WO2019214880A1

WO2019214880A1 - Ventileinrichtung

Info

Publication number: WO2019214880A1
Application number: PCT/EP2019/058331
Authority: WO
Inventors: Fabian Kopp; Harald SCHOBER; Andrej KAMYLIN; Adam Konik; Walter Schuhmacher; Uwe WALLNER; Markus Alber; Patrik FECKER; Felix FLEISCHMANN
Original assignee: ElringKlinger AG; ElringKlinger Kunststofftechnik GmbH
Current assignee: ElringKlinger AG; ElringKlinger Kunststofftechnik GmbH
Priority date: 2018-05-09
Filing date: 2019-04-02
Publication date: 2019-11-14
Anticipated expiration: 2020-11-09
Also published as: DE102018111139A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ventileinrichtung (1), insbesondere ein Volumenstrom-Regelventil zur Steuerung von Volumenströmen in einem Heiz- und/oder Kühlkreislauf eines Kraftfahrzeugs, mit mindestens einem Zufluss (3) und mindestens zwei Abflüssen (4) für ein fluides Medium an einem Gehäuse (2), dessen Volumenaufteilung durch Ausnehmungen (D) an einer in dem Gehäuse (2) im Bereich der Abflüsse (4) drehbar angeordneten Steuerscheibe (8) einstellbar ist. Um eine Ventileinrichtung der genannten Art unter Erhöhung ihrer Effizienz und Langlebigkeit bei Senkung eines Aufwands für Dichtungsmaßnahmen weiterzubilden, wird vorgeschlagen, dass die Steuerscheibe (8) durch das fluide Medium mindestens teilweise hinter- und/oder umströmbar ist.

Description

Ventileinrichtung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ventileinrichtung, insbesondere ein Volumenstrom-Regelventil zur Steuerung von Volumenströmen in einem Heiz- und/oder Kühlkreislauf eines Kraftfahrzeugs .

Aus dem Stand der Technik sind für Heiz- und/oder Kühlkreis läufe in Kraftfahrzeugen diverse Ansätze bekannt, um an einer i.d.R. zu kühlenden Wärmequelle, insbesondere eine Verbren nungskraftmaschine oder eine Hauptbatterie als Quelle und Speicher für elektrische Energie, durch ein fluides Kühlmedium eine bestimmte Wärmemenge durch freie und/oder erzwungene Kon vektion abzuführen. Ziel einer jeden Temperaturregelung ist es, eine jeweilig optimale Betriebstemperatur für die betref fende Wärmequelle einzurichten und zu halten. Dementsprechend ist eine Kühlung bei einem Kaltstart einer Verbrennungskraft maschine anders zu regeln, als bei einem Langzeitbetrieb unter Volllast. Eine Hauptbatterie sollte zum Schutz und zur Auf rechterhaltung einer Kapazität sowie zur Minderung von Alte rungseffekten sogar außerhalb eines Fährbetriebs in einem be stimmten Temperaturintervall gehalten werden. Von einem jewei ligen Betriebszustand abhängig können Anforderungen an ein Kühlsystem also erheblich variieren. Damit macht eine entspre chende Regelung des Kühlsystems ein komplexes Thermomanagement erforderlich, das neben Schadstoffausstoß , Kraftstoffverbrauch und Minderung von Alterungseffekten auch weitere Anforderungen innerhalb eines Kraftfahrzeugs berücksichtigt, insbesondere eine selektive Beheizung einer Batterie, von Teilen eines Sys tems zur Abgasnachbehandlung oder aber eine Beheizung oder Kühlung einer Fahrgastzelle .

Um ein durch einen Heiz- und/oder Kühlkreis laufendes Fluid den aktuellen Betriebszuständen entsprechend zu verteilen wird eine Ventileinrichtung insbesondere in Form eines Volumen strom-Regelventils verwendet, das mit einem elektrischen Stellantrieb versehen ist. Auch als Thermo-Modul bezeichnet sind diverse Bauformen derartiger Volumenstrom-Regelventile bekannt, bei denen jeweils ein geschlossenes Gehäuse einen Zu fluss und mindestens zwei Abflüsse aufweist, wobei durch min destens ein in dem Gehäuse drehbares Steuerungselement eine kontinuierlich veränderliche Aufteilung eines zufließenden Vo lumenstroms auf die mindestens zwei Abflüsse von außen ein stellbar ist. Derartige Steuerungselemente sind in Ausfüh rungsformen als Kugel, als Kolben oder Walze, oder aber als drehgeregelte Loch-Scheibe bekannt. Von den genannten grund sätzlichen Lösungsansätzen zeichnet sich derjenige unter Ver wendung einer drehgeregelten Scheibe mit entsprechend geform ten Löchern bzw. Ausnehmungen durch ihre Einfachheit bei über sichtlicher Geometrie aus, wobei plane Flächen in der Herstel lung ggf. einer Nacharbeit durch Läppen bedürfen.

Das Gehäuse der Ventileinrichtung ist unter Einsatz einer Steuerscheibe als in dem Gehäuse drehbares Steuerungselement zur kontinuierlich veränderlichen Aufteilung eines zufließen den Volumenstroms auf die mindestens zwei Abflüsse im Wesent lichen als kurzer Zylinder aufgebaut, wobei die Zu- und Ab flüsse axial ausgerichtet an Stirnflächen und/oder radial an einer Mantelfläche des Zylinders vorgesehen sein können.

EP 3 051 191 Bl offenbart ein Volumenstromregelventil der ge nannten Art, wobei zwei Ein- und zwei Auslässe durch zwei auf einer Welle fixierte Steuerscheiben mit entsprechenden Ausneh mungen als Durchfluss-Flächen durch entsprechende Drehung der Welle hinsichtlich des Durchflusses durch die jeweiligen Aus lässe gesteuert werden. DE 10 2006 053 30 Al beschreibt ein Volumenstromregelventil, das ein durch einen Einlass einströmendes Fluidvolumen auf zwei Auslässe unter Verwendung einer drehbaren Steuerscheibe mit einer durch geformte Durchfluss-Flächen definierten Regel charakteristik verteilt. Auf dieser Druckschrift aufbauend of fenbart die DE 10 2014 110 703 Al ein Volumenstromregelventil mit einer drehbaren Steuerscheibe, die zur Steuerung eines einströmenden Fluidvolumens axiale und auch radiale Ein- oder Durchlässe aufweist.

Eine besondere Herausforderung stellt bei derartigen Venti leinrichtung eine auch unter Bewegung dauerhaft wirksame Ab dichtung zwischen der Steuerscheibe und den Abflüssen dar, da jede Leckage die einzustellende Aufteilung des zufließenden Volumenstroms auf die Abflüsse verfälscht. Es sind daher als drehbare Steuerungselemente bzw. Ventilkörper Steuerscheiben hoher Steifigkeit vorgeschlagen worden, die zudem zusätzlich auch mit Mitteln zur Abdichtung gegenüber einer inneren Man telfläche des Gehäuses versehen sein können. Um bei dem herr schenden und auf die Steuerscheibe wirkenden Druck unter Bewe gung über die Auslässe hinweg den Verschleiß zur Schonung u.a. von Dichtungen insbesondere im Bereich von Abflüssen zu senken und dementsprechend eine Standzeit der Ventileinrichtung zu erhöhen, sind diverse Formen von Beschichtungen der Steuer scheibe mit reibungsminderndem Material vorgeschlagen worden, wie auch bestimmte Materialpaarungen der jeweiligen Kontakt partner. Zugleich werden Vorrichtungen zur Vorspannung der Steuerscheibe und/oder angefederte Dichtelemente an der Steu erscheibe vorgeschlagen.

In bekannten Thermomodulen wird meist im Kontakt eines Auslas ses mit der Steuerscheibe mindestens eine Dichtung als separa tes Bauteil verwendet. Dieser Schritt erfordert einen erhöhten Montageaufwand mit zusätzlichem Materialaufwand für Einzelteile, was in der Fertigung Mehrkosten bedeutet. Ein technischer Nachteil dieser Bauform tritt hinsichtlich eines möglicherweise raschen Verschleißes dieser Dichtung mit deut lichem Verlust der Abdichtungseigenschaften auf. Für eine op timale Dichtfunktion sind dabei zudem u.a. hohe Anforderungen an eine jeweilige Bauteilqualität in Bezug auf eine hohe Ober flächenqualität und geringe Toleranzen der Bauteile des eines Einbaus zur Einstellung einer Kraft-Weg Kennlinie erforder lich.

Die vorliegende Erfindung hat das Ziel eine Ventileinrichtung der genannten Art unter Erhöhung ihrer Effizienz und Langle bigkeit bei Senkung eines Aufwands für Dichtungsmaßnahmen wei terzubilden .

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von An spruch 1 gelöst. Demnach umfasst eine Ventileinrichtung an ei nem Gehäuse mindestens einen Zufluss und mindestens zwei Ab flüsse für ein fluides Medium, dessen Volumenaufteilung durch Ausnehmungen an einer in dem Gehäuse im Bereich der Abflüsse drehbar angeordneten Steuerscheibe einstellbar ist, wobei diese Steuerscheibe durch das fluide Medium mindestens teil weise hinter- und/oder umströmt ist.

Der Erfindung liegt als ein Kern die wesentliche Erkenntnis zugrunde, dass die Steuerscheibe in bekannten Ventileinrich tungen im Dauerbetrieb durch einseitige Druckbeaufschlagung durch das fluide Medium einem prinzipiell zu hohen Verschleiß ausgesetzt ist, was gleichermaßen auch Dichtungen im Bereich der Abflüsse betrifft. Hierdurch ergeben sich allem zusätzli chen konstruktiven Aufwand zum Trotz zwangsweise fortschrei tende Undichtigkeiten im Bereich der Abflüsse. Wird hingegen die Steuerscheibe erfindungsgemäß durch das fluide Medium min destens teilweise hinter- und/oder umströmt, so wirkt neben der bekannten Kraft, die über eine effektive Fläche der Steu erscheibe durch den Druck des zuströmenden fluiden Mediums hervorgerufen wird, durch die mindestens teilweise Hinter und/oder Umströmung der Steuerscheibe durch dasselbe fluide Medium mit gleichem Druck eine entgegengesetzt gerichtete Kraft vergleichbarer Größe auf die Steuerscheibe ein. Eine nun auf die Steuerscheibe insgesamt durch das fluide Medium ein wirkende Kraft ist damit durch sich nahezu kompensierende Kräfte in Richtung Null reduziert. Hierdurch wird die Reibung der bewegten Steuerscheibe an Gehäuseteilen insgesamt deutlich vermindert. In der Folge wird über einen Dauerbetrieb hinweg der Verschleiß gerade im Bereich von Dichtungsstellen zwischen beweglichen Teilen erheblich gesenkt. Dieser Effekt steigert eine wartungsfreie Standzeit einer erfindungsgemäßen Venti leinrichtung bei hoher Dichtigkeit gegenüber bekannten Baufor men deutlich.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprü che. Demnach weist die Steuerscheibe Kanäle zur Hinterströmung durch das zuströmende Fluid in einem im Gehäuse eingebauten Zustand auf. Alternativ oder zusätzlich können auch im Bereich des Gehäuses, also an einem Gehäuseunterteil und/oder einem Deckel, Freisparungen vorgesehen sein, durch die das zuströ mende Fluid auf die einer Zuströmrichtung gegenüberliegende Oberfläche der Steuerscheibe durch Hinter- und/oder Umströmung gelangt .

Vorzugsweise ist die Steuerscheibe verrippt. Neben dem Effekt einer mechanischen Stärkung werden durch Verrippungen auch Ka näle zur Hinterströmung weiter Bereich der Steuerscheibe ge bildet .

Besonders vorteilhafterweise ist die Steuerscheibe zwischen den nach außen hin abdichtenden Teilen des Gehäuses auf einer Antriebswelle fixiert und dadurch drehbar gelagert, wobei durch die Antriebswelle eine auf die Steuerscheibe einwirkende Kraft einstellbar ist. Vorzugsweise ist eine Kopplung der Steuerscheibe mit einem externen Stellantrieb zur Einstellung einer Anpresskraft federbelastet ausgebildet. In einer Ausfüh rungsform der Erfindung ist eine in die Antriebswelle eingrei fende Schraube vorgesehen, die durch Komprimierung einer Feder eine einstellbare Kraft auf die Steuerscheibe ausübt. So ist eine Anpresskraft zwischen der Steuerscheibe und dem Deckel bzw. dort vorgesehenen Dichtungen im Wesentlichen durch die Schraube einstellbar.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist in oder an dem Deckel des Gehäuses um einen Abfluss herum eine Dich tung vorgesehen ist, die mit einer vorstehenden Kreisstruktur um eine Durchfluss-Fläche der Steuerscheibe bei einer maxima len Durchfluss-Stellung der Steuerscheibe abdichtend zusammen wirkt. Damit wird in dieser Schaltstellung der Steuerscheibe bei geringem Aufwand eine dauerhaft hohe Dichtigkeit erzielt.

Vorzugsweise umfasst die Steuerscheibe eine vorstehende Kreis struktur, die bei einer maximalen Abdichtung eines Abflusses mit der Dichtung dieses abzusperrenden Abflusses abdichtend zusammenwirkt. Diese zweite vorstehende Kreisstruktur weist einen gegenüber der erstgenannten vorstehenden Kreisstruktur vorzugsweise vergrößerten Durchmesser auf. Durch diese Maß nahme wird eine Dichtigkeit auch um einen abgesperrten Abfluss verbessert, um möglichst einen 0% Abfluss des zuströmenden Fluids an dem abzusperrenden Abfluss zu gewährleisten.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Steuerscheibe und die Antriebswelle einstückig als Spritzgieß teil hergestellt. Ferner wird bevorzugt, dass die Dichtungen um die Abflüsse durch mindestens einen Steg zu einen brillenförmigen Dich tungsteil miteinander verbunden sind.

Vorzugsweise mündet der Zufluss unter einer symmetrischen, „Y"-förmige Aufteilung des zufließenden Mediums in ein Gehäu seteil ein, vorzugsweise in das Gehäuseunterteil.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist die Steu erscheibe als Kreissegment ausgeführt. Dieses Kreissegment ist insbesondere als flächig geschlossenes Kreissegment ausge führt .

Gerade in diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn ein wesentlicher Teil des Gehäuses nicht länger als Voll kreis, sondern nur ungefähr als Halbkreis ausgeführt ist.

Hierdurch wird ein deutlicher Anteil an Bauraum, aber auch an Material und Gewicht eingespart. Bei einer bevorzugten Ausfüh rungsform der Erfindung trägt zu einer Gewichtseinsparung auch sehr vorteilhaft bei, dass das Gehäuse mit dem Gehäuseunter teil und dem Deckel sowie die Steuerscheibe als Spritzguss-op- timierte Elemente aus Glasfaser-verstärktem PPA oder PPS be stehen .

Zu einer vergleichsweise geringen Gesamtanzahl von Bauteilen trägt auch bei, dass die Teile des Gehäuses, Gehäuseunterteil und Deckel, miteinander fest und dicht verbunden sind, insbe sondere durch Verkleben oder thermisches Fügen wie z.B. Laser- , Heißgas-, Spiegel- oder Ultraschallschweißen. Die Ventilein richtung bildet damit eine wartungsfreie Einheit mit über eine Lebensdauer bzw. Standzeit ausreichender Dichtigkeit.

Nachfolgend werden weitere Merkmale und Vorteile erfindungsge mäßer Ausführungsformen unter Bezugnahme auf Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert. Da rin zeigen in schematischer Darstellung:

Figuren la und lb:

perspektivische Ansichten eines ersten Ausführungs beispiels einer Ventileinrichtung;

Figur 2a: eine Explosionsdarstellung des Ausführungsbeispiels der Ventileinrichtung der Figuren la und lb;

Figur 2b: eine Draufsicht auf einen Deckel des Ausführungsbei spiels der Figuren la und lb von den Abflüssen her gesehen;

Figur 3: eine Schnittdarstellung in einer Ebenen A-A von Figur

2b;

Figur 4a und 4b:

vergrößerte Einzelheiten von Figur 3;

Figur 5: eine Darstellung dreier Schaltzustände mit Blick vom

Zufluss auf die an dem Deckel des Gehäuses an einem Stellantrieb drehbar fixierte Steuerscheibe;

Figuren 6a und 6b:

Draufsichten auf eine Abfluss- und eine Zufluss-Seite einer Steuerscheibe;

Figur 7 : eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausfüh rungsbeispiels einer Ventileinrichtung;

Figur 8: eine Schnittdarstellung einer Ebene entlang einer

Mittelachse des Zuflusses;

Figuren 9a und 9b:

Draufsichten auf den Deckel mit eingesetzter Steuer scheibe in einer Mittelstellung sowie auf das Gehäu seunterteil;

Figuren 10a und 10b:

Explosionsdarstellungen des Ausführungsbeispiels der Ventileinrichtung von Figur 7;

Figur 11: eine Draufsicht auf das Gehäuseunterteil mit einge setzter Steuerscheibe und einer alternativen Ausfüh rungsform einer Dichtung und Figur 12: eine Explosionsdarstellung der Ausführungsform von Figur 11 in seitlicher Ansicht.

Über die verschiedenen Abbildungen hinweg werden für gleiche Elemente stets die gleichen Bezugszeichen verwendet. Ohne Be schränkung eines Einsatzfeldes wird aufgrund der hohen wirt schaftlichen Bedeutung nachfolgend nur auf einen Einsatz einer Ventileinrichtung eingegangen, die als Volumenstrom-Regelven- til zur Steuerung von Volumenströmen in einem Heiz- und/oder Kühlkreislauf eines Kraftfahrzeugs vorgesehen ist, wobei was serbasierte Fluide verwendet werden.

Die Abbildungen der Figuren la und lb zeigen perspektivische Ansichten eines ersten Ausführungsbeispiels einer Ventilein richtung 1. Die Ventileinrichtung 1 weist an einem näherungs weise zylindrischen Gehäuse 2 einen Zufluss 3 und zwei Ab flüsse 4 für ein fluides Medium auf. Dabei ist der Zufluss 3 an einem Gehäuseunterteil 5 vorgesehen und verläuft dort unge fähr in radialer Richtung, wohingegen die beiden Abflüsse 4 an einem Deckel 6 des Gehäuses 2 vorgesehen sind und ungefähr pa rallel zu einer Mittelachse der Ventileinrichtung 1 verlaufen.

Die technische Aufgabe der dargestellten Ventileinrichtung 1 besteht in einer Aufteilung eines durch den Zufluss 3 zuflie ßenden Mediums mit einer Maximaltemperatur von ca. 140 °C bei einem Volumenstrom von ca. 50 1/min bis etwa 250 1/min und ei nem Innendruck von bis zu 3 bar auf die beiden Abflüsse 4, wo bei jeweils ein Bereich zwischen 0 % bis 100% des über den Zu fluss 3 zufließenden Mediums für jeden der Abflüsse 4 ein stellbar ist. Diese Aufteilung wird durch eine nachfolgend noch anhand von Abbildungen beschriebene Steuerscheibe einge stellt, die in dem Gehäuse 2 im Bereich der Abflüsse 4 nahe des Deckels 6 durch einen Stellantrieb drehbar angeordneten ist. Von dem Stellantrieb ist in Figur la unter Auslassung eines elektrischen Schrittmotors und ggf. eines Untersetzungs getriebes nur eine Antriebswelle dargestellt, die hier als Keilantriebswelle 7 ausgebildet ist.

Ein innerer Aufbau der dargestellten kompakten Bauform der Ventileinrichtung 1 ist in der Explosionsdarstellung dieses Ausführungsbeispiels in Figur 2a dargestellt. Hier ist nun die Steuerscheibe 8 sichtbar, die zwischen den nach außen hin ab dichtenden Teilen des Gehäuses 2 auf die Keilantriebswelle 7 fixiert und dadurch drehbar gelagert ist.

Die perspektivischen Darstellungen der Figuren la und 2a zei gen Verrippungen 9 an dem Gehäuseunterteil 5, der Steuer scheibe 8 sowie dem Deckel 6 des Gehäuses 2. Diese Verrippun gen 9 dienen einer Erhöhung der Steifigkeit und Druckbestän digkeit insbesondere in dem in den Figuren 2a und 2b darge stellten Betriebsfall, in dem der oben liegende Abfluss 4 ab dichtend verschlossen ist und dementsprechend der untere zweite Abfluss abdichtend für einen 100% Durchlass des zuströ menden Fluids geöffnet ist. Die Verrippungen 9 und die daran teilweise anschließenden vorstehenden Kreisstrukturen 10 der Steuerscheibe 8 leisten zusammen mit Dichtungen 11 an dem De ckel 6 einen wichtigen Beitrag zur Gewährleistung der Dichtig keit in dieser Stellung der Ventileinrichtung 1. Ferner stär ken die Verrippungen 9 der Steuerscheibe 8 deren mindestens teilweise Hinter- und/oder Umströmung durch das fluide Medium, um eine deutliche Minderung der auf die Steuerscheibe 8 durch das zuströmende Fluid einwirkenden Kraft zu bewirken.

Figur 2b zeigt eine Draufsicht auf den Deckel 6 der Ventilein richtung 1 in der Einstellung von Figur 2a, so dass der oben liegende Abfluss 4 abdichtend verschlossen ist. In diesem Ab fluss 4 ist daher ein Bereich der Steuerscheibe 8 sichtbar, während der untere zweite Abfluss 4 abdichtend für einen 100% Durchlass des zuströmenden Fluids geöffnet ist, wie durch die Schraffur in Figur 2b angedeutet. Die durch die Steuerscheibe 8 freigegebenen Teile der Durchfluss-Flächen D sind auch über die nachfolgenden Abbildungen hinweg mit einem Wellenmuster gefüllt dargestellt.

Figur 3 zeigt eine Schnittdarstellung in einer Ebenen A-A von Figur 2b. Anhand dieser Schnittdarstellung ist ein innerer Aufbau der Ventileinrichtung 1 erkennbar, wonach das zuströ menden Fluid durch den Zufluss 3 auf Positionen der Abflüsse 4 verteilt wird, eine jeweilige Verteilung des zuströmenden Flu ids jedoch durch die Steuerscheibe 8 eingestellt wird. Hier ist der geschnittene Abfluss 4 durch die Steuerscheibe 8 ab dichtend von jedwedem zuströmenden Fluid abgesperrt. Da eine nachfolgend noch im Detail beschriebene Hinterströmung der Steuerscheibe 8 durch zuströmendes Fluid eine sich insgesamt ergebende Anpresskraft der Steuerscheibe 8 gegen den Deckel 6 des Gehäuses 2 weitgehend ausgleicht, muss eine u.a. auch von Druckschwankungen in dem zuströmenden Fluid unabhängige An presskraft der Steuerscheibe 8 gegen den Deckel 6 eingestellt werden .

Figur 4a zeigt hierzu eine vergrößerte Einzelheit B von Figur 3, in der u.a. Details zur Fixierung der Steuerscheibe 8 an der Keilantriebswelle 7 erkennbar sind. Unter Formschluss tritt die Keilantriebswelle 7 durch die Steuerscheibe 8 hin durch, so dass jede Drehung der Keilantriebswelle 7 auf die Steuerscheibe 8 genau übertragbar ist. Die Fixierung der Keil antriebswelle 7 überträgt jedoch auch eine durch eine in die Keilantriebswelle 7 eingreifende Schraube 13 durch Komprimie rung einer Feder bzw. hier eines Federpaketes mit einer Seri enschaltung von Tellerfedern 14 einstellbare Kraft über eine Beilagscheibe 15 auf die Steuerscheibe 8. Nachdem durch die gezielte Hinterströmung der Steuerscheibe 8 der Druck des zufließenden Fluids entgegengesetzt gerichtet auf nahezu gleichgroße Flächen einwirkt, wirkt durch das zufließende Fluid insgesamt nur noch eine sehr geringe Kraft auf die Steu erscheibe 8. Damit ist eine für eine Dichtungsfunktionalität erforderliche Anpresskraft der Steuerscheibe 8 gegen den De ckel 6 und die daran angeordneten Dichtungen 11 im Wesentli chen durch die Schraube 13 durch Komprimierung der Federn 14 einstellbar. Reibungs- und damit verschleißmindernd ist damit ein Einwirken zu hoher Kräfte auf die Dichtungspartner ausge schlossen. Dieser Effekt erhöht eine Standzeit einer derarti gen Ventileinrichtung 1 gegenüber bekannten Bauformen erheb lich.

Figur 4b stellt eine vergrößerte Einzelheiten C von Figur 3 dar. Hier ist eine Hinter- und/oder Umströmung der Steuer scheibe 8 durch das zuströmende Fluid durch Pfeile angedeutet. Um eine derartige Hinter- und/oder Umströmung der Steuer scheibe 8 durch das zuströmende Fluid zu bewirken, können in und/oder an der Steuerscheibe 8 Kanäle vorgesehen sein, wie z.B. Lochungen bzw. Ausnehmungen durch die Steuerscheibe 8 hindurch. In einem nicht weiter dargestellten alternativen Ausführungsbeispiel sind derartige Kanäle durch die Steuer scheibe 8 in einem Bereich um die Keilantriebswelle 7 herum vorgesehen .

In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind zu diesem glei chen Zweck nur Kanäle als Freisparungen 16 im Bereich des Ge häuses 2 bzw. beider Gehäuseteile, also Gehäuseunterteil 5 und Deckel 6, sowie der Steuerscheibe 8 selber im Bereich eines äußeren Mantels vorgesehen, wie in Figur 4b als Einzelheit in Vergrößerung dargestellt. Hierin ist auch ein Strömungsweg des Fluids angedeutet zur gezielten Hinterströmung der Steuer scheibe 8 unter Nutzung der Freisparungen 16. Statt also eine nach dem Stand der Technik stets angestrebte möglichst effektive Abdichtung der Steuerscheibe 8 mit hohem Aufwand zu erzielen, wird erfindungsgemäß eine hohe Dichtigkeit nur auf die Extrempositionen bei 0% und 100% Fluid-Durchlass an einem jeweiligen Auslass 4 beschränkt realisiert. Eine durch die Steuerscheibe 8 auf Dichtungen 11 an dem Deckel 6 um die Aus flüsse 4 herum wirkende Kraft wird im Wesentlichen durch die Schraube 13 voreingestellt, so dass zu geringe, aber auch überhöhte Anpresskräfte zum Minderung eines reibungsbedingten Verschleißes im Bereich der Steuerscheibe 8 wie der Dichtungen 6 vermieden werden.

Figur 5 zeigt eine Darstellung dreier Schalt- bzw. Betriebszu stände mit Blickrichtung von dem Zufluss her auf die Steuer scheibe 8, die an dem Deckel 6 des Gehäuses 2 durch die

Schraube 13 an der Keilantriebswelle 7 des Stellantriebs dreh bar fixiert ist. In einer 0°-Stellung ist ein oberer Abfluss 4 durch die Ausnehmung der Durchfluss-Fläche D der Steuerscheibe 8 komplett freigegeben, dass 100% des zufließenden Fluids hierdurch weitergeleitet werden. Der untere Abfluss 4 ist hin gegen abdichtend versperrt, wie auch die zweite Durchfluss- Fläche D der Steuerscheibe 8.

Bei einem Winkel von -33° sind durch beide Durchfluss-Flächen D der Steuerscheibe 8 ungefähr gleichgroße Flächen für beide Abflüsse 4 freigegeben. Es stellt sich also eine ungefähr hälftige Aufteilung und Weiterleitung des zuströmenden Fluids auf beide Abflüsse 4 ein. Hieran ändert auch eine durch das Hinterströmen der Steuerscheibe 8 hervorgerufene prinzipielle Leckage nichts. Schließlich ist bei einem Winkel von -66° nun der untere Abfluss 4 durch die Durchfluss-Fläche D der Steuer scheibe 8 freigegeben, dass 100% des zufließenden Fluids hier durch weitergeleitet werden, während nun der oberer Abfluss 4 abdichtend versperrt ist. Figuren 6a und 6b sind Draufsichten auf eine Abfluss- und eine Zufluss-Seite der Steuerscheibe 8 als Vorder- und Hinteran sicht dieses Bauteils. Die Abbildung von Figur 6a entspricht der aus der Abbildungsfolge der Figur 5. In vergrößerter Dar stellung wird hier eine Aufteilung der Oberfläche der Zufluss- Seite der Steuerscheibe 8 mit Verrippungen 9 und vorstehenden Kreisstrukturen 10 um die Durchfluss-Flächen D deutlich. Zwi schen den Kreisstrukturen 10 sind Freisparungen 16 vorgesehen. Eine drehfeste Verbindung der Steuerscheibe 8 mit der Keilan triebswelle 7 wird durch Formschluss erreicht. Hierzu ist eine näherungsweise ovale Durchtrittsöffnung 17 in der Steuer scheibe 8 vorgesehen. Die Keilantriebswelle 7 weist z.B. durch gegenüberliegende Fräsungen eine entsprechende Querschnitts fläche auf.

Auf der Abflussseite der Steuerscheibe 8 sind alle vorstehend benannten Strukturelemente ebenfalls vorhanden, wobei hier noch einander überlappende Kreisstrukturen 10 hinzukommen, die bei einer 100% Öffnung eines Abflusses 4 in Zusammenspiel mit einer dort jeweils vorgesehenen Dichtung 11 um einen Abfluss 4 an dem Deckel 6 eine verbesserte Abdichtung an dem zweiten Ab fluss 4 zu erreichen, um dort einen 0% Abfluss des zuströmen den Fluids zu gewährleisten.

Das Gehäuse 2 der Ventileinrichtung 1 besteht mit Gehäuseun terteil 5 und Deckel 6 als Spritzguss-optimiertes Element aus Glasfaser-verstärktem PPA oder PPS, wie auch die Steuerscheibe 8. Da im Rahmen von Kunststoff-Spritzguss-Prozessen über grö ßere Flächen hinweg ohne wesentliche Maßnahmen keine für Dich tungselement ausreichende Grade der Planheit erreichbar sind, kommt den vorstehenden Kreisstrukturen 10 an der Abflussseite der Steuerscheibe 8 eine besondere Bedeutung zu. Hier kann zu mindest durch regional beschränkte Nachbearbeitung eine aus reichende Planheit der Oberflächen hergestellt werden, um im Zusammenspiel mit Dichtungen 11 am Deckel 6 des Gehäuses eine hohe Dichtigkeit auch dauerhaft zu gewährleisten.

Die gesamte Ventileinrichtung 1 gemäß dem vorliegenden Ausfüh rungsbeispiel wiegt in dem dargestellten Umfang, also mit dem Keilantriebswelle 7, Schraube 13, Federpaket 14, Beilagscheibe 15, Dichtung 12 mit Lagerung der Keilantriebswelle im Deckel 6 und die Dichtungen 11 am Deckel 6, insgesamt nur ca. 500 g. Auch ist die Anzahl von Einzelteilen gegenüber bekannten Ven tileinrichtungen gesenkt worden. Zu diesem vergleichsweise ge ringen Gesamtgewicht trägt auch die Tatsache bei, dass die vorstehend beschriebene Ventileinrichtung 1 als wartungsfreies Bauteil mit ausreichender Lebensdauer ausgelegt ist. Daher werden die Teile des Gehäuses 2, Gehäuseunterteil 5 und Deckel 6, miteinander durch Ultraschallschweißen fest und dicht ver bunden. Diese Verbindung ist gegenüber jeder Schraubverbindung mit zusätzlicher Abdichtung leichter und spart zudem Bauteile ein .

In dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel läuft die Antriebswelle 7, hier als Keil-Antriebswelle ausgeführt, durch den Deckel 6 des Gehäuses 2 hindurch. Zwei axial verlaufende Abflüsse 4 sind mit einem elektrischen Antrieb der Antriebs welle 7 ebenfalls an dem Deckel 6 angeordnet. So wie der Zu fluss 3 an dem Gehäuseunterteil 5 im Wesentlichen radial ver laufend vorgesehen ist, so können auch diese, hier nur exemp larisch benannten Merkmale des vorliegenden Ausführungsbei spiels fast beliebig geändert und den jeweiligen Anforderungen eines Anwendungsfalls angepasst werden. Diese Anpassbarkeit einer erfindungsgemäßen Ventileinrichtung 1 eröffnet Möglich keiten zur optimalen Anpassung an ein stets begrenztes Rauman gebot, wie es in Motorräumen von Kraftfahrzeugen anzutreffen ist . Die Abbildung von Figur 7 zeigt eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Ventileinrichtung. Hier ist im Vergleich zu den Abbildungen der Figuren la und lb ein wesentlicher Teil des Gehäuses 2 nicht länger als Voll kreis, sondern nur ungefähr als Halbkreis ausgeführt. Der Zu fluss 3 sowie die Abflüsse 4 stehen dabei weiterhin im Wesent lichen senkrecht zueinander. Die Antriebswelle 7 ist in das Gehäuseunterteil 5 verlegt worden.

Eine Schnittdarstellung einer Ebene entlang einer Mittelachse des Zuflusses 3 von Figur 7 zeigt als Abbildung von Figur 8 einen deutlich kompakteren Aufbau. Zur weiteren Reduzierung der Anzahl von Bauteilen sind Steuerscheibe 8 und Antriebs welle 7 einstückig als Spritzgießteil hergestellt. Ferner ist hier die Antriebswelle 7 unter Verwendung nur noch einer Bei- lagscheibe 15 durch eine Schrauben- bzw. Spiralfeder 14 statt eines Pakets von Tellerfedern belastet, wodurch die Montage vereinfacht wird. In Figur 8 ist erkennbar, dass weiterhin eine Hinterströmung der Steuerscheibe 8 erzielt wird.

Figur 9a zeigt eine Draufsicht auf den Deckel 6 mit der einge setzten Steuerscheibe 8 in einer Stellung, durch die die Ab flüsse 4 jeweils eine Hälfte eines zuströmenden Fluid-Volumens erhalten. Die Steuerscheibe 8 ist entgegen dem vorstehend be schriebenen ersten Ausführungsbeispiel statt als Kreisscheibe nun nur noch als flächig geschlossenes Kreissegment ausgeführt und weist keine Durchflussflächen D mehr auf. Auf einer hier sichtbaren Anströmseite weist die Steuerscheibe 8 Verrippungen 9 auf. Auf der gegenüberliegenden Seite weist die Steuer scheibe 8 einander teilweise überlagernde vorstehende Kreis strukturen 10 auf, die in einer jeweiligen Extremstellung zu sammen mit einer zugehörigen Dichtung 11 eines betreffenden Abflusses 4 nun einen 0% Abfluss sicherstellt. Figur 9b zeigt analog eine Draufsicht auf das Gehäuseunterteil 5 mit Zufluss 3. Während der Zufluss 3 bei dem ersten Ausfüh rungsbeispiel nach Art eines „F" in das Gehäuseunterteil 5 einmündet, ist es hier im Wesentlichen eine „Y"-förmige Auf teilung des zufließenden Mediums. Diese verbesserte Symmetrie lässt eine Verbesserung der Strömungsbedingungen erwarten und mithin einen gesenkten Strömungswiderstand.

Figuren 10a und 10b stellen perspektivische Explosionsdarstel lungen des Ausführungsbeispiels der Ventileinrichtung von Fi gur 7 dar. Ein direkter Vergleich mit der Abbildung von Figur 2a zeigt bei gleichen Druck- und Durchströmungsparametern eine deutlich reduzierte Baugröße mit einer gesenkten Anzahl von Einzelteilen, selbst wenn hier statt einer Spiralfeder weiter hin ein Paket von Tellerfedern 14 verwendet wird.

Figur 11 zeigt eine Draufsicht das Gehäuseunterteil 5 mit ein gesetzter Steuerscheibe mit einer alternativen Ausführungsform der Dichtungen 11 um die Abflüsse 4 des hier ausgeblendeten Deckels 6. Die beiden Dichtungen 11 sind durch einen Steg 11a zu einen brillenförmigen Dichtungsteil 11b miteinander verbun den. Damit wird einerseits die Anzahl separat zu handhabender Einzelteile weiter gesenkt, zum anderen mindert diese Brücke 11a aber eine verschleißende Belastung der kreisförmigen ge schlossenen, von der Steuerscheibe 8 vorstehenden Strukturen 10 beim Verstellen von Durchflussmengen durch Verdrehen der Steuerscheibe 8. Diese Verschleißminderung beruht auf einer Senkung der Anzahl auflaufender Dichtungskanten, sowie Schutz vor Verkeilen und Verhaken von Kanten bei Bewegung.

Figur 12 ist eine Explosionsdarstellung der Ausführungsform von Figur 11 in seitlicher Ansicht. Hiermit wird in Ergänzung zu den Abbildungen der Figuren 10a, 10b eine gegenüber der Ausführungsform von Figur 2a reduzierte Gesamtgröße sowie ge minderte Anzahl von Einzelteilen unterstrichen.

Bezugszeichenliste

1 Ventileinrichtung

2 Gehäuse

3 Zufluss

4 Abfluss

5 Gehäuseunterteil

6 Deckel des Gehäuses 2

7 Antriebswelle / Keilantriebswelle

8 Steuerscheibe

9 Verrippung

10 vorstehende Kreisstruktur der Steuerscheibe 8

11 Dichtung um einen Abfluss 4 an dem Deckel 6

11a Steg zwischen zwei Dichtungen 11

11b brillenförmiges Dichtungsteil

12 Dichtung und Lagerung der Antriebswelle 7 im Deckel 6 oder im Gehäuseunterteil 5

13 Schraube

14 Feder / Federpaket

15 Beilagscheibe

16 Freisparung / Kanal zur Hinter- und/oder Umströmung der Steuerscheibe 8

17 näherungsweise ovale Durchtrittsöffnung in der Steuer scheibe 8

18 Dichtring am Austritt der Antriebswelle 7

D Durchfluss-Fläche in der Steuerscheibe 8 umschlossen von einer vorstehenden Kreisstruktur 10

Claims

Ansprüche

1. Ventileinrichtung (1), insbesondere ein Volumenstrom-Re gelventil zur Steuerung von Volumenströmen in einem Heiz- und/oder Kühlkreislauf eines Kraftfahrzeugs, mit

mindestens einem Zufluss (3) und mindestens zwei Abflüs sen (4) für ein fluides Medium an einem Gehäuse (2), des sen Volumenaufteilung durch Ausnehmungen als Durchfluss- Flächen (D) an einer in dem Gehäuse (2) im Bereich der Abflüsse (4) drehbar angeordneten Steuerscheibe (8) ein stellbar ist,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Steuerscheibe (8) durch das fluide Medium mindestens teilweise hinter- und/oder umströmbar ist.

2. Ventileinrichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass in und/oder an der Steuer scheibe (8) Kanäle zur Hinter- und/oder Umströmung der Steuerscheibe (8) vorgesehen sind.

3. Ventileinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Ge häuses (2) Freisparungen (16) zur Hinter- und/oder Um strömung der Steuerscheibe (8) vorgesehen sind.

4. Ventileinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerscheibe (8) Verrippungen (9) aufweist.

5. Ventileinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerscheibe (8) zwischen den nach außen hin abdichtenden Teilen des Gehäuses (2) auf einer Antriebswelle (7) fixiert und dadurch drehbar gelagert ist, wobei eine auf die Steuerscheibe (8) einwirkende Kraft einstellbar ist.

6. Ventileinrichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass eine in die Antriebswelle

(7) eingreifende Schraube (13) vorgesehen ist, die durch Komprimierung einer Feder (14) die einstellbare Kraft auf die Steuerscheibe (8) ausübt.

7. Ventileinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Deckel (6) um einen Abfluss (4) herum eine Dichtung (11) vorgesehen ist, die mit einer vorstehenden Kreisstruktur (10) um eine Durchfluss-Fläche (D) der Steuerscheibe (8) bei ei ner maximalen Durchfluss-Stellung der Steuerscheibe (8) abdichtend zusammenwirkt.

8. Ventileinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Steuer scheibe (1) eine vorstehende Kreisstruktur (10) vorgese hen ist, die bei einer maximalen Abdichtung eines Aus flusses (4) mit der Dichtung des abzusperrenden Abflusses

(4) abdichtend zusammenwirkt.

9. Ventileinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerscheibe

(8) und die Antriebswelle (7) einstückig als Spritzgieß teil hergestellt sind.

10. Ventileinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungen (11) um die Abflüsse (4) durch einen Steg (11a) zu einen bril lenförmigen Dichtungsteil (11b) miteinander verbunden sind .

11. Ventileinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zufluss (3) un ter einer „Y"-förmige Aufteilung des zufließenden Mediums in ein Gehäuseteil einmündet, vorzugsweise in das Gehäu seunterteil (5) .

12. Ventileinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerscheibe (8) als Kreissegment ausgeführt ist, insbesondere als flächig geschlossenes Kreissegment.

13. Ventileinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein wesentlicher Teil des Gehäuses 2 nur ungefähr als Halbkreis ausgeführt ist .

14. Ventileinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) mit dem Gehäuseunterteil (5) und dem Deckel (6) sowie die Steuerscheibe (9) als Spritzguss-optimierte Elemente aus Glasfaser-verstärktem PPA oder PPS bestehen.

15. Ventileinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Teile des Ge häuses (2), Gehäuseunterteil (5) und Deckel (6), mitei nander fest und dicht verbunden sind, insbesondere durch thermisches Fügen oder Verkleben.