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Die
Erfindung betrifft ein Ventil für
die Regelung der Durchflußmenge
eines Wärmeträgermediums
in einem Wärmeträgermediumkreislauf
eines Kraftfahrzeuges gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Aus
der
DE 196 51 622
A1 ist ein Regelventil für den Kühlkreislauf eines Kraftfahrzeuges
bekannt, mit dem ein Heizkörper
für den
Fahrzeuginnenraum bedarfsweise mit dem heißen Motorkühlmittel beaufschlagt werden
kann. Mit dem bekannten Ventil, das als Drehschieberventil ausgebildet
ist, kann der Durchfluß des
Kühlmittels
durch den Heizkörper
vollständig
gesperrt, vollständig
geöffnet
oder auch nur teilweise geöffnet
sein, so daß mittels
dieses Ventils die Heizleistung des Heizkörpers regelbar ist.
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Bei
einem derartigen Ventil tritt das Problem auf, daß das Kühlmittel
zu verschiedenen Zeiten eines Fahrzyklusses sehr unterschiedliche
Temperaturen haben kann. Bei Beginn einer Fahrt wird das Kühlmittel
relativ kalt sein, beispielsweise im Winter nahe 0°, und nach
längerer
Fahrzeit wird das Kühlmittel
sehr heiß sein.
Bei jeder Temperatur des Kühlmittels
muß das
Regelventil zuverlässig
arbeiten, so daß bei
jeder Temperatur gewährleistet
sein muß, daß der Drehschieber
des Ventils einerseits leichtgängig
verstellbar ist und andererseits eine ausreichende Dichtigkeit des
Drehschiebers gegen über
der Ventilkammerwandung gegeben ist. Das wesentliche Problem besteht
dabei in der Wärmeausdehnung des
Ventilschiebers aufgrund der starken Temperaturdifferenzen, die
auftreten können.
Derartige Wärmeausdehnungen
könnten
durch bestimmte Materialien, die aber sehr kostenaufwendig sind,
aufgefangen werden.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, ein gattungsgemäßes Ventil
bereitzustellen, das bei jeder Kühlmitteltemperatur
zuverlässig
arbeitet, also leichtgängig
regelbar ist und dennoch eine zuverlässige Dichtigkeit gewährleistet.
Dabei muß das
Ventil möglichst
kostengünstig
bleiben.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch ein Ventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Wenn
das erfindungsgemäße Ventil
in bekannter Weise eine Ventilkammer und einen Ventilschieber aufweist,
der, wie von thermostatischen Ventilen bekannt ist (vgl.
EP 0 286 816 A1 ),
einen Grundkörper
und ein Dichtelement aufweist, wobei zwischen dem Grundkörper und
dem Dichtelement ein Federelement angeordnet ist, kann das Dichtelement
mit Vorspannung an einer Ventilkammerwandung anliegen. Unabhängig von
einer eventuellen Ausdehnung des Materials des Ventilschiebers aufgrund
unterschiedlicher Temperaturen des zu regelnden Wärmeträgermediums
gewährleistet
das erfindungsgemäße Ventil
immer eine ausreichende Dichtigkeit, so daß auch kostengünstige Materialien
eingesetzt werden können
und der Ventilschieber leichtgängig
in der Ventilkammer verschiebbar und/oder verdrehbar ist.
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Das
Federelement bestehen aus einem federelastischen, elastomeren Material.
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Der
Grundkörper
das Federelement und das Dichtelement sind einstückig in einem Zwei-Komponenten-Spritzgußverfahren
hergestellt, so daß der Ventilschieber
in einem einzigen Verfahrensschritt herstellbar ist. Dabei besteht
der Grundkörper
und das Dichtelement bevorzugt aus einem Hartkunststoff, bevorzugt
Polypropylen und das Federelement aus einem Weichkunststoff, bevorzugt
ein thermoplastisches Elastomer. Ein derartiges Kunststoffventil ist
problemlos einer umweltgerechten Wiederverwertung zuführbar.
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Das
erfindungsgemäße Ventil
wird bevorzugt in einem aus der
DE 196 51 622 A1 bekanntem Drehschieberventil
eingesetzt, so daß der
Ventilschieber als Drehschieber ausgebildet ist.
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Damit
das erfindungsgemäße Ventil
einfach hergestellt werden kann und möglichst wenig Einzelteile aufweist,
ist das Dichtelement aus einer einstükkig mit dem Grundkörper verbundenen
Zunge gebildet, die über
das Federelement an die Ventilkammerwandung andrückbar ist.
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Um
die Leichtgängigkeit
des Ventilschiebers zu erhöhen,
liegt dieser bevorzugt nur mit seinen Dichtelementen an den Ventilkammerwandungen
an.
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Der
als Drehschieber ausgebildete Ventilschieber muß innerhalb der Ventilkammer
im wesentlichen in allen Richtungen abdichten, wobei bevorzugt an
seinen Stirnseiten in etwa diametral gegenüberliegende Dichtelemente angeordnet
sind, die eine komplementär
zur Ventilkammerwandung ausgebildete Dichtfläche aufweisen, also entsprechend
der Ventilkammerwandung abgerundet sind. Durch derart ausgebildete
Dichtflächen,
die über
das Federelement an die Ventilkammer angerückt werden, ist in einfacher
Weise die Dichtigkeit gewährleistet
und dennoch eine ausreichende Leichtgängigkeit des Drehschiebers
bei jeder Temperatur des Wärmeträgermediums
gegeben. Die Abdichtung des Drehschiebers in der Ventilkammer an
einer Ober- und Unterseite des Drehschiebers gegenüber einem
Boden und einem Deckel des Ventils, ist ausreichend gewährleistet,
wenn auf der Oberund Unterseite Dichtelemente angeordnet sind, die
lediglich eine abgerundete Dichtkante, die an dem Boden bzw. Deckel
der Ventilkammer anliegen, aufweisen.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand Ven Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die Zeichnung im einzelnen erläutert.
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In
der Zeichnung zeigen:
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1 Eine
schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Ventils in der Draufsicht;
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2 eine
Explosionsdarstellung des erfindungsgemäßen Ventils;
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3 und 4 perspektivische
Ansichten eines Ventilschiebers des erfindungsgemäßen Ventils;
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5 den
Ventilschieber entlang der Linie V-V aus 1 geschnitten;
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6 den
Ventilschieber entlang der Linie VI-VI aus 1 geschnitten;
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7 einen
Ventilschieber einer anderen Ausführungsform in der Draufsicht;
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8 einen
Querschnitt des Ventilschiebers aus 7 entlang
der Linie VIII-VIII aus 7.
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Ein
erfindungsgemäßes Ventil
10 weist
eine in einem Gehäuse
11 angeordnete
Ventilkammer
12 und einen in dem Ausführungsbeispiel als Drehschieber
14 ausgebildeten
Ventilschieber auf. An die Ventilkammer
12 sind ein erster
Zufluß
16,
ein erster Abfluß
18,
ein zweiter Zufluß
20 und
ein zweiter Abfluß
22 angeschlossen
(
1 und
2). Die Ventilkammer
12 ist
durch einen Boden
12a und einen Deckel
12b geschlossen.
Die Ventilkammer
12 ist ähnlich der aus der
DE 196 51 622 A1 bekannten
ausgebildet, und das Ventil
10 ist in seiner Funktionsweise identisch
mit dem aus der
DE
196 51 622 A1 bekanntem Ventil. Es wird deshalb hiermit
ausdrücklich
auf den Offenbarungsgehalt der
DE 196 51 622 A1 vollinhaltlich Bezug genommen.
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Der
erste Zufluß 16 und
der erste Abfluß 18 sind
mit einem Motorkühlkreislauf
eines Kraftfahrzeuges verbunden und der zweite Abfluß 22 und
zweite Zufluß 20 sind
mit einem Heizkörper
einer Heizungs- oder Klimaanlage des Kraftfahrzeuges verbunden. Über das
Ventil 10 kann der Durchfluß des Wärmeträgermediums durch den Heizkörper geregelt
werden. In der in 1 dargestellten Stellung des
Ventilschiebers 14 sind der erste Zufluß 16 und der zweite Abfluß 22 sowie
der zweite Zufluß 20 und
erste Abfluß 18 jeweils
miteinander verbunden, so daß der Heizkörper maximal
mit dem Wärmeträgermedium beaufschlagt
ist.
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Der
Venilschieber 14, der in den weiteren 3 bis 6 im
einzelnen dargestellt ist, weist einen Grundkörper 24 und Dichtelemente 26, 28, 30 und 32 auf.
Zwischen dem Grundkörper 24 und
den Dichtelementen 26, 28, 30, 32 ist
jeweils ein Federelement 34, 36, 38 und 40 angeordnet,
das bevorzugt aus einem federelastischen Material, insbesondere einem
elastomeren Material besteht. Der Ventilschieber 14 mit
seinem Grundkörper 24 den
Dichtelementen 26, 28, 30, 32 und
den Federelementen 34, 36 38, 40 ist
derart bemessen, daß im
eingebauten Zustand des Ventilschiebers 14 (1 und 2)
die Dichtelemente 26, 28 mit Vorspannung an einer
Ventilkammerwandung 42 und die Dichtelemente 30 und 32 mit
Vorspannung an dem Deckel 12b und dem Boden 12a,
die eine ober- und unterseitige Ventilkammerwandung bilden, anliegen.
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Der
Ventilschieber 14 weist an seiner Oberseite 44 (3)
und an seiner Unterseite 46 (4) jeweils
ein Lagerstück 48 bzw. 50 auf
(5), über die
der Ventilschieber 14 in der Ventilkammer 12 drehbar
gelagert ist. Das Lagerstück 48 weist
eine Innensechskantausnehmung 52 auf zur Aufnahme eines
Betätigungselements
zum Drehen des Ventilschiebers 14 und damit Regeln des
Wärmeträgermediumdurchflusses,
beispielsweise mittels eines Stellantriebes 53 (2).
An dem Ansatzstück 50 können zwei
Anschläge 54 und 56 vorgesehen
sein, die beim Drehen des Ventilschiebers 14 zur Drehwinkelbegrenzung
des Ventilschiebers 14 gegen entsprechende, in dem Boden 12a angeordnete
Anschläge anschlagen.
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Die
Dichtelemente 26, 28, 30 und 32 sind
mit dem Grundkörper 24 einstükkig verbunden,
wobei jeweils ein Ende eines Dichtelements mit dem Grundkörper 24 verbunden
ist, so daß die
Dichtelemente nach Art einer Zunge ausgebildet sind. Die Dichtelemente 26 und 28 liegen
an Stirnseiten 58 und 60 des Ventilschiebers 14 in
etwa diametral gegenüber
und weisen jeweils eine Dichtfläche 62 bzw. 64 auf,
die in etwa komplementär
zur Ventilkammerwandung 42, ausgebildet sind. Auf der Oberseite 44 und
der Unterseite 46 weist der Ventilschieber 14 jeweils
an einer Kante das Dichtelement 30 bzw. 32 auf,
die ihrerseits jeweils eine abgerundete Dichtkante 66 bzw. 68 aufweisen.
Der in der Ventilkammer angeordnete Ventilschieber 14 liegt
dann nur mit seinen Dichtflächen 62 und 64 an
den Ventikammerwandungen 42 und mit seinen Dichtkanten 66 bzw. 68 an
dem Deckel 12b bzw. dem Boden 12a an (3-6).
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Die
Federelemente 34, 38, und 40 weisen Hohlräume 70, 72 und 74 auf,
wodurch einerseits Material gespart wird und andererseits die Elastizität der Federelemente
erhöht
ist. Lediglich das Federelement 36 ist massiv ausgebildet,
da die Abmessungen zu klein sind für die Aufnahme eines Hohlraumes.
Die Federelemente 34, 38 und 40 sind
mit dem Grundkörper 24 zahnartig
verbunden, wie dies bei den Bezugsziffern 75 und 76 dargestellt
ist, damit die Federelemente sich auch bei starker Belastung nicht von
dem Grundkörper 24 ablösen können.
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Der
Ventilschieber 14 mit seinem Grundkörper 24, den Dichtelementen 26, 28, 30, 32 und
den Federelementen 34, 36, 38, 40 ist
in einem Zwei-Komponenten-Spritzgußverfahren
in einem Stück
hergestellt, wobei der Grundkörper
und die Dichtelemente aus einem Hartkunststoff, insbesondere Polypropylen
und die Federelemente aus einem Weichkunststoff, insbesondere einem
thermoplastischen Elastomer gespritzt sind.
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In
einer alternativen, in den 7 und 8 dargestellten
Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Ventilschiebers 114 bilden
der Grundkörper 124, die
Dichtelemente 126, 128, 132 und die Federelemente 134, 138 einzelne
Teile des Ventilschiebers 114, die zur Komplettierung des
Ventilschiebers 114 ineinander steckbar sind. Der Grundkörper 124 weist ebenfalls
ein Ansatz stück 148 auf,
zum drehbaren Lagern und Betätigen
des Ventilschiebers 114. Zwischen den Dichtelementen 126, 128,
die gegen die Ventikammerwandung 42 anlegbar sind und dem Dichtelement 132,
das gegen den Boden 12a der Ventilkammer 12 abdichtet,
einerseits und dem Grundkörper 124 andererseits
ist das einstückige
Federelement 134 angeordnet, das in seiner Funktion den
Federelementen 34, 36 und 40 des Ausführungsbeispiels
nach den 1 bis 6 entspricht.
Das Federelement 134 besteht ebenfalls bevorzugt aus einem
thermoplastischen Elastomer und weist zur Erhöhung der Federeigenschaften
Hohlräume 170 auf.
Das Federelement 138 dichtet gegen den Deckel 12b ab.
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Die
einzelnen Teile des Ventilschiebers 114 sind in separaten
Spritzgußverfahren
herstellbar und müssen
zur Montage des Ventilschiebers zusammengefügt werden. Der Grundkörper 124 und
die Dichtelemente 126, 128, 132 bestehen
bevorzugt wiederum aus Polypropylen und die Federelemente 134, 138 aus
einem thermoplastischen Elastomer. Ein derartiger Ventilschieber 114 ist
zwar aufwendiger herzustellen; er hat aber den Vorteil, daß die Federeigenschaften
verbessert sind, da die aus Hartkunststoff bestehenden Dichtelemente
nicht als Zungen ausgebildet und damit nicht einstückig mit
dem Grundkörper
verbunden sind.