-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
Der
derzeitige Stand der Technik zum Steuern der Temperatur einer Maschine,
wie etwa einer Brennkraftmaschine, besteht darin, einen mechanischen
Wachspellet-Thermostat
zu verwenden, um den Fluss eine Kühlmittels zum Kühler für eine Fahrzeug
zu steuern. Dieser Thermostat ist vom Typ eines Tellerventils, das
entweder bei Raumtemperatur vollständig geschlossen oder geöffnet ist,
wenn eine Maschinentemperatur einen vorbestimmten Einstellpunkt
erreicht.
-
Es
gibt eine Reihe von Problemen, die mit dem typischen Wachspellet-Thermostaten in Verbindung
stehen. Da das Temperaturerfassungselement, d. h. das Wachspellet,
im Strömungsfluss
angeordnet sein muss, gibt es einen sehr hohen Druckabfall mit zugehörigen Verlusten.
Bei Maschinensystemen, die relativ große Wasserpumpen haben, um die
notwendigen Kühlmittelflussraten
und die zugehörige
Kühlung
zu erzeugen, muss eine signifikante Leistung von der Maschine verwendet
werden. Diese Abzweigung der Leistung beeinflusst das Leistungsverhalten
des Fahrzeugs und verbraucht Kraftstoff.
-
Darüber hinaus
wird die Fixpunkt-Temperatureinstellung für die Maschine vorherrschend
durch die physikalische Zusammensetzung des Temperaturerfassungselementes,
d. h. des Wachspellets, bestimmt. Der Erweichungspunkt eines speziellen Wachspellets
ist unveränderlich
und kann nicht geändert
werden. Daher ist der Thermostat absolut statisch, wobei der Thermostat
entweder den Fluidfluss blockiert oder einen maximalen Fluidfluss
in Abhängigkeit
davon ermöglicht,
ob die eingestellte Temperatur erreicht wird. Es gibt absolut keine
dynamische Steuerung der Maschinentemperatur mit einem herkömmlichen
Thermostat.
-
Aus
US 5.060.910 ist eine Luftstrom-Steuervorrichtung
bekannt, die eine Leerlaufdrehzahl-Steuereinheit in einem Ansaugsystem
einer Brennkraftmaschine ist. Sie enthält eine konische Feder, die
ein Ventilelement in eine Richtung zwingt, in der das Ventilelement
in Eingriff mit einem Ventilsitz gelangt, um den Luftstrom durch
die Luftstrom-Steuervorrichtung zu blockieren. Wenn die Position
des Ventilelementes den Luftstrom zulässt, strömt die Luft um das Äußere des
Ventilelementes.
-
US 6.460.567 B1 bezieht
sich auf Ventile, die einen Ventilkern beinhalten und von einem
Motor angetrieben werden. Bei einer Ausführungsform ist ein Strömungsleitungsweg
vorgesehen. Das Öffnen
oder Schließen
des Strömungsleitungsweges
beeinflusst Änderungen
des Drucks in einer Druckverstärkungskammer,
die Kräfte
auf ein Ventilelement des Ventilkerns ausübt. Dadurch können größere Ventile
und Strömungsdrücke durch
kleinere Motoren gesteuert werden.
-
Aus
US 5.137.255 ist ein Steuerventil
bekannt, das eine Anordnung eines Halters und eines Ventils enthält, wobei
das sogenannte Ventil in Eingriff mit einem Ventilsitz 1b zum Blockieren
des Fluidflusses gebracht wird. Zwischen dem Halter und dem sogenannten
Ventil ist eine Druckschraubenfeder vorgesehen, die das Ventil in
Richtung des Ventilsitzes drückt.
Eine Feder, die zwischen dem Halter und einer Führung vorgesehen ist, an der
der Halter angebracht ist, verhindert, dass sich der Halter infolge
eines Flankenspiels eines Schraubabschnittes leicht bewegt. Das
Fluid wird um die Anordnung des Halters und des sogenannten Ventils
bewegt.
-
US 6.157.103 beschreibt
eine Ventilanordnung, die ein sogenanntes Ventil hat, das in Eingriff mit
einem Ventilsitz gebracht wird, um einen Luftstrom zu blockieren.
Ein Halter ist integral mit dem sogenannten Ventil ausgebildet und
befindet sich innerhalb einer Führung.
Eine Feder, die zwischen der Führung
und dem sogenannten Ventil vorgesehen ist, drückt dasselbe in Richtung des
Ventilsitzes. Die Luft strömt
um das Äußere der
Anordnung des Halters und des sogenannten Ventils.
-
US 2002/0189555 A1 bezieht
sich auf ein Strömungsraten-Regulierventil.
Das Ventil enthält
einen ersten Einlassanschluss, einen zweiten Einlassanschluss und
einen einzigen Auslassanschluss. In Zuordnung mit dem ersten Einlassanschluss
ist ein erstes Ventilelement vorgesehen, und in Zuordnung mit dem
zweiten Einlassanschluss ist ein zweites Ventilelement vorgesehen.
Beide Ventilelemente sind an einer Ventilstange angebracht, die
sich von einer Abtriebswelle eines Schrittmotors erstreckt. Das
Ventil befindet sich in einem vollständig geschlossenen Zustand,
wenn das Ventilelement in vollem Kontakt mit einem zugehörigen Ventilsitz
steht und wenn sich das zweite Ventilelement in einer im wesentlichen
geschlossenen Position befindet, in der es einen Ventilanschluss
berührt.
-
Ein
Federelement ist zwischen einem Gehäuseabschnitt des Ventils und
einem flanschähnlichen
Element vorgesehen, das an der Ventilstange befestigt ist. Das Federelement
drückt
die Ventilstange, d. h. die zwei Ventilelemente, in die vollständig geschlossene
Position des Ventils.
-
Das
Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Ventil zum Regulieren
des Fluidstroms anzugeben, das ein gutes Leistungsverhalten und
eine gute Funktionalität
hat.
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird das Ziel mit einem Ventil erreicht, das die Merkmale
des unabhängigen
Anspruches 1 hat.
-
ÜBERSICHT ÜBER DIE ERFINDUNG
-
Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung kann ein Ventil zum Regulieren
des Fluidstroms enthalten: einen Schrittmotor, einen ersten Ventilabschnitt,
der einen Einlasskanal zum Aufnehmen von Fluid in das Ventil umfasst,
einen zweiten Ventilabschnitt, der einen Auslasskanal zum Abgeben
von Fluid aus dem Ventil umfasst, einen dritten Ventilabschnitt,
der sich zwischen dem ersten Ventilabschnitt und dem zweiten Ventilabschnitt
befindet, ein erstes Element, das drehbar ist und funktionell am
Schrittmotor angebracht ist, und ein zweites Element, das einen
ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt hat, und das mit dem
ersten Element in Eingriff gebracht werden kann für eine lineare
Bewegung des zweiten Elementes zwischen einer ersten Position und
einer zweiten Position, wenn das erste Element vom Schrittmotor
gedreht wird, wobei sich das erste Element und das zweite Element
innerhalb des dritten Ventilabschnittes befinden und der erste Abschnitt
des zweiten Elementes, das sich in der ersten Position befindet,
den Fluidstrom zwischen dem ersten Ventilabschnitt und dem dritten
Ventilabschnitt blockieren kann und der zweite Abschnitt des zweiten Elementes,
das sich in der zweiten Position befindet, den Fluidstrom zwischen
dem ersten Ventilabschnitt und dem dritten Ventilabschnitt zulassen
kann.
-
Bei
einem weiteren Aspekt dieser Erfindung kann ein Verfahren zum Regulieren
des Fluidstroms umfassen: Drehen des ersten Elementes, das funktionell
an einem Schrittmotor angebracht ist, innerhalb eines Ventils, das
enthält:
einen ersten Ventilabschnitt, der einen Einlasskanal zum Aufnehmen
von Fluid in das Ventil umfasst, einen zweiten Ventilabschnitt,
der einen Auslasskanal zum Abgeben von Fluid aus dem Ventil umfasst,
und dritten Ventilabschnitt, der sich zwischen dem ersten Ventilabschnitt und
dem zweiten Ventilabschnitt befindet, und Bewegen eines zweiten
Elementes, das einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt
hat, von einer ersten Position in eine zweite Position durch Ineinandergreifen
mit dem sich drehen ersten Element, wobei der erste Abschnitt des
zweiten Elementes, das sich in der ersten Position befindet, den
Fluidstrom zwischen dem ersten Ventilabschnitt und dem dritten Ventilabschnitt
blockieren kann und der zweite Abschnitt des zweiten Elementes,
das sich in der zweiten Position befindet, den Fluidstrom zwischen
dem ersten Ventilabschnitt und dem dritten Ventilabschnitt zulassen
kann.
-
Dies
sind lediglich einige der Zahllosen Aspekte der vorliegenden Erfindung,
die nicht als allumfassende Auflistung der unzähligen Aspekte erachtet werden
sollten, die mit der vorliegenden Erfindung in Verbindung steht.
Diese und weitere Aspekte werden dem Fachmann angesichts der folgenden
Beschreibung und der beiliegenden Zeichnungen verständlich werden.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
Zum
besseren Verständnis
der vorliegenden Erfindung kann nun auf die beiliegenden Zeichnungen
Bezug genommen werden.
-
1 ist
eine Aufsicht eines durch einen Schrittmotor angetriebenen Ventils
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
-
2 ist
eine Schnittansicht des vom Schrittmotor angetriebenen Ventils entlang
einer Linie A-A, die in 1 gezeigt ist, gemäß der vorliegenden
Erfindung in einer geöffneten
Stellung;
-
3 ist
eine Schnittansicht des vom Schrittmotor angetriebenen Ventils entlang
der Linie A-A aus 1 gemäß der vorliegenden Erfindung
in einer geöffneten
Stellung;
-
4 ist
eine Perspektivansicht des vom Schrittmotor angetriebenen Ventils
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
-
5 ist
eine Schnittansicht des vom Schrittmotor angetriebenen Ventils entlang
der Linie B-B in 3, gemäß der vorliegenden Erfindung;
-
6 ist
eine Explosionsansicht des vom Schrittmotor angetriebenen Ventils
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
-
7 ist
ein Basisschema eines Fluidsystems, z. B. Kühlmittel-Systems für ein Fahrzeug,
das eine Maschine, einen Kühler,
eine Pumpe und eine Umgehungsschleife zeigt, bei dem das Fluid,
z. B. das Kühlmittel,
das durch die Umgehungsschleife strömt, durch das Ventil der vorliegenden
Erfindung gesteuert wird; und
-
8 ist
ein Basisschema eines Fluidsystems, z. B. Kühlmittel-Systems, für ein Fahrzeug,
das eine Maschine, einen Kühler,
eine Pumpe, einen Thermostat und eine Umgehungsschleife zeigt, wobei
das Fluid, z. B. das Kühlmittel,
das durch die Umgehungsschleife strömt, durch das Ventil der vorliegenden
Erfindung gesteuert wird.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
-
In
folgenden detaillierten Beschreibung werden zahlreiche spezielle
Detail ausgeführt,
um für
ein umfassendes Verständnis
der Erfindung zu sorgen. Der Fachmann wird jedoch verstehen, dass
die vorliegende Erfindung ohne diese speziellen De tails in die Praxis
umgesetzt werden kann. Bei anderen Beispielen wurden hinlänglich bekannte
Verfahren, Vorgänge
und Bestandteile nicht im Detail beschrieben, um die vorliegende
Erfindung nicht unverständlich
zu machen. Beispielsweise kann die Erfindung praktisch auf jeden
Typ einer Vorrichtung angewendet werden, der einen Vorteil von einem
gesteuerten Fluidstrom hat. Darüber
hinaus kann die vorliegende Erfindung auf praktisch jede beliebige
Einsatzform angewendet werden, die ein Fluid als Kühlmittel
zum Abbauen von Wärme
verwendet. Wenngleich die bevorzugte Anwendung das Wärmemanagement
einer Maschine, wie etwa einer Brennkraftmaschine beinhaltet, ist eine
große
Vielfalt von Einsatzformen, die einen Vorteil aus dem Wärmemanagement
ziehen, das durch den Fluidstrom in einem Bereich bewirkt wird,
anwendbar und nicht notwendigerweise jene Einsatzformen, die sich
auf motorisierte Fahrzeuge beziehen. Das Fluid ist vorzugsweise
ein Kühlmittel,
wobei jedoch ein großer
Bereich von Fluiden möglich
ist.
-
Wendet
man sich nun den Zeichnungen und zu Beginn 1, 2, 3 und 6 zu,
so ist ein Ventil, das verwendet wird, um den Strom eines Fluids,
wie etwa eines Kühlmittels,
zu steuern, um ein Wärmemanagement
bereitzustellen, allgemein mit Ziffer 2 gekennzeichnet.
Das Ventil 2 ist in einer standardmäßigen oder einer nicht aktivierten
Position in 2 dargestellt. Es gibt einen
Spannmechanismus 4, der vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise, in
Gestalt einer Rückstellfeder
ausgebildet ist. Der Spannmechanismus 4 über eine
Kraft auf einen Kolben 6 aus. Dieser Kolben 6 ist
vorzugsweise mit einer vertikalen Achse oder einer Mittellinie 3 für das Ventil 2 in
der beispielhaften jedoch nicht einschränkenden Ausführungsform
ausgerichtet. Dies ist jedoch keine Notwendigkeit.
-
Der
Kolben 6 weist vorzugsweise einen ersten Abschnitt 9 und
einen zweiten Abschnitt 11 auf. Der erste Abschnitt 9 kann
eine große
Vielfalt geometrischer Formen und Konfigurationen beinhalten. Vorzugsweise,
jedoch nicht notwendigerweise, ist der erste Abschnitt 9 zylindrisch,
oder es ist wenigstens ein Teil des unteren Abschnittes 9 zylindrisch.
Vorzugsweise gibt es wenigstens einen Vorsprung am Außenumfang
des unteren Abschnittes 9, und im optimalen Fall gibt es
einen ersten, oberen Vorsprung 66, einen zweiten, mittleren
Vorsprung 67 und einen dritten, unteren Vorsprung 67.
Vorzugsweise enthält der
Kolben 6, der eine Längsachse
auf weist, wenigstens einen Fluidleitungsweg 135, beispielsweise
vier Fluidleitungswege, der vorzugsweise parallel zur Längsachse
des Kolbens verläuft,
wie es in 5 gezeigt ist.
-
Der
zweite Abschnitt 11 des Kolbens enthält vorzugsweise, jedoch nicht
notwendigerweise, eine Abfolge dreieckiger Tragabschnitte 71, 72, 73 und 74,
wie es am besten in 5 zu erkennen ist. Die dreieckigen
Tragabschnitte 71, 72, 74 und 74 enthalten
vorzugsweise jeweils einen Schlitz 77, 78, 79 bzw. 80,
der den unteren Abschnitt des Spannmechanismus, z. B. der Rückstellfeder 4,
trägt.
-
Wie
es in 2 und 3 gezeigt ist, gibt es eine
Vielzahl von Innengewinden oder eine Vielzahl von Innenvertiefungen 8 (zusammen
können
sie als "Vertiefungen" bezeichnet werden),
die integral ausgebildet und dort angeordnet sind und in der Lage sind,
mit einer Vielzahl von Steckvorsprüngen oder einer Vielzahl von
Außengewinden 10 (zusammen können sie
als "Vorsprünge" bezeichnet werden)
in einer Schraube 12 zusammenzupassen. Infolge der Kraft
des Spannmechanismus',
wie etwa der Rückstellfeder 4,
gibt es sowohl Translations- als auch Drehkräfte, die auf den Kolben 6 wirken.
-
Wenn
sich die Schraube 12 dreht, greift somit die Vielzahl der
Steckvorsprünge
oder Gewinde 10 in die Vielzahl der Innengewinde oder Vertiefungen
im Kolben 6, so dass sich der Kolben 6 nach oben
oder nach unten entlang der vertikalen Achse oder der Mittellinie 3 in
Abhängigkeit
der Drehrichtung der Schraube 12 bewegen kann. Die Schraube 12 ist
wirkungsmäßig mit
einem Schrittmotor 16 verbunden. Vorzugsweise ist die Schraube 12 mit
einem Beschlag mit dem Schrittmotor 16 verbunden; eine Befestigung
durch Klebstoffe, thermisches Bonden oder andere Verfahren ist jedoch
ausreichend. Der bevorzugte Beschlag ist ein Verbindungshülsenabschnitt 18,
der vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise, ein Teil der Schraube 12 ist,
der mit dem Rotor 20 des Schrittmotors 16 verbunden
ist, wie es in 2, 3 und 6 gezeigt
ist. Ein veranschaulichendes, jedoch nicht einschränkendes
Beispiel eines Schrittmotors 16 enthält einen SKC-Motor, Nummer
XE-2002-0962-00,
der von der Shinano Kenshi Corp. hergestellt wird, die eine Vertretung
in der Mesmer Avenue 5737 in Culver City, Kalifornien 90230 hat.
Es ist jedoch eine große
Vielfalt von Schrittmotoren 16 für die vorliegende Erfindung
geeignet.
-
Es
kann eine große
Vielfalt von Materialien für
die Hauptbestandteile des Ventils 2 mit Ausnahme des Schrittmotors 16 und
der Fluiddichtungsmechanismen verwendet werden. Ein veranschaulichendes,
jedoch nicht einschränkendes
Beispiel enthält Harz
der Güteklasse
1503-2, das Nylon 6/6 glasarmiert ist und von der TICONA® hergestellt
wird, die eine Vertretung in der Morris Avenue 90, in Summit New
Jersey 07901 hat. Es ist jedoch eine große Vielfalt anderer Materialien
für diese
Anwendung geeignet. Ein veranschaulichendes, jedoch nicht einschränkendes
Beispiel eines Materials für
den Kolben 6 enthält
ein Acetal-Copolymer. Ein Acetal-Copolymer
ist ein Polyoxymethylen (POM) mit einer hohen Kristallinität, das eine
hohe Festigkeit, Steifheit, Zähigkeit
und Schmierfähigkeit über einen
großen Bereich
von Temperaturen und chemischen Umgebungen bietet. Ein Acetal-Polymer
kann durch viele herkömmliche
Einrichtungen bearbeitet werden, die Spritzgießen, Blasformen, Extrudieren
und Rotationsformen beinhalten. Ein veranschaulichendes, jedoch
nicht einschränkendes
Beispiel eines Materials für
die Schraube 12 enthält
Nylon 6, kombiniert mit Polytetrafluoroethylen (PTFE), um die Reibung
zu verringern.
-
Ein
Merkmal dieses Ventils 2 besteht in dem Kraftausgleich
zwischen dem Schrittmotor 16 und dem Spannmechanismus,
wie etwa der Rückstellfeder 4.
Dieses Ventil 2 ist so aufgebaut, dass, wenn ein geeignetes
Signal dem Schrittmotor 16 zugeführt wird, es eine ausreichend
große
Kraft gibt, um die Schraube 12 zu drehen, die den Kolben 6 bewegt, um
den Spannmechanismus, wie etwa die Rückstellfeder, zusammenzupressen,
und das Ventil 2 zu schließen. Die Konstruktion und der
Aufbau des Spannmechanismus, wie etwa der Rückstellfeder, können umfangreich
variieren, um einer großen
Vielfalt von Schrittmotoren gerecht zu werden, die verwendet werden,
um die Kraft auszugleichen. Im Gegensatz dazu muss im Spannmechanismus,
z. B. der Rückstellfeder 4,
eine ausreichend große
Kraft sein, um die Schraube 12 zu drehen und den Kolben 6 zu bewegen,
der den Schrittmotor dreht 16, wenn die Kraft vom Schrittmotor 16 genommen
wird, so dass das Ventil 2 geöffnet werden kann. Somit besteht
das Merkmal dieser Erfindung in der Fähigkeit des Ventils 2,
eine vollständig
geöffnete
Position in einem Notlauf einzunehmen, wenn die Kraft vom Schrittmotor genommen
wird.
-
Wie
es in 1 bis 4 gezeigt und in 6 am
besten zu sehen ist, enthält
der Schrittmotor 16 eine schützende Außengehäuse-Endkappe 26, die
den äußeren oberen
Abschnitt des Schrittmotors 16 bedeckt. Wie es in 6 gezeigt
ist, gibt es einen Dichtungsring 27, der einen elektrischen
Anschlussverbinder 28 aufweist, um elektrische Verbindungen
mit den Anschlüssen
(nicht gezeigt) am Schrittmotor 16 herzustellen. Dieser
elektrische Anschlussverbinder 28 stellt eine einfache
elektrische Schnittstelle bereit, die auf einfache Weise mit anderen
Bestandteilen in einem elektrischen System verbunden werden kann.
-
Wie
es in 2, 3, 5 und 6 gezeigt
ist, befindet sich unter dem Schrittmotor 16 ein Ventilkörper 32.
Es gibt ein Abdeckelement 30 das vorzugsweise, jedoch nicht
notwendigerweise, einen Tragabschnitt und vorzugsweise einen oberen
Motor-Halteabschnitt 83 und
einen unteren Abschnitt 84 enthält. Vorzugsweise, jedoch nicht
notwendigerweise, sind ein oberer Motor-Tragabschnitt 83 und
ein unterer Abschnitt 84 zylindrisch, abhängig von
der geometrischen Form des Schrittmotors 16. Sich nach außen von
einer Stelle zwischen dem oberen Motor-Tragabschnitt 83 und
dem unteren Tragabschnitt 84 erstreckend, gibt es wenigstens
einen Dichtungsabschnitt, der vorzugsweise ein erstes Außenelement 85 und
ein zweiten Außenelement 86 enthält. Das
erste Außenelement 85 und
das zweite Außenelement 86 verhalten
sich derart, dass sie das Abdeckelement 30 an den Ventilkörper 32 dichten,
wie es in 1, 4, 5 und 6 gezeigt
ist.
-
Der
obere Motorabschnitt 83, der untere Abschnitt 84,
das erste Außenelement 85 und
das zweite Außenelement 86 können allesamt
Teil eines integralen Abdeckelementes 30 oder jeweils getrennte Teile,
die miteinander verbunden sind, oder eine Kombination aus diesen
sein. Vorzugsweise ist das Abdeckelement 30 mechanisch
mit einem Beschlag mit dem Ventilkörper 32 verbunden;
eine Anbringung mit Klebstoffen, durch thermisches Bonden oder andere
Verfahren ist jedoch ebenfalls ausreichend. Vorzugsweise werden
eine erste Schraube 63 und eine zweite Schraube 64 verwendet,
um das erste Außenelement 85 und
das zweite Außenelement 85 jeweils am
Ventilkörper 32 zu
befestigen.
-
Wie
es in 2, 3 und 5 gezeigt
ist, enthält
der untere Abschnitt 84 einen äußeren Flansch 117 und
wenigstens ein vorstehendes Element 119, das sich innerhalb
des äußeren Flansches 117 befindet.
Es gibt vorzugsweise zwei Rückhalteführungselemente 121 und 123,
die sich am zweiten Abschnitt 11 des Kolbens 6 befinden,
wie es in 5 gezeigt ist. Dadurch ist ein
Drehhemmungsmerkmal gegeben, so dass der Kolben 6 nur eine
Kraft entlang der Mittellinie 3 des Ventils 2 überträgt.
-
Vorzugsweise,
jedoch nicht notwendigerweise, befindet sich in der Nähe eines
unteren Abschnittes der Außenoberfläche des äußeren Flansches 117 wenigstens
ein Vorsprung 92, der wenigstens einen u-förmigen Kanal 94 ausbildet,
dem ein hervorstehender Lippenabschnitt 96 folgt, wie es
in 6 gezeigt ist.
-
Eine
radiale Dichtung 42 befindet sich auf der Innenseite des
Ventilköpers 32.
Die radiale Dichtung 42 kann eine große Vielfalt geometrischer Formen
und Konfigurationen umfassen; die bevorzugte Ausführungsform
enthält
jedoch wenigstens einen rechteckigen Abschnitt 102 und
wenigstens einen c-förmigen
Abschnitt 104. Der rechteckige Abschnitt 102 befindet
sich vorzugsweise innerhalb des u-förmigen Kanals 94 im äußeren Flansch 117,
und der c-förmige
Abschnitt 104 ist vorzugsweise benachbart zum hervorstehenden
Lippenabschnitt 96 angeordnet. Eine Dichtung aus Polytetrafluoroethylen
(PTFE) oder eine Lippendichtung können ebenfalls Verwendung finden.
Die radiale Dichtung 42 hält die Belastung infolge des
Differentialdrucks auf einer niedrigen Größe.
-
Es
gibt einen ersten O-Ring 38, der sich zwischen dem Abdeckelement 30 und
dem Verbindungshülsenabschnitt 18 der
Schraube 12 und dem Schrittmotor 16 befindet.
Es gibt zudem einen zweiten O-Ring 40, der sich zwischen
dem Spannelement, wie etwa der Rückstellfeder 4,
und dem Kolben 6 befindet. Ein beispielhaftes jedoch nicht
darauf beschränktes
Material kann ein Material des Nitril/BunaN-Typs wie auch EPDM bei
höheren
Temperaturen beinhalten. Ein beispielhafter jedoch nicht darauf beschränkter Hersteller
kann die Qulity Synthetic Rubber Inc. (QSR) bein halten, die eine
Niederlassung in der Highland Road 1700 in Twinsburg, Ohio 44087
hat.
-
Der
Ventilkörper 32 enthält einen
Einlasskanal 46 zum Aufnehmen von Fluid und einen Auslasskanal 48 zum
Abgeben von Fluid. Es gibt einen dritten Ventilabschnitt 50,
in dem sich der Kolben 6 nach oben und unten bewegt, der
sich zwischen einem ersten Ventilabschnitt 54 und einem
zweiten Ventilabschnitt 56 befindet.
-
Der
erste Ventilabschnitt 54 nimmt Fluid, wie etwa das Kühlmittel,
in das Ventil 2 auf und enthält den Einlasskanal 46.
Der zweite Ventilabschnitt 56 führt Fluid, wie etwa das Kühlmittel,
aus dem Ventil 2 ab und enthält den Auslasskanal 48.
-
Wie
es in 4 gezeigt ist, befindet sich, wenn das Ventil 2 geschlossen
ist, der Kolben 6 so nah wie möglich am Schrittmotor 16 in
einer ersten Position, wobei der Kolben vollständig den Strom des Fluids,
z. B. des Kühlmittels,
im dritten Ventilabschnitt blockiert, so dass das Fluid, wie etwa
das Kühlmittel, das
in den ersten Einlasskanal 46 durch den ersten Ventilabschnitt 54 strömt, durch
den ersten Abschnitt 9 des Kolbens 6 blockiert
wird und das Fluid, wie etwa das Kühlmittel, nicht in den zweiten
Ventilabschnitt 56 gelangen kann, der in Fluidverbindung
mit dem Auslassanschluss 48 steht, und das Fluid, wie etwa
das Kühlmittel,
keinen Zugang zum Fluidleitungsweg 135 hat.
-
Wenn,
wie es in 2 gezeigt ist, das Ventil geöffnet ist,
befindet sich der Kolben 6 am Boden des Ventilkörpers 32 in
einer zweiten Position, und ist vom Schrittmotor 16 so
weit entfernt, wie es möglich ist.
Dadurch kann das Fluid, wie etwa das Kühlmittel, zwischen dem Einlasskanal 46 durch
den ersten Ventilabschnitt 54 und anschließend in
den dritten Ventilabschnitt 50 durch den Fluidleitungsweg 135 im
Kolben 6 strömen.
Das Fluid, wie etwa das Kühlmittel, strömt anschließend durch
den zweiten Ventilabschnitt 56 und den Auslasskanal 48 aus.
Somit beinhaltet die vorliegende Erfindung eine erste Position, in
der das Ventil vollständig
geschlossen ist, und eine zweite Position, in der das Ventil vollständig geöffnet ist.
Es ist jedoch nur diese spezielle beispielhafte Ausführungsform,
bei der die Position des Kolbens 6 zum Schrittmotor 16 eine
Bedeutung für
diese beiden Positionen hat, wobei mit leichten Abänderungen
am Ventil 2 die Beziehung der Position des Kolbens 6 zum
Schrittmotor 16 und diese beiden Positionen umgekehrt werden
können.
-
Infolge
der radialen Dichtung 42 hat jeder Druckunterschied über das
Ventil 2 zwischen dem ersten Ventilabschnitt 54 und
dem zweiten Ventilabschnitt 56 eine vernachlässigbare
Auswirkung auf das Druckgleichgewicht auf den Kolben 6,
der durch den Schrittmotor 16 und den Spannmechanismus, wie
etwa die Rückstellfeder 4,
verursacht wird. Somit ist der Druckabfall über das Ventil 2 infolge
der radialen Dichtung 42 relativ gering.
-
In
normalen Betriebszuständen
wird der Schrittmotor 16 so angetrieben, dass er die Schraube 12 entweder
in einer Richtung im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn
dreht, um den Kolben 6 entweder nach oben oder nach unten
zu bewegen. Es gibt zwei Betriebszustände. Der erste Zustand ist der
vollständig
geöffnete
Bereich. Der vollständig
geöffnete
Bereich reicht von dem Zustand, in dem der Kolben 6 so
weit wie möglich
vom Schrittmotor 16 entfernt ist, bis zu dem Zustand, in
dem er zu dem Punkt ausgefahren ist, bei dem der Kolben 6 in
Kontakt mit dem Boden des Ventilkörpers 32 ist, um einen
vollen Fluidstrom zuzulassen. Der zweite Betriebszustand ist dann
gegeben, wenn sich das Ventil in einer vollständig geschlossenen Position
befindet. Dies ist der Fall, wenn sich der Kolben 6 so
dicht wie möglich
am Schrittmotor 16 befindet und der Kolben 6 in
Kontakt mit der radialen Dichtung 42 steht. Zwischen dem
ersten Öffnungszustand
und dem zweiten Öffnungszustand
steuert das Ventil 2 den Fluidstrom in einer schrittweise
linearen Art und Weise, die dynamisch auf der Basis von Betriebszuständen geändert werden
kann, um einen vollständig
variablen Fluidstrom zu ermöglichen.
-
Der
Drehumfang des Schrittmotors 16 kann von etwa null (0)
Grad pro Schritt, bis etwa einhundertachtzig (180) Grad pro Schritt
und vorzugsweise von etwa zwanzig (20) Grad pro Schritt bis etwa
fünfzig
(50) Grad pro Schritt und im optimalen Fall etwa 1,8 Grad pro Schritt
betragen. Die Steigung der Schraube 12 kann im Bereich
von etwa zwei (2) Steckvorsprüngen
oder Gewindegängen 10 pro
Zoll bis etwa fünfzig
(50) Steckvorsprüngen
oder Gewindegängen 10 pro
Zoll und vorzugsweise von etwa drei (3) Steckvorsprüngen oder
Gewindegängen 10 pro
Zoll bis etwa acht (8) Steckvorsprüngen oder Gewindegängen 10 pro
Zoll und im optimalen Fall etwa fünf (5) Steckvorsprüngen oder
Gewindegängen 10 pro
zoll liegen. Daher kann sich der Kolben 6 von etwa 10 Zoll
pro Schritt bis etwa 0,000001 Zoll pro Schritt und vorzugsweise
von etwa 0,1 Zoll pro Schritt bis etwa 0,001 Zoll pro Schritt und
im optimalen Fall etwa 0,001 Zoll pro Schritt bewegen. Als veranschaulichendes
Beispiel führen
1,8 Grad pro Schritt bei der Steigung der Schraube 12 von
fünf (5)
Steckvorsprüngen
oder Gewindegängen 10 pro
Zoll und eine Bewegung des Kolbens 6 von 0,001 Zoll pro
Schritt zu 500 Schritten für
den Kolben 6, um sich ein halbes (0,5) Zoll für eine präzise Strömungssteuerung
zu bewegen.
-
Unter
Bezugnahme auf 7 kann als ein veranschaulichendes
jedoch nicht einschränkendes Beispiel
das Ventil 2 verwendet werden, um die Strömung des
Fluids, wie etwa des Kühlmittels,
von einer Maschine 127 durch eine erste Fluidleitung 137 und entweder
in das Ventil 2 oder die Umgehungsschleife 133 zu
gestatten. Das Ventil 2 steuert die Strömung des Fluids, wie etwa des
Kühlmittels,
in den Kühler 131 über eine
dritte Fluidleitung 139. Das Fluid, wie etwa das Kühlmittel,
gelangt anschließend
in eine Fluidpumpe 129 aus dem Kühler 131 über eine
vierte Fluidleitung 141 und die Umgehungsschleife 133 und dann
zurück
in die Maschine 127 über
eine zweite Fluidleitung 143. Durch Abzweigen einer größeren Menge
von Fluid, wie etwa des Kühlmittels,
in die Umgehungsschleife 133 anstelle in den Kühler 131, kann
die Maschine wärmer,
mit einer größeren Kraftstoffeffizienz
und verringerten Emissionen laufen. Das Ventil 2 kann mit
Sensordaten von einem Prozessor (nicht gezeigt) betätigt werden,
um die Leistungsfähigkeit
der Maschine 127 zu steigern. Vorzugsweise können Suchtabellen
in Verbindung mit den Sensordaten verwendet werden. Dadurch wird die
Temperatur der Maschine 127 durch einen vollständigen Bereich
des Fluidstroms gesteuert, anstelle den Thermostat lediglich ein-
und auszuschalten. Das zuvor erwähnte
Notlaufmerkmal des Ventils 2 ist von Bedeutung, so dass
das Fluid, wie etwa das Kühlmittel,
fortwährend
dem Kühler 131 zugeführt werden
kann, um eine Beschädigung
der Maschine 127 zu vermeiden.
-
Wendet
man sich nun 8 zu, kann bei einer weiteren
beispielhaften jedoch nicht darauf beschränkten Anwendung das Ventil 2 verwendet
werden, um den Strom des Fluids, wie etwa des Kühlmittels, durch die Umgehungsschleife 133 von
der Maschine 127 von einer ersten Fluidleitung 137 zu
steuern. Hat der herkömmliche
Thermostat 125 nicht den Einstellpunkt erreicht, erfolgt
der gesamte Strom des Fluids, wie etwa des Kühlmittels, von der Fluidpumpe 129 durch
eine zweite Fluidleitung 143 und in die Maschine 127 und
anschließend
in die Umgehungsschleife 133 über die erste Fluidleitung 137 und
daraufhin zurück
in die Fluidpumpe 129. Durch Steuern der Menge des Fluidstroms
in der Umgehungsschleife kann die Maschine 127 wärmer mit
einer größeren Kraftstoffeffizienz
und verringerten Emissionen laufen. Das Ventil 2 kann mit
Sensordaten aus einem Prozessor (nicht gezeigt) gesteuert werden,
um das Leistungsverhalten der Maschine 127 zu steigern. Vorzugsweise
können
Suchtabellen in Verbindung mit den Sensordaten verwendet werden.
Dadurch kann die Temperatur der Maschine 127 über einen vollständigen Bereich
des Fluidstroms gesteuert werden, bis der Einstellpunkt des Thermostaten 125 erreicht
ist. An diesem Punkt kann das Ventil 2 in Verbindung mit
dem Thermostat 125 betrieben werden, um präzise die
Temperatur der Maschine 127 zu steuern, wobei das Fluid
durch den Thermostat 125, über die erste Fluidleitung 137 und
in einen Kühler 131 über eine
dritte Fluidleitung 139 läuft. Vom Kühler 131 gelangt das
Fluid zurück
in die Fluidpumpe 129 über
eine vierte Leitung.
-
Wenngleich
die bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung und das Verfahren zur Verwendung derselben
in der vorangehenden Beschreibung mit bedeutenden Details beschrieben wurden,
versteht es sich, dass Abänderungen
an der Erfindung vorgenommen werden können, die nicht den Geltungsbereich
der beigefügten
Ansprüche
verlassen, wobei abgeänderte
Formen der vorliegenden Erfindung, die von anderen Fachleuten vorgenommen
werden, denen die Erfindung zugedacht ist, als Verletzung dieser
Erfindung angesehen werden, wenn diese Abänderungen in den beanspruchten Geltungsbereich
der Erfindung fallen.