DE3808085A1 - Ventil, insbesondere wasserventil fuer kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Ventil, insbesondere Wasserventil für Kraftfahrzeuge, mit einem Gehäuse, mit einem Zulaufstutzen, mit einem Ablaufstutzen und mit einem durch einen Antrieb betätigbaren Schieber.

Ein derartiges Ventil ist aus dem DE-GM 84 29 994 bekannt, daß einen Schieber aufweist, der durch einen Unterdruckstellmotor senkrecht zur Strömungsrichtung des strömenden Mediums in den Mediumstrom einschiebbar ist und gegebenenfalls den Mediumstrom sperrt.

Das vorbekannte Ventil hat jedoch Nachteile. Der Schieber und der Raum, in dem sich der Schieber bewegt, sind vom Medium umspült, so daß eine Dichtung zwischen dem Unterdruckstellmotor und dem Schieber erforderlich ist, die den Unterdruckstellmotor vom Medium trennt. Weiterhin muß die Dichtung eine mediumdichte Durchführung für eine Betätigungsstange aufweisen. Derartige Dichtungen sind häufig hinsichtlich ihrer Dichtwirkung unvollständig. Falls die Dichtwirkung ausreichend ist, sind insbesondere für Anwendungen als Wasserventil in Innenraumheizungskreisläufen oder Kühlkreisläufen von Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen mit Temperaturen bis zu 150°C diese Dichtungen häufig teuer. Durch die Dichtung wird der Aufbau des vorbekannten Ventils ebenfalls aufwendig und teuer.

Insbesondere bei Anwendungen als Wasserventil in Kraftfahrzeugen im Innenraumheizungskreisläufen oder Motorkühlwasserkreisläufen mit Durchflußmengen von bis zu 15 000 Liter pro Stunde hat das vorher bekannte Ventil den Nachteil, daß die Betätigungsstange und der Schieber auch bei geöffnetem oder teilweise geöffnetem Ventil in den Strömungsweg des Mediums ragen und so die freie Strömung des Mediums behindern. Dies kann vor allem bei geöffnetem Ventil zu unerwünschtem Druckabfall an dem vorbekannten Ventil führen, der z. B. durch die Kühlwasser-Umwälzpumpe ausgeglichen werden muß, um die erforderliche Kühlung der Brennkraftmaschine aufrechtzuerhalten.

Die Erfindung hat die Aufgabe, ein Ventil zu schaffen, das einfach und kostengünstig herstellbar ist, das hinsichtlich der Abdichtung gegenüber dem Vorbekannten einfach und problemloser gestaltet ist und daß insbesondere im geöffneten Zustand dem Mediumstrom einen geringen Strömungswiderstand entgegensetzt.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein Schlauch vorgesehen ist, der den Zulaufstutzen und den Ablaufstutzen miteinander verbindet, daß ein stegartiges Widerlager vorgesehen ist, an dem der Schlauch anliegt, daß der Schieber stegartig ausgebildet ist und daß der Schlauch zwischen Schieber und Widerlager zusammenpreßbar ist.

Dadurch, daß ein Schlauch vorgesehen ist, der den Zulaufstutzen und den Ablaufstutzen miteinander verbindet, fließt das Medium vom Zulaufstutzen über den Schlauch zum Ablaufstutzen, ohne daß weitere Teile des Ventils mit dem Medium in Berührung kommen. Daß heißt, bei dem erfindungsgemäßen Ventil muß allein eine dichte Verbindung des Schlauches mit den Stutzen gewährleistet sein. Eine Abdichtung weiterer Teile des erfindungsgemäßen Ventils gegen das Medium ist hier nicht erforderlich.

Dadurch, daß ein stegartiges Widerlager vorgesehen ist, an dem der Schlauch anliegt, daß der Schieber stegartig ausgebildet ist und daß der Schlauch zwischen Schieber und Widerlager zusammenpreßbar ist, ist gewährleistet, daß der Mediumstrom ganz oder teilweise dadurch gesperrt werden kann, daß der Schlauch an der Stelle zwischen dem Widerlager und dem Schieber zusammengequetscht wird. D. h. sowohl der Schieber als auch das Widerlager greifen an der Außenwandung des Schlauchs an, wodurch sich die Innenwandungen des Schlauchs beim Zusammenpressen einander annähern und so den Durchtrittsquerschnitt für das Medium an der zusammengepreßten Stelle vermindern.

Das erfindungsgemäße Ventil hat gegenüber dem vorbekannten Ventil den Vorteil, daß zwar der Schlauch zusätzlich erforderlich ist, daß dafür jedoch jedes andere Dichtungsmittel entfällt. Dadurch ist das erfindungsgemäße Ventil gegenüber dem Vorbekannten einfacher und kostengünstiger herstellbar. Da nur die Stutzen und der Schlauch vom Medium durchströmt werden und die mediumdichte Verbindung des Schlauches mit den Stutzen problemlos möglich ist, ist das erfindungsgemäße Ventil gegenüber dem Vorbekannten hinsichtlich der Abdichtung einfacher und problemloser gestaltet. Insbesondere im geöffneten Zustand des erfindungsgemäßen Ventils setzt das erfindungsgemäße Ventil dem Mediumstrom gegenüber dem Vorbekannten einen wesentlich geringeren Strömungswiderstand entgegen, weil keinerlei Teile in den Mediumstrom hineinragen. Dadurch wird insbesondere die Bildung von Turbulenzen im erfindungsgemäßen Ventil verhindert. Dies gilt auch bei Verringerung des Strömungsquerschnitts für das Ventil im teilweise geschlossenen Zustand des erfindungsgemäßen Ventils, weil die Innenwand des Schlauches üblicherweise glatt ist und auch beim Übergang von den Stutzen zum Schlauch und umgekehrt keine Turbulenzen auftreten.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgegenstands ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Insbesondere für die Verwendung des erfindungsgemäßen Ventils als Wasserventil in Innenraumheizungskreisläufen oder in Motorkühlkreisläufen ist es besonders vorteilhaft, wenn der Schlauch aus einem Silikonmaterial besteht. Silikonschläuche zeichnen sich durch sehr gute elastische Eigenschaften auch bei extremen Temperaturbelastungen aus, wie sie im Kraftfahrzeug mit Betriebstemperaturbereichen von -40 bis 150°C häufig vorkommen. Dabei behalten Silikonschläuche ihre außerordentlich große Elastizität, die dafür sorgt, daß die vom Schlauch auf den Schieber ausgeübte Rückstellkraft in Richtung der Offenstellung des erfindungsgemäßen Ventils gering bleibt.

Es ist ebenfalls besonders vorteilhaft, wenn die Breite von Widerlager und Schieber größer oder gleich der Breite des zusammengepreßten Schlauches ist, um bei dem erfindungsgemäßen Ventil eine vollständige Verengung des Strömungsquerschnitts in der Schließstellung des erfindungsgemäßen Ventils zu gewährleisten.

Eine besonders einfache Fertigung des erfindungsgemäßen Ventils wird gewährleistet, wenn das Gehäuse aus zwei Gehäuseteilen besteht, wenn die Stutzen zwischen den Gehäuseteilen festgeklemmt sind und wenn der Schlauch teilweise zwischen den Gehäuseteilen und dem Stutzen festgeklemmt ist. Bei der Fertigung des erfindungsgemäßen Ventils kann dann der Schlauch erst mit den Stutzen verbunden werden, wird dann in das untere der beiden Gehäuseteile eingelegt und die gesamte Anordnung bestehend aus Schlauch und Stutzen durch Aufdrücken des oberen zweiten Gehäuseteils auf das erste Gehäuseteil festgeklemmt. Durch diese Maßnahme kann auch ein Abrutschen des Schlauches von den Stutzen beim Zusammenpressen des Schlauches vermieden werden.

Ebenfalls zur Vereinfachung der Fertigung und um die Führung des Schlauches in den Gehäuseteilen sicherzustellen, ist es vorteilhaft, wenn das Gehäuse Stege aufweist, an denen der Schlauch anliegt, wenn das zweite Gehäuseteil eine Führung für den Schieber aufweist und wenn am ersten Gehäuseteil das Widerlager angeordnet ist. Die Stege, das Widerlager und der Schieber bilden dann gemeinsam eine Führung für den Schlauch, die ein Verknicken des Schlauches im Gehäuse oder ein Wegwandern des Schlauches im Gehäuse verhindert.

Als Antrieb des erfindungsgemäßen Ventils kommt jede Art von Antrieb in Frage. Ist eine pneumatische Überdruck- oder Unterdruckquelle vorhanden, so kann der Antrieb als pneumatischer Antrieb ausgebildet werden. Soll der Antrieb aus dem elektrischen Bordnetz z. B. eines Kraftfahrzeuges gespeist werden, so kann ein elektromagnetischer oder elektromotorischer Antrieb des erfindungsgemäßen Ventils von Vorteil sein.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Ventils ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt ein erfindungsgemäßes Ventil zur Verwendung als Wasserventil im Motorkühlkreislauf eines Kraftfahrzeuges mit einem pneumatischen Antrieb.

In der Figur ist ein Zulaufstutzen (1) über einen Silikonschlauch (3) wasserdicht mit einem Ablaufstutzen (2) verbunden. Der Zulaufstutzen (1) kann wie allgemein üblich, z. B. mit einer Pumpe zur Umwälzung des Motorkühlwassers verbunden sein. Der Ablaufstutzen (2) kann z. B. mit einem Kühlerwärmetauscher des Kraftfahrzeuges verbunden sein.

Die Anordnung, bestehend aus Zulaufstutzen (1), Ablaufstutzen (2) und Silikonschlauch (3) befindet sich gemeinsam in einem Gehäuse, bestehend aus dem unteren Gehäuseteil (6) und dem oberen Gehäuseteil (4). Der obere Gehäuseteil (4) weist ein Widerlager (5) auf, daß an der Außenwandung des Schlauches (3) anliegt. Der zweite Gehäuseteil (6) weist eine Führung (15) für einen stegartig ausgebildeten Schieber (7) auf. Beide Gehäuseteile (4, 6) weisen zusätzlich Stege (14) auf, wobei die Außenwandung des Schlauches (3) an den Stegen (14) des oberen Gehäuseteils (4) ständig und an den Stegen (14) des unteren Gehäuseteils (6) teilweise ständig anliegt.

Die Stege (14) dienen einerseits zur Fixierung des Zulaufstutzens (1) und des Ablaufstutzens (2) im Gehäuse.

Andererseits dienen andere Stege (14) zur Fixierung der Lage des Schlauches (3) im Gehäuse und zum Festklemmen des Silikonschlauches (3) auf dem Zulaufstutzen (1) und dem Ablaufstutzen (2). Als Schlauch (3) kann auch ein halbes Gummiformteil verwendet werden, das z. B. vorteilhaft auch die Stege (14) einstückig aufweist.

Die Strömungsrichtung des Motorkühlwassers ist in der Figur durch Pfeile angedeutet. Das Motorkühlwasser befindet sich allein im Inneren der Stutzen (1, 2) und des Silikonschlauches (3).

Das Widerlager (5) ist derart am oberen Gehäuseteil (4) angeordnet, daß es dem durch die Führung (15) des unteren Gehäuseteils (6) geführten und in der Führung (15) längs verschieblich gelagerten Schieber (8) gegenüberliegt. Der Zulaufstutzen (1), der Ablaufstutzen (2) und der Silikonschlauch (3) weisen runde Querschnitte auf. Sowohl der Schieber (7) als auch das Widerlager (5) sind stegartig ausgebildet, wobei die Stege senkrecht zur Zeichenebene der Figur angeordnet sind und wobei die Breite der Stege von Widerlager (5) und Schieber (7) derart gewählt ist, daß sie größer oder gleich ist der Breite des Silikonschlauches (3) im vollständig zusammengepreßten Zustand, der in der Figur dargestellt ist.

Der Schieber (7) ist mittels einer Schraube (8) mit einer Rollmembran (9) des pneumatischen Antriebs des erfindungsgemäßen Ventils verbunden. Weiterhin ist ein drittes Gehäuseteil (11) vorgesehen, an dem sich eine Schraubenfeder (10) abstützt, die die Rollmembran (9) und damit den Schieber (7) in der in der Figur dargestellten Position hält, solange der pneumatische Antrieb nicht mit Unterdruck beaufschlagt wird. In der in der Figur dargestellten Ruhestellung des erfindungsgemäßen Ventils ist also der Silikonschlauch (3) zwischen dem Widerlager (5) und dem Schieber (7) derart zusammengepreßt, daß der Strömungsquerschnitt für das Motorkühlwasser auf den Wert 0 reduziert ist und daß erfindungsgemäße Ventil für den Motorkühlwasserstrom gesperrt ist.

Die Rollmembran (9) bildet gemeinsam mit dem dritten Gehäuseteil (11) eine vakuumdichte Kammer, die über ein Steuerventil (12) mit atmosphärem Druck belüftet oder mit Unterdruck entlüftet werden kann. Das Steuerventil (12) weist mindestens einen Stutzen (13) auf, der mit atmosphären Druck oder mit einer Unterdruckquelle verbunden sein kann.

Das erfindungsgemäße Ventil funktioniert folgendermaßen:

In der in der Figur dargestellten Ruhestellung des erfindungsgemäßen Ventils ist die Kammer gebildet aus Rollmembran (9) und dritten Gehäuseteil (11) über das Steuerventil (12) belüftet, so daß die Federkraft der Schraubendruckfeder (10) die Rollmembran (9) wie in der Figur dargestellt, Stellung hält. Dadurch ist der Schieber (7) derart auf den Silikonschlauch (3) und das Widerlager (5) gepreßt, daß der Silikonschlauch (3) den Strömungsquerschnitt (0) aufweist und das erfindungsgemäße Ventil geschlossen ist.

Wird nun die Kammer, gebildet aus der Rollmembran (9) und dem dritten Gehäuseteil (11), über das Steuerventil (12) mit Unterdruck beaufschlagt, so wird die Rollmembran (9) und damit der Schieber (7) in seiner Führung (15) gegen die Kraft der Schraubendruckfeder (10) in der Figur nach unten bewegt, wodurch die Innenwandung des Silikonschlauches (3) aufgrund des vom Motorkühlwasser ausgeübten Drucks und aufgrund der Elastizität des Silikonschlauches (3) auseinanderstreben, wobei die Außenwandung des Silikonschlauches (3) an dem Widerlager (5) und dem Schieber (7) weiterhin anliegen. Der Strömungsquerschnitt an dieser Engstelle, gebildet aus dem Widerlager (5) und dem Schieber (7), wird ausgehend vom Wert 0 auf einen von 0 verschiedenen Wert vergrößert und daß erfindungsgemäße Ventil teilweise geöffnet. Dadurch wird ein Strom des Motorkühlwassers vom Zulaufstutzen (1) zum Ablaufstutzen (2) ermöglicht.

Wird nun der Unterdruck mit dem die Kammer, bestehend aus der Rollmembran (9) und dem dritten Gehäuseteil (11), beaufschlagt wird weiter vergrößert, so streben das Widerlager (5) und der Schieber (7) weiter auseinander, wodurch der Strömungsquerschnitt kontinuierlich vergrößert wird. Bei einem Wert des Unterdrucks, der von der Kraftwirkung der Schraubendruckfeder (10) vom Druck des Motorkühlwassers und von der elastischen Rückstellkraft des Silikonschlauches (3) abhängt, ist der Schieber (7) nahezu vollständig in der Führung (15) in der Figur nach unten verschoben, so daß das erfindungsgemäße Ventil den vollen Durchlaßquerschnitt aufweist.

Soll das erfindungsgemäße Ventil ausgehend von dieser vorgeöffneten Stellung wieder geschlossen werden, so wird über das Steuerventil (12) die Verbindung mit der Unterdruckquelle unterbrochen und die Kammer bestehend aus der Rollmembran (9) und dem dritten Gehäuseteil (11) mit atmosphärem Druck belüftet.

Aus den Erläuterungen zur Funktion des erfindungsgemäßen Ventils ist ersichtlich, daß das erfindungsgemäße Ventil aufgrund der im wesentlichen proportionalen Beziehung zwischen Stellweg bzw. Stellkraft und Größe des Öffnungsquerschnitts insbesondere als sogenanntes Proportionalventil benutzt werden kann, mit dem der Strömungsquerschnitt nahezu kontinuierlich änderbar ist. Es ist jedoch auch möglich, das erfindungsgemäße Ventil einfach als sogenanntes Auf-Zuventil zu benutzen.

Der wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen Ventils gegenüber dem Vorbekannten ist, daß das Motorkühlwasser bzw. jedes andere Medium, dessen Durchflußmenge gesteuert werden soll, sich allein im Inneren des Zulaufstutzens (1) des Ablaufstutzens (2) und des Silikonschlauches (3) befindet. Insbesondere bei der Ausführung der Stutzen (1, 2) und des Schlauches (3) mit dem wesentlichen runden Querschnitt (7) sind keinerlei Dichtungsprobleme an den Übergängen vom Schlauch (3) zu den Stutzen (1, 2) zu erwarten. Die Abdichtung weiterer Teile des erfindungsgemäßen Ventils ist nicht erforderlich.

Claims (9)

1. Ventil, insbesondere Wasserventil für Kraftfahrzeuge, mit einem Gehäuse, mit einem Zulaufstutzen, mit einem Ablaufstutzen und mit einem durch einen Antrieb betätigbaren Schieber, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schlauch (3) vorgesehen ist, der den Zulaufstutzen (1) und den Ablaufstutzen (2) miteinander verbindet, daß ein stegartiges Widerlager (5) vorgesehen ist, an dem der Schlauch (3) anliegt, daß der Schieber (7) stegartig ausgebildet ist und daß der Schlauch (3) zwischen Schieber (7) und Widerlager (5) zusammenpreßbar ist.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zulaufstutzen (1), der Ablaufstutzen (2) und der Schlauch (3) im wesentlichen runde Querschnitte aufweisen.

3. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlauch (3) aus Silikonmaterial besteht.

4. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite von Widerlager (5) und Schieber (7) größer oder gleich der Breite des zusammengepreßten Schlauches (3) ist.

5. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse aus zwei Gehäuseteilen (4, 6) besteht, daß die Stutzen (1, 2) zwischen den Gehäuseteilen (4, 6) festgeklemmt sind und daß der Schlauch (3) teilweise zwischen den Gehäuseteilen (4, 6) und den Stutzen (1, 2) festgeklemmt ist.

6. Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuseteile (4, 6) Stege (14) aufweisen, an denen der Schlauch (3) anliegt, daß das zweite Gehäuseteil (6) eine Führung (15) für den Schieber (7) aufweist und daß am ersten Gehäuseteil (4) das Widerlager (5) angeordnet ist.

7. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb ein elektromagnetischer oder elektromotorischer Antrieb ist.

8. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb ein pneumatischer Antrieb ist.

9. Ventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlauch (7) mit einer Membran (9) verbunden ist, die durch eine Feder (10) in Öffnungsstellung oder in Schließstellung des Ventils belastet ist und daß mindestens ein Steuerventil (12) vorgesehen ist, daß den pneumatischen Druck oder Unterdruck mit einer Kammer verbindet, wobei die Kammer aus der Membran (9) und einem dritten Gehäuseteil (11) gebildet ist.