DE69509061T2

DE69509061T2 - Drosselklappe

Info

Publication number: DE69509061T2
Application number: DE69509061T
Authority: DE
Inventors: Dennis R. Carls; James E. Pearson
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1995-01-19
Filing date: 1995-12-28
Publication date: 1999-11-18
Anticipated expiration: 2015-12-29
Also published as: CN1136653A; EP0723100B1; EP0723100A1; US5531248A; ES2131754T3; KR960029679A; DE69509061D1; CN1048318C

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Ventile der Bauart, die ein schwenkbares Drosselklappen- oder Drehklappenglied besitzen, und insbesondere bezieht sie sich auf Ventile der Bauart, die zur Strömungsregulierung bzw. bei Strömungen von einem einzelnen Einlaß zu einem einzelnen Auslaß oder zum Umleiten der Strömung von einem aus einer Vielzahl von Auslassen zu einem anderen Auslaß verwendet werden. Drehklappenventile werden oft dort verwendet, wo Kräfte zur Betätigung des Ventils minimal sind und daher die Strömungsmitteldruckkräfte, die auf das Ventilglied wirken, auf einem relativ niedrigen Pegel gehalten werden müssen. Umlenkventile dieser Bauart werden oft in Automobilanwendungen zur Strömungsregelung von Motorkühlungsmitteln verwendet, das entweder durch den Motor zurückgeführt werden soll oder zu einem Wärmeaustauscher umgeleitet werden soll, der zur Beheizung des Fahrgastabteils verwendet wird. Solche Automobilheizungsventile werden typischerweise durch kleine elektrische Servomotoren oder durch über ein Diaphragma bzw. einen Membran betriebenen Vakuumbetätiger betätigt, welche aufgrund ihrer Größe und ihrer Gewichtsanforderungen nur in der Lage sind, eine Kraft entsprechend einiger weniger Gramm zum Öffnen des Ventils vorzusehen. Es wurde gefunden, daß Ventile der Drehklappenbauart insbesondere geeignet für solche Anwendungen mit niedrigen Betriebskräften sind, weil die Druckkräfte des Strömungsmittels, die auf das Drosselglied oder die Drehklappe auf entgegengesetzten Seiten des Drehpunktes wirken und im allgemeinen ausgeglichen bzw. balanciert sind und somit die zur Bewegung der Drehklappe erforderlichen Kräfte minimiert sind.
In bestimmten Ventilanwendungen ist es wünschenswert, ein Umlenkventil mit einem Plastikkörper vorzusehen, wie beispielsweise in Massenproduktionsautomobilanwendungen, wo Herstellungskosten minimiert werden müssen. In Ventilen mit Plastikkörpern ist es erforderlich, daß das Drehklappenglied wenigstens einen gewissen Grad von Elastizität besitzt, um eine Dichtung um den Umfang der Drehklappe herum entweder in ihrer geschlossenen oder ersten oder zweiten Umlenkposition zu bewirken. Es ist ebenso wünschenswert, einen elastischen Umfang um das Drehklappenglied herum zu besitzen, um sehr kleine Fremdpartikel aufzunehmen, die im ventilgeleiteten Strömungsmittel enthalten sind, um ein Blockieren des Dichtens des Drehklappenglieds um seinen Umfang herum gegen die Wand der Ventilkammer um die Anschlüsse des Ventils herum zu verhindern. Somit war es ein Bedürfnis, ein elastisches Drehklappenglied mit niedrigen Kosten in einem Ventil insbesondere in einem Umlenkventil der Bauart, das in Automobilheizungsströmungsmittelreguliersystemen verwendet wird vorzusehen, das eine Strömung in einer gewünschten Position dichten und blockieren kann, und zwar mit einer relativ niedrigen betätigenden Betriebskraft, die auf das Ventilglied angelegt wird.
US-A-5,374,032, welches die Basis für den Oberbegriff der Ansprüche 1 und 7 bildet, offenbart ein elastisches Drehklappenventil, das aus einem thermoplastischen Elastomermaterial ausgebildet ist. Der Außenumfang ist ausreichend elastisch, um ein Hinausfahren des Betätigers über den einsitzenden Zustand hinaus zu absorbieren. Die Drehklappe besitzt integral mit ihr ausgebildet eine Mittelnabe mit Drehmoment übertragenden Oberflächen, die darin eingegossen sind, und ein paar von gegenüberliegend angeordneten Versteifungselementen, die sich nach außen von der Nabe aus im mittleren Bereich der Drehklappe erstrecken. Eine mit Flügel versehene Betätigungswelle ist in die Drehklappennabe eingeführt, so daß die Flügel der Welle mit den Drehmoment übertragenden Oberflächen der Nabe in Eingriff kommen.
Die vorliegenden Erfindung sieht ein Ventil gemäß den Ansprüchen 1 und 7 und ein Verfahren zur Herstellung eines Drehklappenventils gemäß Anspruch 5 vor. Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind aus den abhängigen Ansprüchen ersichtlich.
Das Ventil der vorliegenden Erfindung besitzt einen Körper, der bevorzugterweise aus einem Plastikmaterial ausgebildet ist, und zwar mit einem integral ausgebildeten Drehklappenventilelement, das bevorzugterweise aus einem thermoplastischen Elastomer ausgebildet ist, das einen Nabenteil mit Drehmoment übertragenden Oberflächen auf dem inneren Umfang besitzt, ferner ein Paar von voneinander entgegengesetzt gerichteten relativ dünnen Blatt- bzw. Flügelteilen, deren Umfang in einen verdickten Rand ausgebildet ist, und mit einer steifen Weile, die in der Nabe aufgenommen ist und mit den Drehmoment übertragenden Oberflächen in Eingriff kommt. Die Enden der Welle sind drehbar im Ventilkörper gelagert und die Kanten des verdickten Randes der Drehklappe sind bevorzugterweise abgeschrägt, um ein Dichten des Drehklappengliedes mit dem Ventilkörper zu ermöglichen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt das Ventil den Aufbau eines Umlenkventils mit einem einzelnen Einlaß, das die Drehklappe zum Lenken des Flusses der Strömung selektiv zu einem von zwei Auslässen verwendet. Das Ventil besitzt einen zweiten Einlaß zur Aufnahme einer Rückführströmung von einem System, das mit einem der zwei Auslässe verbunden ist; und die Rückführströmung wird durch den nicht ausgewählten Auslaß abgelassen.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht der Ventilanordnung der vorliegenden Erfindung, wie sie in einem Umlenkventil verkörpert ist;
Fig. 2 ist eine Schnittansicht entlang dem Schnitt, der durch die Linie 2-2 der Fig. 1 angedeutet ist.
Fig. 3 ist eine Draufsicht der Fig. 2.

Detaillierte Beschreibung

Bezugnehmend auf Fig. 1 ist die Erfindung in einer Ventilanordnung ausgeführt gezeigt, die im allgemeinen bei 10 bezeichnet ist und im dargestellten Ausführungsbeispiel einen Einlaßanschluß 12 besitzt, der für die Verbindung zu einer Strömungsmittelzufuhr adaptiert ist, wie beispielsweise einen Motorkühlmittel, und ferner einen Rückführauslaßanschluß 14 besitzt, der für die Verbindung mit einer Rückführleitung (nicht gezeigt) zur Quelle ausgelegt ist.
Die Anschlüsse 12, 14 sind als Teile eines Ventilkörpers ausgebildet, der eine linke Schale 16 und eine rechte Schale 18 aufweist, die bevorzugterweise aus Plastikmaterial sind, welche wiederum um eine Teilungslinie 20 herum durch ein geeignetes Hilfsmittel, wie beispielsweise ein Paar von Flanschen 21, 23 und ein Klemmband 22 darum, miteinander verbunden sind. Das Innere der Schale 16 und der Schale 18 definiert eine Ventilkammer, die mit dem Bezugszeichen 24 bezeichnet ist, welche mit dem Einlaßdurchlaß 26 kommuniziert bzw. strömungsmittelverbunden ist, der im Anschluß 12 ausgebildet ist, und mit dem Rückführ- bzw. Rezirkulationsauslasdurchlaß 28 kommuniziert, der im Anschluß 18 ausgebildet ist, der an der rechten Schale 18 vorgesehen ist.
Die Schale 18 besitzt ebenfalls einen darauf ausgebildeten Auslaßanschluß 30, der so angeordnet ist, daß er sich im allgemeinen in eine entgegengesetzte Richtung zum Anschluß 18 erstreckt; und der Anschluß 30 besitzt einen darin ausgebildeten Auslaßdurchlaß 32, der mit der Ventilkammer oder dem Durchlaß 24 verbunden ist. Der Anschluß 30 ist zur Verbindung mit dem Einlaß einer Durchflußvorrichtung adaptiert, wie beispielsweise ein Wärmetauscher, der eine Strömung durch einen zweiten Einlaßanschluß 34 zirkuliert, der wiederum an der Schale 18 vorgesehen ist und einen Einlaßdurchlaß 36 besitzt, der ebenso mit der Ventilkammer 24 in Verbindung steht. Der Wärmetauscher ist durch einen gestrichelten Umriß und das Bezugszeichen 38 in Fig. 1 angezeigt. Es sei klar, daß das Ventil 10 genauso mit anderen Strömungsmittelschaltungen verbunden sein kann und nicht auf eine Wärmetauscheranwendung beschränkt ist, wie in den Zeichnungen gezeigt.
Das Ventil 10 besitzt ein Drehklappenventilglied, das im allgemeinen bei 40 angezeigt ist, welches schwenkbar in der Kammer 24 angeordnet ist. Das Drehklappenglied 40 ist zwischen der durch eine ausgezogene Linie in Fig. 1 gezeigten Position und der durch eine gestrichelte Linie in Fig. 1 gezeigten Position mittels einer Kraft bewegbar, die durch einen externen Betätiger (nicht gezeigt) geliefert wird.
In der durch die ausgezogene Linie in Fig. 1 gezeigten Position wird eine Strömung vom Einlaßdurchlaß 26 über das Drehklappenglied 40 nach außen durch den Durchlaß 32 umgelenkt, wobei die Strömung durch den Wärmetauscher 38 hindurch geht und durch den Durchlaß 36 zurückkehrt und nach außen durch den Durchlaß 28 umgelenkt wird.
Es sei klar, daß wenn das Drehklappenglied 40 zur durch die gestrichelte Linie in Fig. 1 gezeigten Position bewegt wird, die durch den Einlaß 26 in die Ventilkammer 24 eintretende Strömung direkt zur Rückführung zur Quelle zum Auslaßdurchlaß 28 umgeleitet wird. Somit wird mit dem Drehklappenglied 40 in der durch die gestrichelte Linie in Fig. 1 gezeigten Position keine Strömung im Auslaßdurchlaß 32 und im Einlaßdurchlaß 36 erzeugt.
Bezugnehmend auf die Fig. 2 und 3 ist das Drehklappenglied 40 gezeigt mit einem integral damit ausgebildeten Nabenteil 42 mit Drehmoment übertragenden Oberflächen 44, die darin bevorzugterweise in der Form von Rillen vorgesehen sind, die wiederum an gegenüberliegenden Seiten davon vorgesehen sind. Die Drehklappe 40 besitzt ebenso damit integral ausgebildet ein Paar von entgegengesetzt gerichteten relativ dünnen Blatt- bzw. Flügelteilen 46, die sich nach außen vom Nabenteil 42 aus erstrecken. Ein relativ verdickter Randteil 48 ist integral um den Umfang der Blätter 46 herum ausgebildet.
In der derzeit bevorzugten Ausführung besitzt ein jeder der Blatteile 46 ein mittleres Versteifungsgewebe 50, das daran ausgebildet ist, welches sich wiederum nach außen vom Nabenteil 42 zum Rand 48 erstreckt. Das Drehklappenglied 40 ist bevorzugterweise integral aus thermoplastischen Elastomer gegossen; und die dargestellte Konfiguration mit den relativ dünnen Blättern 46 und den verdickten Rand sieht die gewünschte Elastizität vor und ermöglicht den Materialfluß während des Gießens. In der derzeit bevorzugten Ausführung ist der Außenumfang des Randes 48 abgeschrägt, wie durch das Bezugszeichen 52 in den Fig. 2 und 3 bezeichnet.
Eine steife Welle 54 mit spreiz- oder flügelähnlichen Ansatzteilen 56, die sich in entgegengesetzte Richtungen davon aus erstrecken, wird in der Nabe 42 mit den Ansätzen 56 in Eingriff mit den Drehmoment übertragenden Oberflächen oder Rillen 44 in der Nabe aufgenommen. Die Enden der Welle 54 erstrecken sich über die Nabe hinaus; und es kann, sofern gewünscht, ein Ende der Welle zu einer Kurbel 58 ausgebildet sein, und zwar zur Verbindung mit einem Servobetätiger (nicht gezeigt). Die Teile der Welle 54 benachbart zu den Kanten der Drehklappe 40 sind jeweils in der Gehäuseschale 18 an entgegengesetzt liegenden Seiten der Kammer 24 drehgelagert, um die Bewegung der Drehklappe 40 zwischen den Positionen zu ermöglichen, die in Fig. 1 mit ausgezogenen und gestrichelten Umrißlinien gezeigt sind. Beim Zusammenbau wird die Drehklappe in die Kammer 24 in die rechte Schale 18 eingeführt und die Welle 54 wird durch eine Öffnung 60 eingeführt, die auf einer Seite der Schale 18 vorgesehen ist, und ferner durch die Nabe 42 der Drehklappe 40. Das Ende der Welle, das durch die Nabe 42 hervor ragt, wird in einer Blindbohrung 62 drehgelagert, die in der Innenwand der Schale 18 ausgebildet ist. Die Konfiguration der Drehklappe ermöglicht somit den Zusammenbau des Ventils und vereinfacht die Konstruktion durch Minimierung der Teilezahl. Die Anordnung der Flügel- bzw. Blatteile 46 und des verdickten Randes 48 mit den abgeschrägten Oberflächen 52 sieht ein elastisches Glied vor, das in der Lage ist, adequat gegen die Wände der Kammer 24 mit einer minimalen Betätigungskraft an der Wellenkurbel 58 abzudichten.
Auch wenn die Erfindung bisher bezüglich der dargestellten Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, sei klar, daß die Erfindung gegenüber Modifikationen und Variationen zugänglich ist und nur durch die folgenden Ansprüche eingeschränkt ist.

Claims

1. Ventilanordnung (10), die folgendes aufweist:

(a) einen Ventilkörper (16, 18) mit einem Einlaß (12), der für eine Verbindung zu einer Strömungsmittelquelle angepaßt ist, einem Auslaß (14) und einem Ventildurchlaß (24), der mit dem Einlaß und dem Auslaß verbunden ist;

(b) eine federnde bzw. elastische Flügel- bzw. Drosselklappe (40), die im Durchlaß (24) angeordnet ist und darin schwenkbar zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung ist, und zwar einsitzend im Körper (16, 18) zur Steuerung eines Flusses zwischen dem Einlaß und dem Auslaß, wobei die Drosselklappe (40) integral ausgebildet ist und folgendes aufweist:

(i) einen Nabenteil (42) mit bestimmten Innenflächen (44), die darin ausgebildet sind und für ein Drehmoment übertragendes Eingreifen ausgelegt sind,

(ii) ein Paar von relativ dünnen Blatt- bzw. Flügelteilen (46), die sich außerhalb und von der Nabe weg in entgegengesetzte Richtungen erstrecken;

(c) eine Welle (54), die durch den Nabenteil (42) aufgenommen ist, wobei die Welle Oberflächenteile (56) aufweist, die mit den zuvor erwähnten bestimmten Innenflächen (44) des Nabenteils (42) in Eingriff kommen, wobei die Welle für eine Drehung auf dem Körper (16, 18) gelagert ist, gekennzeichnet dadurch, daß die Drosselklappe (40) weiter folgendes aufweist:

(iii)einen Randteil (48), der sich um den Umfang des zuvor erwähnten Flügelteils (46) erstreckt, wobei der Rand (48) eine wesentlich größere Dicke aufweist als der Flügelteil (46) und Oberflächen (52) darauf definiert sind, die das Einsitzen bewirken.

2. Anordnung gemäß Anspruch 1, wobei die Drosselklappe (40) aus einem thermoplastischen Elastomer gebildet ist.

3. Anordnung gemäß Anspruch 1, wobei der Drosselklappenflügelteil (46) eine Versteifungsrippe (50) aufweist, die sich von der Nabe (42) zum zuvor erwähnten Rand (48) erstreckt.

4. Anordnung wie in Anspruch 1 definiert, wobei der Drosselklappenrand (48) einen Teil (50) aufweist, der abgeschrägt ist, um das Einsitzen gegen den Körper (16, 18) zu ermöglichen bzw. zu erleichtern.

5. Verfahren zur Fertigung eines Drosselklappenventils (10) das folgendes aufweist:

(a) Bildung eines Körpers (16, 18) mit einem Einlaß (12), einem Auslaß (14) und einem Ventildurchlaß (24), der den Einlaß und den Auslaß miteinander verbindet;

(b) Bilden eines integralen Drosselklappenglieds (40) mit einer Nabe (42), in der Drehmoment übertragende Flächen (44) ausgebildet sind, mit einem Paar von dünnen Flügel- oder Blatteilen (46), die sich entgegengesetzt ausgerichtet von der Nabe (42) aus erstrecken und mit einem verdickten Randteil (48), der sich um den Umfang der Flügel (46) erstreckt und Ausbilden von Sitzflächen (52) auf dem Rand (48);

(c) Anordnen einer Welle (54) in der Nabe (52) und in Eingriff bringen der Drehmoment übertragenden Flächen (44);

(d) Anordnen des Drosselklappenglieds (40) im Ventildurchlaß (24) und Lagern der Welle (54) im Körper (16, 18) und Drehen der Welle und Kontaktieren der Sitzflächen (52) an dem Körper für eine Steuerung des Flusses zwischen dem Einlaß und dem Auslaß.

6. Verfahren, wie in Anspruch 5 definiert, wobei der Schritt des Bildens einer Drosselklappe (40) das Bilden einer Versteifungsrippe (50) auf den Flügeln (46) umfaßt, die sich zwischen der Nabe (42) zum Rand (48) erstreckt.

7. Eine Umlenkventilanordnung (10), die folgendes aufweist:

(a) einen Körper (16, 18) mit einem Ventildurchlaß (24) und einem Einlaß (12) und einem ersten und einem zweiten Auslaß (14, 30), die mit dem Durchlaß (24) verbunden sind;

(b) eine federnde bzw. elastische Flügel- bzw. Drosselklappe (40), die im zuvor erwähnten Durchlaß angeordnet ist und darin schwenkbar zwischen einer Position zum Richten eines Flusses vom Einlaß (12) primär zum ersten Auslaß (14) und einer Position zum Richten eines Flusses primär zum zweiten Auslaß (30) und einer Vielzahl von Zwischenpositionen schwenkbar beweglich ist, wobei die Drosselklappe (40) integral ausgebildet ist und folgendes aufweist:

(i) einen Nabenteil (42), auf dessen inneren Umfang Drehmoment übertragende Oberflächen (44) ausgebildet sind,

(ii) einem Paar von relativ dünnen Blatt- bzw. Flügelteilen (46), die sich außerhalb der Nabe (42) in entgegengesetzte Richtungen erstrecken;

(c) eine Welle (54), die durch den Nabenteil (42) aufgenommen ist, wobei die Welle Oberflächenteile (56) aufweist, die mit den Drehmoment übertragenden Nabenoberflächen (44) in Eingriff kommen, und wobei die Enden der Welle (54) im Körper (16, 18) gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselklappe (40) weiter folgendes aufweist:

(iii)einen Randteil (48), der sich um den Umfang des Flügelteils (46) erstreckt, wobei der Rand (48) eine wesentlich größere Dicke aufweist als der Flügelteil (46) und darauf Oberflächen (52) definiert sind, die das Einsitzen bewirken.

8. Ventilanordnung, wie in Anspruch 7 definiert, wobei die Drosselklappe (40) eine Versteifungsrippe (50) aufweist, die sich von der Nabe (42) zum Rand (48) erstreckt, und zwar für jeden der Flügel (46).

9. Ventilanordnung, wie in Anspruch 7 definiert, wobei das Drosselklappenglied (40) aus einem thermoplastischen Elastomer gebildet ist.

10. Ventilanordnung, wie in Anspruch 7 definiert, wobei das Drosselklappenglied (40) einen abgeschrägten Umfang des Randes (48) aufweist.