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Die Erfindung betrifft eine Ventileinheit zur Steuerung eines Fluidstroms gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Solche Ventileinheiten sind in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Insbesondere kommen sie in Kraftfahrzeugen, beispielsweise als 3/2-Wegeventil oder als 2/2-Wegeventil für die Steuerung von Flüssigkeitsströmen zum Einsatz. Solche vorbekannten Ventileinheiten weisen ein Schließelement auf, das zwischen mindestens zwei Schaltstellungen beweglich ist. Beim 3/2-Wegeventil wird Flüssigkeit in der einen Schaltstellung von der Einlassöffnung zur einen Auslassöffnung geleitet, während sie in der anderen Schaltstellung von der Einlassöffnung zur anderen Auslassöffnung geleitet wird. Beim 2/2-Wegeventil ist der Flüssigkeitsdurchlass in der einen Schaltstellung geöffnet und in der anderen Schaltstellung geschlossen. Die Bewegung des Schließelements erfolgt mittels einer Antriebseinrichtung, die gewöhnlich einen Elektromagneten aufweist. Bei einigen Ausführungsformen wird das Schließelement durch die Kraft einer Rückstellfeder in eine als Grundstellung bezeichnete Schaltstellung gedrängt und muss zum Schalten durch die vom Elektromagneten aufgewendete Kraft gegen die Kraft der Rückstellfeder bewegt werden. Bei Druckspitzen ist es jedoch möglich, dass die Schließkraft nicht ausreicht, um das Ventil dicht zu halten.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Ventileinheit der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass ein unerwünschtes Bewegen des Schließelements erschwert wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Ventileinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass äußere Kräfte, die in der Richtung auf das Schließelement wirken, in der es verschieblich ist, praktisch keine Verschiebung des Schließelements bewirken können, da die Ventileinheit mechanisch selbsthemmend ist.
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Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel ist die Gewindespindel fest mit dem Schließelement verbunden und somit mit diesem linear beweglich. Dabei wird bevorzugt, dass die Antriebseinrichtung eine bezüglich des Ventilgehäuses ortsfest angeordnete, vom Motor oder rhetorisch angetriebene Spindelmutter aufweist, in deren Gewinde das Gewinde der Gewindespindel eingreift. Vorzugsweise sind das Schließelement und die Gewindespindel dann einstückig zusammenhängend ausgebildet. Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel ist die Gewindespindel bezüglich des Ventilgehäuses unverschieblich und drehbar angeordnet und das Schließelement ist fest mit einer Spindelmutter verbunden, in deren Gewinde das Gewinde der Gewindespindel eingreift. Dabei wird bevorzugt, dass das Schließelement und die Spindelmutter einstückig zusammenhängend ausgebildet sind.
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Es wird bevorzugt, dass das Schließelement in jeder seiner Schaltstellungen dichtend auf einem Ventilsitz sitzt. Zweckmäßig ist eine das Schließelement mit Kraft beaufschlagende Rückstellfeder vorgesehen, wobei das Schließelement gegen die Federkraft aus einer ersten der Schaltstellungen beweglich ist. Beim ersten Ausführungsbeispiel beaufschlagt die Rückstellfeder dabei zweckmäßig die Spindelmutter mit Drehmoment, so dass diese zum Bewegen des Schließelements aus der ersten Schaltstellung gegen die Kraft der Rückstellfeder gedreht werden muss. Beim zweiten Ausführungsbeispiel beaufschlagt die Rückstellfeder entsprechend die Gewindespindel mit Drehmoment, so dass diese zum Bewegen des Schließelements aus der ersten Schaltstellung gegen die Kraft der Rückstellfeder gedreht werden muss. Die Rückstellfeder ist zweckmäßig eine Spiralfeder, welche auf einfache Weise eine in Drehrichtung der Spindelmutter bzw. der Gewindespindel wirkende Kraft und somit ein Drehmoment aufbringt.
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Die Antriebseinrichtung ist zweckmäßig außerhalb des Ventilgehäuses angeordnet und das Schließelement bzw. die Gewindespindel ist durch das Ventilgehäuse durchgeführt. Insbesondere dann, wenn, wie in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, der Motor ein Elektromotor ist, ist eine Anordnung der Antriebseinrichtung außerhalb des von Flüssigkeit durchströmten Ventilgehäuses von Vorteil, so dass das Eindringen von Flüssigkeit in den Motor verhindert wird.
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Die Antriebseinrichtung ist zweckmäßig in einem Antriebsgehäuse angeordnet, das mit dem Ventilgehäuse verbunden ist. Dabei wird bevorzugt, dass das Antriebsgehäuse lösbar mit dem mit Ventilgehäuse verbunden ist, so dass durch Lösen des Antriebsgehäuses vom Ventilgehäuse die Antriebseinrichtung auf einfache Weise ausgetauscht werden kann. Zudem wird bevorzugt, dass die Rückstellfeder im Antriebsgehäuse angeordnet ist.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand zweier in der Zeichnung schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Es zeigen
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1 eine Ventileinheit gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in Schnittdarstellung und
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2 eine Ventileinheit gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel in Schnittdarstellung.
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Die 1 dargestellte Ventileinheit 10 weist ein Ventilgehäuse 12 mit einer Einlassöffnung 14 für Flüssigkeit sowie einer ersten Auslassöffnung 16 und einer zweiten Auslassöffnung 18 auf. Im Ventilgehäuse 12 ist ein Schließelement 20 zwischen zwei Schaltstellungen verschieblich angeordnet, das zudem abgedichtet durch das Ventilgehäuse 12 durchgeführt ist und aus diesem herausragt. In der in der Zeichnung dargestellten, als Grundstellung bezeichneten ersten Schaltstellung liegt ein auf dem Schließelement 20 angeordneter erster Dichtring 22 an einem ersten Ventilsitz 24 an, so dass der Durchlass zwischen der Einlassöffnung 14 und der ersten Auslassöffnung 16 gesperrt ist, während zwischen der Einlassöffnung 14 und der zweiten Auslassöffnung 18 ein Durchlasskanal 26 geöffnet ist. Aus der Grundstellung kann das Schließelement 20 in der gezeigten Darstellung nach rechts bewegt werden, bis ein zweiter auf ihm angeordneter Dichtring 28 an einem zweiten Ventilsitz 30 anliegt, so dass der Durchlasskanal 26 geschlossen ist und ein Durchlass zwischen der Einlassöffnung 14 und der ersten Auslassöffnung 16 offen ist. Bei der Ventileinheit handelt es sich somit um ein 3/2-Wegeventil.
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Um das Schließelement 20 zwischen den beiden Schaltstellungen zu bewegen, ist eine Antriebseinrichtung 32 vorgesehen, die ein Antriebsgehäuse 34 aufweist. Im Antriebsgehäuse 34 ist ein Elektromotor 36 angeordnet, der eine ortsfest im Antriebsgehäuse 34 drehbar montierte Spindelmutter 38 antreibt, indem ein vom Elektromotor 36 gedrehtes Ritzel 40 in ein fest mit der Spindelmutter 38 verbundenes Stirnrad 42 eingreift. Das Innengewinde der Spindelmutter 38 ist mit einem Außengewinde einer Gewindespindel 44 in Eingriff. In das Antriebsgehäuse 34 ist zudem ein Ende 46 des Schließelements 20 abgedichtet eingeführt, das einstückig mit der Gewindespindel 44 verbunden ist. Eine Drehung der Spindelmutter 38 bewirkt somit eine Längsverschiebung der nicht drehbar gelagerten Gewindespindel 44 und damit auch eine Längsverschiebung des Schließelements 20. Im Antriebsgehäuse 34 ist zudem eine die Spindelmutter 38 beaufschlagende Spiralfeder 48 angeordnet, die beim Herausbewegen des Schließelements 20 aus der Grundstellung gespannt wird und eine Rückstellkraft aufbringt, die das Schließelement 20 in die Grundstellung drängt. Wird keine weitere äußere Kraft auf das Schließelement 20 ausgewirkt, so wird es durch das von der Spiralfeder 48 aufgebrachte Drehmoment selbsttätig in die Grundstellung bewegt bzw. in dieser gehalten, was der Verwirklichung des Fail-Safe-Prinzips entspricht. Das Antriebsgehäuse 34 kann zudem lösbar am Ventilgehäuse 12 befestigt sein, so dass die Antriebseinrichtung 32 mit Ausnahme der fest auf dem Schließelement 20 sitzenden Gewindespindel 40 ausgetauscht werden kann.
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Die Ventileinheit 110 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel (2) ist ebenfalls als 3/2-Wegeventil ausgebildet und weist ein Ventilgehäuse 112 mit einer Einlassöffnung 114 für Flüssigkeit sowie zwei Auslassöffnungen 116 und 118 auf. Desweiteren ist ein Schließelement 120 vorgesehen, das in der in 2 dargestellten ersten Schaltstellung (Grundstellung) mit einem auf ihm angeordneten ersten Dichtring 122 an einem ersten Ventilsitz 124 anliegt, so dass der Durchlass zwischen der Einlassöffnung 114 und der ersten Auslassöffnung 116 gesperrt ist, während zwischen der Einlassöffnung 114 und der zweiten Auslassöffnung 118 ein Durchlasskanal 126 geöffnet ist. Wie schon im ersten Ausführungsbeispiel kann auch hier das Schließelement 120 aus der Grundstellung nach rechts bewegt werden, bis ein zweiter auf ihm angeordneter Dichtring 128 an einem zweiten Ventilsitz 130 anliegt, so dass der Durchlasskanal 126 geschlossen ist und ein Durchlass zwischen der Einlassöffnung 114 und der ersten Auslassöffnung 116 offen ist. Insoweit bestehen keine Unterschiede zur Ventileinheit 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
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Es ist desweiteren eine Antriebseinrichtung 132 vorgesehen, die ein Antriebsgehäuse 134 aufweist, in dem ein Elektromotor 136 angeordnet ist. Der Elektromotor 136 dreht ein Ritzel 140, das in ein Stirnrad 142 eingreift. Das Stirnrad 142 ist fest mit einer Gewindespindel 144 verbunden, die drehbar und unverschieblich im Antriebsgehäuse 134 gelagert ist. Ein Ende 150 der Gewindespindel 144 greift in das Schließelement 120 ein und ist mit einem Außengewinde versehen, das mit einem Innengewinde des Schließelements 120 in Eingriff steht. Das in 2 gezeigte linke Ende des Schließelements 120 ist somit eine Spindelmutter 138. Das Schließelement 120 ist nicht drehbar im Ventilgehäuse 112 angeordnet, so dass eine Drehung der Gewindespindel 144 eine Längsverschiebung des Schließelements 120 bewirkt. Im Antriebsgehäuse ist zudem eine Spiralfeder 148 angeordnet, deren Drehmoment auf die Gewindespindel 144 wirkt. Eine die Verschiebung des Schließelements 120 aus der Grundstellung bewirkende Drehung der Gewindespindel 144 erfolgt somit gegen die Rückstellkraft bzw. das rückstellende Drehmoment der Spiralfeder 148.
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Während beim ersten Ausführungsbeispiel das Ventilgehäuse 12 und das Antriebsgehäuse 34 als getrennte Baueinheiten ausgeführt sind, bilden das Ventilgehäuse 112 und das Antriebsgehäuse 134 beim zweiten Ausführungsbeispiel eine Baueinheit, und sie sind nicht voneinander lösbar. Ein Eindringen von Flüssigkeit aus dem Ventilgehäuse 112 in den Elektromotor 136 wird hier dadurch verhindert, dass im Antriebsgehäuse 134 ein um die Gewindespindel 144 rings umlaufender Spalt 152 angeordnet ist, auf dessen beiden Seiten in axialer Richtung die Gewindespindel 144 gegenüber dem Antriebsgehäuse 134 abgedichtet ist.
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Zusammenfassend ist folgendes festzuhalten: Die Erfindung betrifft eine Ventileinheit 10, 110 zur Steuerung eines Fluidstroms, insbesondere zur Steuerung eines Flüssigkeitsstroms, mit einem Ventilgehäuse 12, 112, das mindestens eine Einlassöffnung 14, 114 und mindestens eine Auslassöffnung 16, 116 für das Fluid aufweist, mit einem Schließelement 20, 120, das zumindest teilweise im Ventilgehäuse 12, 112 angeordnet und zwischen mindestens zwei Schaltstellungen beweglich ist, und mit einer Antriebseinrichtung 32, 132 zum Bewegen des Schließelements 20, 120. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Antriebseinrichtung 32, 132 einen Motor 36, 136 sowie eine vom Motor 36, 136 angetriebene, das Schließelement 20, 120 beaufschlagende Gewindespindel 44, 144 aufweist.
