DE19854308A1

DE19854308A1 - Ventil

Info

Publication number: DE19854308A1
Application number: DE19854308A
Authority: DE
Inventors: Johannes Pfetzer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1998-11-25
Filing date: 1998-11-25
Publication date: 2000-05-31
Also published as: US6644352B1; JP2002530610A; WO2000031446A1; EP1047895A1

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

Stand der Technik

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.

Vorteile der Erfindung

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.

Zeichnung

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.

Beschreibung

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

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.