DE60129624T2 - Motorbetätigte Klappe - Google Patents

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine motorbetätigte Absperrklappenventil-Anordnung entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Motorbetätigte Absperrklappenventil-Anordnungen können zum Steuern des Öffnens/Schließens/Umschaltens, etc. von Warmwasserverrohrungen in einem Klimaanlagensystem eines Automobils beispielsweise verwendet werden. Allgemein wird die Orientierung zumindest eines scheibenförmigen Ventilelementes, das im Inneren eines Rohres angeordnet ist, durch die treibende Kraft eines Motors variiert, um die Öffnungszustände des Rohres zu steuern.
  • In der motorbetätigten Absperrklappenventil-Anordnung von US-A-4 981 283 trägt die Motorwelle einen Nabenteil mit zwei voneinander beabstandeten Armen, welche sich senkrecht zur Achse der Motorwelle erstrecken und zwischen sich einen Zwischenspalt definieren. Beide Arme sind aus elastischem Material hergestellt. Das Ventilelement wird durch eine Welle abgestützt, die sich quer durch das Rohr erstreckt. Die Welle ist an einer Seite des Rohres verlängert und trägt dort einen Kurbelarm, dessen freien Endes in den Zwischenspalt zwischen beiden Armen des Nabenteils eingreift. Im Inneren des Rohres ist zum Definieren einer extremen Absperrposition des Ventilelementes ein Stopper ausgebildet. Sobald das Ventilelement das Stopperelement kontaktiert, wird der Motor mit einem zusätzlichen Antriebsbewegungs-Inkrement angetrieben, das die vorhergehende Motorantriebsbewegung fortsetzt, derart, dass einer der elastischen Arme des Nabenteils elastisch abgelenkt wird, um zunächst das Ventilelement gegen das Stopperelement zu pressen. Erst dann wird der Motor angehalten.
  • Es gibt Absperrklappenventil-Anordnungen mit einer Vielzahl Ventilelementen, die zueinander parallel und kollektiv gesteuert sind. Wenn diese Ventilelemente angetrieben werden, um exakt dieselben Öffnungs- und Schließbewegungen auszuführen, können die jeweils erzielbaren Öffnungs- oder Schließzustände unter den Ventilelementen als Folge von Fehlern geringfügig differieren, die auf dimensionale Ungenauigkeiten, auf die Montierpräzision, unterschiedliche Spiele in den Antriebsmechanismen, etc. zurückzuführen sind. Demzufolge ist in solchen Fällen aus Sicherheitsgründen für jedes Ventil element ein individueller Motor vorzusehen. Dies ist unwirtschaftlich, da die Teilekosten hoch sind und der Einbauraum exzessiv groß ist.
  • Ein Rückstellfedermechanismus für eine Ventilklappentüre gemäß US-A-5 937 891 für ein Heizungs-Ventilation- und Klimaanlagensystem-Gehäuse enthält eine Spiralfeder mit einem gegabelten Abschnitt mit zwei Schenkeln. Die Schenkel sind zueinander hin vorgespannt. Die Spiralfeder ist auf einer Welle angeordnet, um eine Türklappe des Gehäuses mittels eines pneumatischen Aktuators und eines Hebelmechanismus zwischen vorbestimmten Positionen zu verschwenken. Die Spiralfeder dient zum Rückstellen der Türklappe in die neutrale Position. Die andere Position der Türklappe wird durch die Aktion des Aktuators und des Hebelmechanismus definiert.
  • US-A-5 096 156 offenbart einen Dämpferapparat, der in ein Heizungs-, Kühlungs- oder Ventilationssystems inkorporiert ist. Ein Motor dreht das Dämpferblatt in eine zweite Position. Dabei wird durch die Bewegung des Dämpferblattes eine Vorspannfeder gedehnt. Sobald der Motor abgeschaltet ist, verdreht die Rückstell-Vorspannfeder das Dämpferblatt in eine andere gegebene Position. In der Bewegungsübertragung zwischen dem Motor und dem Dämpferblatt sind ein Kupplungs- und Entkupplungs-Mechanismus vorgesehen.
  • Es ist ein Gegenstand der Erfindung, eine motorbetätigte Absperrklappenventil-Anordnung anzugeben, deren Ventilelement ordnungsgemäß in einen Absperrstatus an einer extremen Absperrposition gebracht werden kann, derart, dass keine Wasserleckage oder dgl. auftritt, und zwar ohne die Notwendigkeit, die dimensionale Genauigkeit oder die Montierpräzision individueller Komponenten zu verbessern, und auch ohne die Notwendigkeit, den Motor zu blockieren.
  • Dieser Gegenstand wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 erreicht.
  • Das Ventilelement und der mit dem Ventilelement gekuppelte Antriebsarm bleiben angehalten, während die Spiralfeder, die den treibenden Armstift und den getriebenen Armstift mittels des gegabelten Abschnitts elastisch kuppelt, durch die treibende Kraft des Motors und das zusätzliche Antriebsbewegungs-Inkrement elastisch deformiert wird, mit dem Resultat, dass die Elastizität der Spiralfeder das Ventilelement fest gegen den Stopper anpresst und es in der angepressten Kondition hält. Die Reaktionskraft der de formierten Spiralfeder kann schwach genug eingestellt werden, um ein Blockieren des Motors zu vermeiden. Demzufolge kann, selbst wenn es einen dimensionalen Fehler, einen Montiertehler, oder dgl. unter den individuellen Komponenten geben sollte, das Ventilelement in einen ordnungsgemäßen Absperrstatus so gebracht werden, so dass Wasserleckagen oder dgl. nicht auftreten, und zwar ohne die Notwendigkeit, den Motor zu blockieren. Die Spiralfeder greift sowohl an dem treibenden Armstift als auch dem getriebenen Armstift an. Sobald das Ventilelement mit dem Stopper in Kontakt ist und der treibende Arm durch den Motor weiter gedreht wird, bleiben der getriebene Arm und das Ventilelement in der korrekten extremen Position angehalten, während die Spiralfeder elastisch deformiert wird. Das Ausmaß des zusätzlichen, treibenden Bewegungsinkrements des Motors muss auf einen Wert gesetzt werden, welcher zuverlässig zumindest die möglichen Toleranzen des Ventilelements und irgendwelche Spiele in den Kraftübertragungsweg zwischen dem Motor und dem Ventilelement kompensiert. Die Spiralfeder wird elastisch so deformiert, dass der durch den gegabelten Abschnitt definierte Spalt aufgeweitet wird. Die Ausbildung der Spiralfeder mit dem gegabelten Abschnitt ist vorteilhaft, da die Spiralfeder in beiden Bewegungsrichtungen des Ventilelementes auf dieselbe Weise agiert. Die Spiralfeder kuppelt beide Arme über jeweilige Querstifte. Die Spiralfeder wird von der Welle des Ventilelementes getragen, oder von der Motorausgangswelle. Falls der aktive Hebelarm des getriebenen Armes kürzer ist als der aktive Hebelarm des treibenden Armes, kann die Spiralfeder sogar die Betätigungskraft für das Ventilelement erhöhen. Um eine vorbestimmte Betätigungskraft zu erzielen, kann so ein Motor mit niedrigem Drehmoment verwendet werden. In diesem Fall kann der Schwenkhub des treibenden Armes größer sein als der Schwenkhub des getriebenen Armes. Die Anordnung kann auch umgekehrt werden, um einen relativ übersetzten Schwenkhub für das Ventilelement im Vergleich mit einem kürzeren Schwenkhub oder ein Drehinkrement des Motors und des treibenden Armes zu erzielen. In der zuerst erwähnten Anordnung ist das Reaktionsdrehmoment der deformierten Spiralfeder für den Motor schwächer als das Drehmoment, das das Ventilelement in Kontakt mit dem Stopper hält.
  • Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsform einer motorbetätigten Absperrklappenventil-Anordnung, und zwar in einem voll geschlossenen Zustand (Schnittebene A-A in 3),
  • 2 eine Schnittansicht der motorbetätigten Absperrklappenventil-Anordnung von 1, in einem weit offenen Status,
  • 3 eine Ansicht des motorbetätigten Absperrklappenventils von 1 und 2 in der Richtung der Achse eines Rohres,
  • 4 eine Vorderansicht der motorbetätigten Absperrklappenventil-Anordnung,
  • 5 eine Perspektivansicht eines elastischen Kupplungsgliedes, das als ein Federglied designiert ist, wie in der ersten Ausführungsform verwendet,
  • 6 und 7 Schnittansichten einer zweiten Ausführungsform einer motorbetätigten Absperrklappenventil-Anordnung in ersten und zweiten Betriebszuständen, und
  • 8 eine Vorderansicht einer dritten Ausführungsform einer motorbetätigten Absperrklappenventil-Anordnung.
  • Die 1 bis 4 illustrieren eine erste Ausführungsform einer motorbetätigten Absperrklappenventil-Anordnung, wie sie beispielsweise verwendet wird zum Öffnen/Schließen etc. eines Warmwasserrohres in einer Automobilklimaanlage. Solche Anordnungen können jedoch auch verwendet werden zum Steuern der Öffnungszustände verschiedener anderer Typen von Fluidrohren.
  • Ein scheibenförmiges Absperrklappen-Ventilelement 2 zum Steuem des Öffnungszustandes eines Rohres 1 ist in dem Rohr 1 in der Mitte angeordnet und um eine Welle 3 drehbar, die sich quer zum Rohr 1 erstreckt. Das Absperrklappen-Ventilelement 2 ist fest an der Welle 3 fixiert und wird durch einen Aktuator, z.B. einen die Welle 3 rotierenden Elektromotor 4 angetrieben. Die Welle 3 variiert die relative Orientierung des Absperrklappen-Ventilelementes 2 im Inneren des Rohres 1. Der Aktuator 4 kann ein Motoraktuator, ein Schrittmotor oder dgl. sein, d.h., ein Aktuator, dessen Anhaltewinkel eingestellt werden kann.
  • Eine Ausgangswelle 5 des Motors 4 und die Welle 3 sind in gegenseitiger Ausrichtung, d.h., sind zumindest substantiell in Bezug zueinander koaxial. Die Wellen 5 und 3 sind nicht direkt, sondern durch einen Kupplungsmechanismus 10 gekuppelt. Der Kupplungsmechanismus 10 umfasst einen treibenden Arm 11, der direkt mit der Ausgangswelle 5 verbunden ist, einen getriebenen Arm 12, der direkt mit der Welle 3 verbunden ist, und ein elastisches Kupplungsglied 13 zum elastischen Kuppeln des treibenden Arms 11 mit dem getriebenen Arm 12. In der gezeigten Ausführungsform ist das elastische Kupplungsglied 13 als Federglied ausgebildet.
  • Der treibende Arm 11 und der getriebene Arm 12 erstrecken sich in Richtungen, die substantiell senkrecht zu denen der jeweiligen drehbaren Wellen 3, 5 sind. An distalen Enden des treibenden Arms und des getriebenen Arms 12 sind seitwärts vorstehende Treibstifte 11a, 12a vorgesehen. Beide Treibstifte 11a, 12a sind benachbart zueinander positioniert und werden durch das elastische Kupplungsglied 13 elastisch miteinander gekuppelt.
  • 1 illustriert einen voll abgesperrten Zustand, in welchem das Rohr 1 vollständig durch das Absperrklappen-Ventilelement 2 blockiert ist. Die innere Wand des Rohres 1 definiert einen Stopper 14, welcher die extreme Position des Ventilelementes 2 im Absperrzustand festlegt. Andererseits könnte ein nicht gezeigter struktureller Stopper im Inneren des Rohres 1 zu einer dichtenden Zusammenwirkung mit dem Ventilelement 2 vorgesehen sein. Alternativ könnte ein Stopper sogar mit der Welle 3 zusammenwirken, um zumindest eine extreme Position des Ventilelementes 2 zu definieren. 2 illustriert einen weit geöffneten Zustand, in welchem die Orientierung des Ventilelementes 2 zumindest substantiell mit der Axialrichtung des Rohres 1 übereinstimmt.
  • Das elastische Kupplungsglied 13 ist in 5 eine Spiralfeder 15 mit einem gewickelten Abschnitt 14b, der aus mehreren Federwindungen besteht. An den Enden des gewickelten Abschnitts 13b erstrecken sich zwei einander überkreuzende Schenkel im Wesentlichen senkrecht zu der Achse des gewickelten Abschnitts 13b. Beide Schenkel definieren einen gegabelten Abschnitt 13a zum Festhalten des treibenden Stifts 11a und des getriebenen Stifts 12a. Distale Endbereiche 13c beider Schenkel sind umgebogen, um den gegabelten Abschnitt 13a zu schließen. Der gewickelte Abschnitt 13b umgibt einen Endabschnitt der Welle 3, derart, dass sich beide Schenkel des elastischen Kupplungsgliedes 13 im Wesentlichen parallel zu den Armen 11, 12 erstrecken. Der Radialabstand des getriebenen Stiftes 12a von der Welle 3 ist kürzer als der Radialabstand des getriebenen Stiftes 11a von der Ausgangswelle 5. Der Durchmesser des treibenden Stiftes 11a ist etwas größer als der Durchmesser des getriebenen Stiftes 12a, derart, dass normalerweise beide Stifte 11a, 12a im gegabelten Abschnitt 13a von beiden Schenkeln und von einander gegenüberliegenden Seiten gehalten sind.
  • In einem normalen Zustand, d.h., solange das Ventilelement 2 den Stopper 14 nicht kontaktiert oder den Stopper 14 ohne signifikanten Kontaktdruck kontaktiert, hält der gegabelte Abschnitt 13a des elastischen Kupplungsgliedes 13 die Stifte 11a, 12a, wie in 2 gezeigt, so fest, dass sich beide Stifte relativ zueinander und relativ zu dem gegabelten Abschnitt nicht bewegen können.
  • Wenn jedoch der treibende Arm 11 durch den Motor 4 verdreht wird, wird auch der getriebene Arm 12, der durch das elastische Kupplungsglied 13 mit dem treibenden Arm 11 gekuppelt ist, zusammen mit dem treibenden Arm 11 ohne jegliche Verzögerung gedreht, derart, dass die Orientierung des Absperrklappen-Ventilelementes 2 um den weit geöffneten Zustand verändert werden kann, z.B. wie in 2 gezeigt.
  • Sobald jedoch das Ventilelement 2 in den voll absperrenden Zustand von 1 gebracht ist, kontaktiert es die innere Rohrwand oder den Stopper 14 des Rohres 1, um das Rohr 1 abzusperren. Dann wird der treibende Arm 11, nachdem das Ventilelement 2 den Stopper 14 kontaktiert, mit einem zusätzlichen Antriebsbewegungs-Inkrement des Motors 4 weiter verdreht. Dieses zusätzliche treibende Bewegungsinkrement des Motors 4 erstreckt sich in derselben Richtung wie die vorhergehende Bewegung zu dem absperrenden Zustand und über ein vorbestimmtes Ausmaß. Dann wird der Motor 4 angehalten.
  • In dem voll abgesperrten Zustand und nachdem der getriebene Stift 12 des getriebenen Arms 12 mit dem Absperrklappen-Ventilelement 2 anhält, das in Kontakt mit der inneren Wand oder dem Stopper 14 des Rohres 1 gehalten ist, wird der treibende Stift 11a des treibenden Armes 11 zusätzlich weitergedreht, so dass das elastische Kupplungsglied 13 in einen Zustand gebracht wird, in welchem der gegabelte Abschnitt 13a in Aufweitrichtung elastisch deformiert ist, wie in 1 gezeigt. In anderen Worten spreizen die Stifte 11a, 12a durch die zusätzliche Drehung des Motors 4 beide Schenkel der Spiralfeder 15 auseinander, und ändern sie die Dimension des gegabelten Abschnitts 13a von einer ersten Dimension zu einer zweiten, größeren Dimension. In dieser Situation kontaktiert der treibende Stift 11a nur einen Schenkel, während der getriebene Stift 12a nur den anderen Schenkel kontaktiert. Die zusätzliche Rotation oder das zusätzliche Antriebsbewegungs-Inkrement des Motors 4 gleicht in der gezeigten Ausführungsform essentiell einer Winkelbewegung, die z.B. substantiell korrespondiert mit dem Durchmesser des treibenden Stiftes 11a.
  • Als Resultat agiert die Federkraft des deformierten elastischen Kupplungsgliedes 13 so, dass das Absperrklappen-Ventilelement 2 gegen die innere Wand oder den Stopper 14 des Rohres 1 gepresst wird, und demzufolge, selbst falls es einen dimensionalen Fehler oder einen Montierfehler bei den individuellen Teilen geben sollte, kann ein zufriedenstellender voll abgesperrter Zustand erreicht werden.
  • In der zweiten Ausführungsform und wie in den 6 und 7 gezeigt, kann das Rohr 1 ein sich aufzweigendes Rohr sein, das an der Anordnungsstelle des Absperrklappen-Ventilelementes 2 in drei Zweigrohre 1a, 1b, 1c verzweigt ist. Alle vier Zweigrohre 1, 1a, 1b, 1c sind in Bezug zueinander mit einer Versetzung von ca. 90° orientiert. Das von der Welle 3 getragene Absperrklappen-Ventilelement 2 dient zum Umschalten zwischen unterschiedlichen Kommunikationsweisen. In 6 kommuniziert das Rohr 1 mit dem Zweigrohr 1a, während gleichzeitig das Zweigrohr 1b mit dem Zweigrohr 1c kommuniziert. Die Kommunikation von dem Rohr 1 zu den Zweigrohren 1b, 1c ist abgesperrt, wie auch die Kommunikation vom Zweigrohr 1c zum Zweigrohr 1a. In 7 ist das Rohr 1 mit dem Zweigrohr 1b verbunden, während gleichzeitig auch die Zweigrohre 1c und 1a miteinander verbunden sind. Es könnte sogar einen weiteren Kommunikationsstatus geben, in welchem das Ventilelement parallel zu der Achse des Rohres 1 orientiert ist, so dass alle Rohre und Zweigrohre miteinander kommunizieren. Durch Stopper 14, 14', z.B. die Innenwände des Rohres 1, sind zwei extreme Positionen für das Absperrklappen-Ventilelement 2 definiert. An jeder dieser extremen Positionen des Ventilelementes 2 ist das elastische Kupplungsglied 13 elastisch deformiert, wie in Verbindung mit 1 gezeigt und erklärt. In diesem Fall agiert das elastische Kupplungsglied 13 bidirektional. In 6 ist der nicht gezeigte Motor entgegen dem Uhrzeigersinn zusätzlich verdreht worden, sobald das Ventilelement 2 den Stopper 14 kontaktiert. In 7 ist der nicht gezeigte Motor zusätzlich im Uhrzeigersinn weitergedreht worden, sobald das Ventilelement 2 den Stopper 14' oder die Innenwand des Rohres 1 kontaktiert.
  • In der weiteren Ausführungsform in 8 wird ein einzelner Motor 4 verwendet, um kollektiv zumindest zwei Absperrklappen-Ventilelemente 2 anzutreiben. Ausgangswellen 5 können an voneinander abgewandten Seiten des Motors 4 vorgesehen sein. Jede Ausgangswelle ist mit einer jeweiligen Welle gekuppelt, die in einem Rohr 3 ein Ventilelement 2 trägt, und zwar über einen Kupplungsmechanismus 10, der jeweils ein eigenes elastisches Kupplungselement 3 enthält. Sogar in Fällen, in welchen es eine Differenz zwischen der Winkelposition gibt, an welcher die zwei Absperrklappen-Ventilelemente 2 jeweils voll absperren, können beide Absperrklappen-Ventilelemente 2 gleichzeitig ohne Störung zu ihren vollen Absperrzuständen gebracht werden. In einer weiteren, nicht gezeigten Ausführungsform könnte eine einzelne treibende Welle oder ein einzelner Motor 4 verwendet werden, um eine Serie von Ventilelementen anzutreiben, welche zueinander parallel zu steuern sind, und zwar jedes über sein eigenes elastisches Kupplungsglied, das wie oben beschrieben arbeitet.

Claims (3)

  1. Motorbetätigte Absperrklappenventil-Anordnung zum Steuern der Öffnungszustände eines Rohres (1), mit zumindest einem Ventilelement (2), das im Inneren des Rohres (1) an einer verdrehbaren Welle (3) angeordnet ist, einem Motor (4) mit einer Ausgangswelle (5), die substantiell koaxial mit der Welle (3) des Ventilelementes (2) angeordnet ist, und einem Kupplungsmechanismus zwischen einem treibenden, von dem Motor (4) verdrehten Arm (11) und einem mit dem Ventilelement (2) gekuppelten getriebenen Arm (12), um die Orientierung des Ventilelementes (2) in Relation zu dem Rohr (1) zwischen unterschiedlichen Öffnungszuständen des Rohres (1) zu variieren, wobei zumindest einer der Öffnungszustände definiert wird durch mechanischen Kontakt zwischen dem Ventilelement (2) und einem Stopper (14, 14') des Rohres, und der Kupplungsmechanismus zum elastischen Aufnehmen eines zusätzlichen Antriebsbewegungs-Inkrements des Motors (4) in Relation zu dem Ventilelement (2) durch eine Deformation, sobald das Ventilelement (2) an dem Stopper (14, 14') anhält, ein elastisches Federglied (15) aufweist, wobei das zusätzliche Antriebsbewegungs-Inkrement die vorhergehende Motorantriebsbewegung fortsetzt, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Arme (11, 12) einen Querstift (11a, 12a) aufweist, der von dem jeweiligen Arm substantiell parallel zu den Wellen (3, 5) vorsteht, dass der radiale Abstand eines der Stifte von den Wellen (3, 5) kürzer ist als der radiale Abstand des anderen der Stifte von den Wellen (3, 5), dass das Federglied (15) eine gewickelte Feder mit einem gewickelten Abschnitt (13b) und zwei einander überkreuzenden Schenkeln (13a) ist, die miteinander einen gegabelten Abschnitt zum Aufnehmen beider Stifte (11a, 12a) benachbart zueinander definiert, und dass der gewickelte Abschnitt (13b) von einer der Wellen (3, 5) getragen wird.
  2. Motorbetätigte Absperrklappenventil-Anordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit jedem aus einer Vielzahl von Ventilelementen (2) ein gemeinsamer Motor (4) durch eine Vielzahl Federelemente (15) gekuppelt ist, und dass der gemeinsame Motor (4) so gesteuert wird, dass er das zusätzliche Antriebsbewegungs-Inkrement ausführt, sobald zumindest eines der Ventilelemente (2) an einem jeweiligen Stopper (14, 14') angehalten hat.
  3. Motorbetätigte Absperrklappenventil-Anordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (1) ein an der Anordnungsstelle des Ventilelementes (2) sich in mehrere Rohrzweige (1a, 1b, 1c) aufzweigendes Zweigrohr umfasst, und dass das Ventilelement (2), sobald an irgendeinem von zwei Stoppern (14, 14') angehalten jeweils zwei der Rohrzweige voll miteinander verbindet.
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