WO2016037921A1 - Ventil für eine regelung von volumenströmen - Google Patents

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WO2016037921A1
WO2016037921A1 PCT/EP2015/070120 EP2015070120W WO2016037921A1 WO 2016037921 A1 WO2016037921 A1 WO 2016037921A1 EP 2015070120 W EP2015070120 W EP 2015070120W WO 2016037921 A1 WO2016037921 A1 WO 2016037921A1
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WO
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valve
valve body
heating
axis
rotation
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PCT/EP2015/070120
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French (fr)
Inventor
Hans-Peter Klein
Original Assignee
Mahle International Gmbh
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P7/00—Controlling of coolant flow
    • F01P7/14—Controlling of coolant flow the coolant being liquid
    • F01P7/16—Controlling of coolant flow the coolant being liquid by thermostatic control
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K11/00—Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves
    • F16K11/02—Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves with all movable sealing faces moving as one unit
    • F16K11/08—Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves with all movable sealing faces moving as one unit comprising only taps or cocks
    • F16K11/087—Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves with all movable sealing faces moving as one unit comprising only taps or cocks with spherical plug
    • F16K11/0873—Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves with all movable sealing faces moving as one unit comprising only taps or cocks with spherical plug the plug being only rotatable around one spindle
    • F16K11/0876—Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves with all movable sealing faces moving as one unit comprising only taps or cocks with spherical plug the plug being only rotatable around one spindle one connecting conduit having the same axis as the spindle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P7/00—Controlling of coolant flow
    • F01P7/14—Controlling of coolant flow the coolant being liquid
    • F01P2007/146—Controlling of coolant flow the coolant being liquid using valves

Definitions

  • Valve for a regulation of volume flows
  • the invention relates to a valve which can be driven in particular electrically for adjusting or regulating volume flows, in particular in a heating and / or cooling system of a motor vehicle, in particular according to the preamble of claim 1.
  • thermal management of cooling systems plays an important role, especially with regard to reducing fuel consumption, saving CO 2 emissions and increasing comfort.
  • fluid flows are switched or regulated, for example, during a coolant setting in the warm run or as a function of the load conditions of the internal combustion engine, whereby a partial load operation permits higher coolant conditions than operation under full load.
  • the control valve determines which proportion of the cooling fluid circulates through the radiator circuit and which portion flows past it in the short circuit.
  • secondary circuits such as a transmission oil circuit, a otorölnik and / or a heating circuit can be switched or regulated.
  • a fast, temperature-independent control or circuit is particularly advantageous for the optimization of the injection parameters of an internal combustion engine, the rapid cooling down of the engine under full load, including preventing the tendency to knock or for component protection, and thus for the increase in performance of internal combustion engines.
  • a predictive thermal management for example in a driver profile detection, track profile recognition, and the like are possible with such a scheme or circuit and thus ultimately allow an optimization of consumption and a reduction in C0 2 - emissions.
  • valves of different types are used.
  • DE 35 16 502 C2 discloses a driven by a DC stepper motor coolant control valve and a temperature control device for the coolant of internal combustion engines. with a leading from the engine to the radiator feed line, a leading back from the radiator to the engine return line and a two lines connecting bypass line, wherein in the flow line and bypass line or in the return line and bypass line a dominant controlling coolant control valve is arranged by means of a motor-operated actuator is adjustable, and wherein the actuator is associated with a controlling this control element, the individual sensors detected by map variables, at least the coolant temperature and in particular the outside temperature, are supplied, wherein the actuator of a switchable in the direction of rotation and thus associated with this valve actuation direction, as DC -Scrit engine trained, electric motor, whose actuator is connected to the actuator output geared to the valve closure member of the coolant control valve.
  • the documents DE 10 127 71 1 B4, DE 198 34 575 B4, EP 1 108 867 A2 and EP 06 39 736 B1 describe rotary valves in which the inflow and outflow of the coolant takes place radially to the axis of rotation.
  • the teaching of EP 0 639 736 B1 uses the outer contour of the valve body for its rotational angle-dependent opening characteristic, the other two writings the inner contour, wherein EP 1 108 867 A2 not only one or more penetrations (through holes) of the valve body has, but also to Manlel configuration is open.
  • the documents DE 41 25 366 C1, DE 10 351 852 A1 and DE 98 49 492 B4 in turn describe rotary valves in which the flow to the axial and the outflow (s) of the coolant takes place radially (or vice versa).
  • DE 41 25 366 C1 discloses a 3/2-way valve, in particular for fluid circuits in vehicles, with an adjustable by means of electric valve spool, which blocks a first flow path through the valve in a first end position, in a second end position, a second flow path through the Valve blocks, and in intermediate layers the two flow paths with selectable volume flow ratio releases, characterized in that the valve slide has a shape such that in all intermediate layers, the sum of the two flow rates is substantially constant; and that an electromotive actuator is provided for the valve spool.
  • DE 10 2006 053 310 A1 describes a valve for controlling volume flows in a heating and / or cooling system of a motor vehicle, with a valve housing, from which a Einiass channel and an outlet channel branch off, with a, arranged in the valve housing, rotatable about the axis of a drive shaft, disc-shaped valve body for Volumenstromregeiung, the valve body has through holes with rotation angle-dependent opening characteristic.
  • US 5,950,576 A describes a rotary valve having a valve body having a plurality of inlet channels and outlet passages spaced about an axis, the valve body including a circular side wall and a first circular end wall terminating an axial end of the side wall , Each of the channels interrupts at least the first end wall and communicates with the interior of the valve body.
  • DE 10 2006 050 826 B4 describes rotary valves with a plurality of cross section adjustment members, wherein the cross section adjustment members are assigned to different rotary elements, which are each operatively connected to one another via a rotary transmission, and wherein the rotary transmission is designed as a reduction gear.
  • Disc-shaped, cylindrical or spherical valve bodies are used for the described valves which regulate the volume flows through their outer contour or through their inner contour (holes, openings).
  • the control of the valves is usually carried out electrically via DC motors, stepper motors or brushless DC motors, representation of the invention, task, solution, advantages
  • An embodiment of the invention relates to a valve for adjusting or regulating volumetric flows of fluids, in particular of liquids or gases, having a housing with at least one inlet and at least one outlet and with at least one valve body rotatably arranged in the housing about an axis of rotation, in which the outer surface of at least one first valve body has the shape of a partial surface of the surface of a body rotationally symmetrical about this axis of rotation, whose largest dimension in the radial direction is greater than its largest dimension in the axial direction.
  • the outer surface of a valve body is to be understood as that part of the surface of the valve body which the surface of the valve body has in common with the surface of the smallest body enveloping the valve body and rotationally symmetrical about this axis of rotation.
  • the outer surface thus defined coincides with the so-called lateral surface.
  • rotationally symmetrical bodies are spheres which are flattened in the axial direction, in particular spherical layers (also called spherical zones or occasionally also “spherical segments”), in particular those spherical layers which are mirror-symmetrical about the equatorial plane
  • a sphere-mirror-symmetrical spherical layer is formed by removing two spherically symmetrical, mirror-symmetrical, spherical caps, which are sometimes called “spherical segments", although they are different from spherical layers.
  • rotationally symmetrical bodies are “oval” deformed spheres or “oval” deformed spherical layers or in the axial direction compressed ellipsoids. All these rotationally symmetrical bodies have the common property that their largest dimension in the radial direction is greater than their largest dimension in the axial direction, so the largest dimension of a spherical layer in the axial direction by their height, ie by the distance between the two base surfaces of the Spherical ball caps given, which is in any case smaller than the ball diameter and also smaller than the diameter of the larger base of the spherical caps removed from the ball, if not the ball diameter, but the diameter of one of the bases equal to the largest dimension of the spherical layer in the radial Direction is. This also applies in the event that only one ball cap has been removed from the ball.
  • valve bodies preferably have bores, through holes, recesses or penetrations through which the volume flow of the fluid flowing through the valve is regulated.
  • one or more apertures and / or recesses permeating or penetrating the valve body may be present.
  • the valve body may be open or closed at its front side. The surfaces of these bores, openings or recesses in the sense of the description of the present invention belong to the inner surface of the valve body which does not coincide with parts of the surface of the body rotationally symmetrical about this axis of rotation.
  • the valve body penetrating holes, through holes or penetrations define the so-called inner contour of the valve body.
  • the not penetrating the valve body recesses define together with its outer surface, the outer contour of the valve body.
  • the valve body can regulate the volume flows through the inlets and / or outlets by its outer contour and / or its inner contour and by its rotation about the axis of rotation.
  • An expedient shape of the Outer contour and / or the inner contour allows, among other low pressure losses and a very good minimum flow control.
  • an interruption of the entire volume flow can also be achieved by closing all or certain inlets and / or the outlets, and thus the standing coolant which is advantageous for warming up can be realized.
  • a valve according to the invention has an axially symmetrical arrangement of a plurality, ie in particular of two, three or more valve bodies on the axis of rotation, in particular on the drive shaft, of the valve.
  • a valve body may have the property that its outer surface has the shape of a partial surface of the surface of a rotationally symmetric about this axis body whose largest dimension in the radial direction is greater than its largest dimension in the axial direction.
  • valve bodies possess this property the greater the space-saving property of these flattened or "oval" valve bodies will have in the sense of the problem to be solved, because the reduced axial dimensions of the valve body in the axial direction, the more space can be saved , the greater the number of axially compressed or capped valve bodies.
  • the outer surface of the at least one first valve body in the form of a partial surface of the surface of a flattened in the axial direction ball can be done by removing the ball caps of a ball (which are sometimes referred to as spherical segments) or by a deformation, in particular by a compression of the ball in the axial direction or carried out.
  • the outer surface of the at least one first valve body has the shape of a Partial surface of the surface of a compressed ellipsoid in the axial direction ellipsoid.
  • the inlets and / or outlets of the valve housing may be arranged in particular in the radial and / or axial direction, and the bores and / or penetrations of the valve body may in particular extend in the radial and / or axial direction and partially communicate with each other, so that radial and / or axial volume flows through one or more valve bodies are made possible.
  • the valve has at least one flat, preferably annular, seal for sealing an inlet and / or an outlet with respect to the valve body, the material preferably contains a sliding friction-reducing additive, preferably polytetrafluoroethylene, or one with the sliding friction reducing Matertal is coated.
  • a planar seal is a seal to understand, which has substantially the shape of a flat, planar body, such as the shape of a flat ring or a flat surface with recesses (so-called flat gasket).
  • the valve body is sprayed onto a preferably made of steel shaft, which may have shaft end, which may be molded.
  • an at least partially continuous shaft is present, on which the valve body is preferably applied axially displaceable.
  • On the shaft may be an outer contour or an inner contour, which is a positive connection to a particular electric drive.
  • the injectable material comprises or comprises a plastics material, which preferably contains or comprises glass fibers in an amount of between 10% and 70%.
  • the injectable material contains at least a sliding friction reducing additive, preferably polytetrafluoroethylene.
  • valve body on a control link which is provided with an insertion bevel, which is preferably elliptical to the axis of rotation.
  • the valve has a sealing body, which is provided with an insertion bevel, which preferably runs elliptically to the axis of rotation.
  • the sealing body is pressed by means of resilient means, preferably with a compression spring against a control contour of the valve body.
  • the valve has a neck, which is sealed relative to the sealing body with the aid of an elastomer, which optionally may additionally act as a resilient means.
  • the valve has an inlet and three outlets, wherein an inlet and an outlet are configured and / or arranged with the. Short circuit of a heating and / or cooling system of a motor vehicle to be connected, and that the two other outlets configured and / or set up are to be connected to the heating circuit or to the radiator circuit of this heating and / or cooling system.
  • the valve has two regulated inlets and two regulated outlets, as well as any number of unregulated inlets and outlets.
  • the valve has an electric drive.
  • An embodiment of the invention relates to a valve method for adjusting or regulating volume flows in a heating and / or cooling system of a motor vehicle, said heating and / or cooling system having a heating circuit, a cooler circuit and a short circuit, wherein a valve with a housing with an inlet and three outlets and with at least one valve body rotatably arranged in the housing about a rotation axis controls the volume flows whose outer surface has the shape of a partial surface of the surface of a rotationally symmetrical about this axis body whose largest dimension in the radial direction is greater than its largest dimension in the axial direction.
  • a valve according to one of the embodiments of the invention regulates the volume flows, wherein preferably a valve position is provided, which leads to an interruption of all flow rates in all circuits of the heating and / or cooling system.
  • FIG. 1 in a schematic way an embodiment of a
  • FIG. 2 shows schematically an embodiment of a
  • FIG. 3 in a schematic way an embodiment of a
  • Fig. 4 is a schematic sectional view of a
  • the heating and / or cooling system shown in Figure 1 has a heating circuit 108, 1 14, a cooling circuit 1 12, 1 1 3 and a short circuit 109, 1 10, 1 1 on.
  • the cooling liquid flows from the outlet A of the valve 101 through the heater 107 to the pump 103, which supplies the liquid through the motor
  • the pump 103 also carries fluid in the short circuit from the outlet C to the engine 102.
  • the pump 103 also conveys the fluid in the refrigeration cycle through the radiator 105 where it is cooled by an airflow 106 generated by a fan 104.
  • the valve 101 regulates the volume flows through the individual pitch circles depending on the needs of the passengers and the technical requirements of the engine in particular with regard to its operating temperature.
  • the bores and / or openings in the valve bodies can be achieved by closing the inlet B and / or the outlets A, C, D, an interruption of the total volume flow and thus the advantageous for warming standing coolant can be realized.
  • valve housing 201 has three aligned in the radial direction inlets and / or outlets 202, 203, 204 and an aligned in the axial direction inlet or outlet 205.
  • the illustrated in Fig. 3 embodiment of a Inventive arrangement of valve bodies has a first valve body 301 and a second valve body 302. The largest dimensions of both valve bodies in the radial direction are greater than the respective largest dimensions of these valve bodies in the axial direction.
  • the second valve body has two openings 303, 307 of its outer surface, both leading into the interior of the valve body and are interconnected by such that a fluid can flow simultaneously through both openings, and thus through the valve, provided the position of the openings as a result of the position of the shaft of the valve mounted in the guide 306 with respect to the arrangement of the inlets and outlets of the housing.
  • the first valve body has an opening 304 on its outer surface.
  • the fluid can, with a suitable position of the shaft 409 and with a suitable arrangement of the openings 403, 404 flow through the inlets or, outlets 406, 407 and 408.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Multiple-Way Valves (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Ventil (101) für eine Einstellung oder Regelung von Volumenströmen mit einem Gehäuse (201) mit mindestens einem Einlass (202, 203, 204, 205, B, 406, 407, 409) und mindestens einem Auslass (202, 203, 204, 205, A, C, D, 406, 407, 409), und mit mindestens einem in dem Gehäuse (201) um eine Drehachse drehbar angeordneten Ventilkörper (301, 302, 401, 402), dessen äußere Oberfläche die Form einer Teilfläche der Oberfläche eines um diese Drehachse rotationssymmetrischen Körpers aufweist, dessen größte Abmessung in radialer Richtung größer ist als seine größte Abmessung in axialer Richtung.

Description

Ventil für eine Regelung von Volumenströmen
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein insbesondere elektrisch antreibbares Ventil für eine Einstellung oder Regelung von Volumenströmen, insbesondere in einem Heiz- und/oder Kühlsystem eines Kraftfahrzeuges, insbesondere nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Stand der Technik
In heutigen Kraftfahrzeugen spielt das Thermo-Management von Kühlsystemen eine wichtige Rolle, insbesondere im Hinblick auf eine Verbrauchsreduktion, eine Einsparung von CO2-Emissionen und eine Komforterhöhung. Dabei werden je nach thermischer Anforderung Fluidströme geschaltet oder geregelt, so zum Beispiel bei einer Kühlmitteleinstellung im Warm lauf oder in Abhängigkeit von den Lastbedingungen der Brennkraftmaschine, wobei ein Teillastbetrieb höhere Kühlmittelbedingungen erlaubt als ein Betrieb unter Volllast. Hierbei bestimmt das Regelventil, welcher Anteil der Kühlflüssigkeit über den Kühlerkreis zirkuliert und welcher Anteil an diesem vorbei im Kurzschlusskreis strömt. Außerdem können auch Nebenkreise, wie beispielsweise ein Getriebeölkreis, ein otorölkreis und/oder ein Heizungskreis geschaltet oder geregelt werden. Eine schnelle, temperaturunabhängige Regelung bzw. Schaltung ist insbesondere vorteilhaft für die Optimierung der Einspritzparameter eines Verbrennungsmotors, das schnelle Herunterkühlen des Motors unter Volllast, u.a. zur Verhindern der Klopfneigung oder zum Bauteilschutz, und somit für die Leistungssteigerung von Verbrennungsmotoren. Aber auch die Überprüfung der Funktionsfähigkeit oder des Vorhandenseins von Bauteilen, ein vorausschauendes Thermomanagement, zum Beispiel bei einer Fahrerprofilerkennung, Streckenprofilerkennung, und ähnliches sind mit einer solchen Regelung bzw. Schaltung möglich und erlauben somit letztlich eine Optimierung des Verbrauchs und eine Senkung der C02-Emissionen.
Zum Schalten und Regeln der Fluid ströme werden motorgetriebene, insbesondere elektrisch antreibbare, Ventile der unterschiedlichsten Bauarten eingesetzt.
Die DE 35 16 502 C2 offenbart ein von einem Gleichstrom-Schrittmotor angetriebenes Kühlmittelsteuerventil und eine Temperaturregeleinrichtung für das Kühlmittel von Brennkraftmaschinen. mit einer von der Brennkraftmaschine zum Kühler führenden Vorlaufleitung, einer vom Kühler zurück zur Brennkraftmaschine führenden Rücklaufleitung und einer beide Leitungen verbindenden Bypassleitung, wobei in der Vorlaufleitung und Bypassleitung oder in der Rücklaufleitung und Bypassleitung ein diese beherrschendes Kühlmittelsteuerventil angeordnet ist, das mittels eines motorisch betätigten Stellantriebes verstellbar ist, und wobei dem Stellantrieb ein diesen steuerndes Steuerglied zugeordnet ist, dem einzelne von Sensoren erfasste Kennfeldgrößen, zumindest die Kühlmitteltemperatur und insbesondere die Außentemperatur, zugeführt werden, bei dem der Stellantrieb aus einem in der Drehrichtung und damit dieser zugeordneten Ventilbetätigungsrichtung umschaltbaren, als Gleichstrom-Schrittmotor ausgebildeten, Elektromotor besteht, dessen Stellorgan am Stellantriebsabgang getrieblich mit dem Ventilverschlußglied des Kühlmittelsteuerventils verbunden ist. Die Schriften DE 10 127 71 1 B4, DE 198 34 575 B4, EP 1 108 867 A2 und EP 06 39 736 B1 beschreiben Drehventile, bei denen die An- und Abströmung des Kühlmittels radial zur Drehachse erfolgt. Die Lehre der EP 0 639 736 B1 verwendet dabei die Außenkontur des Ventilkörpers für seine drehwinkelabhängige Öffnungscharakteristik, die anderen beiden Schriften die Innenkontur, wobei EP 1 108 867 A2 dabei nicht nur eine oder mehrere Durchdringungen (Durchbohrungen) des Ventilkörpers besitzt, sondern auch zur Manlelfläche hin offen ist. Die Schriften DE 41 25 366 C1 , DE 10 351 852 A1 und DE 98 49 492 B4 beschreiben wiederum Drehventile, bei denen die An Strömung axial und die Abströmung(en) des Kühlmittels radial erfolgt (oder umgekehrt).
Die DE 41 25 366 C1 offenbart ein 3/2-Wegeventil, insbesondere für Flüssigkeitskreisläufe in Fahrzeugen, mit einem mittels elektrischem Antrieb stellbaren Ventilschieber, der in einer ersten Endlage einen ersten Strömungsweg durch das Ventil sperrt, in einer zweiten Endlage einen zweiten Strömungsweg durch das Ventil sperrt, und in Zwischenlagen die beiden Strömungswege mit wählbarem Volumenstromverhältnis freigibt, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschieber eine derartige Formgebung aufweist, dass bei allen Zwischenlagen die Summe der beiden Volumenströme im wesentlichen konstant ist; und dass ein elektromotorischer Stellantrieb für den Ventilschieber vorgesehen ist. Die DE 10 2006 053 310 A1 beschreibt ein Ventil zur Steuerung von Volumenströmen in einem Heiz- und/oder Kühlsystem eines Kraftfahrzeuges, mit einem Ventilgehäuse, von dem ein Einiass-Kanal und ein Auslass-Kanal abzweigen, mit einem, in dem Ventilgehäuse angeordneten, um die Achse einer Antriebswelle drehbaren, scheibenförmigen Ventilkörper zur Volumenstromregeiung, dessen Ventilkörper Durchgangsöffnungen mit drehwinkelabhängiger Offnungscharakteristik aufweist. Die US 5,950,576 A besehreibt ein Drehventil mit einem Ventilkörper mit einer Mehrzahl von Einlass-Kanälen und Ausiass-Kanälen, die um eine Achse beabstandet angeordnet sind, wobei der Ventilkörper eine kreisförmige Seitenwand und eine erste kreisförmige Endwand umfasst, die ein axiales Ende der Seitenwand abschließt. Jeder der Kanäle unterbricht zumindest die erste Endwand und steht mit dem Innenraum des Ventilkörpers in Verbindung.
Die DE 10 2006 050 826 B4 beschreibt Drehschieber mit mehreren Querschnittsverstellgliedern, wobei die Querschnittsverstellglieder unterschiedlichen Drehelementen zugeordnet sind, die jeweils über ein Drehgetriebe miteinander wirkverbunden sind, und wobei das Drehgetriebe als Untersetzungsgetriebe ausgebildet ist.
Für die beschriebenen Ventile werden scheibenförmige, zylinderförmige oder kugelförmige Ventilkörper verwendet die durch ihre Außenkontur oder durch ihre Innenkontur (Bohrungen, Öffnungen) die Volumenströme regeln. Die Ansteuerung der Ventile erfolgt üblicherweise elektrisch über Gleichstrommotoren, Schrittmotoren oder bürstenlose Gleichstrommotoren, Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein insbesondere elektrisch antreibbares Ventil für eine Einstellung oder Regelung von Volumenströmen, insbesondere in einem Heiz- und/oder Kühlsystem eines Kraftfahrzeuges zu schaffen, das einfach aufgebaut ist und möglichst wenig Bauraum benötigt. Auch ist es die Aufgabe ein Verfahren zur Regelung von Volumenströmen zu schaffen, welches eine einfache und genaue Regelung erlaubt,
Diese Aufgabe zum Ventil wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Die Aufgabe zum Verfahren wird durch ein Verfahren nach Anspruch 14 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft ein Ventil für eine Einstellung oder Regelung von Volumenströmen von Fluiden, insbesondere von Flüssigkeiten oder Gasen, mit einem Gehäuse mit mindestens einem Einlass und mindestens einem Auslass und mit mindestens einem in dem Gehäuse um eine Drehachse drehbar angeordneten Ventilkörper, bei dem die äußere Oberfläche mindestens eines ersten Ventilkörpers die Form einer Teilfläche der Oberfläche eines um diese Drehachse rotationssymmetrischen Körpers aufweist, dessen größte Abmessung in radialer Richtung größer ist als seine größte Abmessung in axialer Richtung.
Im Zusammenhang mit der Beschreibung der vorliegenden Erfindung soll unter der äußeren Oberfläche eines Ventilkörpers derjenige Teil der Oberfläche des Ventilkörpers verstanden werden, den die Oberfläche des Ventilkörpers mit der Oberfläche des kleinsten den Ventilkörper einhüllenden, um diese Drehachse rotationssymmetrischen Körpers gemeinsam hat. Bei einigen Ventilkörperformen fällt die so definierte äußere Oberfläche mit der sogenannten Mantelfläche zusammen.
Beispiele für solche rotationssymmetrischen Körper sind in axialer Richtung abgeflachte Kugeln, insbesondere Kugelschichten (auch Kugelzonen oder gelegentlich auch „Kugelsegmente" genannt), insbesondere solche Kugelschichten, die um die Äquatorialebene spiegelsymmetrisch sind. Eine Kugelschicht entsteht definitionsgemäß aus einer Kugel durch Entfernen einer Kugelkappe oder zweier axialsymmetrisch angeordneter Kugelkappen. Eine um die Äquatorialebene spiegelsymmetrische Kugelschicht entsteht definitionsgemäß aus einer Kugel durch Entfernen zweier axialsymmetrisch angeordneter zueinander spiegelsymmetrischen, also insbesondere gleich großen, Kugelkappen. Auch Kugelkappen werden gelegentlich „Kugelsegmente" genannt, obwohl sie von Kugelschichten verschieden sind.
Andere Beispiele solcher rotationssymmetrischer Körper sind„oval" verformte Kugeln oder „oval" verformte Kugelschichten oder in axialer Richtung gestauchte Rotationsellipsoide. Alle diese rotationssymmetrischen Körper haben die gemeinsame Eigenschaft, dass ihre größte Abmessung in radialer Richtung größer ist als ihre größte Abmessung in axialer Richtung, So ist die größte Abmessung einer Kugelschicht in axialer Richtung durch ihre Höhe, also durch den Abstand der beiden Grundflächen der aus der Kugel entfernten Kugelkappen gegeben, der in jedem Fall kleiner ist als der Kugeldurchmesser und auch kleiner ist als der Durchmesser der größeren Grundfläche der aus der Kugel entfernten Kugelkappen, falls nicht der Kugeldurchmesser, sondern der Durchmesser einer der Grundflächen gleich der größten Abmessung der Kugelschicht in radialer Richtung ist. Dies gilt auch für den Fall, dass nur eine Kugelkappe aus der Kugel entfernt wurde.
Derartige Ventilkörper weisen vorzugsweise Bohrungen, Durchbohrungen, Aussparungen oder Durchdringungen auf, durch welche der Volumenstrom des durch das Ventil strömenden Fluids geregelt wird. Anstelle oder zusätzlich zu den Bohrungen können ein oder mehrere, den Ventilkörper durchdringende oder nicht durchdringende Öffnungen und/oder Aussparungen vorhanden sein. Der Ventilkörper kann an seiner Stirnseite offen oder geschlossen ausgebildet sein. Die Oberflächen dieser Bohrungen, Öffnungen oder Ausnehmungen gehören im Sinne der Beschreibung der vorliegenden Erfindung zur inneren Oberfläche des Ventilkörpers, die nicht mit Teilen der Oberfläche des um diese Drehachse rotationssymmetrischen Körpers zusammenfällt.
Die den Ventilkörper durchdringenden Bohrungen, Durchbohrungen oder Durchdringungen definieren die sogenannte Innenkontur des Ventilkörpers. Die den Ventilkörper nicht durchdringenden Aussparungen definieren zusammen mit seiner äußeren Oberfläche die Außenkontur des Ventilkörpers. Der Ventilkörper kann durch seine Außenkontur und/oder seine Innenkontur und durch seine Drehung um die Drehachse die Volumenströme durch die Einlässe und/oder Auslässe regeln. Eine zweckmäßige Ausformung der Außenkontur und/oder der Innenkontur ermöglicht unter anderem geringe Druckverluste und eine sehr gute Kleinstmengenregelung. Je nach Ausführung kann auch durch ein Verschließen aller oder bestimmter Einlasse und/oder der Auslässe eine Unterbrechung des gesamten Volumenstroms erzielt und somit das für den Warmlauf vorteilhafte stehende Kühlmittel realisiert werden.
Vorzugsweise weist ein erfindungsgemäßes Ventil eine axialsymmetrische Anordnung einer Mehrzahl, also insbesondere von zwei, drei oder mehr Ventilkörpern auf der Drehachse, insbesondere auf der Antriebswelle, des Ventils auf. Von diesen Ventilkörpern können alle, einige oder nur ein Ventilkörper die Eigenschaft besitzen, dass ihre äußere Oberfläche die Form einer Teilfläche der Oberfläche eines um diese Drehachse rotationssymmetrischen Körpers aufweist, dessen größte Abmessung in radialer Richtung größer ist als seine größte Abmessung in axialer Richtung. Je mehr Ventilkörper diese Eigenschaft besitzen, in umso größerem Maße wird sich die bauraumsparende Eigenschaft dieser abgeflachten oder„ovalen" Ventilkörper im Sinne der zu lösenden Aufgabe auswirken, weil durch die in axialer Richtung reduzierten Abmessungen der Ventilkörper in axialer Richtung umso mehr Bauraum gespart werden kann, je größer die Zahl der in axialer Richtung gestauchten oder gekappten Ventilkörper ist..
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die äußere Oberfläche des mindestens einen ersten Ventilkörpers die Form einer Teilfläche der Oberfläche einer in axialer Richtung abgeflachten Kugel auf. Die Abflachung der Kugel kann dabei durch Entfernung der Kugelkappen einer Kugel (die gelegentlich auch als Kugelsegmente bezeichnet werden) oder durch eine Verformung, insbesondere durch eine Stauchung der Kugel in axialer Richtung erfolgen oder erfolgt sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die äußere Oberfläche des mindestens einen ersten Ventilkörpers die Form einer Teilfläche der Oberfläche eines in axialer Richtung gestauchten Rotationsellipsoides aufweist.
Die Einlasse und/oder Auslässe des Ventilgehäuses können insbesondere in radialer und/oder axialer Richtung angeordnet sein, und die Bohrungen und/oder Durchdringungen der Ventilkörper können insbesondere in radialer und/oder in axialer Richtung verlaufen und teilweise untereinander in Verbindung stehen, so dass radiale und/oder axiale Volumenströme durch einen oder mehrere Ventilkörper ermöglicht werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Ventil wenigstens eine ebene, vorzugsweise ringförmige, Dichtung zur Abdichtung eines Einlasses und/oder eines Auslasses gegenüber dem Ventilkörper auf, deren Material vorzugsweise einen die Gleitreibung vermindernden Zusatzstoff, vorzugsweise Polytetrafluorethylen, enthält oder die mit einem die Gleitreibung vermindernden Matertal beschichtet ist. Unter einer ebenen Dichtung ist dabei eine Dichtung zu verstehen, die im Wesentlichen die Form eines flachen, ebenen Körpers aufweist, beispielsweise die Form eines ebenen Ringes oder einer ebenen Fläche mit Ausnehmungen (sogenannte Flachdichtung).
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht der Ventilkörper oder wenigstens einer der Ventilkörper aus einem spritzfähigen Material oder weist ein solches Material auf, das vorzugsweise einen Kunststoff enthält, aufweist oder aus einem Kunststoff besteht, und auf eine Welle aufgespritzt ist und/oder durch Form- oder Kraftschluss mit dieser Welle verbunden ist. Der Ventilkörper ist dabei auf eine vorzugsweise aus Stahl bestehende Welle aufgespritzt, die Wellenende aufweisen kann, die angespritzt sein können. Alternativ besteht die Möglichkeit, dass eine zumindest teilweise durchgehende Welle vorhanden ist, auf welcher der Ventilkörper vorzugsweise axial verschiebbar aufgebracht ist. An der Welle kann sich eine Außenkontur oder eine Innenkontur befinden, die eine formschlüssige Verbindung zu einem insbesondere elektrischen Antrieb darstellt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält das spritzfähige Material einen Kunststoff oder besteht aus einem Kunststoff oder weist diesen auf, der Glasfasern vorzugsweise mit einem Anteil zwischen 10% und 70% enthält oder aufweist, Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält das spritzfähige Material wenigstens einen die Gleitreibung vermindernden Zusatzstoff, vorzugsweise Polytetrafluorethylen.
Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Ventilkörper eine Steuerkulisse auf, die mit einer Einführschräge versehen ist, die vorzugsweise elliptisch zur Drehachse verläuft.
Hinsichtlich einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Ventil einen Abdichtkörper auf, der mit einer Einführschräge versehen ist, die vorzugsweise elliptisch zur Drehachse verläuft. Vorzugsweise wird der Abdichtkörper mittel federnder Mittel, vorzugsweise mit einer Druckfeder gegen eine Steuerkontur des Ventilkörpers gedrückt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Ventil einen Stutzen auf, der gegenüber dem Abdichtkörper mit Hilfe eines Elastomers abgedichtet wird, der gegebenenfalls auch zusätzlich als federndes Mittel wirken kann.
Gemäß einer ebenso bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Ventil einen Einlass und drei Auslässe auf, wobei ein Einlass und ein Auslass dazu ausgestaltet und/oder eingerichtet sind, mit dem. Kurzschlusskreis eines Heiz- und/oder Kühlsystems eines Kraftfahrzeuges verbunden zu werden, und dass die beiden anderen Auslässe dazu ausgestaltet und/oder eingerichtet sind, mit dem Heizkreis bzw. mit dem Kühlerkreis dieses Heiz- und/oder Kühlsystems verbunden zu werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung weist das Ventil zwei geregelte Einlasse und zwei geregelte Auslässe auf, sowie eine beliebige Anzahl von ungeregelten Ein- bzw. Auslässen.
Vorzugsweise weist das Ventil einen elektrischen Antrieb auf. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft ein Ventil Verfahren zur Einstellung oder Regelung von Volumenströmen in einem Heiz- und/oder Kühlsystem eines Kraftfahrzeuges, wobei dieses Heiz- und/oder Kühlsystem einen Heizkreis, einen Kühlerkreis und einen Kurzschlusskreis aufweist, bei dem ein Ventil mit einem Gehäuse mit einem Einlass und drei Auslässen und mit mindestens einem in dem Gehäuse um eine Drehachse drehbar angeordneten Ventilkörper die Volumenströme regelt, dessen äußere Oberfläche die Form einer Teilfläche der Oberfläche eines um diese Drehachse rotationssymmetrischen Körpers aufweist, dessen größte Abmessung in radialer Richtung größer ist als seine größte Abmessung in axialer Richtung.
Vorzugsweise regelt bei einem solchen Verfahren ein Ventil gemäß einem der Ausführungsbeispiele der Erfindung die Volumenströme, wobei vorzugsweise eine Ventilstellung vorgesehen ist, die zu einer Unterbrechung aller Volumenströme in allen Kreisen des Heiz- und/oder Kühlsystems führt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die nachfolgende Figurenbeschreibung beschrieben. Kurze Beschreibung der Figuren
Nachstehend wird die Erfindung auf der Grundlage zumindest eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 in schematischer Weise ein Ausführungsbeispiel eines
Heiz- und/oder Kühlsystems mit einem Ventil gemäß der vorliegenden Erfindung; Fig. 2 in schematischer Weise eine Ausführungsbeispiel eines
Ventils gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 in schematischer Weise eine Ausführungsbeispiel einer
Anordnung von Ventilkörpern in einem Ventil gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 in schematischer Weise ein Schnittbild eines
Ausführungsbeispiels eines Ventils gemäß der vorliegenden Erfindung.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Der in Figur 1 dargestellte Heiz- und/oder Kühlsystem weist einen Heizkreis 108, 1 14, einen Kühlkreis 1 12, 1 1 3 und einen Kurzschlusskreis 109, 1 10, 1 1 auf. Im Heizkreis strömt die Kühlflüssigkeit vom Auslass A des Ventils 101 durch die Heizung 107 zur Pumpe 103, die die Flüssigkeit durch den Motor
102 befördert, von wo sie zum Einlass B des Ventils zurückfließt. Die Pumpe
103 befördert auch Flüssigkeit im Kurzschlusskreis vom Auslass C zum Motor 102. Außerdem befördert die Pumpe 103 auch die Flüssigkeit im Kühlkreis durch den Kühler 105, in dem sie von einem Luftstrom 106 gekühlt wird , der von einem Lüfter 104 erzeugt wird . Das Ventil 101 regelt die Volumenströme durch die einzelnen Teilkreise in Abhängigkeit von den Bedürfnissen der Fahrgäste und den technischen Anforderungen insbesondere des Motors hinsichtlich seiner Betriebstemperatur. Je nach Ausführung und Anordnung der Bohrungen und/oder Öffnungen in den Ventilkörpern kann auch durch ein Verschließen des Einlasses B und/oder der Auslässe A, C, D eine Unterbrechung des gesamten Volumenstroms erzielt und somit das für den Warmlauf vorteilhafte stehende Kühlmittel realisiert werden. Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ventils mit dem Ventilgehäuse 201 weist drei in radialer Richtung ausgerichtete Einlasse und/oder Auslässe 202, 203, 204 auf und einen in axialer Richtung ausgerichteten Einlass oder Auslass 205. Das in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung von Ventilkörpern weist einen ersten Ventilkörper 301 und einen zweiten Ventilkörper 302 auf. Die größten Abmessungen beider Ventilkörper in radialer Richtung sind größer als die jeweils größten Abmessungen dieser Ventilkörper in axialer Richtung.
Der zweite Ventilkörper weist zwei Durchbrechungen 303, 307 seiner äußeren Oberfläche auf, die beide in das Innere des Ventilkörpers führen und durch untereinander derart verbunden sind, dass ein Fluid gleichzeitig durch beide Durchbrechungen, und somit durch das Ventil strömen kann, sofern die Stellung der Durchbrechungen in Folge der Stellung der, in der Führung 306 gelagerten Welle des Ventils im Hinblick auf die Anordnung der Einlässe und Auslässe des Gehäuses dies zulässt. Der erste Ventilkörper weist eine Durchbrechung 304 seiner äußeren Oberfläche auf. Mit Blick auf Fig. 4 ist zu sehen, dass beide Ventilkörper 401 , 402 dieses Ausführungsbeispiels die Form von Kugelschichten aufweisen, also von um die Drehachse 405 rotationssymmetrischen Körpern, die als durch Entfernen der gegenüberliegenden Kugelkappen von Kugeln entstanden gedacht werden können. Die größten Abmessungen in axialer Richtung - d.h. in diesem Fall die Höhen - beider Ventilkörper sind kleiner als die jeweils größten Abmessungen dieser Ventilkörper in radialer Richtung, die in diesem Fall durch die jeweiligen Kugeldurchmesser gegeben sind.
Das Fluid kann, bei geeigneter Stellung der Welle 409 und bei geeigneter Anordnung der Durchbrechungen 403, 404 durch die Einlasse bzw, Auslässe 406, 407 und 408 fließen.

Claims

Patentansprüche
1 . Ventil (101 ) für eine Einstellung oder Regelung von Volumenströmen mit einem Gehäuse (201 ) mit mindestens einem Einlass (202, 203, 204, 205, B, 406, 407, 409) und mindestens einem Auslass (202, 203, 204, 205, A, C, D, 406, 407, 409), und mit mindestens einem in dem Gehäuse (201 ) um eine Drehachse (405) drehbar angeordneten Ventilkörper (301 , 302, 401 , 402), dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Oberfläche mindestens eines ersten Ventilkörpers (301 , 302, 401 , 402) die Form einer Teilfläche der Oberfläche eines um diese Drehachse (405) rotationssymmetrischen Körpers aufweist, dessen größte Abmessung in radialer Richtung größer ist als seine größte Abmessung in axialer Richtung.
2. Ventil (101 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Oberfläche des mindestens einen ersten Ventilkörpers (301 , 302, 401 , 402) die Form einer Teilfläche der Oberfläche einer in axialer Richtung abgeflachten Kuge! (305) aufweist.
3. Ventil ( 101 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Oberfläche des mindestens einen ersten Ventilkörpers (301 , 302, 401 , 402) die Form einer Teilfläche der Oberfläche eines in axialer Richtung gestauchten Rotationsellipsoides aufweist.
4. Ventil (101 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens eine ebene, vorzugsweise ringförmige, Dichtung zur Abdichtung eines Einlasses (202, 203, 204, 205, B, 406, 407, 409) und/oder eines Auslasses (202, 203, 204, 205,
A, C, D, 406, 407, 409) gegenüber dem Ventilkörper (301 , 302, 401 , 402), deren Material vorzugsweise einen die Gleitreibung vermindernden Zusatzstoff, vorzugsweise Polytetrafluorethylen, enthält oder die mit einem die Gleitreibung vermindernden Material beschichtet ist,
Ventil (101 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet» dass der oder wenigstens einer der Ventilkörper (301 , 302, 401 , 402) aus einem spritzfähigen Material, das vorzugsweise einen Kunststoff enthält oder aus einem Kunststoff besteht, auf eine Welle (409) aufgespritzt ist und/oder durch Form- oder Kraftschluss mit dieser Welle verbunden ist.
Ventil (101 ) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das spritzfähige Material einen Kunststoff enthält oder aus einem Kunststoff besteht, der Glasfasern, vorzugsweise mit einem Anteil zwischen 10% und 70%, enthält.
Ventil (101 ) nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das spritzfähige Material wenigstens einen die
Gleitreibung vermindernden Zusatzstoff, vorzugsweise Polytetrafluorethylen, enthält,
Ventil (101 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (301 , 302, 401 , 402) eine Steuerkulisse aufweist, die mit einer Einführschräge versehen ist, die vorzugsweise elliptisch zur Drehachse (405) verläuft.
Ventil (101 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (101 ) einen Abdichtkörper aufweist, der mit einer Einführschräge versehen ist, die vorzugsweise elliptisch zur Drehachse verläuft.
10. Ventil (101 ) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Abdichtkörper mittels federnder Mittel, vorzugsweise mit einer Druckfeder, gegen eine Steuerkontur des Ventilkörpers (301 , 302, 401 , 402) gedrückt ist.
1 1 . Ventil (101 ) nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (101 ) einen Stutzen aufweist, der gegenüber dem Abdichtkörper mit Hilfe eines Elastomers abgedichtet ist.
12. Ventil (101 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Einlass (B) und drei Auslässen (A, C, D), dadurch gekennzeichnet, dass ein Einlass (B) und ein Austass (C) dazu ausgestaltet und/oder eingerichtet sind, mit dem Kurzschlusskreis (109, 1 10, 11 1) eines Heiz- und/oder Kühlsystems eines Kraftfahrzeuges verbunden zu werden, und dass die beiden anderen Auslässe (A, D) dazu ausgestaltet und/oder eingerichtet sind, mit dem Heizkreis (108) bzw. mit dem
Kühlerkreis (1 13, 1 14) dieses Heiz- und/oder Kühlsystems verbunden zu werden.
13. Ventil (101 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem elektrischen Antrieb.
14. erfahren zur Einstellung oder Regelung von Volumenströmen in einem Heiz- und/oder Kühlsystem eines Kraftfahrzeuges, wobei dieses Heiz- und/oder Kühlsystem einen Heizkreis (108), einen Kühlerkreis (1 12, 1 13, 1 14) und einen Kurzschlusskreis (109, 1 10, 1 1 1 ) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventil (101 ) mit einem Gehäuse (201) mit einem Einlass (B) und drei Auslässen (A, C, D) und mit mindestens einem, in dem Gehäuse um eine Drehachse drehbar angeordneten Ventilkörper (301 , 302, 401 , 402) die Volumenströme regelt, dessen äußere Oberfläche die Form einer Teilfläche der
Oberfläche eines um diese Drehachse rotationssymmetrischen Körpers aufweist, dessen größte Abmessung in radialer Richtung größer ist als seine größte Abmessung in axialer Richtung. , Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventil (101 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 die Volumenströme regelt, wobei eine Ventilstellung vorgesehen ist, die zu einer Unterbrechung aller Volumenströme in allen Kreisen {108, 109, 1 10,
11 1 , 1 12» 113, 1 14} des Heiz- und/oder Kühlsystems führt.
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