DE202019005792U1

DE202019005792U1 - Mehrwege-Mehrebenenventil

Info

Publication number: DE202019005792U1
Application number: DE202019005792.7U
Authority: DE
Original assignee: Robertshaw Controls Co
Current assignee: Robertshaw Controls Co
Priority date: 2018-12-19
Filing date: 2019-12-19
Publication date: 2022-02-09
Anticipated expiration: 2029-12-20
Also published as: CN113227620B; EP3899329A1; WO2020132256A1; EP3899329A4; US11655906B2; CN113227620A; US20220010884A1; US11255450B2; US20200200284A1

Abstract

Ein Mehrwege-Mehrebenen-Ventil, das Folgendes umfasst:
ein Gehäuse (40), das einen inneren Hohlraum (56) definiert und eine Vielzahl von Anschlüssen (42, 44, 46, 48, 50) aufweist, wobei jeder der Vielzahl von Anschlüssen (42, 44, 46, 48, 50) in Verbindung mit dem inneren Hohlraum (56) steht und wobei mindestens ein Anschluss der Vielzahl von Anschlüssen in einer ersten Ebene liegt, die senkrecht zu einer zweiten Ebene der anderen Anschlüsse der Vielzahl von Anschlüssen ist; und
einen Schalenkörper (58), der drehbar innerhalb des inneren Hohlraums (56) angeordnet ist, um selektiv eine planare Fluidverbindung zwischen einer ersten Untergruppe der Vielzahl von Anschlüssen und eine Mehrebenen-Fluidverbindung zwischen einer zweiten Untergruppe der Vielzahl von Anschlüssen bereitzustellen.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Mehrwegeventile, insbesondere auf Mehrwegeventile mit mehreren Einlass- und Auslassöffnungen zur Steuerung des Durchflusses in verschiedenen Ebenen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Mehrwegeventile werden in einer Vielzahl von Branchen und Anwendungen eingesetzt. Solche Ventile verfügen über einen oder mehrere Einlassanschlüsse und einen oder mehrere Auslassanschlüsse. Ein in einem Gehäuse des Ventils angeordnetes Ventilglied ist für die Regelung des Durchflusses zwischen den verschiedenen Anschlüssen verantwortlich. Ein Teil des Ventilelements, z. B. ein Ventilschaft, ragt aus dem Gehäuse heraus und wird von einem am Mehrwegeventil angebrachten Stellantrieb betätigt. Der Aktuator steuert somit die Position des Ventilelements im Gehäuse, was wiederum den Durchfluss zwischen den verschiedenen Anschlüssen steuert.
Solche Mehrwegeventile haben den Vorteil, dass sie eine einzige Durchflussvorrichtung darstellen, die effektiv mehrere Durchflussvorrichtungen ersetzen kann, die nur einen einzigen Einlass und einen einzigen Auslass verwenden. Allerdings sind solche Mehrwegeventile nicht ohne Nachteile. Zum Beispiel steigt die Gesamtkomplexität des Ventils mit zunehmender Anzahl der Anschlüsse. Dies kann zu einer relativ hohen Anzahl von Bauteilen führen. Außerdem führt diese Komplexität in der Konstruktion auch zu einem komplexeren Herstellungsprozess für die Fertigung des Ventils. In der Tat sind die vielen Anschlüsse mit mehreren Ein- und Auslässen des Ventils verbunden, die an ein Gehäuse geschweißt werden müssen. Außerdem muss das gewünschte Fitting für jeden Ein- und Auslass ebenfalls an den jeweiligen Ein- oder Auslass angeschweißt werden.
Solche verschweißten Baugruppen erhöhen die Anzahl der potenziellen Leckagepfade des Ventils. Außerdem sind für solche Schweißnähte oft spezielle Bearbeitungsschritte an den Ein- und Auslässen sowie am Gehäuse erforderlich, um einen festen Sitz zwischen diesen Komponenten für das anschließende Schweißen zu gewährleisten.
Außerdem ist eine Vielzahl von Einzeldichtungen erforderlich, um die verschiedenen Anschlüsse des Mehrwegeventils effektiv gegeneinander abzudichten. Diese Mehrfachdichtungen führen auch zu einer Erhöhung der Gesamtkosten und der Komplexität des Mehrwegeventils.
Multi-Port-Ventile, die diese Probleme überwinden, sind beim Rechtsnachfolger der vorliegenden Anmeldung erhältlich und werden im US-Patent Nr. 9,212,751 („Valve system and method“ von Allan R. McLane et al.) beschrieben, das am 15. Dezember 2015 erteilt wurde, sowie in der parallel angemeldeten US-Patentanmeldung Nr. 15/945,173 (Publikations-Nr. 2018/0292016 , „Multi-port valve“ von Joe Ledvora et al.), eingereicht am 4. April 2018, und unter Beanspruchung der Priorität der U. S. provisorischen Anmeldung No. 62/483,167 , eingereicht am 7. April 2017, deren Lehren und Offenbarung hiermit in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme darauf aufgenommen werden.
In vielen Anwendungen, in denen solche Mehrwegeventile eingesetzt werden, ist ein Flüssigkeitsdurchfluss in mehreren Ebenen erforderlich, der typischerweise über die externe Verrohrung des Flüssigkeitsregelsystems bereitgestellt wird. Leider vergrößert die Verwendung solcher externen Rohrleitungen das erforderliche Volumen oder den Platzbedarf des gesamten Fluidsteuerungssystems erheblich und kann zu Problemen führen, die eine Neuverlegung anderer Komponenten im eignen oder anderen Systemen erforderlich machen, die dieses Volumen einnehmen müssen.
Dementsprechend besteht im Stand der Technik ein Bedarf an einem Mehrwegeventil, das eine Mehrebenen-Fluidströmung und -Regelung innerhalb des Volumens des Ventils selbst ermöglicht. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bieten ein solches Multi-Port-Multi-Ebenen-Ventil. Diese und andere Vorteile der Erfindung, sowie zusätzliche erfinderische Merkmale, werden aus der Beschreibung der Erfindung hier zur Verfügung gestellt ersichtlich sein.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In einem Aspekt stellen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ein Mehrwege-Mehrebenen-Ventil bereit, das eine reduzierte Anzahl von Teilen und geringere Kosten im Vergleich zu früheren Konstruktionen aufweist und das eine Mehrebenen-Fluidströmung und -Steuerung ermöglicht. Eine Ausführungsform eines solchen Mehrwege-Mehrebenenventils umfasst ein Gehäuse. Das Gehäuse definiert einen inneren Hohlraum. Das Gehäuse umfasst ferner eine Vielzahl von Anschlüssen, von denen mindestens einer in einer anderen Ebene als die anderen liegt. Vorzugsweise liegt mindestens einer der Anschlüsse in einer Ebene senkrecht zu der Ebene der anderen Anschlüsse. Jede der mehreren Öffnungen steht in Verbindung mit dem inneren Hohlraum.
Eine bevorzugte Ausführungsform umfasst auch einen Schalenkörper, der drehbar innerhalb des inneren Hohlraums angeordnet ist. Dieser Schalenkörper ist so konfiguriert, dass er einen Durchfluss zwischen verschiedenen Anschlüssen, die in der gleichen Ebene liegen, und zwischen verschiedenen Anschlüssen, die in unterschiedlichen Ebenen liegen, basierend auf seiner Winkelposition innerhalb des Ventilgehäuses ermöglicht.
Außerdem ist ein Dichtungselement vorgesehen, das eine Vielzahl von Öffnungen aufweist und den Schalenkörper so umgibt, dass es den Schalenkörper innerhalb des inneren Hohlraums umschreibt. In bestimmten Ausführungsformen ist jede Öffnung der Vielzahl von Öffnungen des Dichtungselements einer der Vielzahl von Anschlüssen zugeordnet, die in einer Ebene liegen, so dass jede der Vielzahl von Anschlüssen in dieser Ebene entlang des Außenumfangs des Dichtungselements gegeneinander abgedichtet ist.
In bestimmten Ausführungsformen dichtet das Dichtungselement in einer radialen Richtung nach außen gegen eine Innenfläche des Gehäuses. In anderen Ausführungsformen umfasst das Dichtungselement eine Vielzahl von Dichtungsrippen, die gegen den Schalenkörper abdichten. Das Dichtungselement kann ein durchgehendes Stück aus elastomerem Material sein oder umfasst einen starren Kern mit einer Vielzahl von daran befestigten elastomeren Dichtungen.
In bestimmten Ausführungsformen umfasst das Ventil auch eine Mehrzahl von Anschlusskörpern, die jeweils in der Mehrzahl von Anschlüssen aufgenommen sind, so dass ein Anschlusskörper der Mehrzahl von Anschlusskörpern in einem Anschluss der Mehrzahl von Anschlüssen aufgenommen ist. In bestimmten Ausführungsformen umfasst das Dichtungselement eine Vielzahl von Dichtungssegmenten.
Weitere Aspekte, Ziele und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlicher.
Figurenliste
Die beigefügten Zeichnungen, die Bestandteil der Beschreibung sind, veranschaulichen verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung der Prinzipien der Erfindung. In den Zeichnungen:

1 ist eine obere Querschnittsdarstellung einer Ausführungsform eines gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung aufgebauten Mehrwege-Mehrachsen-Ventils mit vier Anschlüssen in einer ersten Ebene der Darstellung und einem fünften Anschluss in einer zweiten Ebene senkrecht zur ersten Ebene, wobei sein Schalenkörper an einer 0°-Position angeordnet ist;
2 ist eine Querschnittsdarstellung der Ausführungsform des Mehrwege-Mehrachsventils von 1, dessen Schalenkörper in einer Position von 24° gegen den Uhrzeigersinn relativ zu der in 1 dargestellten Position des Schalenkörpers positioniert ist;
3 ist eine Querschnittsdarstellung der Ausführungsform des Mehrwege-Mehrachsen-Ventils von 1, dessen Schalenkörper in einer Position von 24° im Uhrzeigersinn relativ zu der in 1 dargestellten Position des Schalenkörpers positioniert ist;
4 ist eine Querschnittsdarstellung der Ausführungsform des Mehrwege-Mehrachsen-Ventils von 1, dessen Schalenkörper in einer 180°-Position relativ zu der in 1 dargestellten Position des Schalenkörpers positioniert ist;
5 ist eine Querschnittsdarstellung der Ausführungsform des Mehrwege-Mehrachsen-Ventils von 1, dessen Schalenkörper in einer Position von 156° gegen den Uhrzeigersinn relativ zu der in 1 dargestellten Position des Schalenkörpers positioniert ist;
6 ist eine Querschnittsdarstellung der Ausführungsform des Mehrwege-Mehrachsen-Ventils von 1, dessen Schalenkörper in einer Position von 156° im Uhrzeigersinn relativ zu der in 1 dargestellten Position des Schalenkörpers positioniert ist;
7 ist eine perspektivische rechtsseitige Ansicht der Ausführungsform des Mehrwege-Mehrachsen-Ventils von 1, die so positioniert ist, dass der in 1 nicht sichtbare fünfte Anschluss gezeigt wird;
8 ist eine perspektivische Ansicht der Unterseite der Ausführungsform des Mehrwege-Mehrachsen-Ventils von 1;
9 ist eine perspektivische Ansicht von unten auf die Ausführungsform des Mehrwege-Mehrachsen-Ventils von 2;
10 ist eine isometrische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des Mehrwege-Mehrebenen-Ventils der vorliegenden Erfindung;
11 ist eine isometrische perspektivische Ansicht einer in 10 gezeigten Ausführungsform des Mehrwege-Mehrebenen-Ventils der vorliegenden Erfindung, gedreht, um zusätzliche Merkmale dieser Ausführungsform zu zeigen;
12 ist eine isometrische perspektivische Querschnittsdarstellung der Ausführungsform des Mehrwege-Mehrachsen-Ventils von 10 mit darauf eingeblendeten illustrativen Strömungspfeilen;
13 ist eine obere Querschnittsdarstellung der Ausführungsform des Mehrwege-Mehrachsen-Ventils aus 10 mit darauf eingeblendeten illustrativen Strömungspfeilen, wobei der Schalenkörper in einer 0°-Position positioniert ist;
14 ist eine Querschnittsdarstellung der Ausführungsform des Mehrwege-Mehrachsen-Ventils von 10 mit illustrativen Strömungspfeilen und einem Indikator für einen geschlossenen Strömungsdurchgang, der darauf eingeblendet ist, wobei der Schalenkörper in einer Position von 24° gegen den Uhrzeigersinn relativ zu der in 13 dargestellten Position des Schalenkörpers positioniert ist;
15 ist eine Querschnittsdarstellung der Ausführungsförm des Mehrwege-Mehrachsen-Ventils von 10 mit illustrativen Strömungspfeilen und einem Indikator für einen geschlossenen Strömungsdurchgang, der darauf eingeblendet ist, wobei der Schalenkörper in einer Position von 24° im Uhrzeigersinn relativ zu der in 13 dargestellten Position des Schalenkörpers positioniert ist;
16 ist eine Querschnittsdarstellung der Ausführungsform des Mehrwege-Mehrachsen-Ventils von 10, auf der illustrative Strömungspfeile eingeblendet sind, wobei der Schalenkörper in einer 180°-Position relativ zu der in 13 dargestellten Position des Schalenkörpers positioniert ist;
17 ist eine Querschnittsdarstellung der Ausführungsform des Mehrwege-Mehrachsen-Ventils von 10 mit illustrativen Strömungspfeilen und einem Indikator für einen geschlossenen Strömungsdurchgang, der darauf eingeblendet ist, wobei der Schalenkörper in einer Position von 156° gegen den Uhrzeigersinn relativ zu der in 13 dargestellten Position des Schalenkörpers positioniert ist;
18 ist eine Querschnittsdarstellung der Ausführungsform des Mehrwege-Mehrachsen-Ventils von 10 mit illustrativen Strömungspfeilen und einem Indikator für einen geschlossenen Strömungsdurchgang, der darauf eingeblendet ist, wobei der Schalenkörper in einer Position von 156° im Uhrzeigersinn relativ zu der in 13 dargestellten Position des Schalenkörpers positioniert ist;
19 ist eine Querschnittsdarstellung einer Ausführungsform eines Mehrwege-Mehrachsen-Ventils mit illustrativen Strömungspfeilen und einem Indikator für einen geschlossenen Strömungsdurchgang, der darauf eingeblendet ist, mit einer alternativen Ausführungsform eines Schalenkörpers, der in einer Position von 24° gegen den Uhrzeigersinn relativ zu der in 13 dargestellten Position des Schalenkörpers positioniert ist; und
20 ist eine Querschnittsdarstellung der Ausführungsform des Mehrwege-Mehrachsen-Ventils von 19 mit illustrativen Strömungspfeilen und einem Indikator für einen geschlossenen Strömungsdurchgang, der darauf eingeblendet ist, wobei der Schalenkörper in einer Position von 24° im Uhrzeigersinn relativ zu der in 13 dargestellten Position des Schalenkörpers positioniert ist.

Während die Erfindung in Verbindung mit bestimmten bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wird, besteht keine Absicht, sie auf diese Ausführungsformen zu beschränken. Im Gegenteil, es wird beabsichtigt, alle Alternativen, Modifikationen und Äquivalente abzudecken, die im Geist und Umfang der Erfindung enthalten sind, wie durch die beigefügten Ansprüche definiert.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Im Folgenden werden Ausführungsformen einer Mehrwege-Mehrebenen-Ventilbaugruppe und des zugehörigen Mehrwege-Mehrebenen-Ventils beschrieben, wie aus den Figuren ersichtlich ist. Das Mehrwege-Mehrebenen-Ventil überwindet vorteilhaft bestehende Probleme in der Technik, indem es eine Gesamtkonstruktion mit einer reduzierten Anzahl von Teilen, einer reduzierten Anzahl von potenziellen Leckagepfaden, einer Reduzierung der Gesamtmontagezeit und -kosten und einer reduzierten externen Verrohrung darstellt, um einen Fluidfluss und eine Steuerung in mehreren Ebenen zu ermöglichen.
Wie in der oben identifizierten, parallel anhängigen US-Patentanmeldung Nr. 15/945,173 (Publikationsnummer 2018/0292016 , „Multi-Port valve“ von Joe Ledvora et al.), eingereicht am 4. April 2018, deren Lehre und Offenbarung hiermit vollständig durch Bezugnahme darauf aufgenommen wird, erörtert, umfassen Mehrwege-Ventilbaugruppen typischerweise, wie hier, einen Aktuator (hier nicht gezeigt), der an dem Mehrwege-Ventil montiert ist. Der Aktuator ist für die Betätigung eines Ventilelements (d. h. eines Schalenkörpers, wie unten beschrieben) verantwortlich, das wiederum die Durchflusseigenschaften durch das Ventil bestimmt. Der Aktuator kann jede Art von Aktuator sein, die typischerweise bei der Ventilbetätigung verwendet wird, z. B. rotierend, linear usw., und kann auf jede Art von Energiequelle zurückgreifen, die typischerweise bei der Ventilbetätigung verwendet wird, z. B. elektrisch, hydraulisch und pneumatisch usw. Die Überwachung der Drehposition des Ventilelements kann auch jede Art von Positionserfassung nutzen, z. B. über einen Hall-Effekt-Sensor, Potentiometer, Schrittmotorsteuerung usw. Der Aktuator und die Positionserfassung sind also nicht einschränkend für die vorliegende Erfindung.
In Bezug auf 1, eine Ausführungsform des Mehrwege-Mehrebenen-Ventils 32. Das Ventil 32 umfasst ein Gehäuse 40. In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Gehäuse 40 einteilig ausgebildet. Mit „einteilig ausgebildet“ ist gemeint, dass der Hauptkörper des Gehäuses 40 und die zugehörigen Anschlüsse nicht aus separaten Bauteilen zusammengesetzt sind, die anschließend durch ein Fügeverfahren, z.B. Schweißen, miteinander verbunden werden, wie dies bei herkömmlichen Ventilgehäusen der Fall ist. Vielmehr wird das Gehäuse 40 durch ein beliebiges Verfahren, das eine solche Konfiguration ermöglicht, wie z. B. Spritzguss, 3D-Druck usw., als ein einziges, einheitliches Stück geformt. Allerdings erwägen durch die Lehren hierin, dass das Gehäuse 40 als eine Anordnung von separaten Komponenten, die anschließend durch einen Fügeprozess zusammengefügt werden verkörpert werden kann.
Wie dargestellt, umfasst das Gehäuse 40 eine Vielzahl von Anschlüssen, insbesondere einen ersten Anschluss 42, einen zweiten Anschluss 44, einen dritten Anschluss 46, einen vierten Anschluss 48 und einen fünften Anschluss 50 (siehe 7), der in der dargestellten Ausführungsform in einer Ebene oder entlang einer Achse liegt, die senkrecht zu der Ebene der anderen vier Anschlüsse 42, 44, 46, 48 verläuft. Der Fachmann wird natürlich erkennen, dass auch andere Winkel vorgesehen werden können. Jeder der Anschlüsse 42, 44, 46, 48, 50 steht in Fluidverbindung mit einem inneren Hohlraum 56 des Gehäuses 40. Ferner kann jeder der Anschlüsse 42, 44, 46, 48, 50 als Einlass oder als Auslass oder beides des Ventils 32 fungieren.
Wie in 1 dargestellt, nimmt der innere Hohlraum 56 einen allgemein zylindrischen Schalenkörper 58 auf, der als Ventilelement zur Steuerung der Strömungen zwischen den mehreren Anschlüssen 42, 44, 46, 48, 50 dient. Ein Dichtungselement 60 ist ebenfalls im Hohlraum 56 aufgenommen und umgibt den Außenumfang des Schalenkörpers 58. Dieses Dichtungselement 58 ist ein durchgehendes zylindrisches Element, abgesehen von den darin ausgebildeten Öffnungen. Wie im Folgenden erläutert wird, ist das Dichtungselement 60 eine einteilige Dichtung, die vorteilhafterweise eine Dichtung für jeden der mehreren Anschlüsse 42, 44, 46, 48 erzeugt, um unbeabsichtigte Querströmungen oder Kurzschlüsse zu verhindern.
Das Dichtungselement 60 dichtet den inneren Hohlraum 56 ebenfalls vorteilhaft vollständig ab, so dass keine zusätzlichen Dichtungen mit dem Anschluss 50 oder einem Deckel 62 (siehe 7) des Ventils 32 verbunden sein müssen. Es ist jedoch möglich, dass das Dichtungselement 60 auch als separate, in Umfangsrichtung unmittelbar nebeneinander liegende Dichtungssegmente ausgebildet ist, die zusammen ein Dichtungselement definieren, das den Schalenkörper 58 umgibt. Der Begriff „Dichtungselement“, wie er hier verwendet wird, umfasst beide Konfigurationen, d.h. ein einzelnes einheitliches Dichtungselement oder ein aus mehreren Dichtungssegmenten gebildetes Dichtungselement.
Der Schalenkörper 58 enthält eine Vielzahl von Öffnungen. Die Öffnungen des Dichtungselements 60 bleiben statisch mit den Anschlüssen 42, 44, 46, 48, 50 ausgerichtet, so dass jede Öffnung einem Anschluss zugeordnet ist und gegen eine Innenfläche des Gehäuses 40, die den Hohlraum 56 definiert, um die Öffnung des Anschlusses in den Hohlraum 56 abdichtet. Die Öffnungen 20 und 22 im Schalenkörper 58 sind jedoch selektiv auf die Anschlüsse 42, 44, 46, 48 ausrichtbar, und die Öffnung 24 ist auf den Anschluss 50 ausgerichtet, um die Strömungen zwischen den Anschlüssen zu regeln. Der Schalenkörper 58 enthält einen Ventilschaft 64 (siehe 7), der sich durch eine Öffnung im Gehäuse 40 erstreckt. Dieser Ventilschaft, und damit auch der Rest des Gehäuses 58, ist durch einen Aktuator, wie oben beschrieben, um eine Achse drehbar.
Eine Vielzahl von Anschlusskörpern, nämlich ein erster Anschlusskörper 224, ein zweiter Anschlusskörper 226, ein dritter Anschlusskörper 228, ein vierter Anschlusskörper 230 und ein fünfter Anschlusskörper 232 (siehe 7) sind jeweils in den ersten bis fünften Anschlüssen 42, 44, 46, 48, 50 aufgenommen, wie dargestellt. Die Anschlusskörper 224, 226, 228, 230 sind im Wesentlichen identisch zueinander, der Anschlusskörper 232 unterscheidet sich jedoch in der dargestellten Ausführungsform. Der Anschlusskörper 224, 226, 228, 230 umfasst eine Durchgangsbohrung 238, 240, 242, 244, die mit einem inneren Hohlraum 56 in Verbindung steht, der einen Schalenkörper 58 enthält, der drehbar durch die Öffnung 42, 44, 46 bzw. 48 des Gehäuses 40 darin angeordnet ist. Der Anschlusskörper 232 ermöglicht den Durchgang durch die Öffnung 50 des Gehäuses 40, wie in 7 gezeigt.
Nachdem nun der Aufbau einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben wurde, wird die Aufmerksamkeit nun auf die Ausrichtung des Schalenkörpers 58 in jeder der 1-6 gerichtet, um die Fluidsteuerung zu erörtern, die durch die Drehung desselben bereitgestellt wird.
Wie in 1 dargestellt, befindet sich der Schalenkörper 58 in einer ersten Position, die hier als 0° bezeichnet wird. In dieser Position stellen die Öffnungen 20 und 24 eine Fluidverbindung zwischen den Anschlüssen 48 und 50 her (siehe 7) und sorgen für eine Änderung der Strömungsachse zwischen den beiden unterschiedlichen Ebenen, in denen die Anschlüsse 48 und 50 liegen. In dieser Position stellt die Öffnung 22 eine Flüssigkeitsverbindung zwischen den Anschlüssen 42, 44 und 46 her. Diese Verbindung ist zwischen den Anschlüssen 42 und 44 gleich und kann in bestimmten Ausführungsformen eine 50-50%ige Mischung des Fluidstroms von den Anschlüssen 42, 44 in den Anschluss 46 oder umgekehrt bewirken. In der Tat kann die prozentuale Mischung oder Strömung zwischen den Anschlüssen 42, 44 durch Drehen des Schalenkörpers 58 variiert werden, um eine größere oder geringere Verbindung mit der Öffnung 22 herzustellen.
Sobald der Schalenkörper 58 in der in 2 gezeigten Ausführungsform um 24° gedreht wurde, ist der Anschluss 44 isoliert, so dass er keine Fluidverbindung zu einem der anderen Anschlüsse hat. Zwischen den Anschlüssen 42 und 46 (und zwischen 48 und 50) besteht jedoch weiterhin eine Flüssigkeitsverbindung. Eine Drehung des Schalenkörpers 58 um etwa 24° aus der Ausrichtung von 1 in die andere Richtung, wie in 3 gezeigt, isoliert den Anschluss 42, so dass er keine Fluidverbindung zu einem der anderen Anschlüsse hat. Eine Fluidverbindung zwischen den Anschlüssen 44 und 46 (und zwischen 48 und 50) ist jedoch weiterhin gegeben. Wenn der Drehwinkel variiert wird, variiert auch die Fläche der Öffnungen 20 und 22, die dem jeweiligen Anschluss ausgesetzt ist, sobald sich eine Kante der Öffnung über die Kante der Dichtung 60 hinaus bewegt.
4-6 zeigen ähnliche Rotationsausrichtungen wie in 1-3, jedoch ausgehend von einer Ausrichtung des Schalenkörpers 58, die 180° von der in 1 gezeigten abweicht. Solche Ausrichtungen ermöglichen eine Fluidverbindung zwischen den Anschlüssen 46 und 50 und eine variable Vermischung (oder Aufteilung) der Strömung zwischen den Anschlüssen 42, 44 und 48 sowie eine Isolierung der Anschlüsse 42 und 44, wie in Bezug auf die 2 und 3 erläutert.
Bei der symmetrischen Anordnung der vier Anschlüsse 42, 44, 46, 48 und der Öffnungen 20, 22 ergibt sich für den Fachmann aus dem Vorstehenden eine ähnliche Funktionsweise, wenn der Schalenkörper 58 zunächst um 90° und 270° von der in 1 gezeigten Ausrichtung abgewichen wird, und auf eine Erörterung derselben wird im Interesse der Kürze verzichtet.
7 und 8 zeigen isometrische Seitenansichten der Ausführungsform des Mehrwege-Mehrebenen-Ventils 32, bei der der Schalenkörper 58 wie in 1 gezeigt positioniert ist, wenn man in den Anschlusskörper 224 bzw. 228 hineinschaut. 9 zeigt isometrische Seitenansichten der Ausführungsform des Mehrwege-Mehrebenen-Ventils 32, bei der der Schalenkörper 58 wie in 2 gezeigt positioniert ist, wenn man in den Anschlusskörper 228 hineinschaut.
Die und zeigen isometrische Ansichten einer Ausführungsform eines Mehrwege-Mehrebenen-Ventils, die der oben beschriebenen ähnlich ist. Die Bezugsziffern wurden jedoch entfernt und durch fünf Anschlussbezeichnungen 1 - 5 ersetzt, um das Verständnis der Funktionsweise für die folgende Beschreibung zu vereinfachen. Um die Beschreibung zu erleichtern, ist die isometrische Querschnittsansicht von 12 ebenfalls aufschlussreich, da sie die inneren Durchgänge und den Schalenkörper mit denselben fünf Anschlussbezeichnungen 1 - 5 zeigt. Außerdem werden in 12 und den nachfolgenden Abbildungen Durchflusspfeile und Symbole für blockierten Durchfluss eingeführt, um das Verständnis für die Funktionsweise des Ventils zu erleichtern. Es ist jedoch zu beachten, dass die Richtungspfeile in den 12-20 die Durchflussrichtung durch das Ventil nicht einschränken, sondern nur mögliche Durchflüsse durch das Ventil auf der Grundlage der durch die Positionierung des Gehäuses ermöglichten Kommunikation veranschaulichen. In der Tat ist ein Durchfluss in andere Richtungen aufgrund der externen Verrohrung und des Durchflusssystems ebenfalls möglich, und ein Durchfluss in beide Richtungen zu unterschiedlichen Zeiten durch dieselben Anschlüsse ist aufgrund dieser externen Faktoren ebenfalls möglich.
In 13 befindet sich der Schalenkörper in einer ersten Position, die hier als 0° bezeichnet wird. In dieser Position stellt der Schalenkörper eine Fluidverbindung zwischen den Anschlüssen 3 und 5 und eine Fluidverbindung zwischen den Anschlüssen 1, 2 und 4 her. Wenn der Schalenkörper gedreht wird, kann der prozentuale Durchfluss zwischen den Anschlüssen 2 und 4 variiert werden, um einen größeren oder geringeren Durchfluss von Anschluss 1 bereitzustellen.
Sobald der Schalenkörper in der in 14 dargestellten Ausführungsform um 24° gedreht wurde, ist der Anschluss 4 isoliert, wie durch das Symbol für blockierten Durchfluss dargestellt, so dass er keine Fluidverbindung zu einem der anderen Anschlüsse hat. Zwischen den Anschlüssen 1 und 2 (und zwischen 3 und 5) besteht jedoch weiterhin eine Flüssigkeitsverbindung. Eine Drehung des Schalenkörper um 24° aus der Ausrichtung von 13 in die andere Richtung, wie in 15 gezeigt, isoliert den Anschluss 2, wie durch das Symbol für blockierte Strömung dargestellt, so dass er keine Fluidverbindung zu einem der anderen Anschlüsse hat. Zwischen den Anschlüssen 1 und 4 (und zwischen 3 und 5) besteht jedoch weiterhin eine Flüssigkeitsverbindung.
16-18 zeigen ähnliche Rotationsausrichtungen wie in 13-15, jedoch ausgehend von einer Ausrichtung des Schalenkörpers, die um 180° von der in 13 gezeigten abweicht. Solche Ausrichtungen ermöglichen eine Fluidverbindung zwischen den Anschlüssen 1 und 5 und einen variablen Durchfluss zwischen den Anschlüssen 3, 2 und 4 sowie eine Isolierung der Anschlüsse 4 und 2, wie in Bezug auf die 14 und 15 erläutert.
Bei der symmetrischen Anordnung der vier Anschlüsse 1 - 4 und der Öffnungen im Schalenkörper ergibt sich für den Fachmann aus dem Vorstehenden eine ähnliche Funktionsweise, wenn der Schalenkörper zunächst um 90° und 270° von der in 13 gezeigten Ausrichtung abgewichen wird, und auf eine Erörterung dessen wird im Interesse der Kürze verzichtet.
In den und ist eine Ausführung des Mehrwege-Mehrebenen-Ventilsdargestellt, die einen Schalenkörper mit einem ersten und einem zweiten Strömungsverbesserungskanal 20A, 20B auf beiden Seiten der Öffnung 20 aufweist. Diese Strömungsverbesserungskanäle 20A, 20B stellen auch eine Fluidverbindung zur Öffnung 24 her, die zum Anschluss 5 führt, und dienen dazu, den Durchfluss durch die rechtwinklige Öffnung zu erhöhen, wenn der Schalenkörper in eine Position gedreht wurde, die den Durchfluss durch einen der Anschlüsse (4 in 19 und 2 in 20) auf der anderen Seite des Ventils blockiert. Eine solche verstärkte Strömung reduziert den Druckabfall, der auf einer Seite des Ventils auftritt, wenn Strömungswege auf der anderen Seite des Ventils gesteuert werden. In Ausführungsformen ist die Öffnung 20 breiter als der erste Strömungsverbesserungskanal 20A und breiter als der zweite Strömungsverbesserungskanal 20B. In weiteren Ausführungsformen hat der erste Strömungsverbesserungskanal 20A die gleiche Breite wie der zweite Strömungsverbesserungskanal 20B.
Wie hierin beschrieben, Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Das Mehrwege-Mehrebenen-Ventil überwindet vorteilhaft bestehende Probleme im Stand der Technik, indem es eine Gesamtkonstruktion mit einer reduzierten Anzahl von Teilen, eine reduzierte Anzahl von potenziellen Leckagepfaden und eine Reduzierung der Gesamtmontagezeit und -kosten aufweist. In Ausführungsformen ist das Mehrwege-Mehrebenen-Ventil besonders geeignet für die Führung von Kühlmittel in einem thermischen System, z. B. einem Motor eines Fahrzeugs. Beispielsweise kann das Mehrwege-Mehrebenen-Ventil zur Führung von Kühlmittel in einem ersten thermischen Kreislauf und mindestens einem weiteren thermischen Kreislauf verwendet werden. In Ausführungsformen kann ein erster thermischer Kreislauf dazu dienen, das Kühlmittel zu den Komponenten des Motors oder der Batterie zu leiten, die gekühlt oder erwärmt werden müssen, und ein zweiter thermischer Kreislauf kann vorgesehen sein, um das Kühlmittel zu kühlen oder zu erwärmen (z. B. zu einem Kühler, einer Kältemaschine oder einer Heizung). Je nach den besonderen Anforderungen des Kühlmittels und der Komponenten, zu denen es geleitet wird, kann der Schalenkörper 58 gedreht werden, um den Kühlmittelstrom durch die gewünschten thermischen Kreisläufe zu leiten.
Alle Referenzen, einschließlich Veröffentlichungen, Patentanmeldungen und Patente, die hier zitiert werden, werden hiermit durch Verweis in demselben Umfang einbezogen, als ob jede Referenz einzeln und ausdrücklich als durch Verweis einbezogen angegeben wäre und hier in ihrer Gesamtheit wiedergegeben würde.
Die Verwendung der Begriffe „ein/eine/einer“ und „der/die/das“ und ähnlicher Bezeichnungen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erfindung (insbesondere im Zusammenhang mit den folgenden Ansprüchen) ist so auszulegen, dass sie sowohl die Einzahl als auch die Mehrzahl umfasst, sofern hier nicht anders angegeben oder durch den Kontext eindeutig widerlegt. Die Begriffe „umfassend“, „mit“, „einschließlich“ und „enthaltend“ sind als offene Begriffe zu verstehen (d. h. im Sinne von „einschließlich, aber nicht beschränkt auf”), sofern nicht anders angegeben. Die Erwähnung von Wertebereichen dient lediglich als Kurzbezeichnung für jeden einzelnen Wert, der in den Bereich fällt, sofern hier nicht anders angegeben, und jeder einzelne Wert wird in die Spezifikation aufgenommen, als ob er hier einzeln aufgeführt wäre. Alle hier beschriebenen Methoden können in jeder geeigneten Reihenfolge durchgeführt werden, sofern hier nicht anders angegeben oder durch den Kontext eindeutig widersprochen wird. Die Verwendung von Beispielen oder beispielhaften Ausdrücken (z. B. „wie“) dient lediglich der besseren Veranschaulichung der Erfindung und stellt keine Einschränkung des Erfindungsumfangs dar, sofern nicht anders angegeben. Keine Formulierung in der Beschreibung sollte so ausgelegt werden, dass ein nicht beanspruchtes Element als wesentlich für die Ausführung der Erfindung angesehen wird.
Bevorzugte Ausführungsformen dieser Erfindung sind hierin beschrieben, einschließlich der besten den Erfindern bekannten Art und Weise zur Ausführung der Erfindung. Variationen dieser bevorzugten Ausführungsformen können für den Fachmann beim Lesen der vorstehenden Beschreibung offensichtlich werden. Die Erfinder gehen davon aus, dass der Fachmann solche Variationen in geeigneter Weise einsetzen wird, und die Erfinder beabsichtigen, die Erfindung in anderer Weise als in der hierin ausdrücklich beschriebenen Weise auszuführen. Dementsprechend umfasst diese Erfindung alle Modifikationen und Äquivalente des in den beigefügten Ansprüchen genannten Gegenstands, soweit dies nach geltendem Recht zulässig ist. Darüber hinaus ist jede Kombination der oben beschriebenen Elemente in allen möglichen Variationen davon von der Erfindung umfasst, sofern hier nicht anders angegeben oder durch den Kontext eindeutig widerlegt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 9212751 [0006]
US 15/945173 [0006, 0018]
US 2018/0292016 [0006, 0018]
US 62/483167 [0006]

Claims

Ein Mehrwege-Mehrebenen-Ventil, das Folgendes umfasst: ein Gehäuse (40), das einen inneren Hohlraum (56) definiert und eine Vielzahl von Anschlüssen (42, 44, 46, 48, 50) aufweist, wobei jeder der Vielzahl von Anschlüssen (42, 44, 46, 48, 50) in Verbindung mit dem inneren Hohlraum (56) steht und wobei mindestens ein Anschluss der Vielzahl von Anschlüssen in einer ersten Ebene liegt, die senkrecht zu einer zweiten Ebene der anderen Anschlüsse der Vielzahl von Anschlüssen ist; und einen Schalenkörper (58), der drehbar innerhalb des inneren Hohlraums (56) angeordnet ist, um selektiv eine planare Fluidverbindung zwischen einer ersten Untergruppe der Vielzahl von Anschlüssen und eine Mehrebenen-Fluidverbindung zwischen einer zweiten Untergruppe der Vielzahl von Anschlüssen bereitzustellen.
Das Mehrwege-Mehrebenen-Ventil nach Anspruch 1, wobei der Schalenkörper (58) eine Öffnung (20) und mindestens einen in der zweiten Ebene angeordneten Strömungsverbesserungskanal (20A, 20B) aufweist, wobei der mindestens eine Strömungsverbesserungskanal so konfiguriert ist, dass er einen Druckabfall verringert, der in der Mehrebenen-Fluidverbindung auftritt, wenn die planare Fluidverbindung zwischen der zweiten Untergruppe der mehreren Anschlüsse verändert wird.
Das Mehrwege-Mehrebenen-Ventil nach Anspruch 2, wobei der mindestens eine Strömungsverbesserungskanal einen ersten Strömungsverbesserungskanal (20A), der auf einer ersten Seite der Öffnung (20) angeordnet ist, und einen zweiten Strömungsverbesserungskanal (20B), der auf einer zweiten Seite der Öffnung (20) angeordnet ist, umfasst.
Das Mehrwege-Mehrebenen-Ventil nach Anspruch 3, wobei die Öffnung (20) breiter ist als der erste Strömungsverbesserungskanal (20A) und breiter als der zweite Strömungsverbesserungskanal (20B).
Das Mehrwege-Mehrebenen-Ventil nach Anspruch 4, wobei der erste Strömungsverbesserungskanal (20A) die gleiche Breite wie der zweite Strömungsverbesserungskanal (20B) hat.
Das Mehrwege-Mehrebenen-Ventil nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Anschluss der Vielzahl von Anschlüssen einen ersten Anschluss umfasst und wobei die anderen Anschlüsse der Vielzahl von Anschlüssen einen zweiten Anschluss, einen dritten Anschluss, einen vierten Anschluss und einen fünften Anschluss umfassen.
Das Mehrwege-Mehrebenen-Ventil nach Anspruch 6, wobei der Schalenkörper (58) so konfiguriert ist, dass er eine Mehrebenen-Fluidkommunikation zwischen dem ersten Anschluss und höchstens einem des zweiten Anschlusses, des dritten Anschlusses, des vierten Anschlusses oder des fünften Anschlusses bei jedem beliebigen Drehwinkel des Schalenkörpers bereitstellt.
Das Mehrwege-Mehrebenen-Ventil nach Anspruch 6, wobei der Schalenkörper (58) so konfiguriert ist, dass er bei jedem beliebigen Drehwinkel des Schalenkörpers (58) eine ebene Fluidverbindung zwischen mindestens zwei des zweiten Anschlusses, des dritten Anschlusses, des vierten Anschlusses oder des fünften Anschlusses herstellt.
Das Mehrwege-Mehrebenen-Ventil nach Anspruch 6, wobei der zweite Anschluss, der dritte Anschluss, der vierte Anschluss und der fünfte Anschluss im rechten Winkel zueinander angeordnet sind.
Das Mehrwege-Mehrebenen-Ventil nach Anspruch 9, wobei bei einem Referenzdrehwinkel von 0° die zweite Untergruppe der Vielzahl von Anschlüssen den ersten Anschluss in Mehrebenen-Fluidkommunikation mit dem zweiten Anschluss umfasst und wobei die erste Untergruppe der Vielzahl von Anschlüssen eine planare Fluidkommunikation zwischen dem dritten Anschluss, dem vierten Anschluss und dem fünften Anschluss umfasst.
Das Mehrwege-Mehrebenen-Ventil nach Anspruch 10, wobei bei einem Drehwinkel von etwa 24° relativ zum Referenzdrehwinkel von 0° die zweite Untergruppe der Vielzahl von Anschlüssen den ersten Anschluss in Mehrebenen-Fluidkommunikation mit dem zweiten Anschluss umfasst, wobei der dritte Anschluss fluidmäßig vom vierten Anschluss und vom fünften Anschluss isoliert ist, und wobei die erste Untergruppe der Vielzahl von Anschlüssen den vierten Anschluss in planarer Fluidkommunikation mit dem fünften Anschluss umfasst.
Das Mehrwege-Mehrebenen-Ventil nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse (40) als ein einziges, einheitliches Stück ausgebildet ist.
Das Mehrwege-Mehrebenen-Ventil nach Anspruch 1, das ferner ein Dichtungselement (60) umfasst, das zwischen dem Schalenkörper (58) und dem Gehäuse (40) angeordnet ist, wobei das Dichtungselement so konfiguriert ist, dass es eine unbeabsichtigte Querströmung zwischen der Vielzahl von Anschlüssen verhindert.
Das Mehrwege-Mehrebenen-Ventil nach Anspruch 13, wobei das Dichtungselement (60) ein einziges, einheitliches Stück ist.
Das Mehrwege-Mehrebenen-Ventil nach Anspruch 13, wobei das Dichtungselement (60) eine Vielzahl von Dichtungssegmenten umfasst und wobei jedes der Dichtungssegmente in einer Umfangsrichtung unmittelbar neben einem anderen Dichtungssegment angeordnet ist.