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Die
vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet des Steuerns des Umlaufs
von Fluiden durch Netze und Kreisläufe, welche durch rohrförmige oder
nicht rohrförmige
Leitungen gebildet sind, die miteinander verbunden und aneinander
angeschlossen sind, und sie betrifft eine Verteiler- oder Absperrklappen-
oder -ventilanordnung sowie eine Vorrichtung zum Umlaufenlassen
und Verteilen von Fluiden) mit einer derartigen Klappenanordnung.
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In
Systemen zum Umlaufenlassen und Verteilen von flüssigen und gasförmigen Fluiden
ist es allgemein üblich,
insbesondere bei Kraftfahrzeugen Klappen als Elemente zum Verschließen oder
Konfigurieren von Zirkulationskreisläufen zu verwenden.
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Jedoch
sind die Konstruktion, die Struktur und der Einbau gegenwärtiger Klappen
derart, daß diese
ungeachtet ihrer Positionierung das Strömen der Fluide erheblich stören und
daher selbst in der völlig
beiseite geklappten Stellung, welche den freien Durchgang der Fluidströmung ermöglicht,
systematisch einen merklichen Druckabfall erzeugen.
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Diese
Störungen
werden ferner noch verstärkt,
wenn die Betätigung
der Klappe durch eine Steuervorrichtung erfolgt, die im Umlaufsystem
oder direkt an der Klappe montiert ist.
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Darüber hinaus
weisen heutige Klappen und ihre Betätigungsvorrichtungen einen
komplexen Aufbau auf, erfordern aufwendige Montage- und Einbauarbeiten
und sind direkt und frontal der Schubkraft der Fluidströmung ausgesetzt,
wodurch erhebliche Drücke
auf den Klappenkörper
erzeugt werden und der Verschleiß sowie die Verschlechterung
der Schließdichtigkeit
beschleunigt werden.
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DE-A-36
12 672 und CH-A-483974 beschreiben eine Klappenanordnung mit den
Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Die
vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, letztlich die Montagearbeiten
gegenüber
gegenwärtig bekannten
Klappenanordnungen zu vereinfachen und ferner die Dichtigkeit zwischen
dem Klappenkörper
und den Innenwänden
der Leitungen) zu verbessern.
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Die
Erfindung hat daher eine Klappenanordnung nach Anspruch 1 zum Gegenstand.
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Ein
besseres Verständnis
der Erfindung ergibt sich aus der nachfolgenden Beschreibung, die sich
auf bevorzugte Ausführungsbeispiele
bezieht, welche als nicht einschränkende Beispiele angegeben
sind und unter Bezugnahme auf die zugehörigen schematischen Zeichnungen
erläutert
werden, welche zeigen:
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1 eine
schematische transparente Draufsicht auf eine Klappenanordnung nach
einem ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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2 eine
Seitenansicht der Klappenanordnung von 1, geschnitten
entlang der Linie A-A und in einem anderen Maßstab;
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3 eine
der 1 ähnliche
Ansicht einer Ausführungsvariante
der darin dargestellten Klappenanordnung;
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4 eine
schematische transparente Draufsicht auf eine Klappenanordnung nach
einem zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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5 eine
der 4 ähnliche
Ansicht einer Ausführungsvariante
der darin dargestellten Klappenanordnung;
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6 eine
der 1 ähnliche
Ansicht eine drittens Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Klappenanordnung;
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7 eine
perspektivische Darstellung eines Einsatzteils, das verschiedene
Komponenten einer Klappenanordnung des in den 1 bis 3 dargestellten
Typs integriert und trägt;
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8 eine
perspektivische Darstellung des einstückigen Teils von 6,
jedoch ohne die Funktionsteile;
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9 eine
perspektivische Darstellung des einstückigen Teils, das Bestandteil
der erfindungsgemäßen Umlauf-
und Verteilungsvorrichtung ist;
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10 eine
perspektivische Draufsicht auf die Umlauf- und Verteilungsvorrichtung,
die durch Montieren des Einsatzteils der 7 in das
einstückige
Teil der 9 erhalten wird, und
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11 und 12 perspektivische
Darstellungen, jedoch aus unterschiedlichen Winkeln, einer Vorrichtung
nach Anspruch 10 nach dem Anordnen des Abzweig- und Meßkreislaufs.
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Wie
insbesondere die 1 bis 6 der zugehörigen Zeichnungen
zeigen, ist die Verteiler- oder Absperrklappenanordnung (oder -ventilanordnung)
zum Regeln des Durchgangs mindestens einer Fluidströmung 1, 1' zwischen zumindest
einer stromaufwärtigen
oder primären
Leitung 2, 2' und
mindestens einer stromabwärtigen
oder sekundären
Leitung 3, 3' vorgesehen
und weist einen bewegbaren Klappenkörper 4 auf, der das
Verteiler- und/oder Absperrelement bildet.
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Erfindungsgemäß bildet
der Klappenkörper 4 in
mindestens einer seiner Endpositionen einen Teil der Wand des Bereichs
oder der Bereiche einer oder mehrerer der Zwischenleitungen 5, 5', welche die
genannte mindestens eine stromaufwärtige oder primäre Leitung 2, 2' mit der mindestens
einen stromabwärtigen
oder sekundären
Leitung 3, 3' verbinden.
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Nach
einem ersten Merkmal der Erfindung ist die den Klappenkörper 4 tragende
Drehachse 6 in bezug auf die Mittelachse(n) AM der möglichen
Zirkulationsbahn(en) der Fluidströmung(en) 1, 1', insbesondere
in den stromabwärtigen
oder sekundären Leitungen 3, 3', seitlich versetzt.
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Vorteilhafterweise
bildet der Klappenkörper 4 in
jeder seiner Endpositionen einen Teil des Bereichs oder der Bereiche
der Zwischenleitungen) 5, 5', wodurch das Verringern der Druckverluste
der Fluidströmung
in den beiden normalerweise von dem Klappenkörper 4 eingenommenen
Positionen ermöglicht.
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Wie
in den 1 und 3 bis 6 der zugehörigen Zeichnungen
gezeigt, wird die der Fluidströmung 1, 1' ausgesetzte
Seite des Klappenkörpers 4 ungeachtet
der vom Klappenkörper
eingenommenen Endposition von der Strömung unter einem spitzen Winkel
angeströmt
(wie der Winkel zwischen der betreffenden Fläche des Klappenkörpers 4 und
der Mittelachse AM der möglichen
Fluidbahn 1, 1' in
der entsprechenden stromaufwärtigen
Leitung 2, 2' darstellt).
Daraus ergibt sich ein geringer Druck auf den Klappenkörper 4,
der mehr eine Ablenkung der Fluidströmung 1, 1' als eine Absperrung
des zu versperrenden Durchgangs bewirkt.
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Gemäß einem
anderen Merkmal der Erfindung, das insbesondere in den 7 und 10 bis 12 der
zugehörigen
Zeichnungen dargestellt ist, und um die Störungen, die in der durch das
Absperr- und/oder Verteilerelement vorgesehenen Bahn erzeugt werden
können,
noch weiter zu verringern, befindet sich Klappenregelvorrichtung 7 außerhalb
der Strömung/-en
des/der Fluids/-e 1, 1' in den primären 2, 2' und sekundären Leitungen 3, 3', wobei die
Positionierung des Klappenkörpers 4 gegebenenfalls
in Abhängigkeit
von wenigstens einem physikalisch-chemischen Parameter des Fluids
oder der Fluide 1, 1', beispielsweise die Temperatur,
bestimmt ist, der in einem Abzweig- oder Sekundärzir kulationskreislauf 17 gemessen
wird, welcher von einer primären 2, 2' oder sekundären Leitung 3, 3' gespeist ist oder
zwei derselben verbindet.
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Die
Regelvorrichtung 7, welche die Regelung der Gesamtheit
der Verteiler- oder
Absperrklappen- oder -ventilanordnung sicherstellt, kann somit einen
Thermostat aufweisen, der durch eine Fluidströmung thermisch geregelt wird,
welche in einem sekundären
Kreislauf vorhanden ist, der von dem durch die primären Leitungen 2, 2' und die sekundären Leitungen 3, 3' gebildeten
Kreislauf getrennt ist oder in bezug auf diesen als Abzweigung angeordnet ist.
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Die
Regelung der Gesamtheit der Verteiler- oder Absperrklappen- oder – ventilanordnung
kann, nach einer Variante, ebenfalls durch einen Thermostat, beispielsweise
eine von einem Bediener geregelte elektrische Heizung, erfolgen,
der durch eine Wachspatrone gesteuert ist, welcher die Ausdehnung
derselben und die Nutzung der daraus resultierenden Bewegung für das Betätigen des
Klappenkörpers 4 über die
Drehachse 6 ermöglicht
(siehe insbesondere die 7 und 10 der
zugehörigen Zeichnungen).
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Es
ist ebenfalls möglich,
die beiden genannten Regelungsarten, nämlich durch geregelte elektrische
Heizung und durch thermisches Wirken einer Fluidströmung, die
in einem sekundären
Kreislauf strömt,
zu kombinieren, wodurch eine thermostatische Funktion selbst bei
einem Ausfall der elektrischen Regelung gewährleistet ist.
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Schließlich kann
die Regelung der Klappen- oder Ventilanordnung durch gesteuerte
mechanische Betätigung
oder durch elektrische Motorisierung erfolgen, beispielsweise durch
einen Drehmotor, einen Gleichstrommotor oder einen Schrittmotor.
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Hinsichtlich
der Art der Regelung der Klappen- oder Ventilanordnung kann entweder
ein Betrieb mit nur zwei Zuständen
(alles oder nichts), welche dem Kippen des Klappenkörpers 4 in
eine seiner beiden Endpositionen entsprechen, oder ein kontinuierlicher
und zur Steuerung proportionaler Betrieb vorgesehen sein.
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Im
letzteren Fall ist es möglich,
die von der primären
Leitung 2, 2' kommende
Fluidströmung 1, 1' in zwei sekundäre Strömungen aufzuteilen,
welche jeweils in einer entsprechenden sekundären Leitung 3, 3' fließen. Die
Veränderung
der Position des Klappenkörpers 4 wird
somit von der Regelvorrichtung 7 abhängig vom Wert des gemessenen
Parameters, beispielsweise der Temperatur des Fluids 1, 1', ausgeführt.
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Nach
einem anderen Merkmal der Erfindung, das insbesondere in den 3 und 4 der
zugehörigen
Zeichnungen dargestellt ist, weisen der Klappenkörper 4 und zumindest
ein Teil der Anlagezone(n) 8, 8' desselben an der Innenwand des
Bereichs oder der Bereiche der Zwischenleitungen) 5, 5' oder zumindest
ein Teil der Zone(n) 9, 9' der Innenwand des Bereichs oder
der Bereiche der Zwischenleitungen) 5, 5', der/die mit
dem Klappenkörper 4 in
wenigstens einer seiner Endpositionen zur Bildung einer Absperrung
durch Formkomplementarität
zusammenwirken soll(en), jeweils Formen auf, die in der wenigstens
einen Endposition ein kalibriertes Entweichen von Fluid 1, 1' in Richtung
der sekundären
Leitung 3, 3' ermöglichen,
zu der der Durchlaß abgesperrt
ist.
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Dieses
kalibrierte Entweichen wird ermöglicht,
indem ein bestimmter Durchlaßspalt 4' zwischen dem
Rand des Klappenkörpers 4 und
der Anlagezone oder der Zone mit komplementärer Form der Innenwand der
Bereiche der Zwischenleitungen 5, 5' definiert wird. Dieser Spalt kann
durch das Ausbilden einer Verformung in der/den entsprechenden Zone(n)
der genannten Innenwand und/oder durch Verändern eines Teils zumindest
des Außenrandes des
Klappenkörpers 4 gebildet
werden.
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Nach
einer Variante kann das kalibrierte Entweichen ebenfalls durch Ausbilden
einer oder mehrerer Öffnungen
mit bestimmten Formen und Abmessungen im Klappenkörper 4 selbst
erreicht werden, wodurch insbesondere ein Entweichen gleich großer Mengen
in beiden Endpositionen des Klappenkörpers 4 möglich ist.
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Die
praktische Ausführung
des kalibrierten Entweichens darf so weit wie möglich nicht zu Störungen in
der Fluidströmung 1, 1' entlang der
zulässigen
Bahn führen.
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Um
eine wirtschaftliche industrielle Herstellung zu erreichen, die
wenig aufwendig und zuverlässig
ist, insbesondere im Hinblick auf die Dichtigkeit, kann vorteilhafterweise
vorgesehen sein, daß der Klappenkörper 4 und
die Drehachse 6 als ein Einsatzelement oder -körper 11 ausgebildet
sind und gegebenenfalls zu einem (auch als Kassette bezeichneten)
Einsatzteil 11' integriert
sind, das ebenfalls die Innenwände
des oder der Bereiche der Zwischenleitungen) 5, 5', insbesondere
die Anlagezonen 8, 8' des Klappenkörpers 4 in dessen
Endpositionen oder die Zonen der Innenwände 9, 9' mit komplementärer Form,
bildet, wobei das Einsatzelement oder -teil 11' durch Einbau
in einen Ausschnitt oder einen Hohlraum 12 von entsprechender
Form angebracht ist, welcher im Bereich der Verbindung zuwischen
der wenigstens einen primären
Leitung 2, 2' und
der mindestens einen sekundären
Leitung 3, 3' ausgebildet ist
(siehe 4 bis 9).
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Das
Einführen
des Einsatzelements oder -körpers 11 oder
des Einsatzteils 11' erfolgt
vorzugsweise in einer Richtung, die zu der endgültigen Richtung der Drehachse 6 nach
deren Montage parallel ist.
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Die 1 bis 6 der
zugehörigen
Zeichnungen zeigen schematisch, als nicht einschränkende Beispiele,
drei praktische Anwendungsbeispiele der Erfindung, die drei Ausführungsbeispielen
derselben entsprechen, nämlich
einerseits eine in der 6 der zugehörigen Zeichnungen dargestellte
Anwendung als Absperrelement in einem Zwei-Wege-System (ein Einlaßweg und
ein Auslaßweg),
andererseits eine in den 1 bis 3 und 7 bis 12 der
zugehörigen
Zeichnungen dargestellte Anwendung als Verteiler-/Absperrelement
in einem Drei-Wege-System
(ein Einlaßweg
und zwei Auslaßwege)
und schließlich
eine in den 4 und 5 der zugehörigen Zeichnungen
dargestellte Anwendung als Verteilerelement in einem Vier-Wege-System
(zwei Einlaßwege
und zwei Auslaßwege).
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Bei
diesen drei Ausführungsbeispielen
bildet der Klappenkörper 4 mit
dem Körper 11'' des Einsatzteils 11' oder den Wänden von
Bereichen der Zwischenleitungen 5, 5' ein Absperr-
und/oder Verteilerventil, das in die Zone des Zusammenlaufs der
primären 2, 2' und sekundären Leitungen 3, 3' integriert ist.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
der 6 führt die
Klappenanordnung ausschließlich
eine Funktion vom Typ Öffnen/Schließen des
Durchlasses zwischen einem stromaufwärtigen Leitungsbereich 2 und
einem stromabwärtigen
Leitungsbereich 3 aus. In seiner aufgeschwenkten Position
läßt der Klappenkörper 4 das
Fluid 1 mit einem minimalen Druckabfall frei passieren,
und in seiner zugeklappten Stellung sperrt der Klappenkörper 4 den
Durchlaß und verhindert
jedes Umlaufen von Fluid 1.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
nach den 1 bis 3 und 7 bis 12,
ermöglicht
die Klappenanordnung das Leiten der in der primären Leitung 2 fließenden Fluidströmung 1 in
Richtung einer der beiden sekundären
Leitungen 3 oder 3',
indem, sie den Einlaß in
die andere der beiden sekundären
Leitungen 3 oder 3' vollständig (oder
mit einem kalibrierten Entweichen) verschließt, wobei gleichzeitig ein
geringer Druckabfall erzeugt wird.
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Wie
die 1 bis 3 und 6 der zugehörigen Zeichnungen
zeigen, kann der Bereich des Klappenkörpers 4, der sich
stromaufwärtig
der Drehachse 6 erstreckt, vorteilhafterweise größer sein
als der Bereich des Klappenkörpers 4,
der sich in stromabwärtiger
Richtung erstreckt, vorzugsweise in einem Verhältnis von 2:1, wobei der Klappenkörper 4 vorteilhafterweise,
insbesondere bei einem Drei-Wege-System mit Y-Aufbau, in der mittleren Öffnungsstellung
mit der Mittelachse AM der Fluidströmung 1, 1' in der primären Leitung 2, 2' ausgerichtet
ist.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
der 4 und 5 der zugehörigen Zeichnungen, das für ein Vier-Wege-System
bestimmt ist, kann der Klappenkörper 4 vorteilhafterweise
in Form einer Trennwand vorliegen, die, gegebenenfalls in Zusammenwirken mit
zwei gegenüberliegenden
Wandbereichen 9, 9' oder 13, 13', die sich zu
beiden Seiten des Klappenkörpers 4 befinden,
zwei Bahn- oder Zwischenleitungsbereiche 5 und 5' begrenzt, welche
jeweils eine stromaufwärtige
Leitung 2, 2' und
eine stromabwärtige
Leitung 3, 3' miteinander
verbinden, wobei die Drehung des Klappenkörpers 4 von der einen
Endposition in die andere Endposition das Umkehren der Verbindungen
zwischen den stromaufwärtigen 2, 2' und stromabwärtigen Leitungen 3, 3' ermöglicht.
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Um
die Montage der Klappenanordnung zu vereinfachen und die Druckverluste
der Fluide 1 und 1' bei
diesem Ausführungsbeispiel
zu minimieren, bilden der Klappenkörper 4 und die beiden
gegenüberliegenden
Wandbereiche 13, 13' vorzugsweise
ein integrierender Bestandteil des nach Art eines kugelförmigen,
konischen oder zylindrischen Absperrschiebers drehbar angebrachten
Körpers 11 im
Bereich des Zusammenlaufs 14 der stromaufwärtigen 2, 2' und stromabwärtigen Leitungen 2, 2', wobei der
Klappenkörper 4 im
Querschnitt eine doppelt konvexe Wand bildet und die Wandbereiche 13, 13' eine gewölbte Ausbildung
aufweisen, die in Richtung der jeweiligen gegenüberliegenden konvexen Vertiefungen des
Klappenkörpers 4 gerichtet
ist.
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Wie
in den 4 und 5 dargestellt, ist der Klappenkörper 4 gegenüber den
möglichen
Bahnen der Fluidströmungen 1 und 1' versetzt und
dient als Trennwand zwischen den beiden Kreisläufen und als Seitenwandelement
für jeden
der Bereiche der Zwischenleitungen 5, 5'. Durch einfaches
Drehen um 90° können gleichzeitig
zwei Verbindungsumkehrungen erfolgen, die einen Übergang von einem Verbindungsschema 1–3/1'–3' zu einem Verbindungsschema 1–3'/1'–3 ermöglichen.
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Die
Klappen- oder Ventilanordnung ist (mit Ausnahme der Regelelemente)
vorteilhafterweise aus thermoplastischen Teilen gebildet, die durch Schweißen, Schrauben
oder Kleben miteinander verbunden sind. Es kann insbesondere vorgesehen sein,
den Klappenkörper 4 einstückig mit
der Drehachse 6 auszubilden.
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Nach
einer Variante können
die bewegbaren Teile und die Funktionsteile auch aus Metallteilen
bestehen, die miteinander verschweißt oder verschraubt sind.
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Vorliegende
Erfindung betrifft ebenfalls eine Vorrichtung zum Umlaufenlassen
und Verteilen von Fluid(en) 1, 1' zwischen mindestens einer primären Leitung 2, 2' und einer sekundären Leitung 3, 3'.
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Diese
Vorrichtung zum Umlaufenlassen und Verteilen besteht im Prinzip
einerseits aus einem einstückigen
Teil, das durch eine konvergierende und verbindende Montage mehrerer
Rohrleitungen 2, 2', 3, 3' oder mehrerer
mit den Leitungen 2, 2', 3, 3' verbundener
Rohrleitungsabschnitte insbesondere in Form eines Y oder X gebildet
ist, und einen Zugangsausschnitt oder eine Zugangsöffnung 12 im
Bereich des Zusammenlaufs 14 der primären 2, 2' und sekundären Leitungen) 3, 3' aufweist, und
andererseits aus einer zuvor beschriebnen Klappen- oder Ventilanordnung,
bei der zumindest der Klappenkörper 4 oder ein
analoges Absperr- und/oder Verteilerelement und die Drehachse 6 im
Bereich des Zusammenlaufs 14 über die Zugangsöffnung 12 eingesetzt
werden, wobei letztere mit einem Deckel oder einem entsprechenden
Stopfen 16 dicht geschlossen wird.
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Nach
einem komplementären
Merkmal der Erfindung, das insbesondere in den 7, 8 und 10 der
zugehörigen
Zeichnungen dargestellt ist, durchquert die Drehachse 6 den
Verschlußdeckel oder
-stopfen 16 der Zugangsöffnung 12,
wobei dieser zumindest einen Teil des Betätigungsmechanismus 7' trägt, der
ein Bestandteil der Regelvorrichtung 7 der Klappe ist.
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Wie
in der 8 der zugehörigen
Zeichnungen genauer dargestellt, kann der Verschlußdeckel 16 möglicherweise
einteilig mit dem strukturellen Körper 11'' des
Einsatzteils 11' und
mit wenigstens einem Stützelement 18 für zumindest
einen Teil der Regelvorrichtung 7 ausgebildet sein. Die
Dichtigkeit kann durch den Flächenkontakt
zwischen den Umfangsrandzonen der Öffnung 12 und des
eine Stützplattform
bildenden Deckels 16 erreicht werden (9 und 10).
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Falls
die Klappenanordnung ein Einsatzteil 11' aufweist, kann die Dichtigkeit
gegenüber
Fluiden 1, 1' an
der Zusammenlaufzone durch das Ausbilden einer vorab gefertigten
Einheit aus strukturellem Körper 11''/Klappenkörper 4 und Drehachse 6 leicht
optimiert werden, wobei der Umfangsrandkontakt zwischen den Teilen
derselben in den Endpositionen fein abgestimmt werden kann und nicht
durch die Montage des Einsetzteils 11' in das Teil 15 beeinträchtigt wird.
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Die
zuvor beschriebene Klappenanordnung und die Vorrichtung zum Umlaufenlassen
und Verteilen sind besonders für
eine Anwendung im Kühlkreislauf
eines Kraftfahrzeugs mit Wärmemotor,
jedoch gleichermaßen
für Anwendungen
in Zirkulationskreisläufen
für Luft,
Kraftstoff, Scheibenwaschflüssigkeit
und Abgas bei derartigen Fahrzeugen geeignet.
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Es
kann ferner gleichermaßen
vorgesehen sein, die Gegenstände
der vorliegenden Erfindung im Rahmen von Kühlkreisläufen von Wärmemotoren im allgemeinen,
im Rahmen von Elektromotoren oder -generatoren oder auch auf dem
Gebiet des Sanitärwesens
und, weiter gefaßt,
auf sämtlichen
technischen Gebieten einzusetzen, bei denen ein Umlauf von flüssigen oder
gasförmigen
Fluiden stattfindet.
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Selbstverständlich ist
die Erfindung nicht auf die beschriebenen und in den zugehörigen Zeichnungen
dargestellten Ausführungsbeispiele
begrenzt. Modifizierungen sind möglich,
insbesondere hinsichtlich des Aufbaus der verschiedenen Elemente
oder durch Substituieren äquivalenter
Techniken, ohne dadurch den Rahmen der Erfindung zu verlassen.