WO2016046057A1 - Ventil zum steuerung eines kühlmittels - Google Patents

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Friedrich Atschreiter
Hannes HOFSTETTER
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Magna Powertrain GmbH and Co KG
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Magna Powertrain GmbH and Co KG
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    • 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
    • F16K11/085—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 cylindrical plug

Definitions

  • the present invention relates to a valve for use in a coolant flow of an internal combustion engine of a motor vehicle, having a cylindrical and rotatably mounted in a valve housing valve body having at least one opening in its outer periphery for controlling the coolant through a channel in the valve housing.
  • valves can be used to control the coolant flow of an internal combustion engine to ensure an optimal coolant temperature in the fluid circuit depending on the load case.
  • a fault such as a faulty control of the valve
  • the failure of the valve actuator it can lead to an undesirable increase in temperature of the coolant and thus to critical conditions, through which the internal combustion engine can be damaged.
  • the coolant temperature undesirably rises above a predetermined temperature
  • DE102012208653 B3 discloses a fail-safe mechanism which, in the event of a fault, causes the valve body to be moved to a predetermined position in which the flow of coolant through the valve is maximum so as to counteract overheating conditions in the cooling circuit.
  • valves are susceptible to contamination and sticking of the valve also results in failure of the cooling system.
  • the rotationally symmetrical valve body is rotatably mounted around the cylinder axis in a valve housing which has inflow and outflow channels. By opening In the outer region of the cylinder, the cooling liquid is controlled, wherein the flow rate is regulated by turning the valve body.
  • a valve which has a rotatably mounted in a valve housing, designed as a cylinder valve body having a passage in its interior and an opening in the cylindrical outer region, wherein the outlet side is present in a bearing ring.
  • a bearing ring allows an optimized design of the bearing and a defined circulation of the storage, so that it does not come to the setting of impurities.
  • the region, the recess, the groove with the outer wall extending below the cylinder radius is eccentric shaped, wherein the eccentric region, the distance from the cylinder axis decreases from the cylinder radius, in the region of the opening has its smallest value and then again eccentrically increases to the cylinder radius.
  • the reduced area of the opening assigned to the opening is preferably designed as a strip running eccentrically to the cylinder axis, which is oriented in the circumferential direction on the outer circumference of the valve body.
  • the width of the reduced area, the groove is greater than the width of the opening.
  • the width of the strip, the groove is adapted to the width of the sealing bushing.
  • FIG. 1 shows a view of the valve body
  • Figure 2 is a section through the valve body
  • Figure 3 shows the valve body with sealing bushing
  • Figure 4 is a section through the valve body with sealing bushing.
  • FIG. 5 section through the valve body VK Figure 6 valve body with a bearing ring
  • FIGS. 7a and 7b show a section perpendicular to the cylinder axis
  • FIG. 1 shows a perspective view of a cylindrical valve body VK of a thermo-valve which is rotatably mounted in a cylindrical valve housing VG (not shown).
  • the valve body VK is designed in a manner known per se and has a passage D in its interior.
  • an opening 01 is arranged, which cooperates with a channel in the not shown, the valve body VK receiving valve housing VG.
  • the channel opens with a sliding bush on the valve body VK lying on the outer circumference of the valve body VK.
  • a further opening 02 is shown, which is designed conventionally, thus having no recess according to the invention.
  • the openings 01 and 02 are inlet passages, wherein the outlet AL is arranged in the direction of the passage D.
  • the outer circumference AU of the valve body VK has, in the region around the opening 01 in an advantageous embodiment, a groove U designed as an eccentrically extending recess.
  • the groove U reduces the material thickness of the valve body VK around the opening 01, so that the outer circumference AU of the valve body in the region of the groove is smaller, while the inner circumference IU remains the same.
  • the strip-shaped groove U extends eccentrically to the cylinder axis Z, so that the distance a to the cylinder axis Z decreases from the cylinder radius, in the region of the opening 01 has the lowest value and then increases again up to the cylinder radius r z .
  • Figure 2 shows a section through the valve body VK, namely centrally in the direction of the cylinder axis. It is shown that the groove U has a width greater than the width of the opening 01, such that on both sides of the opening 01 is ever a circular curved portion B1, B2 of the same thickness.
  • Figure 3 is a view of the valve body VK with sealing bushing DB and biasing spring F for pressing the sealing bushing to the opening 01.
  • Figure 4 shows the valve body in the region of the opening 01, wherein the
  • Cutting plane here perpendicular to the cylinder axis. Recognizable is the both sides of the opening 01 eccentric running reduction of the cylinder wall.
  • the sealing bushing DB sits in the groove U, but does not extend to the boundary of the areas B1 and B2 but has a diameter d which is smaller than the width b of the groove U.
  • the sealing bush DB is a hollow cylinder whose surface resting on the groove is adapted to the course of the groove.
  • the biasing spring F is seated on a seat S of the sealing bushing DB.
  • the contact force on the valve is controlled by the groove and thus a reduction in the power requirement of the valve is achieved.
  • FIG. 5 is a further section through the valve body VK in the region of the opening 01 - the sectional plane runs perpendicular to the cylinder axis. Recognizable is the both sides of the opening 01 eccentric running reduction of the cylinder wall.
  • FIG. 6 shows the valve body with a bearing ring LR.
  • the bearing ring is formed as a separate component.
  • the bearing ring LR is mounted on the outlet side of the valve body VK, which is pressed against the cylindrical valve housing VG.
  • the bearing ring LR has a ring thickness S1 and shows nose-shaped formations N, which extend radially inward in the direction of the cylinder axis.
  • the nose-shaped formations have a lower material thickness S2 in relation to the ring thickness S1.
  • the valve body VK has, along its outer circumference AU and along the cylinder edge ZK, recesses AS whose position along the outer circumference corresponds to the positions of the lugs of the bearing ring LR.
  • the Depth of the recesses AS is greater than the material thickness S2 of the lugs of the bearing ring.
  • Figure 7a shows a section perpendicular to the cylinder axis in the region of the cylinder edge ZK, in which the bearing ring mounted on the valve body, is attached. In the upper area of the valve body VK can be seen, which rests sealingly on the valve housing via the applied bearing ring LR.
  • the bearing ring LR is formed as part of the valve housing.
  • Figure 7b is shown as schematically.
  • the valve housing serves to provide a storage situation and forms together with the valve body pocket-like segments analogous to the execution with a separate bearing ring.
  • This one-piece solution with an integrated bearing ring is particularly inexpensive to produce and easier for the installation of the valve.
  • the design of the valve housing in the storage area is analogous to the separate bearing ring.

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Abstract

Beschrieben wird ein Ventil zur Steuerung eines Fluids, vorzugsweise eines Kühlmittels einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, mit einem zylinderförmigen und drehbar in einem Ventilgehäuse gelagerten Ventilkörper (VK), der in seinem Außenumfang eine Öffnung (Ö1) zur Steuerung des Fluids durch einen Kanal im Ventilgehäuse aufweist, wobei der Ventilkörper (VK) einen Lagerring aufweist.

Description

VENTIL ZUM STEUERUNG EINES KÜHLMITTELS
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ventil zum Einsatz in einer Kühlmittelströmung einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, mit einem zylinderförmigen und drehbar in einem Ventilgehäuse gelagerten Ventilkörper, der in seinem Außenumfang mindestens eine Öffnung zur Steue- rung des Kühlmittels durch einen Kanal im Ventilgehäuse aufweist.
Derartige Ventile können zur Steuerung des Kühlmittelstroms einer Brennkraftmaschine zum Einsatz kommen, um im Fluidkreislauf je nach Lastfall eine optimale Kühlmitteltemperatur zu gewährleisten. Im Falle eines Fehlers wie beispielsweise einer fehlerhaften Ansteuerung des Ventils, dem Ausfall des Ventilaktuators kann es jedoch zu einem unerwünschten Temperaturanstieg des Kühlmittels und damit zu kritischen Zuständen kommen, durch die die Brennkraftmaschine beschädigt werden kann. Um solch einem Fehlerfall vorzubeugen, bei dem die Kühlmitteltemperatur in unerwünschter Weise über eine vorbestimmte Temperatur ansteigt, weist das in der
DE102012 208 652 B3 beschriebene Ventil einen Fail-Safe-Mechanismus auf, der im Fehlerfall bewirkt, dass der Ventilkörper in eine vorbestimmte Position bewegt wird, in der der Kühlmittelstrom durch das Ventil maximal ist, um so Überhitzungszuständen im Kühlkreislauf entgegenzuwirken. Zusätzlich zu den bereits angesprochenen Problemen sind Ventile anfällig für Verunreinigungen und ein Steckenbleiben des Ventils führt ebenfalls zum Ausfall des Kühlsystems. Oft finden Ventile mit einem zylindrischen Ventilkörper Verwendung in Kühlsystemen wie beispielsweise in der noch unveröffentlichten DE102013215971 beschrieben. Der rotationssymmetri- sehe Ventilkörper ist dabei drehbar um die Zylinderachse in einem Ventilgehäuse gelagert, welches Zu- und Abflusskanäle aufweist. Durch Öffnun- gen im Außenbereich des Zylinders wird die Kühlflüssigkeit gesteuert, wobei die Flussmenge durch Verdrehen des Ventilkörpers reguliert wird. Die mit den Öffnungen im Außenbereich des Ventilkörpers zusammenwirkenden Kanäle sind mittels Dichtbuchsen gedichtet, welche auf dem Zylinder, dem Außenumfang gleiten. Um eine ausreichende Dichtfunktion insbesondere bei jeder Stellung des Zylinders zu gewährleisten, ist ein entsprechend hoher Anpressdruck der Buchse nötig. Dies bewirkt entsprechend hohe Verstellkräfte des Ventilkörpers. Es liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Ventil in gegenüber den bekannten Lösungen verbesserter Form bereitzustellen.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch ein Ventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 . Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Gemäß der Erfindung ist ein Ventil vorgesehen, welches einen in einem Ventilgehäuse drehbar gelagerten, als Zylinder gestalteten Ventilkörper mit einem Durchlass in seinem Inneren und einer Öffnung im zylindrischen Außenbereich aufweist, wobei in ein Lagerring auslassseitig vorhanden ist. Die Verwendung eines Lagerrings erlaubt einen optimierte Ausgestaltung der Lagerstelle und ein definiertes Umspülen der Lagerung, so dass es nicht zum Festsetzen von Verunreinigungen kommt.
Durch die Ausgestaltung von Ventilkörper und Lagerring werden Verunreinigungen gezielt aus dem Ventil gespült und setzen sich nicht an der Lage- rung im Ventilgehäuse fest.
Durch die Kombination des Lagerrings mit einer Umfangs- bzw. Radiusreduktion, die exzenterförmig verlaufende Nut ergibt sich eine von der Ventilkörperstellung abhängige Reduktion der Anpresskraft gegen eine Dicht- buchse, was insgesamt eine Verbesserung im Verstellverhalten, der bei der Verstellung aufzubringenden Kräfte, Momente bedeutet.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Bereich, die Ausneh- mung, die Nut mit der unterhalb des Zylinderradius verlaufender Außenwand exzenterförmig gestaltet, wobei der exzenterförmige Bereich, der Abstand von der Zylinderachse vom Zylinderradius ausgehend abnimmt, im Bereich der Öffnung seinen kleinsten Wert aufweist und daraufhin wieder exzentrisch bis zum Zylinderradius zunimmt.
Bevorzugt ist der der Öffnung zugeordnete reduzierte Bereich der Öffnung als ein exzenterförmig zur Zylinderachse verlaufender Streifen ausgebildet, der am Außenumfang des Ventilkörpers in Umfangsrichtung orientiert ist. Die Breite des reduzierten Bereiches, der Nut ist größer als die Breite der Öffnung. Die Breite des Streifens, der Nut ist an die Breite der Dichtbuchse angepasst.
Beschreibung der Erfindung
Des Weiteren erfolgt die Erläuterung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung an Hand der Zeichnungen.
Es zeigt Figur 1 eine Ansicht des Ventilkörpers
Figur 2 einen Schnitt durch den Ventilkörper
Figur 3 zeigt den Ventilkörper mit Dichtungsbuchse Figur 4 einen Schnitt durch Ventilkörper mit Dichtungsbuchse.
Figur 5 Schnitt durch den Ventilkörper VK Figur 6 Ventilkörper mit einem Lagerring
Figur 7a und 7b zeigen einen Schnitt senkrecht zur Zylinderachse
Figur 1 zeigt in perspektivischer Ansicht einen zylinderförmigen Ventilkörper VK eines Thermoventils, das in einem nicht dargestellten zylindrischen Ven- tilgehäuse VG drehbar gelagert ist. Der Ventilkörper VK ist in an sich bekannter Weise gestaltet und weist in seinem Inneren einen Durchlass D auf. Auf dem Außenumfang AU ist eine Öffnung 01 angeordnet, welche mit einem Kanal in dem nicht dargestellten, den Ventilkörper VK aufnehmendem Ventilgehäuse VG zusammenwirkt. Der Kanal mündet mit einer am Außen- umfang des Ventilkörpers VK anliegenden, gleitenden Buchse an dem Ventilkörper VK. In Figur 1 ist eine weitere Öffnung 02 dargestellt, welche herkömmlich gestaltet ist, somit keine erfindungsgemäße Ausnehmung aufweist. Die Öffnungen 01 und 02 sind Einlassdurchgänge, wobei der Aus- lass AL in Richtung des Durchlasses D angeordnet ist.
Der Außenumfang AU des Ventilkörpers VK weist im Bereich um die Öffnung 01 in einer vorteilhaften Ausgestaltung eine als exzentrisch verlaufende Ausnehmung gestaltete Nut U auf. Die Nut U reduziert die Materialdicke des Ventilkörpers VK um die Öffnung 01 herum, so dass der Außenumfang AU des Ventilkörpers im Bereich der Nut kleiner ist, während der Innenumfang IU gleich bleibt. Die streifenförmige Nut U verläuft exzentrisch zur Zylinderachse Z, so dass der Abstand a zur Zylinderachse Z vom Zylinderradius abnimmt, im Bereich der Öffnung 01 den geringsten Wert aufweist und anschließend wieder bis zum Zylinderradius rz zunimmt.
Figur 2 zeigt einen Schnitt durch den Ventilkörper VK, und zwar mittig in Richtung der Zylinderachse. Dargestellt ist, dass die Nut U eine Breite größer als die Breite der Öffnung 01 aufweist, derart, dass beidseitig der Öffnung 01 je ein kreisförmig gebogener Bereich B1 , B2 gleicher Dicke liegt. Figur 3 ist eine Ansicht des Ventilkörpers VK mit Dichtungsbuchse DB und Vorspannfeder F zum Anpressen der Dichtungsbuchse an die Öffnung 01 . Figur 4 zeigt den Ventilkörper im Bereich der Öffnung 01 , wobei die
Schnittebene hier senkrecht zur Zylinderachse verläuft. Erkennbar ist die beidseitig der Öffnung 01 exzentrisch ausgeführte Reduzierung der Zylinderwand. Die Dichtungsbuchse DB sitzt in der Nut U , erstreckt sich aber nicht bis zur Begrenzung der Bereiche B1 und B2 sondern hat einen Durchmesser d, der geringer als die Breite b der Nut U ist. Die Dichtungsbuchse DB ist ein Hohlzylinder dessen auf der Nut aufliegende Fläche dem Verlauf der Nut angepasst ist.
Die Vorspannfeder F sitzt auf einem Sitz S der Dichtungsbuchse DB auf. Die Anpresskraft auf das Ventil ist durch die Nut steuerbar und damit wird eine Verringerung des Leistungsbedarfs des Ventils erzielt.
Figur 5 ist ein weiterer Schnitt durch den Ventilkörper VK im Bereich der Öffnung 01 - die Schnittebene verläuft hier senkrecht zur Zylinderachse. Erkennbar ist die beidseitig der Öffnung 01 exzentrisch ausgeführte Reduzierung der Zylinderwand.
Figur 6 zeigt den Ventilkörper mit einem Lagerring LR. In dieser Ausführungsform ist der Lagerring als separates Bauteil ausgebildet. Der Lagerring LR wird auf der Auslassseite des Ventilkörpers VK angebracht, die gegen das zylindrische Ventilgehäuse VG gedrückt wird. Der Lagerring LR weist eine Ringstärke S1 auf und zeigt nasenförmige Ausbildungen N, die sich radial nach innen in Richtung Zylinderachse erstrecken. Die nasenförmigen Ausbildungen haben eine im Verhältnis zur Ringstärke S1 geringere Mate- rialstärke S2.
Der Ventilkörper VK weist entlang seines Außenumfangs AU und entlang der Zylinderkante ZK Ausnehmungen AS auf, deren Lage entlang des Außenumfangs der Positionen der Nasen des Lagerrings LR entsprechen. Die Tiefe der Ausnehmungen AS ist dabei größer als die Materialdicke S2 der Nasen des Lagerrings.
Figur 7a zeigt einen Schnitt senkrecht zur Zylinderachse im Bereich der Zylinderkante ZK, bei dem der Lagerring auf dem Ventilkörper montiert, aufgesteckt ist. Im oberen Bereich ist der Ventilkörper VK zu erkennen, der über den aufgebrachten Lagerring LR dichtend am Ventilgehäuse anliegt.
Hier kann keine Kühlflüssigkeit vom Inneren des Ventilgehäuses zum Aus- lass fließen. Anders sieht das im Bereich der Ausnehmungen AS am Umfang des Ventilkörpers aus, wie es im unteren Bereich der Figur dargestellt ist. Die Ausnehmung AS wird von der nasenförmigen Ausbildung N nicht dichtend verschlossen und ein Kühlmittelstrom fließt zwischen Ventilkörper und Ventilgehäuse durch die Ausnehmung des Ventilkörpers.
Das heißt aber auch, dass die nasenförmigen Ausbildung N sich nicht entlang der gesamten Tiefe der Ausnehmung erstreckt. Dadurch sind taschen- artige Segmente definiert, die die Umspülung der Lagerstelle ermöglichen.
In einer weiteren alternativen Ausbildungsform ist der Lagerring LR als Teil des Ventilgehäuses ausgebildet. In Figur 7b ist als schematisch dargestellt. Dabei dient das Ventilgehäuse dazu eine Lagersituation bereitzustellen und bildet zusammen mit dem Ventilkörper taschenartige Segmente analog zur Ausführung mir einem separaten Lagerring aus. Diese einstückige Lösung mir einem integrierten Lagerring ist besonders kostengünstig herstellbar und einfacher für die Montage des Ventils. Die Ausgestaltung des Ventilgehäuses im Bereich der Lagerung erfolgt analog zum separaten Lagerring.
In der Figur 6 sind beispielhaft drei nasenförmigen Ausbildungen und Ausnehmungen dargestellt. Zur optimalen Beeinflussung des Kühlmittelstroms entlang der dichtenden Flächen sind aber auch anderer Anordnungen und eine andere Anzahl an taschenförmigen Segmenten sowie eine asymmetrische Anordnung möglich. Bezugszeichenliste
VK Ventilkörper, Zylinder
D Durchlass
01 Öffnung
02 Öffnung
U Nut, Reduzierung, Ausnehmung VG Ventilgehäuse
N nasenförmigen Ausbildung
LR Lagerring
AU Außenumfang
IU Innenumfang
ZK Zylinderkante
AS Ausnehmung
51 Ringstärke
52 Stärke der nasenförmigen Ausbildung Z Zylinderachse
a Abstand
rz Zylinderradius innen

Claims

Ansprüche
1 . Ventil zur Steuerung eines Kühlmittels einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, mit einem zylinderförmigen und drehbar in einem Ventilgehäuse (VG) gelagerten Ventilkörper (VK), der in seinem Außenumfang mindestens eine Öffnung (01 ) zur Steuerung des Kühlmittels durch einen Kanal im Ventilgehäuse (VG) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper auslassseitig von einem Lagerring (LR) umfasst ist.
2. Ventil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerring (LR) mindestens eine nasenförmige Ausbildungen (N) zeigt.
3. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerring (LR) eine Stärke (S1 ) aufweist, die größer ist als die Stärke (S2) der nasenförmigen Ausbildung.
4. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper Ausnehmungen (AS) entlang seiner Zylinderkante (ZK) aufweist, die den nasenförmigen Ausbildungen (N) entsprechen.
5. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (VK) mit dem Lagerring (LR) gegen das Ventilgehäuse abdichtend eingebaut ist.
6. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelfluss zwischen Ventilkörper (VK) und Ventilgehäuse (VG) in Richtung Auslass nur über die mindestens eine Ausnehmung (AS) erfolgt.
7. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekenn- zeichnet, dass durch den Ventilkörper (VK) und den Lagerring (LR) ta- schenförmige Segmente gebildet sind.
8. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerring (LR) integrierter Teil des Ventilgehäuses (VG) ist.
9. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (VK) im Bereich der mindestens einen Öffnung (01 ) einen Außenbereich (U) aufweist, der einen geringeren Außenumfang (AU) als der Ventilkörper aufweist.
10. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der unterhalb des Radius des Zylinders (VK) verlaufende Außenbereich (U) stetig vom Zylinderradius zu einem tiefsten Wert übergeht.
1 1 . Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (01 ) in dem am weitesten unterhalb des Zylinderradius liegenden Außenbereich (U) angeordnet ist.
12. Ventil wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der unterhalb des Zylinderradius liegende Außenbereich als eine Nut (U) ausgebildet ist, welche sich am Zylindermantel in Umfangsrichtung erstreckt.
13. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (U) sich in Umfangsrichtung des Zylinders (VK) beidseitig der Öffnung (01 ) erstreckt.
14. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (U) einen exzentrisch zur Zylinderachse verlau- fenden Radiusverlauf aufweist, beginnend mit dem Zylinderradius.
15. Ventil einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (U) eine Breite größer als die Breite der Öffnung (01 ) aufweist, derart, dass beidseitig der Öffnung (01 ) ein ebener Bereich liegt.
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