DE3802467A1 - Drehventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Ventil mit einem Gehäuse mit einer Innenwand, welche eine Kammer mit im wesentlichen kreisrundem Querschnitt definiert, mit in Umfangsrichtung der Kammer versetzten Ein- und Auslaßöffnungen der Kammer und mit einem in der Kammer angeordneten Ventilelement, welches relativ zu der Kammer zwischen einer Schließ­ stellung, in der die Öffnungen geschlossen sind, und einer Offenstellung verdrehbar ist, in der die Öffnungen zumindest teilweise geöffnet sind und einen Strömungskanal durch das Ventil freigeben.

Die Erfindung befaßt sich also mit einem Ventil, welches einen in einem Gehäuse selektiv drehbaren Ventilkörper besitzt, der zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung verdrehbar ist, um eine Strömung durch das Ventil zu ermöglichen oder zu verhindern. Dabei ist das erfindungsgemäße Ventil speziell zur Steuerung der Strömung eines heißen Kühlmittels zwischen der wasser­ gekühlten Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs und einem Heizkörper für dessen Kabine angeordnet.

Ein Kühlmittel bzw. eine Kühlflüssigkeit enthält häufig Rost, Schmutz oder andere Fremdstoffpartikel. Bei den bekannten Ventilen besteht die Gefahr, daß diese Partikel zwischen dem Gehäuse und dem Ventilelement eingeklemmt werden, wenn letzteres gedreht wird. Dabei haben die Partikel die Tendenz, die zusammenwirkenden Dichtflächen des Ventils zu zerkratzen und zu beschädigen. Dies führt letztlich zu einem Lecken des Ventils und macht ein Auswechseln desselben erforderlich.

Ausgehend vom Stand der Technik und der vorstehend aufge­ zeigten Problematik, liegt der Erfindung die Aufgabe zu­ grunde, ein Ventil der eingangs angegebenen Art dahingehend zu verbessern, daß feste Partikel in der durch das Ventil zu steuernden Kühlmittelströmung nicht zu Schäden an den Dichtflächen des Ventils führen, so daß dieses auch bei verschmutzten Kühlmitteln lange Zeit dicht bleibt und eine beträchtlich erhöhte Lebensdauer erreicht.

Die gestellte Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Ventil gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das Ventilelement eine Nabe besitzt, welche in der Kammer um eine zur Mittel­ achse derselben konzentrische Drehachse drehbar gehaltert ist; daß zwei endlose Riemen aus elastischem, flexiblem Material vorgesehen sind; daß an der Nabe Halterungsein­ richtungen für die Riemen vorgesehen sind, durch die jeder der Riemen derart gehaltert ist, daß er auf einem beträcht­ lichen Teil seiner Länge an der Innenwand des Gehäuses an­ liegt, zusammen mit der Nabe als Ganzes um deren Drehachse drehbar ist und sich bei der Drehbewegung der Nabe in Form einer umlaufenden endlosen Schleife bezüglich der Nabe bewegt, um die Öffnungen zu öffnen bzw. zu schließen.

Es ist ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Ventils, daß die endlosen Riemen einerseits für eine gute Abdichtung der Gehäuseöffnungen sorgen und andererseits so an der Wand der Ventilkammer abrollen, daß Schmutzpartikel und dergleichen nicht zu einem Zerkratzen bzw. einer Beschädigung der zusammenwirkenden Dichtflächen führen. Die Partikel führen vielmehr bei der Abwälzbewegung der Riemen eine Rollbewegung aus, durch die sie letztlich wieder freige­ geben und dann durch die Strömung zur Auslaßöffnung des Ventils transportiert werden.

Ein weiterer wichtiger Vorteil des Ventils gemäß der Erfindung besteht dabei in der speziellen Weise, in der die Riemen so gehaltert werden, daß sie sich dichtend an das Ventilgehäuse anschmiegen, ohne an diesem reibschlüssig entlangzuschleifen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf die Oberseite einer bevorzugten Ausführungsform eines Ventils gemäß der Erfindung mit damit verbundenen Leitungen;

Fig. 2 einen vergrößerten Querschnitt durch das Ventil gemäß Fig. 1 längs der Linie 2-2 in dieser Figur;

Fig. 3 bis 5 Querschnitte längs der Linien 3-3, 4-4 bzw. 5-5 in Fig. 2;

Fig. 6 und 7 den Darstellungen gemäß Fig. 4 und 5 entsprechende Querschnittsdarstellungen, jedoch bei verdrehtem Ventilelement;

Fig. 8 eine perspektivische Detaildarstellung, gesehen von der Linie 8-8 in Fig. 7 und

Fig. 9 eine perspektivische Explosionsdarstellung wesent­ licher Teile eines Ventils gemäß der Erfindung.

In der Zeichnung ist das erfindungsgemäße Ventil 10 zum Zwecke der Erläuterung als Element eines Kraftfahrzeug- Wärmeaustauschersystems dargestellt, welches dazu dient, die Strömung eines heißen Kühlmittels, beispielsweise von Kühlwasser mit einem Frostschutzmittel, zu einem Heizkörper (nicht gezeigt) zu steuern, der in der Fahrzeugkabine des Fahrzeugs angeordnet ist. Das Kühlmittel wird dem Ventil 10 in diesem Fall über eine Einlaßleitung 11 zugeführt und fließt über eine Auslaßleitung 12 von dem Ventil weg.

Im einzelnen besitzt das Ventil 10 gemäß der Erfindung ein Gehäuse 13, welches aus Kunststoff hergestellt, insbesondere gespritzt ist, und welches mit fluchtenden Öffnungen 14 (Fig. 2) zum Einsetzen der Einlaßleitung 11 bzw. der Aus­ laßleitung 12 versehen ist. Platten 15 wirken dabei mit Flanschen 16 an den Leitungen 11, 12 zusammen, um diese in den Öffnungen 14 zu sichern, wobei die Platten 15 ihrerseits an dem Gehäuse 13 mittels Schrauben 17 befestigt sind.

In dem Gehäuse 13 ist eine im wesentlichen zylindrische Kammer 20 ausgebildet (Fig. 2), welche durch eine zylindrische Seitenwand 21, einen Boden 22 und die Innenseite eines Deckels 23 definiert ist. Ein nach außen abstehender, umlaufender Montageflansch 24 (Fig. 4) ist einstückig an die den Boden 22 bildende Gehäusewand angeformt und mit Öffnungen 25 ver­ sehen, welche der Aufnahme von Schrauben (nicht gezeigt) zum Befestigen des Ventils 10 an einem unter diesem ange­ ordneten Träger 26 (Fig. 2) dienen können.

Der Deckel 23 ist an dem Gehäuse 13 mittels Schrauben 27 (Fig. 1) befestigt und dient gemeinsam mit dem Boden 22 zur drehbaren Abstützung eines Ventilelements 30, welches in der zylindrischen Ventilkammer 20 zwischen einer Offen­ stellung und einer Schließstellung schwenkbar ist.

Beim Ausführungsbeispiel besitzt das Ventilelement 30 an seiner Oberseite einen metallischen Schaft 31 (Fig. 2) und an seiner Unterseite eine aus Kunststoff geformte Nabe 32. Der Schaft 31 steht nach oben über den Deckel 23 vor und ist drehbar in diesem gehaltert. Das äußere Ende des Schaftes 31 trägt einen Kurbelarm 33 (Fig. 1 und 2). Ein Steuerkabel 34, welches gleitverschieblich in einer Hülle 35 gehaltert ist, ist mit dem Kurbelarm 33 verbunden. Bei einer linearen Bewegung des Steuerkabels kann das Ventilelement 30 über den Schaft 31 und den Kurbelarm 33 über einen Winkel von 90° zwischen der Offenstellung, in der es voll geöffnet ist, und der Schließstellung, in der es voll geschlossen ist, geschwenkt werden. An der Oberseite des Deckels 23 ist mit Hilfe von Schrauben 37 (Fig. 2) ein Montagebügel 36 befestigt, der einen Klipp 38 trägt, welcher die Hülle 35 festhält.

Im oberen Endbereich der Nabe 32 sind zwei einander dia­ metral gegenüberliegende Zapfen 39, 40 angeformt (Fig. 2 und 3), welche mit Anschlägen 41 und 42 zusammenwirken, um das Ausmaß der Schwenkbewegung des Ventilelements 30 auf 90° zu beschränken. Die Anschläge 41, 42 werden dabei durch zwei Schultern gebildet, die in dem Deckel 23 aus­ gebildet und um 90° gegeneinander versetzt sind. Wenn das Steuerkabel bzw. der Steuerdraht 34 aus der in Fig. 1 in ausgezogenen Linien gezeigten Position in die dort in gestrichelten Linien eingezeichnete Position bewegt wird, dann wird das Ventilelement 30 im Gegenuhrzeigersinn ge­ schwenkt, bis der Zapfen 39 den Anschlag 41 erfaßt. Ein Zurückziehen des Kabels 34 bewirkt eine Drehung des Ventilelements 30 im Uhrzeigersinn, bis der Zapfen 40 den Anschlag 42 erfaßt. Eine Einlaßöffnung 45 und eine Auslaß­ öffnung 46 (Fig. 5) durchgreifen die zylindrische Wand 21 des Ventilgehäuses 13 und stehen mit der Einlaßleitung 11 bzw. mit der Auslaßleitung 12 in Verbindung. Die Öffnungen 45, 46 sind gemäß Fig. 8 als in senkrechter Richtung längliche Öffnungen ausgebildet und auf gegenüberliegenden Seiten der Ventilkammer derart angeordnet, daß sie sich im Abstand im wesentlichen diametral gegenüberliegen.

Gemäß der Erfindung können die Einlaßöffnung 45 und die Auslaßöffnung 46 mittels endloser Riemen 50 bzw. 51 ver­ schlossen werden, die konform zur zylindrischen Innenwand 21 des Gehäuses 20 ausgebildet sind und an dieser rollen. Aufgrund des Abrollens der Riemen 50 und 51 werden Rost- und Schmutzpartikel sowie andere Fremdkörper nicht zwischen den Riemen 50, 51 und der Wand 21 eingeklemmt und können diese Teile nicht zerkratzen. Stattdessen werden die Partikel an der Wand 21 entlang gerollt, um das Ventil schließlich durch die Auslaßöffnung 46 zu verlassen. Da ein Zerkratzen bzw. eine Beschädigung der Riemen und der Gehäusewand ver­ hindert wird, bleibt das Ventil 10 trotz der in der Kühl­ flüssigkeit enthaltenen Fremdkörper selbst nach einer großen Zahl von Arbeitszyklen dicht, wodurch die Lebens­ dauer des Ventils gegenüber bekannten Ventilen, die in einer ähnlichen Umgebung eingesetzt werden, beträchtlich erhöht wird.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Riemen 50 und 51 aus einem elastischen, flexiblen Material, wie z.B. Silikon­ gummi, gespritzt werden und in ihrer ursprünglichen, beim Spritzvorgang erhaltenen Form zylindrisch ausgebildet sind, wie dies in Fig. 9 gezeigt ist. Die Riemen 50, 51 werden von der Nabe 32 des Ventilelements 30 getragen, deren unterer Endbereich daher in Form zweier senkrechter und in Quer­ richtung im Abstand voneinander angeordneter Beine 53, 54 ausgebildet ist. Am oberen und am unteren Ende jedes der Beine 53, 54 sind dabei in entgegengesetzte Richtungen ab­ stehende Laschen 55 vorgesehen, die jeweils mit einem Schlitz bzw. einer Nut versehen sind, welche einen Zapfen 56 dreh­ bar aufnehmen kann, wobei die Zapfen 56 jeweils an den beiden einander gegenüberliegenden Enden von Messingrollen vorgesehen sind. Beim Ausführungsbeispiel sind vier der­ artige Messingrollen 57, 58, 59 und 60 vorgesehen, die alle identisch ausgebildet sind. Die Laschen 55 haltern die Rollen 57 bis 60 derart, daß sie frei um parallel zur Mittelachse der Kammer 20 verlaufende Achsen drehbar sind, wobei die Mittelachse mit der Drehachse des Ventilelements 30 zusammenfällt. Zur Unterstützung der Abstützung des Ventilelements 30 bei dessen Drehung um seine Drehachse stehen von den unteren Enden der Beine 53 und 54 Ansätze 61 mit bogenförmigen Außenflächen nach unten ab, welche an der Innenseite eines Ringes 62 entlanggleiten können, der einstückig mit dem Boden 22 des Gehäuses 13 gespritzt ist, und von dessen Innenfläche nach oben absteht.

Wie Fig. 5 zeigt, liegen die Drehachsen der vier Rollen 57 bis 60 an den vier Ecken eines gedachten Rechtecks, dessen Mittelpunkt mit der Drehachse des Ventilelements 30 zusammenfällt. Der Riemen 50 ist um die Rollen 57 und 58 herumgelegt, während der Riemen 51 um die Rollen 59 und 60 herumgelegt ist. Der Abstand zwischen den Rollen 57 und 58 und den Rollen 59 und 60 ist dabei jeweils ausreichend groß, um die Riemen 50 bzw. 51 gegenüber ihrer anfänglichen zylindrischen Form strecken und sie in eine im wesentlichen elliptische Querschnittsform zu bringen, wenn sie auf die Rollen aufgezogen werden. Wie speziell aus Fig. 5 deutlich wird, führt diese Verformung dazu, daß sich die Außenseite des äußeren Drums jedes der Riemen 50, 51 auf beträchtlichen Länge eng an die zylindrische Wand 21 des Gehäuses 13 anlegt. Beim Ausführungsbeispiel steht tat­ sächlich die Außenseite des gesamten äußeren Trums jedes der Riemen 50, 51 in engem, flächenhaften Kontakt mit der Wand 21.

Schließlich umfaßt das Ventil 10 noch eine Rollenan­ ordnung, mit deren Hilfe die Außenseiten der inneren Trums der Riemen 50 und 51 gegen die Beine 53 und 54 und die Rollen 57 bis 60 gedrückt werden, um zu erreichen, daß sich die äußeren Trums der Riemen 50, 51 gut an die Form der Wand 21 anschmiegen. Beim Ausführungsbeispiel wird die Rollenanordnung durch zwei kreisförmige Scheiben 70 gebildet, die in axialem Abstand voneinander einstückig an eine Messingspindel 71 angeformt sind. Das obere und das untere Ende der Spindel 71 wird drehbar von jeweils einer Öffnung im unteren Ende des Schafts 31 bzw. im Boden 22 des Gehäuses 13 aufgenommen. Die Achse der Spindel 71 fluchtet mit der Drehachse des Ventilelements 30. Auf diese Weise ist die Spindel 71 bezüglich der Nabe 72 frei drehbar gehaltert.

Wenn das Ventilelement 30 sich in der Schließstellung befindet, nehmen die Riemen 50 und 51 die in Fig. 4 und 5 gezeigte Lage ein und dichten die Einlaßöffnung 45 bzw. die Auslaßöffnung 46 ab. Die Scheiben 70 drücken gegen die inneren Trums der Riemen 50, 51 und unterstützen das Anpressen der äußeren Trums an die zylindrische Wand 21. Aufgrund der Tatsache, daß die Riemen 50, 51 formschlüssig an der Wand der Kammer 20 anliegen, wird an den beiden Öffnungen 45, 46 jeweils eine gute Abdichtung erreicht, wodurch eine Strömung durch das Ventil 10 verhindert wird.

Wenn das Ventilelement 30 im Gegenuhrzeigersinn in die Offenstellung geschwenkt wird, rollen die Riemen 50, 51 an der Kammerwand 21 ab und wandern im Uhrzeigersinn um die Rollen 57 bis 60 herum; da die Riemen 50, 51 an der Wand abrollen statt an dieser entlangzugleiten, führen Fremdkörper nicht zu einem Schrubben oder Kratzen an den Riemen oder der Wand. Die frei drehbaren Rollen 57 bis 60 wirken derart mit den frei drehbaren Scheiben 70 zusammen, daß sich die Riemen 50, 51 mit relativ geringer Reibung bewegen.

Bei der vollen Offenstellung des Ventilelements 30, die in Fig. 6 und 7 gezeigt ist, sind die Einlaßöffnung 45 und die Auslaßöffnung 46 vollständig geöffnet, so daß sich über dem Ventil 10 ein relativ kleiner Druckabfall ergibt. Wenn es erwünscht ist, können zusätzliche Einlaß- und Aus­ laßöffnungen, wie z.B. die in Fig. 8 gezeigten Öffnungen 75, in dem Gehäuse 13 ausgebildet werden, um den Strömungs­ querschnitt zu regeln, wenn das Ventilelement 30 nur teil­ weise in Richtung auf seine Offenstellung verdreht ist.

Wegen der zwei Riemen 50, 51, sind die auf das Ventilelement 30 einwirkenden Kräfte im wesentlichen im Gleichgewicht. Der Druck, der in der Schließstellung bei voll geschlossenem Ventil gegen den Riemen 50 wirkt, bewirkt folglich, daß der Riemen 51 noch fester gegen die Wand 21 gedrückt wird, um eine gute Abdichtung der Auslaßöffnung 46 zu erreichen. Das Vorhandensein zweier Riemen ermöglicht außerdem die Verwendung des erfindungsgemäßen Ventils als Zwei-Richtungs- Ventil, was bedeutet, daß Einlaß- und Auslaßöffnung ver­ tauscht werden können.

Claims (8)

1. Ventil mit einem Gehäuse mit einer Innenwand, welche eine Kammer mit im wesentlichen kreisrundem Querschnitt definiert, mit in Umfangsrichtung der Kammer versetzten Ein- und Auslaßöffnungen der Kammer und mit einem in der Kammer angeordneten Ventilelement, welches relativ zu der Kammer zwischen einer Schließstellung, in der die Öffnungen geschlossen sind, und einer Offenstellung verdrehbar ist, in der die Öffnungen zumindest teilweise geöffnet sind und einen Strömungskanal durch das Ventil freigeben, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
Das Ventilelement (30) besitzt eine Nabe (32), welche in der Kammer (20) um eine zur Mittelachse derselben kon­ zentrische Drehachse drehbar gehaltert ist;
es sind zwei endlose Riemen (50, 51) aus elastischem, flexiblem Material vorgesehen;
an der Nabe sind Halterungseinrichtungen (53, 54, 57 bis 60) für die Riemen (50, 51) vorgesehen, durch die jeder der Riemen (50, 51) derart gehaltert ist, daß er auf einem beträchtlichen Teil seiner Länge an der Innenwand (21) des Gehäuses (13) anliegt, zusammen mit der Nabe (32) als Ganzes um deren Drehachse drehbar ist und sich bei der Drehbewegung der Nabe (32) in Form einer umlaufenden endlosen Schleife bezüglich der Nabe (32) bewegt, um die Öffnungen (45, 46) zu öffnen bzw. zu schließen.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungseinrichtungen (53, 54, 57 bis 60) zwei in Umfangsrichtung der Nabe (32) versetzte Rollenpaare (57, 58; 59, 60) mit jeweils zwei in Umfangsrichtung im Abstand voneinander angeordneten Rollen (57, 58; 59, 60) umfassen, die derart an der Nabe (32) gehaltert sind, daß sie um zur Drehachse der Nabe (32) parallele Achsen drehbar sind, und daß die Rollen (57, 58; 59, 60) jedes Rollenpaares jeweils innerhalb des ihnen zugeordneten Riemens (50 bzw. 51) angeordnet sind, um diesen in einem gestreckten Zustand zu halten.

3. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Riemen (50 bzw. 51) beim Ver­ drehen des Ventilelements (30) zwischen dessen End­ stellungen jeweils als geschlossene Schleife um ihr zugeordnetes Rollenpaar (57, 58; 59, 60) herumwandern.

4. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der vier Rollen (57 bis 60) an den vier Ecken eines gedachten Rechtecks liegen, dessen Mittelpunkt auf der Achse der Kammer (20) liegt.

5. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Riemen (50, 51) in entspanntem Zustand einen kreisrunden Ring bildet.

6. Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils einem der Riemen (50 bzw. 51) zugeordneten Rollen (57, 58; 59, 60) in einem solchen Abstand von­ einander angeordnet sind, daß sie ihren zugeordneten Riemen (50, 51) in einem gestreckten Zustand halten, in der sich eine im wesentlichen elliptische Form des Riemens (50, 51) ergibt.

7. Ventil nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Rollenanordnung (70) vorgesehen ist, welche derart gehaltert ist, daß sie bezüglich der Nabe (32) um deren Drehachse drehbar ist, und daß die Rollenanordnung (70) derart in Eingriff mit den Außenseiten der inneren Trums der Riemen (50, 51) steht, daß deren Innenseiten an den zugeordneten Rollen (57 bis 60) anliegen.

8. Ventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollenanordnung mindestens zwei kreisförmige Scheiben (70) aufweist, die in Richtung der Drehachse der Nabe (32) im Abstand voneinander angeordnet sind.