DE19854308A1 - Ventil - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Ventil, insbesondere für den Flüssigkeitskreislauf eines Kraftfahrzeugs, mit einem Gehäuse (12) mit mindestens einem Eingang (14) und mindestens einem Ausgang (16, 18), die über einen Durchgang (20) miteinander verbunden sind, und mit einem Ventilglied (22), das als bewegbare Klappe (24) ausgebildet ist, die den Durchgang (20) überwacht, wobei der Durchgang (20) eine Kammer (26) aufweist, in der die Klappe (24) angeordnet ist und in die der mindestens eine Eingang (14) und der mindestens eine Ausgang (16, 18) münden, wobei die Klappe (24) im Gehäuse (12) drehbeweglich gelagert und über einen Antrieb (36, 70) von einer ersten Endstellung (38) in eine zweite Endstellung (40) überführbar ist und wobei die Endstellungen (38, 40) einen Winkel (alpha) einschließen, der kleiner 90 DEG ist.
Description
Die Erfindung betrifft ein Ventil, insbesondere für den
Flüssigkeitskreislauf eines Kraftfahrzeugs, nach der
Gattung des Hauptanspruchs. Derartige Ventile werden
eingesetzt um Fluidströme zu sperren, zu drosseln oder zu
verteilen. Dazu weist ein derartiges Ventil mindestens
einen Eingang, einen Ausgang und ein den Durchgang zwischen
Ein- und Ausgang überwachendes Ventilglied auf. Das
Ventilglied ist dabei als Klappe ausgebildet, die sich im
Durchgang bewegen kann und den Strömungsquerschnitt
verändert bzw. verschließt. Dabei muß ein hoher Aufwand
betrieben werden, um die Klappe jeweils sicher in die
vorbestimmte Stellung zu bringen.
Das erfindungsgemäße Ventil mit den Merkmalen des
Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß die Klappe nur in einem
kleinen Bereich verschwenkt werden muß, so daß sich der
Antriebsaufwand sowie der Dichtungsaufwand erheblich
reduzieren. Ferner kann das Ventil kleiner und kompakter
ausgelegt werden, da auch die die Klappe aufnehmende Kammer
kleiner gehalten werden kann. Da die Endstellungen der
Klappe in der Regel der Stellung der Auslassmündungen
entspricht ist ein strömungsgünstiger Durchgang gegeben,
wodurch der Strömungswiderstand verkleinert wird.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale sind
vorteilhafte Weiterbildungen des Ventils nach dem
Hauptanspruch möglich. So ergibt sich ein nochmals
verbesserter Strömungsdurchgang, wenn die Endstellungen
einen Winkel α von kleiner 60°, vorzugsweise von kleiner
45° einschliessen. Ferner ist es von Vorteil, wenn bei
diesem, zwei Ausgänge aufweisenden Ventil, die Ausgänge
einen zweiten Winkel β zueinander einschliessen, der
ebenfalls kleiner 90° ist, vorzugsweise dem die
Klappenendstellungen einschließenden Winkel α entspricht.
Auf diese Weise ist ein sehr kompaktes, schlankes Ventil
geschaffen, daß sich durch einen niedrigen
Strömungswiderstand aufgrund weniger und geringer
Umlenkungen auszeichnet.
Wenn der Querschnitt der Mündung des Eingangs in die die
Klappe aufnehmende Kammer kleiner ist als die Kammer und
sich somit eine den Mündungsbereich umgebende Kante ergibt,
bilden sich Kantenwirbel aus, die bewirken, daß sich die
Strömungen an der Kammerwand anlegen und dadurch den
Durchflußwiderstand weiter verringern. Hierbei ist es
hilfreich, wenn sich der Querschnitt des Eingangs in
Richtung der Kammer verjüngt insbesondere rechteckförmige
Gestalt annimmt. Mit einer derartigen Ausgestaltung wird
ein optimaler Strömungsdurchgang erreicht. In gleichem Maße
ist es von Vorteil, wenn auch die Ausgangsmündungsöffnung
zur Kammer rechteckförmig ausgestaltet ist, zumal sich
dann, wenn die Klappe mit dieser Mündung zusammen arbeitet
ein größtmöglicher Durchgangsquerschnitt darstellen läßt.
Bevorzugt ist das Gehäuse zweiteilig ausgebildet mit einem
Basisteil und einem Kappenteil, wobei das Basisteil die
Klappenlagerung aufnimmt und an das Basisteil der
mindestens eine Ausgang angeformt und an das Kappenteil der
mindestens eine Eingang angeformt ist. Dieser Aufbau ist
aufgrund weniger notwendiger Einzelteile kostengünstig und
montagefreundlich. Das Kappenteil kann dabei einfach auf
das Basisteil aufgesteckt und verrastet werden. Besondere
Befestigungsmittel sind nicht notwendig.
Wenn die Klappe in der Kammer in einem Bereich gegenüber
der Eingangsmündung gelagert ist und sich insbesondere die
Klappe von der Lagerung zur Eingangsmündung hin erstreckt
und an ihrem der Lagerung gegenüber liegenden Seite spitz
zuläuft, kann die für die Klappenbewegung notwendige Kraft
kleingehalten werden, weil zum einen kaum ein
Strömungsstaudruck überwunden werden muß, um die Klappe aus
einer Endlage heraus zu bewegen und weil sich zum anderen
die Klappe direkt in Strömungsrichtung erstreckt, dadurch
der Strömung kaum Widerstand entgegensetzt und ausgehend
von einer Mittelstellung die Strömung selbst die
Klappenbewegung unterstützt.
Mit einer, die Klappe umgebenden Elastomer-Ummantelung kann
einerseits eine einfache Abdichtung der
Ausgangsmündungsöffnung erreicht und andererseits
gleichzeitig der Bereich der Lagerung der Klappe gegenüber
dem Gehäuse abgedichtet werden. Dabei ist es von Vorteil,
wenn die Kammer konische Flächen aufweist, die eine
Verjüngung der Kammer in Richtung der Lagerung bewirkt.
Beim Einsetzen der Klappe liegt die Elastomer-Ummantelung
an den konischen Flächen an und wird beim Einschieben der
Klappe in Richtung des Lagerbereichs auf die für die
Dichtung notwendige Pressung zusammengedrückt.
Die Klappe wird bevorzugt durch ein elastisches Mittel in
einer Vorzugsstellung beispielsweise der Mittelstellung hin
belastet, so daß sich bei Ausfall des Antriebs ein
definierter Zustand selbständig einstellen kann. Das
elastische Mittel wird ebenfalls in vorteilhafter Weise
durch die Elastomer-Ummantelung gebildet, die in eine
Aussparung in einer Kammerwand greift.
Die eine die Gehäusewand durchgreifende Welle aufweisende
Klappenlagerung ist bevorzugt auch außerhalb des Gehäuses
von einem Dichtelement umgriffen, das seinerseits am
Gehäuse befestigt ist. Das hierzu vorgesehene Dichtelement
weist zum einen eine Wellendichtung, zum andern eine einer
O-Ringdichtung ähnliche Dichtung im Außenbereich und eine
das Wellenende umschließende Dichtungskappe auf. Dabei sind
die Wellendichtung sowie die der O-Ringdichtung ähnliche
Dichtung gehäusefest und verhindern ein Herauskriechen der
Flüssigkeit. An der auch als Dämpfungsmittel wirkenden, das
Wellenende umschließenden Dichtungskappe greift der Antrieb
von außen an und wirkt auf das beispielsweise einen
Vierkant aufweisenden Wellenende ein. Dieser Bereich der
Dichtung bewegt sich somit mit dem Wellenende und kann
deshalb komplett geschlossen sein. Damit ist eine absolut
zuverlässige Dichtung geschaffen. Diese Art der Dichtung
wird möglich, weil der Winkel α zwischen den Endstellungen
der Klappenbewegung kleiner 90°, vorzugsweise kleiner 60°
bzw. 45° ausgestaltet ist.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Ventils dargestellt und in der
nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1
ein erfindungsgemäßes Ventil in einer Draufsicht in einem
Schnitt nach Linie I-I in Fig. 2, Fig. 2 einen Schnitt
nach Linie II-II in Fig. 1, Fig. 3 eine Ansicht in
Richtung des Pfeils III in Fig. 1, Fig. 4 eine der Fig.
3 analoge Ansicht bei abgenommenen Kappenteil und Fig. 5
eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit V in Fig. 2.
Das in Fig. 1 dargestellte Ventil 10 weist ein Gehäuse 12
mit einem Eingang 14, einem ersten Ausgang 16 und einem
zweiten Ausgang 18 auf, bei dem die Ausgänge 16, 18 mit dem
Eingang 14 über einen Durchgang 20 verbunden sind. Im
Durchgang 20 ist ein Ventilglied 22 angeordnet, das als
bewegbare Klappe 24 ausgebildet ist und den Durchgang 20
überwacht. Der Durchgang 20 weist im Bereich der Klappe 24
eine Kammer 26 auf, in die der Eingang 14 mit einer
Eingangsmündungsöffnung 28, der erste Ausgang 16 mit einer
Ausgangsmündungsöffnung 30 (Fig. 2) und der zweite Ausgang
18 mit einer Ausgangsmündungsöffnung 32 münden. Die Klappe
24 ist über eine Welle 34 im Gehäuse 12 drehbar gelagert
und über einen Antrieb 36 von einer ersten Endstellung 38
in eine zweite Endstellung 40 überführbar. Die
Endstellungen 38 und 40 schließen im Ausführungsbeispiel
einen Winkel α von 35° ein.
Die beiden Ausgänge 16, 18 schließen zueinander einen
zweiten Winkel β ein, der in der Größe des Winkels α und
somit ungefähr 35° ist. Die beiden Ausgänge 16 und 18 sind
dabei symmetrisch zur Kammer 26 angeordnet und bilden mit
dem Eingang 14 in der Draufsicht nach Fig. 1 eine y-Form.
Mit dieser Form werden günstige Strömungsverhältnisse vom
Eingang 14 in beide Ausgänge 16 und 18 erreicht.
Der Querschnitt des Eingangs 14 verjüngt sich ausgehend von
einer kreisrunden Form 42 (Fig. 3) in einen rechteckigen
Querschnitt 44. Im Bereich der Eingangsmündungsöffnung 28
bilden sich aufgrund der im Querschnitt größeren Kammer 26
Kanten 46 aus, die im einströmenden Fluid Wirbel erzeugen,
die ihrerseits für ein Anlegen der Strömung an die
Kammerwandung sorgen. Dadurch wird der Durchflußwiderstand
verringert. Die Ausgangsmündungsöffnungen 30 und 32 sind
ebenfalls rechteckförmig und gehen in einen runden
Querschnitt über.
Das Gehäuse 12 ist zweiteilig ausgeführt und weist ein
Basisteil 48 und ein Kappenteil 50 auf. Im Basisteil 48 ist
der größte Teil der Kammer 26 ausgebildet sowie die für
die, die Klappe aufnehmenden Welle notwendigen
Lagerausnehmungen 52. Ferner sind an das Basisteil 48 die
beiden Ausgänge 16 und 18 angeformt. An das Kappenteil 50
ist der Eingang 14 angeformt. Ferner bildet das Kappenteil
50 einen Teil der Kammer 26 aus. Das Kappenteil 50 ist
mittels Haken 54 mit dem Basisteil 48 verrastet und über
eine O-Ringdichtung 56 abgedichtet.
Die Lagerausnehmungen 52, die die Welle 34 aufnehmen, sind
im Bereich der Ausgangsmündungsöffnungen 30 und 32,
gegenüber der Eingangsmündungsöffnung 28 im Basisteil 48
eingebracht. Die Klappe 24 erstreckt sich somit ausgehend
von der Lagerung der Welle 34 in Richtung der
Eingangsmündungsöffnung 28. Die Kammer 26 läuft damit
ausgehend vom Bereich der Eingangsmündungsöffnung 30 hin
zum Bereich der Welle 34 spitz zu, wobei der Spitzenwinkel
in Verbindung mit dem Klappenquerschnitt die beiden
Endstellunger 38 und 40 festlegt. Die Klappe 24 weist eine
Spitze 58 an ihren der Welle 34 gegenüberliegenden Seite
auf.
Die Klappe 24 weist eine Elastomer-Ummantelung 60 auf, die
die Klappe vollständig bis in den Lagerbereich der Klappe
umgibt. Bei der Montage des Ventils 10 wird die Klappe 24
bei abgenommenem Kappenteil 50 in die Kammer 26 eingeführt.
Dazu weist die Kammer 26 konische Flächen 62 auf, die sich
in Richtung der Lagerausnehmungen 52 verjüngen. Die
Elastomer-Ummantelung liegt im äußeren Bereich direkt an
den konischen Flächen 62 an und wird beim Einführen der
Klappe bis auf ein für die Dichtung notwendiges Maß gepreßt
und dichtet somit die Kammer 24 gegenüber dem Gehäuse 12
ab.
Die Elastomer-Ummantelung 60 greift mit einem Fortsatz 64
in eine Aussparung 66 im Basisteil 48. Damit wird die
Klappe 24 in eine Mittelstellung in Richtung des Eingangs
14 gehalten und muß von dort aus gegen die durch die
Elastomer-Ummantelung erzeugte Federkraft in Richtung der
Endstellungen 38 bzw. 40 verdreht werden. In der
Mittelstellung werden gleich große Flüssigkeitsteilströme
vom Eingang 14 auf die beiden Ausgänge 16 und 18
aufgeteilt.
Die Klappe 24 wird über die Welle 34 angetrieben, die in
zwei Lagerausnehmungen 52 gelagert ist, wobei eine
Lagerausnehmung 52 eine Durchgangsöffnung durch das
Basisteil 48 darstellt, durch die die Welle 34 mit einem
einen Vierkant aufweisenden Ende 68 durchtritt. Das Ende 68
wird von einer Aufnahmevorrichtung 70 des Antriebs 36
formschlüssig umfaßt.
Als weitere Dichtung in diesem Bereich ist ein Dichtelement
72 vorgesehen (Fig. 5), das die Welle 34 umgreift. Das
Dichtelement 72 weist drei Teilbereiche auf, von denen der
erste Teilbereich als Wellendichtung 74, der zweite
Teilbereich als eine einer O-Ringdichtung ähnlichen
Ringdichtung 76 ausgebildet ist und einen dritten Bereich,
der das Wellendende 68 in Form einer Kappe 78 vollständig
umgreift. Dabei erstreckt sich die Kappe 78 zwischen der
Aufnahmevorrichtung 70 und dem Wellenende 68 und wirkt auch
als Dämpfungsmittel. Die Ringdichtung 74 wird mittels eines
Befestigungselementes 80 in entsprechende Aussparungen im
Basisteil 48 gepreßt.
Im Falle eines Verschwenkens der Klappe 24 wird die Kappe
78 mit dem Vierkant mit verdreht während die Wellendichtung
74 sowie die Ringdichtung 76 ortsfest im Basisteil gehalten
sind.
Das erfindungsgemäße Ventil 10 kann in der Weise eingesetzt
werden, daß jeweils ein Ausgang 16, 18 vollständig geöffnet
ist während der andere Ausgang 18, 16 durch die Klappe 24
abgesperrt ist. Diese Anwendung würde einer 2-Punktregelung
entsprechend. Es ist jedoch auch möglich, wenn ein
geeigneter Antrieb 26 eingesetzt wird, über
Zwischenstellungen der Klappe 24 zwischen den beiden
Endstellungen 38, 40 Teilströme in die Ausgänge 16, 18
aufzuteilen. Dies ist durch die spezielle Klappenanordnung
und -form möglich und wird durch die Ausbildung der Kammer
26 sowie des Bereiches um die Eingangsmündungsöffnung mit
den Kanten 46 begünstigt. Da durch die Kanten 46 Wirbel
erzeugt werden, die ein Anlegen des Fluidstroms an den
Kammerwänden bewirkt, ist ein Aufteilen der Fluidströme
ohne große Strömungsverluste möglich. Weiterhin kann das
Ventil 10 als reines Auf-Zu-Ventil eingesetzt werden, wenn
ein Ausgang verschlossen oder gänzlich weggelassen wird.
Duch die Vorspannung der Klappe in Richtung einer
Mittelstellung wird eine Notfunktion realisiert, die
beispielsweise beim Ausfall des Antriebs durch ein
Entkuppeln des Antriebs und der Welle 34 eingenommen werden
kann.
Es ist ferner denkbar, den Antrieb von außen durch einen
magnetischen Antrieb zu ersetzen, der von außen auf die
Klappe 24 einwirkt.
Claims (20)
1. Ventil, insbesondere für den Flüssigkeitskreislauf eines
Kraftfahrzeugs, mit einem Gehäuse (12) mit mindestens einem
Eingang (14) und mindestens einem Ausgang (16, 18), die
über einen Durchgang (20) miteinander verbunden sind, und
mit einem Ventilglied (22), das als bewegbare Klappe (24)
ausgebildet ist, die den Durchgang (22) überwacht, wobei
der Durchgang (20) eine Kammer (26) aufweist, in der die
Klappe (24) angeordnet ist und in die der mindestens eine
Eingang (14) und der mindestens eine Ausgang (16, 18)
münden, wobei die Klappe (24) im Gehäuse (12) schwenkbar
gelagert und über einen Antrieb (36, 70) von einer ersten
Endstellung (38) in eine zweite Endstellung (40)
überführbar ist und wobei die Endstellungen (38, 40) einen
Winkel (α) einschliessen, der kleiner 90° ist.
2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Winkel (α) < 60° ist.
3. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Winkel (α) < 45° ist.
4. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß zwei Ausgänge (16, 18) vorhanden sind,
die zueinander einen zweiten Winkel (β) einschließen, der < 90°
ist.
5. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der
zweite Winkel (β) dem Winkel (α) in etwa entspricht.
6. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß sich der Querschnitt des Eingangs (14)
in Richtung der Kammer (26) verjüngt.
7. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Eingangs (14) im
Mündungsbereich zur Kammer (26) rechteckförmig ist.
8. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Eingangsmündungsöffnung (28) in die
Kammer (26) kleiner als der Kammerquerschnitt ist.
9. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der bzw. die Ausgangsmündungsöffnungen
(30, 32) zur Kammer (26) hin rechteckförmig sind.
10. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß das Gehäuse (12) zweiteilig ist und ein
Basisteil (48) und ein Kappenteil (50) aufweist, wobei das
Basisteil (48) die Klappenlagerung aufnimmt und an das
Basisteil (48) der mindestens eine Ausgang (16, 18)
angeformt, und an das Kappenteil (50) der mindestens eine
Eingang (14) angeformt ist.
11. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Klappe (26) in der Kammer (24) in
einem Bereich gegenüber der Eingangsmündungsöffnung (28)
gelagert ist.
12. Ventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß
sich die Klappe (26) von der Lagerung zur
Eingangsmündungsöffnung (28) hin erstreckt und an ihrem der
Lagerung gegenüberliegenden Seite eine Spitze (58)
aufweist.
13. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Klappe (26) eine Elastomer-
Ummantelung (60) aufweist, die sich in der jeweiligen
Endstellung (38, 40) dichtend an den die
Ausgangsmündungsöffnungen (30, 32) umgebenden Rand anlegt.
14. Ventil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß
sich die Elastomerummantelung (60) bis in den Lagerbereich
der Klappe (26) erstreckt und die Kammer (24) im Bereich
der Lagerung gegenüber dem Gehäuse (12) abdichtet.
15. Ventil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die
Kammer (26) konische Flächen (62) aufweist.
16. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß elastische Mittel (64) die Klappe (24)
in Richtung einer Vorzugslage vorspannen.
17. Ventil nach den Ansprüchen 13 und 16, dadurch
gekennzeichnet, daß die elastischen Mittel durch einen
Fortsatz (64) der Elastomerummantelung (60) gebildet sind,
der in eine Aussparung (66) in einer Kammerwand greift.
18. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Klappenlagerung eine eine
Gehäusewand durchgreifende Welle (34) aufweist, die mit
einem Antrieb (36, 70) verbunden ist.
19. Ventil nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die
Welle (34) außerhalb des Gehäuses (12) von einem
Dichtelement (72) umgriffen ist, das am Gehäuse (12)
befestigt ist.
20. Ventil nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das
Dichtelement (72) eine Wellendichtung (74), eine
Ringdichtung (76) und eine das Wellenende (68)
umschließende, als Kappe (78) ausgebildete Dichtung umfaßt.
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JP (1) | JP2002530610A (de) |
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