ventilgehäuse (1),
– mit einem im Ventilgehäuse (1) verdrehbar und quer zur Strömungsrichtung angeordneten Drehküken (3), an welchem zwischen Mantelfläche und Ausnehmungen des Drehkükenkörpers Steuerkanten (14, 15, 16) vorhanden sind, über die von in einer Ausgangsdrehlage voll geöffnetem, bis in einer Enddrehlage geschlossenem Durchgang die Durchflußmenge bestimmbar ist und
– mit einer Verdreheinrichtung, welche eine mit dem Drehküken (3) verbundene Mitnahmevorrichtung und eine mit dieser gekoppelten Antriebseinrichtung aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
– daß eine zusätzliche, zu einem Rücklauf führende Bypassöffnung (12) am Ventilgehäuse (1) vorhanden ist,
– daß beim reversiblen Verdrehen des Drehkükens (3) aus der Ausgangsdrehlage, und nach entsprechendem drehwinkelabhängigen Verringern des freien Querschnitts (17) der Steueröffnung, ab einem bestimmten Verdrehwinkel (α) (2) allmählich der freie Querschnitt (18) der Bypassöffnung (12) aufgesteuert wird, mit...

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Drehschieberventil, vorzugsweise für eine, einen Wärmetauscher (Heizkörper) aufweisenden, mit Warmwasser aus der Kühlwasseranlage eines Kraftfahrzeuges versorgten Heizungsanlage nach der Gattung des Hauptanspruchs. Derartige Drehschieberventile werden zur Steuerung der Heizung eines Kraftfahrzeuges verwendet, in dem sie in die Vorlaufleitung eines als Heizkörper dienenden Wärmetauschers geschaltet sind, wobei als Heizmedium das Kühlwasser des Motors dient, welches bei Betrieb des Motors eine innerhalb einer bestimmten Bandbreite weitgehend gleichbleibende Temperatur aufweist. Die Drehstellung des Drehkükens entspricht somit auch weitgehend dem eingestellten Wärmebedarf. Die Verstellung des Drehkükens erfolgt entweder willkürlich oder automatisiert, wobei für die zum Wärmetauscher strömende Wassermenge der Durchgangsquerschnitt der Steueröffnung maßgebend ist und wobei zum Abstellen der Heizung die Steueröffnung allmählich geschlossen wird. Zwischen der Ausgangsdrehlage des Drehkükens bei voll geöffneter Steueröffnung bis zur Enddrehlage für geschlossene Steueröffnung legt das Drehküken einen je nach Konstruktion unterschiedlichen Drehwinkel zurück. Durch das Verkleinern des Durchgangsquerschnitts der Steueröffnung bzw. das Schließen der Steueröffnung entsteht stromauf des Drehschieberventils in der Zuflußleitung ein Staudruck, der einerseits eine Zusatzbelastung der Wasserfördereinrichtung, beispielsweise einer Wasserpumpe bewirkt, und der andererseits durch die einseitige und zudem sich je nach Drehlage ändernde Druckbelastung des Drehkükens im Ventilgehäuse eine Änderung der zur Verdrehung notwendigen Kräfte bewirkt. Dies wirkt sich entsprechend nachteilig auf die Verdreheinrichtung aus, besonders die Antriebseinrichtung innerhalb derselben, obwohl beim Drehküken im Vergleich zu anderen Hubventilen vorteilhafterweise keine am Ventilglied angreifende Rückstellkräfte überwunden werden müßten.

Bei einem bekannten Drehschieberventil ( DE 23 50 553 C3 anderer Gattung wird über eine zweite Abflußleitung die einseitige Belastung des Drehkükens vermieden, indem bei drehwinkelabhängiger Überschneidung der Durchgangsquerschnitte der beiden Abflußöffnungen in Ausgangs- bzw. Endstellung die eine Abflußöffnung voll geöffnet ist, wenn die andere geschlossen ist und umgekehrt. Hierbei wird weitgehend ein konstanter Gesamtquerschnitt der Abflußöffnungen angestrebt mit dem Nachteil, daß wenn einmal für reinen Heizungsbetrieb die eine Öffnung gesperrt ist, eine Querschnittsänderung der anderen Öffnung zur Änderung der abzugebenden Wärme nicht mehr möglich ist.

Bei einem anderen bekannten als Misch- oder Verteilerventil ausgebildeten Drehschieberventil ebenfalls anderer Gattung ( DE 23 50 375 B2 ist die Kontur des Drehkükens so gestaltet, daß die Summe der Abströmquerschnitte weitgehend konstant bleibt, so daß ein Wasserstau vermieden wird. Beim Schließen des einen Querschnitts wird der andere entsprechend geöffnet. Allerdings handelt es sich hier um ein Mischventil, bei dem Ströme unterschiedlicher Temperatur miteinander vermischt werden, und nicht um ein gattungsgemäßes Ventil, bei dem ein Warmwasserstrom zu einem Wärmetauscher gesteuert wird.

In der Auslegeschrift DE 1213683 B wird ein Regulierhahn für Einrohr-Heizungsanlagen beschrieben, der einen besonders geringen Durchlaufwiderstand hat und außerdem, insbesondere bei Temperaturschwankungen, denen ein Heizkörper-Regulierhahn unterworfen ist, dicht ist. Die Durchflußmenge wird durch eine Ausnehmung im Hahnküken, die durch zwei Steuerkanten begrenzt ist, reguliert, mit dem Nachteil, dass bei der Regulierung immer mindestens einer der drei Rohranschlußstutzen unbeeinflußt bleibt.

Die Erfindung und ihre Vorteile

Das erfindungsgemäße Drehschieberventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß ein Stau des Wassers in der Zuflußleitung mit den oben genannten Nachteilen vermieden wird, obwohl in einem bestimmten Verdrehwinkelabschnitt des Drehkükens der Querschnitt der Steueröffnung, ausgehend vom größten Querschnitt in der Ausgangslage, verkleinerbar ist, während die Bypassöffnung voll geschlossen bleibt. In einem weiteren sich anschließenden Verdrehwinkelbereich wird dann beim Weiterverdrehen des Kükens die Bypassöffnung allmählich aufgesteuert, bis dann in der Verdrehendlage des Drehkükens die Bypassöffnung voll aufgesteuert und die Steueröffnung geschlossen ist. Hierdurch ergibt sich für die Betätigung des Drehkükens durch die Verdreheinrichtung und vor allem deren Antriebseinrichtung eine über den gesamten Verdrehbereich weitgehend gleichmäßige Drehkraft, als auch eine günstige Aufteilung der Verdrehwinkel auf die jeweilig gewünschte Querschnittsteuerung. Die bei der Antriebseinrichtung der Verdreheinrichtung erforderliche Drehkraft kann dadurch über den gesamten Verdrehbereich nahezu gleich sein. Der sich innerhalb des bestimmten Drehwinkels ändernde Steuerquerschnitt ergibt nur leichte Druckunterschiede, die sich entsprechend nur unwesentlich auf die Verdrehkräfte auswirken. Zudem kann der meist lineare Verstellweg der Antriebseinrichtung beim Einstellen der Heizung in eine fortsetzende Verdrehbewegung des Drehkükens im Ventilgehäuse umgesetzt werden, wenn die Bypassöffnung bereits geschlossen ist. Aufgrund der Konstruktion weist das erfindungsgemäße Drehschieberventil einen unkomplizierten Aufbau auf und besteht aus wenigen einfachen Bauteilen geringen Gewichts. Zudem ist es für beliebige Verwendung im Motorraum oder Innenraum eines Kraftfahrzeugs ausgelegt durch die aufgrund seines Aufbaus erfüllten strengen Motorraumspezifikationen.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung beträgt dieser bestimmte Winkel, ab dem die Bypassöffnung beginnt aufgesteuert zu werden etwa die Hälfte des gesamten Verdrehwinkels des Drehkükens, nämlich von der Ausgangsdrehlage bis zur Enddrehlage. Innerhalb dieses 50 % des gesamten Drehwinkelbereichs ausmachenden bestimmten Verdrehwinkelbereichs wird somit lediglich die Steueröffnung, d.h. der Durchgangsquerschnitt zum Wärmetauscher hin gesteuert.

Die anderen 50% des gesamten Verdrehwinkels stehen für die überschneidende Querschnittssteuerung aus Steueröffnung und Bypassöffnung zur Verfügung.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung beträgt der Gesamtverdrehwinkel etwa 73°.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung bilden die Achsen von Zuflußöffnung, Steueröffnung und/oder Bypassöffnung keinen Schnittpunkt mit der Drehachse des Drehkükens. Hierdurch ist eine bessere Zuordnung einerseits der am Drehküken angeordneten Steuerkanten und andererseits der Anschlußöffnungen möglich, die als Bohrung mit entsprechender Überschneidung der ebenfalls einen Kreisquerschnitt aufweisenden, das Drehküken aufnehmenden Innenbohrung des Ventilgehäuses als ovaler Querschnitt erscheinen.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen die Steuerkanten am Drehküken in Bezug auf die Steueröffnung oder Bypassöffnung eine Kontur auf, welche der über die jeweiligen Verdrehwinkel zu erreichenden Sollmenge entspricht. Diese Anpassung kann entweder durch Gestaltung der Steuerkanten oder durch die Lage der Steueröffnung bzw. Bypassöffnung zum Ventilgehäuse bestimmt werden.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung dient als Mitnahmevorrichtung ein Verdrehhebel, an dessen Ende die Antriebseinrichtung zumindest mittelbar angreifen kann.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung dient als Antriebseinrichtung ein willkürlich betätigbares, mechanisches Bediengerät, welches beispielsweise in der Fahrerkabine eines Kraftfahrzeuges angeordnet ist und über Verzahnungen in der jeweiligen Stellung arretierbar ist. Eine solche rein mechanische Betätigung ist nicht nur kostengünstig, sondern weniger störempfindlich wie elektrische oder sonstige Betätigungen.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung dient zur Stellwegübertragung von Antriebseinrichtung zur Mitnahmevorrichtung ein Seilkabelzug (Bowdenzug).

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Drehküken im Steuerbereich hohl ausgebildet, mit ständiger Verbindung zur Zuflußöffnung und mit einer Durchgangsöffnung für den gesteuerten Mengenabfluß zwischen den Steuerkanten.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.

Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist stark vereinfacht in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen 1 bis 3 ein Drehschieberventil im Querschnitt in drei verschiedenen Arbeitsstellungen des Drehkükens.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Das in den 1 bis 3 stark vereinfacht dargestellte Drei-Wege-Drehschieberventil weist ein Ventilgehäuse 1 mit einer zentralen Innenbohrung 2 auf, in welcher ein Drehküken 3 um die Achse I verdrehbar gelagert ist, wobei von dem Drehküken 3 nur zwei Wandabschnitte 4 und 5 im Schnitt zu sehen sind, welche den unteren und den oberen in der Innenbohrung 2 geführten Teil des Drehkükens miteinander verbinden, wovon der untere Teil 6 in der Innendraufsicht gezeigt ist. Der mögliche Gesamtverdrehwinkel β beträgt 73°, wobei ein weiter unten beschriebener bestimmter von der Ausgangsdrehlage II ausgehender Verdrehwinkel α ca. 38° aufweist, nämlich etwa die Hälfte des Gesamtverdrehwinkels β.
Im Ventilgehäuse 1 sind zur Innenbohrung 2 hin drei Anschlußöffnungen vorhanden, nämlich eine Zuflußöffnung 7, die zu einer Zuflußleitung 8 führt, eine Steueröffnung 9, die zu einer Abflußöffnung 11 führt und eine Bypassöffnung 12, die zu einer Bypassleitung 13 führt. Die Öffnungen 7, 9 und 12 entstehen durch Schnitte von entsprechenden Bohrungen mit der Innenbohrung 2, wobei die Achsen dieser Bohrungen die Drehachse I nicht schneiden, so daß die Öffnungen je nach Lage unterschiedliche, aber ovale Begrenzungslinien aufweisen. Diese Öffnungen werden von den Wandabschnitten 4 und 5 des Drehkükens 3 beim Verdrehen überfahren mit je nach Drehlage gegebenen, freien Strömungsquerschnitten bzw. Abdeckungen durch die Wandabschnitte 4 und 5. Die Wandabschnitte 4 und 5 weisen Steuerkanten 14, 15 und 16 auf, die entsprechend mit der Steueröffnung 9 bzw. der Bypassöffnung 12 korrespondieren, wobei diese Steuerkanten einer gewünschten Kennlinie entsprechend und in Zuordnung zur Form der Steueröffnung bzw. der Bypassöffnung speziell gestaltet sein können.
Das gezeigte Drehschieberventil ist im Heizungskreislauf eines Kraftfahrzeuges angeordnet, bei dem das Kühlwasser des Motors die Wärmeenergie liefert. Die Zuflußleitung 8 führt Warmwasser zu vom Kühlsystem des Motors, was meist mit Hilfe einer Wasserpumpe erfolgt. Die Abflußleitung 11 führt zu einem Wärmetauscher bzw. Heizkörper, der meist in einem Kanal angeordnet ist, über den Frischluft der Fahrzeugkabine zugeführt wird. Von diesem Wärmetauscher führt dann eine Rücklaufleitung zurück zum Kühlwassersystem des Motors. Die Bypassleitung 13 führt entweder zurück zur Saugseite der Pumpe oder in das Kühlwassersystem des Motors.
Das Drehküken 3 ist in den 1 bis 3 in drei verschiedenen Drehstellungen gezeigt, nämlich in 1 in der Ausgangsdrehlage, in der der Durchgangsquerschnitt der Steueröffnung 9 weitestmöglich geöffnet ist, in 2, in der der Steuerquerschnitt durch Verdrehen in Richtung des Pfeiles III um den bestimmten Verdrehwinkel α, gemessen von der Linie II aus, entsprechend verkleinert ist, und in 3, in der Enddrehlage, in der die Steueröffnung 9 geschlossen und die Bypassöffnung 12 voll aufgesteuert ist. Während sich bei der Verdrehung des Drehkükens 3 aus der Ausgangsdrehlage in 1 in die Drehstellung in 2 nur der freie Querschnitt 17 der Steueröffnung 9 verändert, indem dieser freie Querschnitt 17 eine gewisse Verringerung erfahren hat, wird bei der Verdrehung aus der dem bestimmten Verdrehwinkel α entsprechenden Drehstellung in 2 bis zur Enddrehlage wie sie in 3 gezeigt ist, der freie Querschnitt 17 der Steueröffnung weiterverkleinert und der freie Querschnitt 18 zur Bypassöffnung 12 laufend vergrößert, bis dann in der in 3 dargestellten und durch Linie IV markierten Enddrehlage die Steueröffnung 9 geschlossen und die Bypassöffnung 12 voll aufgesteuert ist. Durch diese Überschneidung der freien Querschnitte 17 und 18 ergibt sich ein ausreichend großer Gesamtquerschnitt aus diesen beiden freien Querschnitten 17 und 18, der verhindert, daß ein unerwünschter Stau in der Zuflußleitung 8 und damit der Wasserpumpe entsteht. Aufgrund dieser Konstruktion ist ein Gesamtdrehwinkel von nur 73° erforderlich, wobei nach etwa der Hälfte der Gesamtverdrehbarkeit, nämlich bei etwa 38° die in 2 dargestellte, den Bypass noch sperrende Stellung und erst nach einer weiteren Verdrehung mit überschneidenden Querschnitten die in 3 gezeigte Endstellung gegeben ist.
Besonders bei mechanisch und willkürlich betätigten Drehschieberventilen kann so ein linearer Stellweg in einen Drehweg umgesetzt werden, der einerseits eine feine Verstellung der Heizung bis zu ihrer Abstellung ermöglicht und andererseits einen Stau am Drehschieberventil vermeidet, welcher die Verdrehung des Drehkükens unnötig erschweren würde.
Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

1: Ventilgehäuse
2: Innenbohrung
3: Drehküken
4: Wandabschnitt
5: Wandabschnitt
6: unterer Teil
7: Zuflußöffnung
8: Zuflußleitung
9: Steueröffnung
10
11: Abflußleitung
12: Bypassöffnung
13: Bypassleitung
14: Steuerkanten
15: Steuerkanten
16: Steuerkanten
17: freier Querschnitt
18: freier Querschnitt
I: Verdrehachse von 3
II: Ausgangslinie für den Verdrehwinkel
III: Verdrehrichtung

Claims

Drehschieberventil, – mit einem, eine Zuflußöffnung (7) und mindestens eine als Abflußöffnung ausgebildete und zum Wärmetauscher führende Steueröffnung (9) aufweisenden Ventilgehäuse (1), – mit einem im Ventilgehäuse (1) verdrehbar und quer zur Strömungsrichtung angeordneten Drehküken (3), an welchem zwischen Mantelfläche und Ausnehmungen des Drehkükenkörpers Steuerkanten (14, 15, 16) vorhanden sind, über die von in einer Ausgangsdrehlage voll geöffnetem, bis in einer Enddrehlage geschlossenem Durchgang die Durchflußmenge bestimmbar ist und – mit einer Verdreheinrichtung, welche eine mit dem Drehküken (3) verbundene Mitnahmevorrichtung und eine mit dieser gekoppelten Antriebseinrichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, – daß eine zusätzliche, zu einem Rücklauf führende Bypassöffnung (12) am Ventilgehäuse (1) vorhanden ist, – daß beim reversiblen Verdrehen des Drehkükens (3) aus der Ausgangsdrehlage, und nach entsprechendem drehwinkelabhängigen Verringern des freien Querschnitts (17) der Steueröffnung, ab einem bestimmten Verdrehwinkel (α) (2) allmählich der freie Querschnitt (18) der Bypassöffnung (12) aufgesteuert wird, mit drehwinkelabhängiger Überschneidung der freien Querschnitte (17, 18) von Steueröffnung (9) und Bypassöffnung (12), bis spätestens in der Enddrehlage die Bypassöffnung (12) voll geöffnet ist, so – daß beim Rückverdrehen des Drehkükens (3) aus der Endlage und nach Schließen der Bypassöffnung (12) das Drehküken (3) um den bestimmten Drehwinkel (α) weiter verdrehbar ist, bei entsprechender Vergrößerung des freien Querschnitts (17) der Steueröffnung (9).
Drehschieberventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bestimmte Winkel (α) etwa die Hälfte des gesamten Verdrehwinkels (β) des Drehkükens (3) von der Ausgangsdrehlage bis zur Enddrehlage beträgt.
Drehschieberventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte Verdrehwinkel (β) etwa 70°–75° beträgt.
Drehschieberventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuflußöffnung (7), Steueröffnung (9) und Bypassöffnung (12) als die das Drehküken (3) aufnehmende Innenbohrung (2) schneidende Bohrungen ausgebildet sind, die keinen Schnittpunkt mit der Drehachse (I) des Drehkükens (3) bilden.
Drehschieberventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkanten (14, 15, 16) am Drehküken (3) in Bezug auf die Steueröffnung (9) oder Bypassöffnung (12) eine Kontur aufweisen, welche der durch die jeweiligen Verdrehwinkel zu erreichenden Sollmenge entspricht.
Drehschieberventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Mitnahmevorrichtung ein Verdrehhebel dient.
Drehschieberventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Antriebseinrichtung ein willkürlich betätigbares, mechanisches Bediengerät dient.
Drehschieberventil nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Stellwegübertragung von Antriebseinrichtung zu Mitnahmevorrichtung ein Seilkabelzug (Bowdenzug) dient.
Drehschieberventil nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Krafteinleitung an der Antriebseinrichtung über eine Verzahnung wie eine Zahnwelle oder einen Zahnhebel erfolgt.
Drehschieberventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehküken (3) im Steuerbereich hohl ausgebildet ist mit ständiger Verbindung des Hohlraums zur Zuflußöffnung (7) und mit einer Durchgangsöffnung für den gesteuerten Mengenabfluß zwischen den Steuerkanten (14, 15).