DE4125366C1 - Verwendung von 3/2-Wegeventilen - Google Patents

Description

Erster Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung eines 3/2-Wege­ ventils, welches einen translatorisch stellbaren Ventilschieber mit zwei Ventiltellern aufweist, die jeweils in dem den Volumenstrom bestimmen­ den Bereich kegelig sind, wobei der Ventilschieber in der ersten Endlage einen ersten Strömungsweg durch das Ventil sperrt, in der zweiten End­ lage einen zweiten Strömungsweg durch das Ventil sperrt und in Zwischenlagen die beiden Strömungswege mit wählbarem Volumen­ stromverhältnis bei im wesentlichen Konstanz der Summe der beiden Volumenströme freigibt, und wobei ein elektromotorischer Stellantrieb für den Ventilschieber vorgesehen ist, als Verteilerventil oder Misch­ ventil in einem dem Beheizen von Kraftfahrzeugräumen dienenden Flüs­ sigkeitskreislauf oder in einem dem Kühlen von Kraftfahrzeugräumen dienenden Flüssigkeitskreislauf oder in einem dem Beheizen und Kühlen von Kraftfahrzeugräumen dienenden Flüssigkeitskreislauf.

Ein 3/2-Wegeventil mit den vorstehend genannten, körperlichen Merk­ malen, allerdings ohne elektromotorischen Stellantrieb für den Ventil­ schieber, ist aus dem DE-GM 19 12 748 bekannt. Dieses Ventil dient als Abzweigventil für einen Radiator bei Einrohr-Zentralheizungsanla­ gen.

Zweiter Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung eines 3/2-Wege­ ventils, welches einen rotatorisch stellbaren, hohlzylindrischen Ventil­ schieber mit einer in seiner Umfangswand vorgesehenen Strömungs­ öffnung aufweist, deren Axialabmessung beim Fortschreiten in Um­ fangsrichtung variiert, wobei der Ventilschieber in der ersten Endlage einen ersten Strömungsweg durch das Ventil sperrt, in der zweiten Endlage einen zweiten Strömungsweg durch das Ventil sperrt und in Zwischenlagen die beiden Strömungswege mit wählbarem Volumen­ stromverhältnis bei im wesentlichen Konstanz der Summe der beiden Volumenströme freigibt, und wobei ein elektromotorischer Stellantrieb für den Ventilschieber vorgesehen ist, als Verteilerventil oder Misch­ ventil in einem dem Beheizen von Kraftfahrzeugräumen dienenden Flüs­ sigkeitskreislauf oder in einem dem Kühlen von Kraftfahrzeugräumen dienenden Flüssigkeitskreislauf oder in einem dem Beheizen und Kühlen von Kraftfahrzeugräumen dienenden Flüssigkeitskreislauf.

Ein 3/2-Wegeventil mit den vorstehend genannten, körperlichen Merk­ malen, einschließlich motorischem Antrieb, ist aus der DE-OS 20 38 085 bekannt. Dieses Ventil dient als Mischventil für Kesselvorlaufwasser und Heizungsrücklaufwasser bei einer Hausheizungsanlage.

Die beiden bekannten Ventile arbeiten in einem Umfeld, das sich von einem Flüssigkeitskreislauf zum Beheizen von Kraftfahrzeugräumen erheblich unterscheidet. Typisch für Flüssigkeitskreisläufe zum Beheizen von Kraftfahrzeugräumen sind beträchtliche Schwankungen in der Tem­ peratur der als Beheizungsquelle verfügbaren Flüssigkeit, in der Förder­ leistung der Umwälzpumpe für den Flüssigkeitskeislauf und in der für die gewünschte Beheizung erforderlichen Wärmemenge.

Bei den erfindungsgemäß verwendeten Ventilen bleibt, wie eingangs angesprochen, die Summe der beiden Volumenströme im wesentlichen konstant, auch wenn der Ventilschieber von einer Zwischenlage in eine andere Zwischenlage gestellt wird. Dieses Verhalten der Ventile ist bei den in den Ansprüchen 1 und 2 angegebenen Kraftfahrzeug-Flüssigkeits­ kreisläufen und beim Einsatz als Regelventile oder Steuerventile von besonders großer Bedeutung, da dann die normalerweise häufigen Stell­ bewegungen des Ventilschiebers nicht zu einer die Regelung oder Steue­ rung verfälschenden Änderung des hindurchgehenden Gesamtvolumen­ stroms führen. Ein typischer Einsatzfall ist der Einbau als Verteilerven­ til, welches die Aufteilung eines ankommenden Volumenstroms auf zwei unterschiedliche Kreislaufteile steuert oder regelt. Typisch ist ferner der Einbau als Mischventil, welches zwei ankommende Volumenströme gesteuert oder geregelt zusammenführt.

Von Bedeutung ist ferner die eingangs angesprochene Schließfunktion der Ventile jeweils bezogen auf einen der beiden Ventilwege bei den beiden Endlagen des Ventilschiebers. Bei den in den Ansprüchen 1 und 2 angegebenen Kraftfahrzeug-Flüssigkeitskreisläufen benötigt man häufig die Funktion, daß ein bestimmter Kreislaufteil wahlweise von der Durch­ strömung vollständig ausgeschlossen werden kann.

Bevorzugte Ausgestaltungsmerkmale der erfindungsgemäß verwendeten Ventile sind in den Ansprüchen 3 bis 5 angegeben und werden weiter unten noch genauer erläutert.

Die Erfindung und bevorzugte Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung werden nachfolgend anhand von zwei zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispielen noch näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein 3/2-Wegeventil erster Ausführungsform im Schnitt;

Fig. 2 ein 3/2-Wegeventil zweiter Ausführungsform im Schnitt;

Fig. 3 den Ventilschieber des Ventils von Fig. 2 mit detailliert eingezeichneter Durchströmöffnung, und zwar im Längsschnitt;

Fig. 4 den Ventilschieber von Fig. 3 in Außenansicht, und zwar in im Vergleich zu Fig. 3 um 90° gedrehter Blickrichtung.

Das Ventil 2 in Fig. 1 weist einen mittigen Zuströmstutzen 4 und einen ersten Abströmstutzen 6 sowie einen zweiten Abströmstutzen 8 auf. Die Abströmstutzen 6, 8 verlaufen parallel zu dem Zuströmstutzen 4 und sind auf der dem Zuströmstutzen 4 entgegengesetzten Seite des Ventils 2 vorgesehen.

Ein Ventilschieber 10 besteht im wesentlichen aus einem Schaft 12, auf dem beabstandet zwei Ventilteller 14 ange­ bracht sind. Jeder Ventilteller 14 wirkt mit einem Ventil­ sitz 16 zusammen, wobei der obere Ventilteller 14 von oben her mit seinem Ventilsitz 16 zusammenwirkt und der untere Ventilteller 14 von unten her mit seinem Ventilsitz 16 zusammenwirkt. Wenn sich der Ventilschieber 10 in der in Fig. 1 gezeichneten, unteren Endlage befindet, liegt sein oberer Ventilteller 14 auf dem zugeordneten Ventilsitz 16; die Durchströmung zu dem ersten Austrittsstutzen 6 ist gesperrt. Wenn sich hingegen der Ventilschieber 10 in seiner oberen Endlage befindet, ist die Durchströmung zu dem zweiten Austrittsstutzen 8 gesperrt. Bei Zwischenla­ gen des Ventilschiebers 10 strömt ein Teil des durch den Eintrittsstutzen 4 eintretenden Fluids zu dem ersten Aus­ trittsstutzen 6 und ein anderer Teil des Fluids zu dem zweiten Austrittsstutzen 8.

Der obere Ventilteller 14 weist an seiner Unterseite einen kegelförmigen bzw. kegelstumpfförmigen Bereich 18 auf. Das gleiche gilt für die Oberseite des unteren Ventil­ tellers 14. Der kleine Durchmesser des kegelstumpfförmigen Bereichs 18 ist etwas größer als der dortige Durchmesser des Schafts 12. Der große Durchmesser des kegelstumpf­ förmigen Bereichs 18 ist minimal kleiner als der Ventil­ sitzdurchmesser. Die Ventilteller 14 einschließlich der kegelstumpfförmigen Bereiche 18 sowie die zugeordneten Ventilsitze 16 sind einander gleich ausgebildet.

Die beschriebene Formgebung der Ventilteller 14 hat zur Folge, daß der insgesamt durch das Ventil 2 durchgesetzte Volumenstrom im wesentlichen konstant bleibt, unabhängig davon, welche Zwischenlage der Ventilschieber 10 einnimmt. Abhängig von der Lage des Ventilschiebers ändert sich lediglich die Aufteilung auf die beiden Austrittsstutzen 6, 8. Es ergibt sich also keine von der Lage des Ventil­ schiebers abhängige Drosselwirkung des Ventils 2.

Von dem oberen Ventilteller 14 ist der Schaft 12 weiter nach oben geführt und steht dort unter der Wirkung einer ihn nach oben vorspannenden Feder 20. Oben ist der Schaft 12 aus dem Ventilgehäuse 22 herausgeführt und mit einem schematisiert eingezeichneten, beispielsweise linearen, elektrischen Schrittmotor 24 gekoppelt. Mittels des Schrittmotors 24 kann man also den Ventilschieber 10 in die beiden Endlagen und in beliebige Zwischenlagen trans­ latorisch stellen.

Bei dem Ventil gemäß Fig. 2 bis 4 sind für analoge Teile die gleichen Bezugszeichen wie bei dem Ventil gemäß Fig. 1 verwendet.

Das in Fig. 2 dargestellte Ventil 2 weist einen rotatorisch stellbaren Ventilschieber 10, ein sogenanntes Küken, auf. Der Ventilschieber 10 ist in seinem Hauptbereich hohlzylin­ drisch gestaltet. Ein von einem Eintrittsstutzen 4 kommen­ der Fluidkanal mündet von unten her in den oben abgeschlos­ senen Innenraum 26 des Ventilschiebers 10. Rechtwinklig zur vertikalen Zentralachse des Ventilschiebers 10 sind ein erster Austrittsstutzen 6 und ein zweiter Austritts­ stutzen 8 vorgesehen, die auf entgegengesetzten Seiten des Ventils 2 liegen.

Die Umfangswand 28 des Ventilschiebers 10 weist eine in den Fig. 3 und 4 gezeichnete Durchströmöffnung 30 auf. Wenn man von einer mittleren Mantellinie 32 des Ventil­ schiebers 10 in Umfangsrichtung fortschreitet, nimmt die axiale Abmessung a der Öffnung 30 anfangs langsam ab, dann rasch ab und im Endbereich sehr langsam bis auf 0 ab. Dies gilt symmetrisch für beide Richtungen des Fortschreitens ausgehend von der Mantellinie 32. Außerdem ist die Öffnung 30 symmetrisch zu einer Umfangslinie 34 der Umfangswand 28. Man kann auch sagen, daß durch die Form der Öffnung 30 ein logarithmisches Öffnungsverhältnis definiert wird. Wegen der Form der Öffnung 30 wird ausdrücklich auf die Fig. 3 und 4 als zeichnerische Offenbarung verwiesen.

Anhand der Fig. 2 bis 4 kann man sich unschwer vorstellen, daß das Ventil 2 der zweiten Ausführungsform ein Durch­ strömungsverhalten ganz analog dem Ventil 2 der ersten Ausführungsform hat. In der in Fig. 2 gezeichneten End­ lage strömt das gesamte Fluid von dem Eintrittstutzen 4 durch den Innenraum 26 und die Öffnung 30 des Ventilschie­ bers 10 zu dem zweiten Austrittsstutzen 8. Bei um 180° gedrehtem Ventilschieber 10 strömt das gesamte Fluid zu dem ersten Austrittsstutzen 6. Bei Zwischenlagen wird das Fluid auf die beiden Austrittsstutzen 6, 8 aufgeteilt.

Mit dem oberen Ende des Ventilschiebers 10 ist eine Aus­ gangswelle 36 eines Gleichstrom-Getriebemotors 38 drehmo­ mentübertragend gekoppelt. Außerdem erkennt man zwei End­ lagenschalter 40, die mit einer Betätigungshülse 42 zusam­ menwirken, die drehfest mit dem Ventilschieber 10 gekoppelt ist.

Beide Ventile 2 sind in der Funktion eines geregelten oder gesteuerten Verteilerventils beschrieben worden. Es versteht sich, daß ganz analog auch die Funktion als Misch­ ventil vorgesehen sein kann. Dann sind die Stutzen 6, 8 Eintrittsstutzen und ist der Stutzen 4 Austrittsstutzen.

Die Ventile 2 haben zugleich die Funktion eines Schalt­ ventils, da in jeder Endlage des Ventilschiebers 10 einer der beiden Strömungswege vollständig abgeschlossen ist.

Es wird darauf hingewiesen, daß die Stellmotoren für das Ventil 2, wovon der lineare Stellmotor 24 und der rotato­ rische Stellmotor 38 nur zwei Beispiele von vielen mögli­ chen waren, als elektronisch gesteuerte bzw. geregelte Stellmotoren ausgebildet sein können.

Claims (5)

1. Verwendung eines 3/2-Wegeventils (2), welches einen translatorisch stellbaren Ventilschieber (10) mit zwei Ventiltellern (14) aufweist, die jeweils in dem den Volumenstrom bestimmenden Bereich kege­ lig sind, wobei der Ventilschieber (10) in der ersten Endlage einen ersten Strömungsweg durch das Ventil sperrt, in der zweiten End­ lage einen zweiten Strömungsweg durch das Ventil sperrt und in Zwischenlagen die beiden Strömungswege mit wählbarem Volumen­ stromverhältnis bei im wesentlichen Konstanz der Summe der bei­ den Volumenströme freigibt, und wobei ein elektromotorischer Stellantrieb für den Ventilschieber (10) vorgesehen ist, als Vertei­ lerventil oder Mischventil in einem dem Beheizen von Kraftfahr­ zeugräumen dienenden Flüssigkeitskreislauf oder in einem dem Kühlen von Kraftfahrzeugräumen dienenden Flüssigkeitskreislauf oder in einem dem Beheizen und Kühlen von Kraftfahrzeugräumen dienenden Flüssigkeitskreislauf.

2. Verwendung eines 3/2-Wegeventils (2), welches einen rotatorisch stellbaren, hohlzylindrischen Ventilschieber (10) mit einer in seiner Umfangswand vorgesehenen Strömungsöffnung aufweist, deren Axialabmessung beim Fortschreiten in Umfangsrichtung variiert, wobei der Ventilschieber (10) in der ersten Endlage einen ersten Strömungsweg durch das Ventil sperrt, in der zweiten Endlage einen zweiten Strömungsweg durch das Ventil sperrt und in Zwischenlagen die beiden Strömungswege mit wählbarem Volumen­ stromverhältnis bei im wesentlichen Konstanz der Summe der bei­ den Volumenströme freigibt, und wobei ein elektromotorischer Stellantrieb für den Ventilschieber (10) vorgesehen ist, als Vertei­ lerventil oder Mischventil in einem dem Beheizen von Kraftfahr­ zeugräumen dienenden Flüssigkeitskreislauf oder in einem dem Kühlen von Kraftfahrzeugräumen dienenden Flüssigkeitskreislauf oder in einem dem Beheizen und Kühlen von Kraftfahrzeugräumen dienenden Flüssigkeitskreislauf.

3. Verwendung nach Anspruch 2, wobei die Axialabmessung (a) der Strömungsöffnung (30) beim Fortschreiten in Umfangsrichtung von der Öffnungsmitte zu den Öffnungsenden jeweils zunächst langsam, dann rasch und schließlich wieder langsam abnimmt.

4. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei als Stell­ antrieb ein Schrittmotor (24) vorgesehen ist.

5. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei als Stell­ antrieb ein rotatorischer Elektromotor (38) vorgesehen ist.