WO2022117385A2 - Ventil für einen massenstrom in einem fahrzeug - Google Patents

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WO2022117385A2
WO2022117385A2 PCT/EP2021/082472 EP2021082472W WO2022117385A2 WO 2022117385 A2 WO2022117385 A2 WO 2022117385A2 EP 2021082472 W EP2021082472 W EP 2021082472W WO 2022117385 A2 WO2022117385 A2 WO 2022117385A2
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opening
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connection opening
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Philipp Eichhorn
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Robert Bosch Gmbh
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    • F16K5/04—Plug valves; Taps or cocks comprising only cut-off apparatus having at least one of the sealing faces shaped as a more or less complete surface of a solid of revolution, the opening and closing movement being predominantly rotary with plugs having cylindrical surfaces; Packings therefor
    • F16K5/0407—Plug valves; Taps or cocks comprising only cut-off apparatus having at least one of the sealing faces shaped as a more or less complete surface of a solid of revolution, the opening and closing movement being predominantly rotary with plugs having cylindrical surfaces; Packings therefor with particular plug arrangements, e.g. particular shape or built-in means

Definitions

  • the invention relates to a valve for a mass flow, in particular for a vehicle.
  • DE 102017 101 208 A1 discloses a valve for a heat pump system in a vehicle.
  • the valve has an inlet, at least two outlets and a valve element.
  • the valve element has at least one passage and an expansion recess made in an outer surface of the valve element and connected to an opening of the passage.
  • the object of the invention is to provide an improved valve for a mass flow.
  • a valve is to be provided which enables better controllability of the mass flow.
  • the object of the invention is achieved by the valve according to claim 1.
  • the proposed valve has the advantage that a usable angular range for controlling the mass flow is expanded.
  • the term fluid is understood to mean a medium which, depending on the prevailing thermodynamic conditions, can be present both in a liquid phase and in a gaseous phase.
  • a fluid of the type in question is a heat transfer medium which is used within the fluid circuit running circulates.
  • the fluid is a natural refrigerant such as hydrocarbons, carbon dioxide, ammonia, propane, butane, propene, water or a synthetic refrigerant such as chlorofluorocarbons or hydrofluorocarbons.
  • the proposed valve has a housing with at least one first and one second connection opening.
  • the connection openings open into a valve chamber of the housing.
  • a valve element is mounted in the valve chamber so that it can rotate about an axis of rotation.
  • the valve element has a channel, which is designed, for example, as a through bore, which opens into the outer surface of the valve element with a first and a second through opening.
  • at least one recess is made in the outer surface at a distance from the through-openings and the through-bore.
  • the valve element can be rotated about an axis of rotation in the housing via a drive element.
  • the port openings may each have a valve seat that seals the port openings from a gap formed between the valve element and the housing.
  • the at least one recess and the first passage opening are arranged at the same height as the first connection opening.
  • the at least first connection opening, the first through opening and the at least one recess are arranged in a region in relation to the axis of rotation, so that for a predetermined rotational position range of the valve element, a hydraulic opening cross section between the first connection opening and the recess decreases when the rotational angle of the valve element increases , while a hydraulic opening area between the first connection opening and the first through opening increases.
  • fluid flows over the recess and over the first through opening.
  • At least one further recess and the second passage opening are arranged at the same height as the second connection opening, viewed along the axis of rotation of the valve element.
  • the at least second connection opening, the second through hole and the at least one further recess are arranged in one area in relation to the axis of rotation, so that depending on the rotational position of the valve element, an overlap between the second connection opening and the further recess and the intermediate space can be adjusted.
  • the second through hole also has an overlap with the intermediate space.
  • the recess, the first passage opening and the first connection opening are arranged and designed in such a way that in a first rotational position range of the valve element the recess has a first overlap with the first connection opening and a second overlap with the intermediate space. In this way, the recess establishes a connection between the first connection opening and the intermediate space.
  • the first through opening has a third overlap with the intermediate space.
  • the intermediate space and/or the second passage opening are connected to the second connection opening. In this way, a connection between the second connection opening and the first connection opening is made possible in the first rotational position range of the valve element.
  • the recess also has a first overlap with the first connection opening and a second overlap with the intermediate space.
  • the first through opening has a fourth overlap with the first connection opening and a third overlap with the intermediate space.
  • the second Through opening and / or the gap connected to the second connection opening is also in the second rotational position range. In the second rotational position range, there is thus a superposition, in which both the recess and the first through-opening each have an overlap with the first connection opening.
  • the first and second rotational position ranges represent a specified angular range of the rotational position of the valve element.
  • the recess, the first passage opening and the first connection opening are designed in such a way that when the valve element is rotated further in the direction of rotation in a third rotational position range, the recess no longer overlaps the first connection opening.
  • the first through opening also has a fourth overlap with the first connection opening and no longer has a third overlap with the intermediate space.
  • the second through hole is also connected to the second connection hole in the third rotational position range. In the third rotational position range, a mass flow between the two connection openings is only guided directly through the through hole.
  • the first recess, the first through-opening and the first connection opening are designed in such a way that in the first rotational position range, as the rotational position of the valve element increases, a hydraulic opening cross-section between the first connection opening and the first through-opening increases, in particular linearly.
  • the recess, the first through-opening and the first connection opening are designed in such a way that in the second rotational position range of the valve element, with an increase in the rotational angle of the valve element in the direction of rotation, the hydraulic opening cross-section between the first connection opening and the first through-opening and of the recess increases, in particular increases linearly.
  • the hydraulic cross-section is defined both by the overlapping of the first connection opening with the first through-opening and by the overlapping of the first connection opening with the recess, the overlapping of the recess with the chamber and the overlapping of the chamber with the first through-opening.
  • the recess can also be designed in the form of a first partial recess and in the form of a second partial recess, the first and second partial recesses being introduced separately from one another in the outer surface of the valve element. Seen along the direction of rotation of the valve element, the first and the second partial recess are arranged next to one another in a partial angular range. In this way it is ensured that there is always a connection between the first connection opening and the intermediate space in the first and second rotational position range. Thus, in a specific rotational position of the valve element, the first connection opening can be connected to the intermediate space both via the first partial recess and via the second partial recess.
  • the formation of the recess in the form of a first and a second partial recess enables simplified production of the recess in the outside of the valve element.
  • the recess extends to a predetermined distance from the first through-opening.
  • the recess can preferably be arranged symmetrically to a center of the through-opening, viewed along the axis of rotation.
  • An end surface of the recess, which faces an edge portion of the first through hole, may be formed parallel to the edge portion of the first through hole.
  • the through-opening has, for example, an arcuate edge section on.
  • the end face of the recess can preferably be arcuate and parallel to the course of the arcuate edge section. In this way, an improved linearization of the mass flow can be achieved with an increasing rotational position of the valve element.
  • the first partial recess can be arranged with a center axis, for example viewed along the axis of rotation, at the level of a center of the first through-opening.
  • the second partial recess can be arranged above or below the center of the first passage opening, viewed along the axis of rotation.
  • the first and second partial recesses can, for example, be made in the form of strip-shaped recesses in the outer surface of the valve element.
  • a third partial recess can be provided, which is arranged mirror-symmetrically to the second partial recess in relation to a central axis of the partial recess.
  • the second partial recess is arranged above the first partial recess and the third partial recess below the first partial recess.
  • the first and the second and, for example, the third partial recess are arranged within the region of the first through-opening, as viewed along the axis of rotation.
  • the recess extends to a predetermined distance from the first through-opening.
  • An end surface of the recess facing the first through hole may be formed parallel to an edge portion of the first through hole. It is thus possible to form the end surface of the recess as close as possible to the edge section of the first through-opening. As a result, the smallest possible change in the mass flow is achieved in the rotational position of the valve element in which the recess no longer overlaps with the first outlet opening.
  • the recess is formed in one piece with a first section and a second section.
  • the first section extends perpendicular to the axis of rotation.
  • the first part- section introduced as a rectangular area in the outer surface of the valve element.
  • the first subsection can be arranged with a center axis perpendicular to the axis of rotation and at a height of the center of the first through-opening.
  • the second section is led out laterally at the end of the first section from the first section and extends along the edge section of the first passage opening over a predetermined area in the direction of the axis of rotation upwards or downwards a predetermined distance.
  • a simple geometry of the recess can be provided, which enables a desired increase in the mass flow, in particular an increase in the mass flow that is as linear as possible with an increase in the angle of rotation of the valve element.
  • the hydraulic opening cross section between the first connection opening and the recess can be increased as a result of the second partial section as the angle of rotation of the valve element increases. In this way, a non-linear increase in the overlap between the first through opening and the first connection opening can be compensated for, in particular at the beginning of the overlap.
  • the recess has a third section, the third section being symmetrical and opposite to the second section with respect to a central axis of the first section and being connected to the first section.
  • Improved flow guidance can be achieved by the design of the second and third sections.
  • the second and the third section can form the shape of a partial circle, in particular can be arranged mirror-symmetrically to the central axis of the first section.
  • the central axis is preferably arranged perpendicularly to the axis of rotation.
  • the second and third sections are arranged mirror-symmetrically to the central axis of the first section, the second and third sections having a circular arc shape on a first side facing the first through-opening.
  • the second and the third section On a second side opposite the first side, the second and the third section have a straight surface.
  • the second sides of the second and third section are mirror-symmetrical to the central axis of the first section cut trained.
  • first and the second recess or other recesses can also be connected to one another via a channel within the valve element.
  • At least one recess can be connected to the channel and/or the through-openings in all of the embodiments
  • Figure 1 shows a schematic representation of a first embodiment of a valve with a spherical valve element
  • FIG. 2 shows a schematic partial section of the inner wall of the valve chamber
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a second embodiment of the valve with a cylindrical valve element
  • Figures 4 to 7 schematic representations of different rotational positions of the valve element with a view of the outer surface of the valve element and the schematic representation of the first connection opening and the intermediate space
  • FIG. 8 to 12 schematic representations of outer surfaces of different embodiments of the valve element
  • FIG. 13 different rotational positions of the valve element with a view of the first passage opening and in cross section perpendicular to the axis of rotation of the valve element
  • Figure 14 in a schematic representation a diagram for a
  • FIG. 1 shows a valve 1 in a schematic cross section, which has a housing 2 with a valve chamber 3 .
  • a valve element 4 is mounted in the valve chamber 3 so that it can rotate about an axis of rotation 5 .
  • An intermediate space 21 is formed between the valve element 4 and the housing 2 .
  • the intermediate space 21 forms a volume through which a flow can flow between the valve element 4 and the housing 2.
  • the valve element 4 is connected to a drive element 6, which is coupled to a drive 7.
  • the drive element 6 is sealed off from the housing 2 so that the passage of the drive element 6 is sealed off from the intermediate space 21 .
  • the valve element 4 can be rotated about the axis of rotation 5 with the aid of the drive element 6, which is embodied in the form of a cylinder, for example.
  • the valve element 4 has a spherical outer surface 8 .
  • the valve chamber 3 has an inner wall 9 which is also spherical in large areas.
  • the housing 2 has a first connection 61 which runs from the outside of the housing 2 to the valve chamber 3 and opens into the valve chamber 3 with a first connection opening 10 .
  • a first valve seat 71 is formed around the first connection opening 10, against which the outer surface 8 of the valve element bears in a sealing manner.
  • the first valve seat can in particular be designed as a substantially ring-shaped sealing element which forms a sealing interface between the housing and the valve element.
  • the first connection opening 10 can be designed, for example, in the form of a bore with a circular cross section.
  • the housing 2 has a second connection 62 which runs from the outside of the housing 2 to the valve chamber 3 and opens into the valve chamber 3 with a second connection opening 11 .
  • the second connection opening 11 can be formed, for example, as a bore with a circular cross section.
  • a second valve seat 72 can be formed around the second connection opening 11, against which the outer surface 8 of the valve element 4 bears in a sealing manner.
  • the second valve seat can in particular be substantially annular Be formed sealing element, which forms a sealing interface between the housing and the valve element.
  • the first and second connection openings 10, 11 are arranged on one axis. Depending on the selected embodiment, the first and the second connection opening 10, 11 can also be arranged at a fixed angle to one another.
  • the valve element 4 has a through hole 12 .
  • the through bore 12 extends from a first through opening 13 to a second through opening 14.
  • the first and second through openings 13, 14 are arranged on the outer surface 8 of the valve element 4.
  • the through hole 12 is in the form of a straight hole.
  • the through hole 12 can also have other shapes.
  • the first and second through openings 13, 14 cannot be arranged on an axis through the center of the valve element.
  • the sizes and shapes of the through-openings 13, 14 can be designed differently.
  • FIG. 2 shows schematic partial sections of the inner wall 9 of the valve chamber 3.
  • the first connection opening 10 is surrounded by the annular sealing seat 71.
  • the second connection opening 11 can also be surrounded by a second annular sealing seat 72 .
  • the inner wall 9 of the valve chamber 3 has a substantially spherical shape analogous to the outer surface 8 of the valve element 4 .
  • valve 1 can also have a cylindrical valve element 4 and a cylindrical valve chamber 3, as shown in FIG. Except for the different shapes of the valve chamber 3 and the valve element 4 and the sealing seats, the valves 1 of FIGS. 1 and 3 are of the same design.
  • FIG. 4 shows a two-dimensional projection of a partial section of the outer surface 8 of the valve element 4 over an angular range of 180°.
  • the axis of rotation 5 is perpendicular to the axis of the angle shown.
  • the valve element 4 can have both a spherical shaped and have a cylindrical outer surface 8 .
  • the view shown represents one half of the outer surface 8 of the valve element 4.
  • the outer surface 8 of the valve element 4 can have a second half which is designed identically to the half shown.
  • the second half of the outer surface 8 can also be designed differently.
  • the outer surface 8 has the first through-opening 13 and a first recess 15 made in the outer surface 8 .
  • the first passage opening 13 has a circular cross section.
  • the first passage opening 13 can also have a different cross section.
  • the first recess 15 has the shape of a rectangular surface, which is arranged essentially perpendicularly to the axis of rotation 5 .
  • the first recess 15 is arranged at a distance from the first through-opening 13 . Furthermore, the first recess 15 is arranged with a center axis 26 perpendicular to the axis of rotation and in relation to the axis of rotation 5 at the level of the center 18 of the first through-opening 13 . Depending on the selected embodiment, the first recess 15 can also have other shapes and/or be arranged at a different height relative to the first passage opening 13 .
  • a second recess 16 is also made in the outer surface 8 of the valve element 4 .
  • the second recess 16 is arranged above the first recess 15 and in a height range of the first through-opening 13 with respect to the axis of rotation 5 .
  • the second recess 16 has a similar width along the axis of rotation 5 as the first recess 15 .
  • the second recess 16 is formed at a distance from the first recess 15 and at a distance from the first through-opening 13 .
  • the second recess 16 viewed in the direction of rotation 17, does not extend as far away from the first through-opening 13 as the first recess 15.
  • the second Recess 16 has an end surface 19 which faces an edge section 20 of first through-opening 13 .
  • the end face 19 is formed parallel to the edge portion 20 .
  • the end surface 19 can also have a different shape, in particular it can be arranged parallel to the axis of rotation 5 as a straight end surface 19 .
  • the first and the second recess 15, 16 can have different depths along the direction of rotation, with which they are introduced into the outer surface 8 of the valve element 4.
  • the depth of the first and second recesses 15, 16 can increase in the direction of the first through-opening 13.
  • the cross-sectional areas and the depths of the first and second recesses 15, 16 are designed in such a way that a desired hydraulic opening cross-section is achieved.
  • the hydraulic flow cross section is referred to as the hydraulic opening cross section.
  • FIG. 4 schematically shows the first connection opening 10 with the first valve seat 71 in the form of a dashed circle.
  • the intermediate space 21 adjoins the outer surface 8 outside of the sealing seat 71 of the first connection opening 10 .
  • the first and second recesses 15, 16 overlap with the intermediate space 21.
  • the first through-opening 13 overlaps with the intermediate space 21 .
  • no mass flow can flow through the valve.
  • the valve is in a closed position.
  • Figure 5 shows a schematic representation of the two-dimensional projection of the partial section of the outer surface 8 of the valve element 4 of Figure 4 with a rotational position of the valve element 4 in which the valve element 4 has been moved further by an angular range in the direction of rotation 17 compared to the position of Figure 4.
  • the first recess 15 covers the first connection opening 10 .
  • the first and the second recess 15 , 16 overlap with the intermediate space 21 .
  • the first through-opening 13 overlaps with the intermediate room 21 on.
  • the second through-opening communicates with the second connection opening.
  • a connection via the first connection opening 10, the first recess 15, the intermediate space 21, the first through-opening 13, the through-hole 14, the second through-opening 14 and the second connection opening 11 is open.
  • the intermediate space 21 can be connected to the second connection opening 11 .
  • a mass flow can thus flow through the valve 1 .
  • Figure 6 shows the schematic representation of the two-dimensional projection of the section of the outer surface 8 of the valve element 4 for a further rotational position of the valve element 4, in which the valve element 4 was moved further along the direction of rotation 17 compared to the position in Figure 5.
  • the first through-opening 13 overlaps with the intermediate space 21 .
  • the first recess 15 overlaps the first connection opening 10 , but no longer overlaps the intermediate space 21 .
  • the second recess 16 overlaps the first connection opening 10 .
  • the second recess 16 overlaps with the intermediate space 21 .
  • the second passage opening 14 and/or the intermediate space are also connected to the second connection opening 11 in this position.
  • connection between the first connection opening 10 and the second connection opening 11 is also opened in this rotational position of the valve element 4 .
  • the connection is made via the second recess 16, the intermediate space 21 and the first through-opening 13, the through-bore and the second through-opening 14 and/or the intermediate space 21.
  • Figure 7 shows the schematic representation of the two-dimensional projection of the section of the outer surface 8 of the valve element 4 for a fourth rotational position of the valve element 4, in which the valve element 4 compared to the position of Figure 6 by a further angular range in the direction of rotation 17 has been moved.
  • the second passage opening 14 can have an overlap with the second outlet opening 11.
  • the second recess 16 has an overlap with the gap 21 to which also the first through opening 13 is adjacent.
  • the intermediate space 21 can also be connected to the second connection opening.
  • the valve is therefore also open in this rotary position.
  • the first passage opening 13, the intermediate space 21, the first and the second recess 15, 16 and the first connection opening 10 are designed in such a way that between the rotational positions of the valve element 4 in Figures 4 and 7 there is an increase in the hydraulic opening cross section between the first Connection opening 10 and the first through-opening 13 and the first and second recesses 15, 16 takes place with an increase in the angle of rotation.
  • the increase in the hydraulic opening cross section preferably occurs linearly with the increase in the angle of rotation in the direction of rotation.
  • the first through-opening 13, the intermediate space 21 and the first connection opening 10 are preferably designed in such a way that between the rotational position of Figure 7 and the complete overlap between the first through-opening 13 and the first connection opening 10, there is an increase in the hydraulic opening cross-section between the first connection opening 10 and the first passage opening 13 takes place with an increase in the angle of rotation.
  • the increase in the hydraulic opening cross section preferably occurs linearly with the increase in the angle of rotation in the direction of rotation.
  • the second passage opening 14 is also connected to the second connection opening 11 during this rotation of the valve element 4 .
  • the second recess 16 can also be dispensed with.
  • FIGS. 8 to 12 show further possible embodiments of the outer surface 8 of the valve element 4. All the outer surfaces 8 described can be formed on a spherical or cylindrical valve element 4.
  • Figure 8 shows a schematic representation of a valve 1 with a view from the outside of the first connection opening 10 with an embodiment of a valve element 4, which has an outer surface 8 according to Figure 4, but in addition a third recess 22 may be provided, which is preferably mirror-symmetrical to the second Recess 16 is arranged in relation to a central axis 26 of the first recess 15.
  • the central axis 26 is arranged perpendicularly to the axis of rotation 5 .
  • the third recess 22 is also made in the outer surface 8 of the valve element 4 .
  • the third recess 22 and the second recess can also be connected to the first recess 15 via a further recess in the outer surface 8 of the valve element 4 .
  • FIG. 9 shows a schematic representation of a valve 1 with a view from the outside of the first connection opening 10 with a further embodiment of a valve element 4 in which the first recess 15 has a first section 23 and a second section 24 .
  • the first partial section 23 is arranged in the center of a center point of the first through-opening 13 as seen along the axis of rotation 5 .
  • the first section 23 extends perpendicularly to the axis of rotation in the direction of rotation and is formed as a straight section.
  • the second section 24 extends laterally upwards from an end region of the first section 23 which faces the first through-opening 13 .
  • the second partial section 24 is led away from the central axis 26 by a predetermined distance along the edge section 20 of the first through-opening 13 .
  • the second section 24 can preferably be arranged parallel to the edge section 20 of the first passage opening.
  • Figure 10 shows a schematic representation of a valve 1 with a view from the outside of the first connection opening 10 with a further embodiment of a nes valve element 4 with an outer surface 8, which has a recess with a first section 23 and a second section 24, wherein the first section 23 is identical to the embodiment of Figure 9 is formed.
  • the second section 24 is formed on the side 81, which faces the edge section 20 of the first through opening 13, along the edge section 20, in particular parallel to the edge section 20 as in Figure 9.
  • the opposite second side 82 of the second section 24 is however straight side trained. In this way, an improved flow compared to FIG. 9 can be achieved, since a transition area between the first section 23 and the second section 24 has a smaller change in direction of the flow compared to FIG.
  • Figure 11 shows a schematic representation of a valve 1 with a view from the outside of the first connection opening 10 with a further embodiment of a valve element with an outer surface 8, which is designed essentially according to Figure 9, with a third section 25 being provided in addition to the second section 24 is.
  • the third section 25 is arranged mirror-symmetrically to the second section 24 in relation to a central axis 26 of the first section 23 . In this way, a further improvement in the flow can be achieved.
  • Figure 12 shows a schematic representation of a valve 1 with a view from the outside of the first connection opening 10 with a further embodiment of a valve element 4 with an outer surface 8, which is essentially designed according to the embodiment of Figure 10, but with a third section 25 is formed, wherein the third section 25 is arranged mirror-symmetrically to the second section 24 with respect to the central axis 26 of the first section 23.
  • a further improvement in the flow can also be achieved in this way.
  • the views through the second connection opening for the respective rotational position of the valve element 4 of Figures 8 to 12 are identical to the views shown in Figures 8 to 12 of the first connection opening 10.
  • the views through the second connection opening for the respective rotational position of the valve element 4 of FIGS. 8 to 12 may also differ from the views shown in FIGS. 8 to 12 of the first connection opening 10.
  • Figure 13 shows different views of the valve for different rotational positions of the valve element 4 and the overlapping of the recesses 15, 16 of the valve element 4 of Figure 4 with the first connection opening 10.
  • a first row 31 are schematic views from the outside of the valve 1 with a view of the first connection opening 10 and the outer surface 8 of the valve element 4 are shown for different rotational positions of the valve.
  • the corresponding rotational positions of the valve element 4 are shown in a second row 32 in a section perpendicular to the axis of rotation 5 at a center of the through hole 12 .
  • valve element 4 is identical in the area of the first passage opening 13 and in the area of the second passage opening 14, identical first and second recesses 15, 28 being arranged on both passage openings 13, 14.
  • the valve element 4 thus has the shape shown in FIG. 4 twice on a circumference of the outer surface 8 .
  • the recesses are arranged mirror-symmetrically to the axis of rotation 5 of the valve element 4 . Due to the cross section through the middle of the through bore 12, only the first recess 15 and the further first recess 28 lying opposite are visible in the figures of the second row 32.
  • the valve shown has a valve chamber 3 which is mirror-symmetrical to a central plane 63 .
  • the center plane 63 passes through the center of the first connection opening 10 and the axis of rotation 5.
  • an intermediate space 21 is formed between the inner wall 9 of the valve chamber 3 and the valve element 4, in which medium can flow around the valve element.
  • a cross section through the housing 2 and through the first and the second connection opening 10, 11, the intermediate space 21 and the valve element 4 are thus shown in the second row 32.
  • the valve 1 is closed. Neither one of the recesses 15, 28 nor the first through opening 13 have an overlap with the first connection opening 10 on.
  • the valve element 4 is now moved further counterclockwise until there is an overlap between the first recess 15 and the first connection opening 10 , as is shown schematically in the first row of the second column 42 .
  • FIG. In an analogous manner, there is also an overlap between the further first recess 28 and the second connection opening 11 .
  • this rotational position there is a connection between the first connection opening 10 and the second connection opening 11 .
  • the connection is made via the first connection opening 10, the first recess 15, the space 21, the first through-opening 13, the through-hole 12, the second through-opening 14, the space 21, the further first recess 28 and the second connection opening 11. This position corresponds the position of figure 5.
  • the third column 43 in FIG. 10 corresponds to the representation of the position in FIG .
  • the intermediate space 21 overlaps with the second recess 16 and with the first through-opening 13 .
  • valve element 4 If the valve element 4 is now rotated further counterclockwise, an overlap between the first passage opening 13 and the first connection opening 10 is achieved, as shown in the figure of the first row 31 and the fourth column 44 .
  • the covering of the first connection opening 10 with the first recess 15, the second recess 16 and the first through-opening 13 is shown in the first row of the fourth column.
  • This rotational position corresponds to FIG. 7.
  • the cross section through the valve for this rotational position is shown in the second row 32 of the fourth column 44 in an analogous manner. In this rotational position of the valve element 4 there is a direct connection between the first connection opening 10 via the first passage opening 13, the passage bore 12, the second passage opening 14 and the second connection opening 11.
  • connection opening 10 there is also a connection between the first connection opening 10, via the second recess 16, the intermediate space 21, the first through opening 13, the through bore 12, the second through opening 14, the intermediate space 21, the further second recess 28 to the second connection opening 11. Furthermore, there is a connection between the first connection opening 10 and the second connection opening 11 via the intermediate space 21 .
  • the valve element 4 If the valve element 4 is moved further counter-clockwise, the first passage opening 13 is completely overlapped with the first connection opening 10 , as shown in the figure of the first row 31 and the fifth column 45 .
  • the first and the second connection opening 10, 11 directly via the through-hole 12 and the first and the second through-opening 13, 14, as is also shown in the figure of the second row 32 and the fifth column 45.
  • valve elements 4 shown in Figures 8 to 12 can be used to, as shown in Figure 13 positions shown to achieve corresponding opening or closing positions of the valve.
  • Figure 14 shows a schematic representation of a diagram for a characteristic curve 64 of a hydraulic opening cross section of the valve 1 as a function of an angular position of the valve element 4.
  • the characteristic curve 64 represents the sum of the hydraulic opening cross section for the first through opening and the first and second recess.
  • a second characteristic curve 83 is shown as a broken line for the behavior of the hydraulic opening cross section for the first and the second recess.
  • the behavior of the hydraulic opening cross section is only shown for the first through-opening 13 with a third characteristic curve 84 .
  • the hydraulic opening cross-section is shown in square millimeters along the y-axis.
  • a rotary position of the valve element 4 is shown in degrees of angle along the x-axis.
  • a first angular range 51 which is between 0° and 55° relative to a fixed rotational position of the valve element, the first connection opening 10 begins to overlap with the first recess 15, as shown in FIG. 6, for example.
  • the hydraulic opening cross section increases almost linearly, in particular linearly.
  • a second angular range 52 at approximately 55°. The slope of the characteristic curve 64 changes between the first and the second angular range 51, 52.
  • first recess 15 and/or a second or third recess 16, 22 with the first connection opening 10 increases.
  • a third angular range 53 begins, in which there is a direct overlap between the first through-opening 13 and the first connection opening 10, as shown in FIG. 7, for example.
  • the third characteristic curve 84 begins at this point.
  • the influence of the first and second recesses decreases, as shown by the dot-dash line, until at the angular position of 80°, medium no longer flows over the first or second recess, but only directly over it the first through-opening 13, the through-hole 12 and the second through-opening 14.
  • valves are used to linearize the hydraulic opening behavior of the through-openings with the aid of the recesses.
  • the valve can be used, for example, in a refrigeration circuit, in particular in a heat pump system of a vehicle.
  • the recesses represent so-called expansion recesses.
  • the first connection opening is aligned with the second connection opening and can thus be connected to one another with almost no pressure losses by a straight through-bore formed in the valve element.
  • the first and/or the second port can be connected to the line with the higher pressure.
  • the proposed valve makes it possible for the at least one recess and the through bore or the through openings to have no direct connection in the valve element, although a hydraulic connection can be established between the at least one recess and the through bore by forming the intermediate space.
  • a desired opening behavior of the valve in particular a desired increase in the hydraulic opening cross-section with the increase in the angular position of the valve element, can thus be established by a corresponding superposition.
  • At least one or more recesses can be provided in the outer surface of the valve element only in the area of the first passage opening.
  • the second through-opening can be designed to be significantly larger, in order to avoid, in the angular positions in which there is a connection between the first connection opening and of the through-opening 13 is reached via the recess, at the same time the second through-opening 14 is connected to the second connection opening 11 .
  • the first and the second connection opening can also be designed differently.

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Abstract

Ventil (1) für einen Fluidstrom in einem Fahrzeug mit einem Gehäuse (2), mit wenigstens einer ersten und einer zweiten Anschlussöffnung (10, 11), die in einen Ventilraum (3) des Gehäuses (2) münden, wobei im Ventilraum (3) ein Ventilelement (4) drehbar um eine Drehachse (5) gelagert ist, wobei an einer Außenfläche (8) des Ventilelements (4) zwei voneinander beabstandete Durchgangsöffnungen (13, 14) vorgesehen sind, die durch eine Durchgangsbohrung (12) miteinander verbunden sind, wobei in der Außenfläche (8) des Ventilelements (4) wenigstens eine Ausnehmung (15, 16, 22) eingebracht ist, wobei ein Antriebselement (6) vorgesehen ist, mit dem das Ventilelement (4) um die Drehachse (5) drehbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Ausnehmung (15, 16, 22) des Ventilelements (4) getrennt von den Durchgangsöffnungen (13, 14) und der Durchgangsbohrung (12) in der Außenfläche (8) des Ventilkörpers (4) ausgebildet ist, dass um die erste und die zweite Anschlussöffnung (10, 11) ein ringförmiger Dichtsitz (71,72) zwischen dem Gehäuse (2) und dem Ventilelement (4) angeordnet ist, wobei ein Dichtsitz (71, 72) die Anschlussöffnung (10, 11) gegenüber einem Zwischenraum (21), der zwischen dem Gehäuse (2) und dem Ventilelement (4) ausgebildet ist, abdichtet, dass die wenigstens erste Anschlussöffnung (10), die erste Durchgangsbohrung (13) und die wenigstens eine Ausnehmung (15, 16, 22) in einem Bereich in Bezug auf die Drehachse (5) so angeordnet sind, so dass abhängig von der Drehposition des Ventilelementes (4) eine Überdeckung zwischen der ersten Anschlussöffnung (10) und der Ausnehmung (15, 16, 22) und dem Zwischenraum (21) einstellbar ist, wobei zudem die erste Durchgangsbohrung (13) eine Überdeckung mit dem Zwischenraum (21) aufweist.

Description

Beschreibung
Titel
Ventil für einen Massenstrom in einem Fahrzeug
Die Erfindung betrifft ein Ventil für einen Massenstrom, insbesondere für ein Fahrzeug.
Stand der Technik
Aus DE 102017 101 208 A1 ist ein Ventil für ein Wärmepumpensystem in einem Fahrzeug bekannt. Das Ventil weist einen Einlass, mindestens zwei Auslässe und ein Ventilelement auf. Das Ventilelement weist zumindest einen Durchlass und eine Expansionsausnehmung auf, die in einer Außenfläche des Ventilelementes eingebracht ist und mit einer Öffnung des Durchlasses verbunden ist.
Offenbarung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Ventil für einen Massenstrom bereitzustellen. Insbesondere soll ein Ventil bereitgestellt werden, das eine bessere Regelbarkeit des Massenstromes ermöglicht.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch das Ventil gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Das vorgeschlagene Ventil weist den Vorteil auf, dass ein nutzbarer Winkelbereich zum Steuern des Massenstromes erweitert wird.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter dem Begriff Fluid ein Medium verstanden werden, welches in Abhängigkeit der vorliegenden thermodynamischen Bedingungen sowohl in einer flüssigen Phase als auch in einer gasförmigen Phase vorliegen kann. Bei einem Fluid der hier zur Rede stehenden Art handelt es sich um ein Wärmeträgermedium, welches innerhalb des Fluidkreis- laufes zirkuliert. Insbesondere handelt es sich bei dem Fluid um ein natürliches Kältemittel, wie beispielsweise Kohlenwasserstoffe, Kohlendioxid, Ammoniak, Propan, Butan, Propen, Wasser oder ein synthetisches Kältemittel wie beispielsweise Fluorchlorkohlenwasserstoffe oder teilhalogenierte Fluorkohlenwasserstoffe.
In den abhängigen Ansprüchen sind weitere Ausführungsformen des Ventils angegeben.
Das vorgeschlagene Ventil weist ein Gehäuse mit wenigstens einer ersten und einer zweiten Anschlussöffnung auf. Die Anschlussöffnungen münden in einen Ventilraum des Gehäuses. Im Ventilraum ist ein Ventilelement drehbar um eine Drehachse gelagert. Das Ventilelement weist einen Kanal auf, der beispielsweise als Durchgangsbohrung ausgebildet ist, die mit einer ersten und einer zweiten Durchgangsöffnung in die Außenfläche des Ventilelements mündet. Zudem ist in der Außenfläche beabstandet von den Durchgangsöffnungen und der Durchgangsbohrung wenigstens eine Ausnehmung eingebracht. Weiterhin ist das Ventilelement über ein Antriebselement um eine Drehachse im Gehäuse drehbar. Die Anschlussöffnungen können jeweils einen Ventilsitz aufweisen, der die Anschlussöffnungen gegenüber einem Zwischenraum abdichten, der zwischen dem Ventilelement und dem Gehäuse ausgebildet ist.
Entlang der Drehachse des Ventilelementes gesehen sind die wenigstens eine Ausnehmung und die erste Durchgangsöffnung auf gleicher Höhe wie die erste Anschlussöffnung angeordnet. Die wenigstens erste Anschlussöffnung, die erste Durchgangsöffnung und die wenigstens eine Ausnehmung sind in einem Bereich in Bezug auf die Drehachse angeordnet, so dass für einen vorgegebenen Drehpositionsbereich des Ventilelementes bei einer Zunahme des Drehwinkels des Ventilelements ein hydraulischer Öffnungsquerschnitt zwischen der ersten Anschlussöffnung und der Ausnehmung abnimmt, während ein hydraulischer Öffnungsquerschnitt zwischen der ersten Anschlussöffnung und der ersten Durchgangöffnung zunimmt. Somit fließt Fluid über die Ausnehmung und über die erste Durchgangsöffnung. Auf diese Weise kann eine nichtlineare Zunahme des Öff- nungsquerschnittes zwischen der ersten Anschlussöffnung und der ersten Durchgangsöffnung mit der Zunahme des Drehwinkels des Ventilelementes über die Ausnehmung ausgeglichen werden. Dadurch kann die Zunahme des gesamten Öffnungsquerschnittes in Richtung auf eine möglichst lineare Zunahme des hydraulischen Öffnungsquerschnittes des Ventils mit dem Drehwinkel erreicht werden.
In einer weiteren Ausführung sind entlang der Drehachse des Ventilelementes gesehen wenigstens eine weitere Ausnehmung und die zweite Durchgangsöffnung auf gleicher Höhe wie die zweite Anschlussöffnung angeordnet. Die wenigstens zweite Anschlussöffnung, die zweite Durchgangsbohrung und die wenigstens weitere Ausnehmung sind in einem Bereich in Bezug auf die Drehachse angeordnet, so dass abhängig von der Drehposition des Ventilelementes eine Überdeckung zwischen der zweiten Anschlussöffnung und der weiteren Ausnehmung und dem Zwischenraum einstellbar ist. Dabei weist die zweite Durchgangsbohrung zudem eine Überdeckung mit dem Zwischenraum auf.
In einer weiteren Ausführung sind die Ausnehmung, die erste Durchgangsöffnung und die erste Anschlussöffnung in der Weise angeordnet und ausgebildet, dass in einem ersten Drehpositionsbereich des Ventilelementes die Ausnehmung eine erste Überdeckung mit der ersten Anschlussöffnung und eine zweite Überdeckung mit dem Zwischenraum aufweist. Auf diese Weise stellt die Ausnehmung eine Verbindung zwischen der ersten Anschlussöffnung und dem Zwischenraum her. Zudem weist im ersten Drehpositionsbereich des Ventilelements die erste Durchgangsöffnung eine dritte Überdeckung mit dem Zwischenraum auf. Zudem sind der Zwischenraum und/oder die zweite Durchgangsöffnung mit der zweiten Anschlussöffnung verbunden. Auf diese Weise wird im ersten Drehpositionsbereich des Ventilelementes eine Verbindung zwischen der zweiten Anschlussöffnung und der ersten Anschlussöffnung ermöglicht.
Wird nun das Ventilelement in der Drehrichtung weiter zu einem zweiten Drehpositionsbereich gedreht, so weist die Ausnehmung weiterhin eine erste Überdeckung mit der ersten Anschlussöffnung und eine zweite Überdeckung mit dem Zwischenraum auf. Gleichzeitig weist die erste Durchgangsöffnung eine vierte Überdeckung mit der ersten Anschlussöffnung und eine dritte Überdeckung mit dem Zwischenraum auf. Auch im zweiten Drehpositionsbereich ist die zweite Durchgangsöffnung und/oder der Zwischenraum mit der zweiten Anschlussöffnung verbunden. Im zweiten Drehpositionsbereich erfolgt somit eine Superposition, bei der sowohl die Ausnehmung als auch die erste Durchgangsöffnung jeweils eine Überdeckung mit der ersten Anschlussöffnung aufweisen. In dieser Position ist ein Massenstrom von der ersten Anschlussöffnung zur zweiten Anschlussöffnung direkt über die erste Durchgangsöffnung und die zweite Durchgangsöffnung der Durchgangsbohrung und über die erste Anschlussöffnung, die Ausnehmung, den Zwischenraum und die erste Durchgangsöffnung möglich. Auf diese Weise wird eine erweiterte Steuerung des Massenstromes ermöglicht. Insbesondere kann mithilfe der Superposition eine von der Überdeckung der ersten Durchgangsöffnung mit der ersten Anschlussöffnung unabhängige zusätzliche Steuerung des Massenstromes über die Ausnehmung, den Zwischenraum und die erste Durchgangsöffnung erreicht werden. Beispielsweise kann auf diese Weise eine Linearität der Zunahme des Massenstromes mit der Zunahme der Drehposition des Ventilelementes in der Drehrichtung verbessert werden. Der erste und der zweite Drehpositionsbereich stellen einen festgelegten Winkelbereich der Drehposition des Ventilelementes dar.
In einer Ausführungsform sind die Ausnehmung, die erste Durchgangsöffnung und die erste Anschlussöffnung in der Weise ausgebildet, dass bei einem weiteren Drehen des Ventilelementes in der Drehrichtung in einem dritten Drehpositionsbereich die Ausnehmung keine Überdeckung mehr mit der ersten Anschlussöffnung aufweist. Im dritten Drehpositionsbereich weist die erste Durchgangsöffnung weiterhin eine vierte Überdeckung mit der ersten Anschlussöffnung und keine dritte Überdeckung mehr mit dem Zwischenraum auf. Auch im dritten Drehpositionsbereich ist die zweite Durchgangsöffnung mit der zweiten Anschlussöffnung verbunden. Im dritten Drehpositionsbereich wird ein Massenstrom zwischen den zwei Anschlussöffnungen nur direkt durch die Durchgangsbohrung geführt.
In einer weiteren Ausführungsform sind die erste Ausnehmung, die erste Durchgangsöffnung und die erste Anschlussöffnung in der Weise ausgebildet, dass im ersten Drehpositionsbereich mit Zunahme der Drehposition des Ventilelementes ein hydraulischer Öffnungsquerschnitt zwischen der ersten Anschlussöffnung und der ersten Durchgangsöffnung zunimmt, insbesondere linear zunimmt. ln einer weiteren Ausführungsform sind die Ausnehmung, die erste Durchgangsöffnung und die erste Anschlussöffnung in der Weise ausgebildet, dass im zweiten Drehpositionsbereich des Ventilelementes bei einer Zunahme des Drehwinkels des Ventilelements in der Drehrichtung der hydraulische Öffnungsquer- schnitt zwischen der ersten Anschlussöffnung und der ersten Durchgangsöffnung und der Ausnehmung zunimmt, insbesondere linear zunimmt. Im zweiten Drehpositionsbereich wird der hydraulische Querschnitt sowohl durch die Überdeckung der ersten Anschlussöffnung mit der ersten Durchgangsöffnung als auch durch die Überdeckung der ersten Anschlussöffnung mit der Ausnehmung, der Überdeckung der Ausnehmung mit der Kammer und der Überdeckung der Kammer mit der ersten Durchgangsöffnung festgelegt.
Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann anstelle einer einteiligen Ausnehmung die Ausnehmung auch in Form einer ersten Teilausnehmung und in Form einer zweiten Teilausnehmung ausgebildet sein, wobei die erste und die zweite Teilausnehmung getrennt voneinander in der Außenfläche des Ventilelementes eingebracht sind. Entlang der Drehrichtung des Ventilelementes gesehen sind die erste und die zweite Teilausnehmung in einem Teilwinkelbereich nebeneinander angeordnet. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass im ersten und zweiten Drehpositionsbereich immer eine Verbindung zwischen der ersten Anschlussöffnung und dem Zwischenraum vorliegt. Somit kann in einer bestimmten Drehposition des Ventilelementes die erste Anschlussöffnung sowohl über die erste Teilausnehmung als auch über die zweite Teilausnehmung mit dem Zwischenraum in Verbindung stehen. Die Ausbildung der Ausnehmung in Form einer ersten und einer zweiten Teilausnehmung ermöglicht eine vereinfachte Herstellung der Ausnehmung in der Außenseite des Ventilelements.
In einer Ausführungsform erstreckt sich die Ausnehmung bis in einen vorgegebenen Abstand zu der ersten Durchgangsöffnung. Vorzugsweise kann die Ausnehmung entlang der Drehachse gesehen symmetrisch zu einer Mitte der Durchgangsöffnung angeordnet sein. Eine Endfläche der Ausnehmung, die einem Randabschnitt der ersten Durchgangsöffnung zugewandt ist, kann parallel zu dem Randabschnitt der ersten Durchgangsöffnung ausgebildet sein. Die Durchgangsöffnung weist beispielsweise einen bogenförmigen Randabschnitt auf. Somit kann die Endfläche der Ausnehmung vorzugsweise bogenförmig und parallel zum Verlauf des bogenförmigen Randabschnittes ausgebildet. Auf diese Weise kann eine verbesserte Linearisierung des Massenstromes mit zunehmender Drehposition des Ventilelementes erreicht werden.
Die erste Teilausnehmung kann mit einer Mittenachse beispielsweise entlang der Drehachse gesehen auf der Höhe einer Mitte der ersten Durchgangsöffnung angeordnet sein. Die zweite Teilausnehmung kann entlang der Drehachse gesehen oberhalb oder unterhalb der Mitte der ersten Durchgangsöffnung angeordnet sein. Die erste und die zweite Teilausnehmung können beispielsweise in Form von streifenförmigen Ausnehmungen in die Außenfläche des Ventilelementes eingebracht sein.
Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann eine dritte Teilausnehmung vorgesehen sein, die spiegelsymmetrisch zur zweiten Teilausnehmung in Bezug auf eine Mittenachse der Teilausnehmung angeordnet ist. Beispielsweise ist die zweite Teilausnehmung oberhalb der ersten Teilausnehmung und die dritte Teilausnehmung unterhalb der ersten Teilausnehmung angeordnet. Die erste und die zweite und beispielsweise die dritte Teilausnehmung sind entlang der Drehachse gesehen innerhalb des Bereiches der ersten Durchgangsöffnung angeordnet.
In einer weiteren Ausführungsform erstreckt sich die Ausnehmung bis in einen vorgegebenen Abstand zu der ersten Durchgangsöffnung. Eine Endfläche der Ausnehmung, die der ersten Durchgangsöffnung zugewandt ist, kann parallel zu einem Randabschnitt der ersten Durchgangsöffnung ausgebildet. Somit kann eine möglichst nahe Ausbildung der Endfläche der Ausnehmung am Randabschnitt der ersten Durchgangsöffnung ermöglicht werden. Dadurch wird eine möglichst geringe Änderung des Massenstromes in der Drehposition des Ventilelementes erreicht, in der die Ausnehmung gerade keine Überdeckung mehr mit der ersten Auslassöffnung aufweist.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Ausnehmung einteilig mit einem ersten Teilabschnitt und einem zweiten Teilabschnitt ausgebildet. Der erste Teilabschnitt erstreckt sich senkrecht zur Drehachse. Beispielsweise ist der erste Teil- abschnitt als rechteckförmige Fläche in die Außenfläche des Ventilelementes eingebracht. Der erste Teilabschnitt kann mit einer Mittenachse senkrecht zur Drehachse und auf einer Höhe der Mitte der ersten Durchgangsöffnung angeordnet sein. Der zweite Teilabschnitt ist am Ende des ersten Teilabschnittes aus dem ersten Teilabschnitt seitlich herausgeführt und erstreckt sich entlang dem Randabschnitt der ersten Durchgangsöffnung über einen vorgegebenen Bereich in Richtung der Drehachse nach oben oder nach unten eine vorgegebene Strecke. Auf diese Weise kann eine einfache Geometrie der Ausnehmung bereitgestellt werden, die eine gewünschte Zunahme des Massenstromes, insbesondere eine möglichst lineare Zunahme des Massenstroms mit Zunahme des Drehwinkels des Ventilelementes ermöglicht. Durch den zweiten Teilabschnitt kann mit zunehmendem Drehwinkel des Ventilelementes eine Vergrößerung des hydraulischen Öffnungsquerschnittes zwischen der ersten Anschlussöffnung und der Ausnehmung erreicht werden. Auf diese Weise kann eine nichtlineare Zunahme der Überdeckung zwischen der ersten Durchgangsöffnung und der ersten Anschlussöffnung insbesondere bei Beginn der Überdeckung ausgeglichen werden.
Abhängig von der gewählten Ausführungsform weist die Ausnehmung einen dritten Teilabschnitt auf, wobei der dritte Teilabschnitt symmetrisch und gegenüberliegend zum zweiten Teilabschnitt in Bezug auf eine Mittenachse des ersten Teilabschnittes ausgebildet ist und mit dem ersten Teilabschnitt verbunden ist. Durch die Ausbildung des zweiten und dritten Teilabschnittes kann eine verbesserte Strömungsführung erreicht werden. Der zweite und der dritte Teilabschnitt können die Form eines Teilkreises bilden, insbesondere spiegelsymmetrisch zu der Mittenachse des ersten Teilabschnittes angeordnet sein. Die Mittenachse ist vorzugsweise senkrecht zur Drehachse angeordnet.
In einer weiteren Ausführungsform sind der zweite und der dritte Teilabschnitt spiegelsymmetrisch zu der Mittenachse des ersten Teilabschnittes angeordnet, wobei der zweite und der dritte Teilabschnitt auf einer ersten Seite, die der ersten Durchgangsöffnung zugewandt ist, eine Kreisbogenform aufweisen. Auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite weisen der zweite und der dritte Teilabschnitt eine gerade Fläche auf. Die zweiten Seiten des zweiten und dritten Teilabschnittes sind spiegelsymmetrisch zur Mittenachse des ersten Teilab- Schnittes ausgebildet. Auch diese Formen zeigen ein verbessertes Strömungsverhalten.
In allen Ausführungsformen können die erste und die zweite Ausnehmung oder auch weitere Ausnehmungen auch über einen Kanal innerhalb des Ventilelementes miteinander verbunden sein.
Zudem kann in allen Ausführungen wenigstens eine Ausnehmung mit dem Kanal und/oder den Durchgangsöffnungen verbunden
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen
Figur 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Ventils mit einem kugelförmigen Ventilelement,
Figur 2 einen schematischen Teilausschnitt der Innenwand des Ventilraumes,
Figur 3 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform des Ventils mit einem zylinderförmigen Ventilelement,
Figuren 4 bis 7 schematische Darstellungen von verschiedenen Drehpositionen des Ventilelementes mit Blick auf die Außenfläche des Ventilelementes und der schematischen Darstellung der ersten Anschlussöffnung und des Zwischenraumes,
Figuren 8 bis 12 schematische Darstellungen von Außenflächen von verschiedener Ausführungsformen des Ventilelementes,
Figur 13 verschiedene Drehpositionen des Ventilelementes mit Blick auf die erste Durchgangsöffnung und im Querschnitt senkrecht zur Drehachse des Ventilelementes, Figur 14 in einer schematischen Darstellung ein Diagramm für eine
Kennlinie des hydraulischen Öffnungsquerschnittes des Ventils abhängig von dem Drehwinkel des Ventilelementes.
Figur 1 zeigt in einem schematischen Querschnitt ein Ventil 1 , das ein Gehäuse 2 mit einem Ventilraum 3 aufweist. Im Ventilraum 3 ist ein Ventilelement 4 drehbar um eine Drehachse 5 gelagert. Zwischen dem Ventilelement 4 und dem Gehäuse 2 ist ein Zwischenraum 21 ausgebildet. Der Zwischenraum 21 bildet ein durchströmbares Volumen zwischen dem Ventilelement 4 und dem Gehäuse 2. Das Ventilelement 4 steht mit einem Antriebselement 6 in Verbindung, das mit einem Antrieb 7 gekoppelt ist. Das Antriebselement 6 ist gegenüber dem Gehäuse 2 abgedichtet, so dass die Durchführung des Antriebselementes 6 gegenüber dem Zwischenraum 21 abgedichtet ist. Mithilfe des Antriebes 7, der beispielsweise als elektrischer Aktuator oder als elektrisches Stellglied ausgebildet ist, kann das Ventilelement 4 um die Drehachse 5 mithilfe des Antriebselementes 6, das beispielsweise zylinderförmig ausgebildet ist, gedreht werden. Das Ventilelement 4 weist in der gezeigten Ausführungsform eine kugelförmige Außenfläche 8 auf. Der Ventilraum 3 weist eine Innenwand 9 auf, die in großen Bereichen ebenfalls kugelförmig ausgebildet ist.
Das Gehäuse 2 weist einen ersten Anschluss 61 auf, der von der Außenseite des Gehäuses 2 bis zum Ventilraum 3 geführt ist und mit einer erste Anschlussöffnung 10 in den Ventilraum 3 mündet. Um die erste Anschlussöffnung 10 ist ein erster Ventilsitz 71 ausgebildet, an dem die Außenfläche 8 des Ventilelementes dichtend anliegt. Der erste Ventilsitz kann insbesondere als im Wesentlichen ringförmiges Dichtelement ausgebildet sein, welches eine dichtende Schnittstelle zwischen dem Gehäuse und dem Ventilelement bildet. Die erste Anschlussöffnung 10 kann beispielsweise in Form einer im Querschnitt kreisrunden Bohrung ausgebildet sein. Das Gehäuse 2 weist einen zweiten Anschluss 62 auf, der von der Außenseite des Gehäuses 2 bis zum Ventilraum 3 geführt ist und mit einer zweiten Anschlussöffnung 11 in den Ventilraum 3 mündet. Die zweite Anschlussöffnung 11 kann beispielsweise als im Querschnitt kreisförmige Bohrung ausgebildet sein. Um die zweite Anschlussöffnung 11 kann ein zweiter Ventilsitz 72 ausgebildet sein, an dem die Außenfläche 8 des Ventilelementes 4 dichtend anliegt. Der zweite Ventilsitz kann insbesondere als im Wesentlichen ringförmiges Dichtelement ausgebildet sein, welches eine dichtende Schnittstelle zwischen dem Gehäuse und dem Ventilelement bildet. In der dargestellten Ausführungsform sind die erste und die zweite Anschlussöffnung 10, 11 auf einer Achse angeordnet. Abhängig von der gewählten Ausführungsform können die erste und die zweite Anschlussöffnung 10, 11 auch in einem festgelegten Winkel zueinander angeordnet sein.
Das Ventilelement 4 weist eine Durchgangsbohrung 12 auf. Die Durchgangsbohrung 12 erstreckt sich von einer ersten Durchgangsöffnung 13 bis zu einer zweiten Durchgangsöffnung 14. Die erste und die zweite Durchgangsöffnung 13, 14 sind an der Außenfläche 8 des Ventilelementes 4 angeordnet. In der dargestellten Ausführungsform ist die Durchgangsbohrung 12 in Form einer geraden Bohrung ausgebildet. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann die Durchgangsbohrung 12 auch andere Formen aufweisen. Insbesondere können die erste und die zweite Durchgangsöffnung 13, 14 nicht auf einer Achse durch die Mitte des Ventilelementes angeordnet sein. Zudem können die Größen und Formen der Durchgangsöffnungen 13, 14 unterschiedlich ausgebildet sein.
Figur 2 zeigt schematische Teilausschnitte der Innenwand 9 des Ventilraumes 3. Die erste Anschlussöffnung 10 ist von dem ringförmigen Dichtsitz 71 umgeben.
In analoger Weise kann auch die zweite Anschlussöffnung 11 von einem zweiten ringförmigen Dichtsitz 72 umgeben sein. Die Innenwand 9 des Ventilraumes 3 weist analog zur Außenfläche 8 des Ventilelementes 4 im Wesentlichen eine Kugelform auf.
Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann das Ventil 1 auch ein zylinderförmiges Ventilelement 4 und einen zylinderförmigen Ventilraum 3 aufweisen, wie in Figur 3 dargestellt ist. Bis auf die unterschiedlichen Formen des Ventilraumes 3 und des Ventilelementes 4 und die Dichtsitze sind die Ventile 1 der Figuren 1 und 3 gleich ausgebildet.
Figur 4 zeigt in einer schematischen Darstellung eine zweidimensionale Projektion eines Teilabschnittes der Außenfläche 8 des Ventilelementes 4 über einen Winkelbereich von 180 °. Die Drehachse 5 ist senkrecht zu der Achse des dargestellten Winkels angeordnet. Dabei kann das Ventilelement 4 sowohl eine kugel- förmige als auch eine zylinderförmige Außenfläche 8 aufweisen. Die dargestellte Ansicht stellt eine Hälfte der Außenfläche 8 des Ventilelementes 4 dar. Abhängig von der gewählten Ausführung kann die Außenfläche 8 des Ventilelementes 4 eine zweite Hälfte aufweisen, die identisch zu der dargestellten Hälfte ausgebildet ist. Abhängig von der gewählten Ausführung kann die zweite Hälfte der Außenfläche 8 auch anders ausgebildet sein. Die Außenfläche 8 weist die erste Durchgangsöffnung 13 und eine in die Außenfläche 8 eingebrachte erste Ausnehmung 15 auf. Figur 4 zeigt die Außenfläche 8 in einer Ebene der Drehachse 5, wobei die Drehachse 5 schematisch im Bereich der ersten Durchgangsöffnung 13 dargestellt ist. Senkrecht zur Drehachse 5 ist schematisch eine Drehrichtung 17 dargestellt, in der das Ventilelement 4 gedreht werden kann. Zudem ist eine Mitte 18 der ersten Durchgangsöffnung 13 dargestellt. Die erste Durchgangsöffnung 13 weist einen kreisförmigen Querschnitt auf. Abhängig von der gewählten Ausführung kann die erste Durchgangsöffnung 13 auch einen anderen Querschnitt aufweisen. Die erste Ausnehmung 15 weist im Querschnitt zur Oberfläche der Außenfläche 8 die Form einer rechteckigen Fläche auf, die im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse 5 angeordnet ist. Die erste Ausnehmung 15 ist beab- standet zur ersten Durchgangsöffnung 13 angeordnet. Weiterhin ist die erste Ausnehmung 15 mit einer Mittenachse 26 senkrecht zur Drehachse und in Bezug zur Drehachse 5 auf der Höhe der Mitte 18 der ersten Durchgangsöffnung 13 angeordnet. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann die erste Ausnehmung 15 auch andere Formen aufweisen und/oder in einer anderen Höhe relativ zur ersten Durchgangsöffnung 13 angeordnet sein.
In der dargestellten Ausführungsform ist zusätzlich eine zweite Ausnehmung 16 in der Außenfläche 8 des Ventilelementes 4 eingebracht. Die zweite Ausnehmung 16 ist in Bezug auf die Drehachse 5 oberhalb der ersten Ausnehmung 15 und in einem Höhenbereich der ersten Durchgangsöffnung 13 angeordnet. In der dargestellten Ausführungsform weist die zweite Ausnehmung 16 eine ähnliche Breite entlang der Drehachse 5 wie die erste Ausnehmung 15 auf.
Die zweite Ausnehmung 16 ist beabstandet zur ersten Ausnehmung 15 und be- abstandet von der ersten Durchgangsöffnung 13 ausgebildet. Zudem erstreckt sich die zweite Ausnehmung 16 in der Drehrichtung 17 gesehen nicht so weit von der ersten Durchgangsöffnung 13 weg wie die erste Ausnehmung 15. Die zweite Ausnehmung 16 weist eine Endfläche 19 auf, die einem Randabschnitt 20 der ersten Durchgangsöffnung 13 zugewandt ist. Die Endfläche 19 ist parallel zum Randabschnitt 20 ausgebildet. Abhängig von der gewählten Ausführungsform der zweiten Ausnehmung 16 kann die Endfläche 19 auch eine andere Form aufweisen, insbesondere als gerade Endfläche 19 parallel zur Drehachse 5 angeordnet sein.
Die erste und die zweite Ausnehmung 15, 16 können entlang der Drehrichtung unterschiedliche Tiefen aufweisen, mit denen sie in die Außenfläche 8 des Ventilelementes 4 eingebracht sind. Insbesondere kann die Tiefe der ersten und der zweiten Ausnehmung 15, 16 in Richtung der ersten Durchgangsöffnung 13 zunehmen. Die Querschnittsflächen und die Tiefen der ersten und der zweiten Ausnehmung 15, 16 sind in der Weise ausgebildet, dass ein gewünschter hydraulischer Öffnungsquerschnitt erreicht wird. Mit dem hydraulischen Öffnungsquerschnitt ist der hydraulische Strömungsquerschnitt bezeichnet.
Figur 4 zeigt schematisch die erste Anschlussöffnung 10 mit dem ersten Ventilsitz 71 in Form eines gestrichelten Kreises. Der Zwischenraumes 21 grenzt an die Außenfläche 8 außerhalb des Dichtsitzes 71 der ersten Anschlussöffnung 10 an. In der dargestellten Drehposition des Ventilelementes weisen die erste und die zweite Ausnehmung 15, 16 eine Überdeckung mit dem Zwischenraum 21 auf. Ebenso weist die erste Durchgangsöffnung 13 eine Überdeckung mit dem Zwischenraum 21 auf. Da jedoch keine Überdeckung mit der ersten Anschlussöffnung 10 vorliegt, kann kein Massenstrom durch das Ventil fließen. Somit ist das Ventil in einer geschlossenen Position.
Figur 5 zeigt in einer schematischen Darstellung die zweidimensionale Projektion des Teilabschnittes der Außenfläche 8 des Ventilelementes 4 der Figur 4 mit einer Drehposition des Ventilelementes 4, bei der das Ventilelement 4 gegenüber der Position der Figur 4 um einen Winkelbereich in der Drehrichtung 17 weiterbewegt wurde. In dieser Drehposition weist die erste Ausnehmung 15 eine Überdeckung der ersten Anschlussöffnung 10 auf. Zudem weisen die erste und die zweite Ausnehmung 15, 16 eine Überdeckung mit dem Zwischenraum 21 auf. Weiterhin weist die erste Durchgangsöffnung 13 eine Überdeckung mit dem Zwi- schenraum 21 auf. Zudem steht die zweite Durchgangsöffnung mit der zweiten Anschlussöffnung in Verbindung. Somit ist in dieser Situation eine Verbindung über die erste Anschlussöffnung 10, die erste Ausnehmung 15, den Zwischenraum 21 , die erste Durchgangsöffnung 13, die Durchgangsbohrung 14, die zweite Durchgangsöffnung 14 und die zweite Anschlussöffnung 11 geöffnet. Zudem kann der Zwischenraum 21 in Verbindung mit der zweiten Anschlussöffnung 11 stehen. Somit kann ein Massenstrom durch das Ventil 1 fließen.
Figur 6 zeigt die schematischen Darstellung der zweidimensionale Projektion des Teilabschnittes der Außenfläche 8 des Ventilelementes 4 für eine weitere Drehposition des Ventilelementes 4, bei dem das Ventilelement 4 gegenüber der Position der Figur 5 weiter entlang der Drehrichtung 17 bewegt wurde. Die erste Durchgangsöffnung 13 weist eine Überdeckung mit dem Zwischenraum 21 auf. Zudem weist in dieser Position die erste Ausnehmung 15 eine Überdeckung mit der ersten Anschlussöffnung 10 auf, jedoch keine Überdeckung mehr mit dem Zwischenraum 21. Die zweite Ausnehmung 16 weist eine Überdeckung mit der ersten Anschlussöffnung 10 auf. Weiterhin weist die zweite Ausnehmung 16 eine Überdeckung mit dem Zwischenraum 21 auf. Auch in dieser Position sind die zweite Durchgangsöffnung 14 und/oder der Zwischenraum mit der zweiten Anschlussöffnung 11 verbunden. Auf diese Weise ist auch in dieser Drehposition des Ventilelementes 4 eine Verbindung zwischen der ersten Anschlussöffnung 10 und der zweiten Anschlussöffnung 11 geöffnet. Die Verbindung ist über die zweite Ausnehmung 16, den Zwischenraum 21 und die erste Durchgangsöffnung 13, die Durchgangsbohrung und die zweite Durchgangsöffnung 14 und/oder den Zwischenraum 21 geführt.
Figur 7 zeigt die schematischen Darstellung der zweidimensionale Projektion des Teilabschnittes der Außenfläche 8 des Ventilelementes 4 für eine vierte Drehposition des Ventilelementes 4, bei dem das Ventilelement 4 gegenüber der Position der Figur 6 um einen weiteren Winkelbereich in der Drehrichtung 17 weiterbewegt wurde. In dieser Position besteht nun eine direkte Überdeckung zwischen der ersten Anschlussöffnung 10 und der ersten Durchgangsöffnung 13 und der zweiten Ausnehmung 16. Die zweite Durchgangsöffnung 14 kann eine Überdeckung mit der zweiten Auslassöffnung 11 aufweisen. Zudem weist die zweite Ausnehmung 16 eine Überdeckung mit dem Zwischenraum 21 auf, an den auch die erste Durchgangsöffnung 13 angrenzt. Somit ist auch ein Massenstrom über die erste Anschlussöffnung 10, die zweite Ausnehmung 16 und den Zwischenraum 21 zur ersten Durchgangsöffnung gegeben. Zudem kann auch der Zwischenraum 21 mit der zweiten Anschlussöffnung in Verbindung stehen. Somit ist auch in dieser Drehposition das Ventil geöffnet.
Vorzugsweise sind die erste Durchgangsöffnung 13, der Zwischenraum 21, die erste und die zweite Ausnehmung 15, 16 und die erste Anschlussöffnung 10 in der Weise ausgebildet, dass zwischen den Drehpositionen des Ventilelementes 4 der Figuren 4 und 7 eine Zunahme des hydraulischen Öffnungsquerschnittes zwischen der ersten Anschlussöffnung 10 und der ersten Durchgangsöffnung 13 und der ersten und zweiten Ausnehmung 15, 16 mit Zunahme des Drehwinkels erfolgt. Vorzugsweise erfolgt die Zunahme des hydraulischen Öffnungsquerschnittes linear mit der Zunahme des Drehwinkels in der Drehrichtung.
Wird nun ausgehend von der Position der Figur 7 das Ventilelement 4 weiter in der Drehrichtung gedreht, so nimmt die Überdeckung zwischen der ersten Durchgangsöffnung 13 und der ersten Anschlussöffnung 10 immer mehr zu, sodass der hydraulische Öffnungsquerschnitt weiter zunimmt, bis eine vollständige Überdeckung zwischen der ersten Durchgangsöffnung 13 und der ersten Anschlussöffnung 10 vorliegt. Vorzugsweise sind die erste Durchgangsöffnung 13, der Zwischenraum 21 und die erste Anschlussöffnung 10 in der Weise ausgebildet, dass zwischen der Drehposition der Figur 7 und der vollständigen Überdeckung zwischen der ersten Durchgangsöffnung 13 und der ersten Anschlussöffnung 10 eine Zunahme des hydraulischen Öffnungsquerschnittes zwischen der ersten Anschlussöffnung 10 und der ersten Durchgangsöffnung 13 mit Zunahme des Drehwinkels erfolgt. Vorzugsweise erfolgt die Zunahme des hydraulischen Öffnungsquerschnittes linear mit der Zunahme des Drehwinkels in der Drehrichtung. Auch während dieser Drehung des Ventilelementes 4 ist die zweite Durchgangsöffnung 14 mit der zweiten Anschlussöffnung 11 verbunden. Abhängig von der gewählten Ausführung kann auf die zweite Ausnehmung 16 auch verzichtet werden.
Das Prinzip der Superposition von Ausnehmungen, die getrennt von der ersten Durchgangsöffnung ausgebildet sind, kann mit verschiedenen Formen der Aus- nehmungen realisiert werden. Die folgenden Figuren 8 bis 12 zeigen weitere mögliche Ausführungsformen der Außenfläche 8 des Ventilelementes 4. Alle beschriebenen Außenflächen 8 können auf einem kugelförmigen oder zylinderförmigen Ventilelement 4 ausgebildet sein.
Figur 8 zeigt eine schematische Darstellung eines Ventils 1 mit einem Blick von außen auf die erste Anschlussöffnung 10 mit einer Ausführungsform eines Ventilelementes 4, das eine Außenfläche 8 gemäß der Figur 4 aufweist, jedoch zusätzlich eine dritte Ausnehmung 22 vorgesehen sein, die vorzugsweise spiegelsymmetrisch zur zweiten Ausnehmung 16 in Bezug auf eine Mittenachse 26 der ersten Ausnehmung 15 angeordnet ist. Die Mittenachse 26 ist senkrecht zur Drehachse 5 angeordnet. Auch die dritte Ausnehmung 22 ist in die Außenfläche 8 des Ventilelementes 4 eingebracht.
Abhängig von der gewählten Ausführungsform können auch die dritte Ausnehmung 22 und die zweite Ausnehmung mit der ersten Ausnehmung 15 über eine weitere Ausnehmung in der Außenfläche 8 des Ventilelementes 4 in Verbindung stehen.
Figur 9 zeigt eine schematische Darstellung eines Ventils 1 mit einem Blick von außen auf die erste Anschlussöffnung 10 mit einer weiteren Ausführungsform eines Ventilelementes 4, bei dem die erste Ausnehmung 15 einen ersten Teilabschnitt 23 und einen zweiten Teilabschnitt 24 aufweist. Der erste Teilabschnitt 23 ist entlang der Drehachse 5 gesehen mittig zu einem Mittelpunkt der ersten Durchgangsöffnung 13 angeordnet. Zudem erstreckt sich der erste Teilabschnitt 23 senkrecht zur Drehachse in der Drehrichtung und ist als gerader Abschnitt ausgebildet. Der zweite Teilabschnitt 24 geht aus einem Endbereich des ersten Teilabschnittes 23, der der ersten Durchgangsöffnung 13 zugewandt ist, seitlich nach oben heraus. Der zweite Teilabschnitt 24 ist eine vorgegebene Strecke entlang des Randabschnittes 20 der ersten Durchgangsöffnung 13 von der Mittenachse 26 weggeführt. Vorzugsweise kann der zweite Teilabschnitt 24 parallel zum Randabschnitt 20 der ersten Durchgangsöffnung angeordnet sein.
Figur 10 zeigt eine schematische Darstellung eines Ventils 1 mit einem Blick von außen auf die erste Anschlussöffnung 10 mit einer weiteren Ausführungsform ei- nes Ventilelementes 4 mit einer Außenfläche 8, die eine Ausnehmung mit einem ersten Teilabschnitt 23 und einem zweiten Teilabschnitt 24 aufweist, wobei der erste Teilabschnitt 23 identisch zur Ausführungsform der Figur 9 ausgebildet ist. Der zweite Teilabschnitt 24 ist auf der Seite 81 , die dem Randabschnitt 20 der ersten Durchgangsöffnung 13 zugewandt ist, entlang dem Randabschnitt 20, insbesondere parallel zum Randabschnitt 20 ausgebildet wie in Figur 9. Die gegenüberliegende zweite Seite 82 des zweiten Teilabschnittes 24 ist jedoch als gerade Seite ausgebildet. Auf diese Weise kann eine im Vergleich zur Figur 9 verbesserte Strömung erreicht werden, da ein Übergangsbereich zwischen dem ersten Teilabschnitt 23 und dem zweiten Teilabschnitt 24 eine geringere Richtungsänderung der Strömung im Vergleich zu Figur 9 aufweist.
Figur 11 zeigt eine schematische Darstellung eines Ventils 1 mit einem Blick von außen auf die erste Anschlussöffnung 10 mit einer weiteren Ausführungsform eines Ventilelementes mit einer Außenfläche 8, die im Wesentlichen gemäß Figur 9 ausgebildet ist, wobei zusätzlich zum zweiten Teilabschnitt 24 ein dritter Teilabschnitt 25 vorgesehen ist. Der dritte Teilabschnitt 25 ist spiegelsymmetrisch zum zweiten Teilabschnitt 24 in Bezug auf eine Mittenachse 26 des ersten Teilabschnittes 23 angeordnet. Auf diese Weise kann eine weitere Verbesserung der Strömung erreicht werden.
Figur 12 zeigt eine schematische Darstellung eines Ventils 1 mit einem Blick von außen auf die erste Anschlussöffnung 10 mit einer weiteren Ausführungsform eines Ventilelementes 4 mit einer Außenfläche 8, die im Wesentlichen gemäß der Ausführungsform der Figur 10 ausgebildet ist, wobei jedoch zudem ein dritter Teilabschnitt 25 ausgebildet ist, wobei der dritte Teilabschnitt 25 spiegelsymmetrisch zum zweiten Teilabschnitt 24 in Bezug auf die Mittenachse 26 des ersten Teilabschnittes 23 angeordnet ist. Auch dadurch kann eine weitere Verbesserung der Strömung erreicht werden.
Bei einer symmetrischen Ausbildung des Ventilelementes 4 und einer symmetrischen Anordnung der zweiten Anschlussöffnung sind die Ansichten durch die zweite Anschlussöffnung für die jeweilige Drehposition des Ventilelementes 4 der Figuren 8 bis 12 identisch zu den gezeigten Ansichten der Figuren 8 bis 12 der ersten Anschlussöffnung 10. Abhängig von der gewählten Ausführung können die Ansichten durch die zweite Anschlussöffnung für die jeweilige Drehposition des Ventilelementes 4 der Figuren 8 bis 12 auch verschieden zu den gezeigten Ansichten der Figuren 8 bis 12 der ersten Anschlussöffnung 10 sein.
Figur 13 zeigt verschiedene Ansichten des Ventils für verschiedene Drehpositionen des Ventilelementes 4 und die Überdeckung der Ausnehmungen 15, 16 des Ventilelementes 4 der Figur 4 mit der ersten Anschlussöffnung 10. In einer ersten Reihe 31 sind schematisch Ansichten von außen auf das Ventil 1 mit Blick auf die erste Anschlussöffnung 10 und die Außenfläche 8 des Ventilelementes 4 für verschiedene Drehpositionen des Ventils dargestellt. Analog zu der jeweiligen Ansicht der Drehpositionen des Ventilelementes 4 der ersten Reihe 31 sind in einer zweiten Reihe 32 die entsprechenden Drehpositionen des Ventilelementes 4 in einem Schnitt senkrecht zur Drehachse 5 auf einer Mitte der Durchgangsbohrung 12 dargestellt.
Zudem ist in diesem Beispiel das Ventilelement 4 im Bereich der ersten Durchgangsöffnung 13 und im Bereich der zweiten Durchgangsöffnung 14 jeweils identisch ausgebildet, wobei an beiden Durchgangsöffnungen 13, 14 identische erste und zweite Ausnehmungen 15, 28 angeordnet sind. Somit weist das Ventilelement 4 auf einem Umfang der Außenfläche 8 jeweils zwei Mal die Form gemäß Figur 4 auf. Die Ausnehmungen sind dabei spiegelsymmetrisch zu der Drehachse 5 des Ventilelementes 4 angeordnet. Aufgrund des Querschnittes durch die Mitte der Durchgangsbohrung 12 ist in den Figuren der zweiten Reihe 32 jeweils nur die erste Ausnehmung 15 und die gegenüberliegende weitere erste Ausnehmung 28 sichtbar. Das dargestellte Ventil weist einen Ventilraum 3 auf, der spiegelsymmetrisch zu einer Mittenebene 63 ausgebildet ist. Die Mittenebene 63 geht durch die Mitte der ersten Anschlussöffnung 10 und die Drehachse 5. Somit ist zwischen der Innenwand 9 des Ventilraumes 3 und dem Ventilelement 4 ein Zwischenraum 21 ausgebildet, in dem Medium das Ventilelement umströmen kann. Somit sind in der zweiten Reihe 32 ein Querschnitt durch das Gehäuse 2 und durch die erste und die zweite Anschlussöffnung 10, 11 , den Zwischenraum 21 und das Ventilelement 4 dargestellt.
In der ersten Spalte 41 ist das Ventil 1 geschlossen. Weder eine der Ausnehmungen 15, 28 noch die erste Durchgangsöffnung 13 weisen eine Überdeckung mit der ersten Anschlussöffnung 10 auf. Das Ventilelement 4 wird nun entgegen dem Uhrzeigersinn weiterbewegt, bis eine Überdeckung zwischen der ersten Ausnehmung 15 und der ersten Anschlussöffnung 10 vorliegt, wie in der ersten Reihe der zweiten Spalte 42 schematisch dargestellt ist. Gleichzeitig liegt eine Überdeckung des Zwischenraumes 21 mit der ersten Ausnehmung 15 und der ersten Durchgangsöffnung 13 vor, wie in der Figur der zweiten Spalte 42 und der zweiten Reihe 32 dargestellt ist. In analoger Weise findet auch eine Überdeckung zwischen der weiteren ersten Ausnehmung 28 und der zweiten Anschlussöffnung 11 statt. Somit ist in dieser Drehposition eine Verbindung zwischen der ersten Anschlussöffnung 10 und der zweiten Anschlussöffnung 11 gegeben. Die Verbindung erfolgt über die erste Anschlussöffnung 10, die erste Ausnehmung 15, den Zwischenraum 21, die erste Durchgangsöffnung 13, die Durchgangsbohrung 12, die zweite Durchgangsöffnung 14, den Zwischenraum 21, die weitere erste Ausnehmung 28 und die zweite Anschlussöffnung 11. Diese Position entspricht der Position der Figur 5.
Wird nun das Ventilelement 4 entgegen dem Uhrzeigersinn weiterbewegt, so wird eine Drehposition erhalten, die in der dritten Spalte 43 dargestellt ist. Die dritte Spalte 43 der Figur 10 entspricht der Darstellung der Position der Figur 6. Wie in der ersten Reihe 31 der dritten Spalte 43 dargestellt ist, liegt eine Überdeckung zwischen der ersten Anschlussöffnung 10, der ersten Ausnehmung 15 und einem Teil der zweiten Ausnehmung 16 vor. Zudem liegt eine Überdeckung des Zwischenraums 21 mit der zweiten Ausnehmung 16 und mit der ersten Durchgangsöffnung 13 vor. In analoger Weise liegt eine Überdeckung zwischen der zweiten Anschlussöffnung 11 , der weiteren ersten Ausnehmung 28 und einem Teil der weiteren zweiten Ausnehmung vor. Zudem liegt eine Überdeckung zwischen dem Zwischenraum 21 mit der weiteren zweiten Ausnehmung 28 und mit der zweiten Durchgangsöffnung 14 vor.
In der dritten Spalte 43 und in der zweiten Reihe 32 ist der Querschnitt für diese Drehposition dargestellt. In dieser Drehposition des Ventilelementes 4 liegt auch eine Verbindung zwischen der ersten Anschlussöffnung 10 und der zweiten Anschlussöffnung 11 vor. Dabei ist die erste Anschlussöffnung 10 mit der zweiten Ausnehmung 16, die zweite Ausnehmung 16 mit dem Zwischenraum 21 , der Zwischenraum 21 mit der ersten Durchgangsöffnung 13, die erste Durchgangs- öffnung 13 über die Durchgangsbohrung 12 mit der zweiten Durchgangsöffnung 14, die zweite Durchgangsöffnung 14 mit dem Zwischenraum 21 , der Zwischenraum 21 mit der weiteren zweiten Ausnehmung und die weitere zweite Ausnehmung mit der zweiten Anschlussöffnung 11 verbunden.
Wird nun das Ventilelement 4 weiter gegen den Uhrzeigersinn gedreht, so wird eine Überdeckung zwischen der ersten Durchgangsöffnung 13 und der ersten Anschlussöffnung 10 erreicht, wie in der Figur der ersten Reihe 31 und der vierten Spalte 44 dargestellt ist. In der ersten Reihe der vierten Spalte ist die Überdeckung der ersten Anschlussöffnung 10 mit der ersten Ausnehmung 15, der zweiten Ausnehmung 16 und der ersten Durchgangsöffnung 13 dargestellt. Diese Drehposition entspricht Figur 7. In analoger Weise ist der Querschnitt durch das Ventil für diese Drehposition in der zweiten Reihe 32 der vierten Spalte 44 dargestellt. In dieser Drehposition des Ventilelements 4 ist eine direkte Verbindung zwischen der ersten Anschlussöffnung 10 über die erste Durchgangsöffnung 13, die Durchgangsbohrung 12, die zweite Durchgangsöffnung 14 und die zweite Anschlussöffnung 11 gegeben. Zudem ist auch eine Verbindung zwischen der ersten Anschlussöffnung 10, über die zweite Ausnehmung 16, den Zwischenraum 21 , die erste Durchgangsöffnung 13, die Durchgangsbohrung 12, die zweite Durchgangsöffnung 14, den Zwischenraum 21 , die weitere zweite Ausnehmung 28 zur zweiten Anschlussöffnung 11 gegeben. Weiterhin ist eine Verbindung zwischen der ersten Anschlussöffnung 10 über den Zwischenraum 21 zur zweiten Anschlussöffnung 11 gegeben.
Wird das Ventilelement 4 entgegen dem Uhrzeigersinn weiterbewegt, so wird eine vollständige Überdeckung der ersten Durchgangsöffnung 13 mit der ersten Anschlussöffnung 10 erreicht, wie in der Figur der ersten Reihe 31 und der fünften Spalte 45 gezeigt ist. Somit liegt nur noch eine Verbindung zwischen der ersten und der zweiten Anschlussöffnung 10, 11 direkt über die Durchgangsbohrung 12 und die erste und die zweite Durchgangsöffnung 13, 14 vor, wie auch in der Figur der zweiten Reihe 32 und der fünften Spalte 45 dargestellt ist.
In analoger Weise können die in den Figuren 8 bis 12 dargestellten Ausführungsformen der Ventilelemente 4 eingesetzt werden, um wie anhand der in Figur 13 dargestellten Positionen entsprechende Öffnungs- oder Schließpositionen des Ventils zu erreichen.
Figur 14 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Diagramm für eine Kennlinie 64 eines hydraulischen Öffnungsquerschnittes des Ventils 1 in Abhängigkeit von einer Winkelposition des Ventilelementes 4. Die Kennlinie 64 stellt die Summe aus dem hydraulischen Öffnungsquerschnitt für die erste Durchgangsöffnung und die erste und zweite Ausnehmung dar. Zudem ist ab dem Winkel von 60° eine zweite Kennlinie 83 als Strichpunktlinie für das Verhalten des hydraulischen Öffnungsquerschnittes für die erste und die zweite Ausnehmung dargestellt. Weiterhin ist ab dem Winkel von 60° mit einer dritten Kennlinie 84 das Verhalten des hydraulischen Öffnungsquerschnittes nur für die erste Durchgangsöffnung 13 dargestellt. Entlang der y-Achse ist der hydraulische Öffnungsquerschnitt in Quadratmillimetern dargestellt. Entlang der x-Achse ist eine Drehposition des Ventilelementes 4 in Grad Winkel dargestellt ist. In einem ersten Winkelbereich 51 , der zwischen 0° und 55° relativ zu einer festgelegten Drehposition des Ventilelementes liegt, beginnt eine Überdeckung der ersten Anschlussöffnung 10 mit der ersten Ausnehmung 15, wie beispielsweise in Figur 6 dargestellt ist. Mit zunehmendem Drehwinkel steigt der hydraulische Öffnungsquerschnitt nahezu linear, insbesondere linear an. Wird das Ventilelement 4 weiter gedreht, so gibt es einen Übergang in einen zweiten Winkelbereich 52 bei ungefähr 55°. Zwischen dem ersten und dem zweiten Winkelbereich 51 , 52 ändert sich die Steigung der Kennlinie 64. Dies wird beispielsweise dadurch bewirkt, dass die Überdeckung zwischen der ersten Ausnehmung 15 und/oder einer zweiten oder dritten Ausnehmung 16, 22 mit der ersten Anschlussöffnung 10 zunimmt. Ab einer Winkelposition von 60° beginnt ein dritter Winkelbereich 53, bei dem eine direkte Überdeckung zwischen der ersten Durchgangsöffnung 13 und der ersten Anschlussöffnung 10 stattfindet, wie beispielsweise bei Figur 7 dargestellt ist. An diesem Punkt beginnt die dritte Kennlinie 84. Gleichzeitig sinkt der Einfluss der ersten und zweiten Ausnehmung, wie anhand der Strichpunktlinie dargestellt ist, bis bei der Winkelposition von 80° kein Medium mehr über die erste oder die zweite Ausnehmung fließt, sondern nur noch direkt über die erste Durchgangsöffnung 13, die Durchgangsbohrung 12 und die zweite Durchgangsöffnung 14. In dem Bereich zwischen 60° und 80° findet eine Superposition der hydraulischen Öff- nungsquerschnitte der Durchgangsbohrung und der wenigstens einen Ausneh- mung statt. Ab dem vierten Winkelbereich 54 ändert sich die Steigung der Kennlinie 64 des hydraulischen Öffnungsquerschnittes mit der Zunahme der Winkelposition gegenüber dem dritten Winkelbereich 53. Insgesamt ist es mithilfe des vorgeschlagenen Ventils möglich, eine verbesserte Linearisierung der Zunahme des hydraulischen Öffnungsquerschnittes mit der Zunahme der Drehposition bzw. der Winkelposition des Ventilelementes zu erreichen.
Alle beschriebenen Ausführungsbeispiele der Ventile dienen dazu, um das hydraulische Öffnungsverhalten der Durchgangsöffnungen mithilfe der Ausnehmungen zu linearisieren.
Das Ventil kann beispielsweise in einem Kältekreis, insbesondere in einem Wärmepumpensystem eines Fahrzeuges eingesetzt werden. Die Ausnehmungen stellen sogenannte Expansionsausnehmungen dar. In der dargestellten Ausführungsform fluchtet die erste Anschlussöffnung mit der zweiten Anschlussöffnung und können somit durch eine geradlinige Durchgangsbohrung, die im Ventilelement ausgebildet ist, nahezu ohne Druckverluste miteinander verbunden werden. Abhängig von der gewählten Anwendung können die erste und/oder die zweite Anschlussöffnung mit der Leitung mit dem höheren Druck verbunden werden.
Das vorgeschlagene Ventil ermöglicht es, dass die wenigstens eine Ausnehmung und die Durchgangsbohrung bzw. die Durchgangsöffnungen keine direkte Verbindung im Ventilelement aufweisen, wobei jedoch durch die Ausbildung des Zwischenraumes eine hydraulische Verbindung zwischen der wenigstens einen Ausnehmung und der Durchgangsbohrung hergestellt werden kann. Somit kann durch eine entsprechende Superposition ein gewünschtes Öffnungsverhalten des Ventils, insbesondere eine gewünschte Zunahme des hydraulischen Öffnungsquerschnittes mit der Zunahme der Winkelposition des Ventilelementes festgelegt werden.
Abhängig von der gewählten Ausführungsform können beispielsweise nur im Bereich der ersten Durchgangsöffnung wenigstens eine oder mehrere Ausnehmungen in der Außenfläche des Ventilelementes vorgesehen sein. Zudem kann die zweite Durchgangsöffnung deutlich größer ausgebildet sein, um in den Winkelpositionen, in denen eine Verbindung zwischen der ersten Anschlussöffnung und der Durchgangsöffnung 13 über die Ausnehmung erreicht wird, gleichzeitig die zweite Durchgangsöffnung 14 mit der zweiten Anschlussöffnung 11 verbunden ist. Abhängig von der gewählten Ausführungsform können auch die erste und die zweite Anschlussöffnung unterschiedlich ausgebildet werden.

Claims

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Ansprüche
1. Ventil (1) für einen Fluidstrom in einem Fahrzeug mit einem Gehäuse (2), mit wenigstens einer ersten und einer zweiten Anschlussöffnung (10, 11), die in einen Ventilraum (3) des Gehäuses (2) münden, wobei im Ventilraum (3) ein Ventilelement (4) drehbar um eine Drehachse (5) gelagert ist, wobei an einer Außenfläche (8) des Ventilelements (4) zwei voneinander beabstandete Durchgangsöffnungen (13, 14) vorgesehen sind, die durch einen Kanal (12) miteinander verbunden sind, wobei (4) wenigstens eine Ausnehmung (15, 16, 22) vorgesehen ist, wobei ein Antriebselement (6) vorgesehen ist, mit dem das Ventilelement (4) um die Drehachse (5) drehbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Ausnehmung (15, 16, 22) des Ventilelements (4) wenigstens teilweise in der Außenfläche (8) des Ventilkörpers (4) ausgebildet ist, dass die wenigstens erste Anschlussöffnung (10), die erste Durchgangsbohrung (13) und die wenigstens eine Ausnehmung (15, 16, 22) in einem Bereich in Bezug auf die Drehachse (5) so angeordnet sind, dass für einen vorgegebenen Drehpositionsbereich des Ventilelementes (4) bei einer Zunahme des Drehwinkels des Ventilelements (4) ein hydraulischer Öffnungsquerschnitt zwischen der ersten Anschlussöffnung (10) und der Ausnehmung (15, 16, 22) abnimmt, während ein hydraulischer Öffnungsquerschnitt zwischen der ersten Anschlussöffnung (10) und der ersten Durchgangsöffnung (13) zunimmt.
2. Ventil nach Anspruch 1 , wobei die Ausnehmung (15, 16, 22), die erste Durchgangsöffnung (13) und die erste Anschlussöffnung (10) in der Weise ausgebildet sind, dass in einem ersten Drehpositionsbereich des Ventilelements (4) die Ausnehmung (15, 16, 22) eine erste Überdeckung mit der ersten Anschlussöffnung (10) und eine zweite Überdeckung mit dem Zwischenraum (21) aufweist und eine Verbindung zwischen der ersten Anschlussöffnung (10) und dem Zwischenraum (21) herstellt, wobei die erste Durch- gangsöffnung (13) eine dritte Überdeckung mit dem Zwischenraum (21) aufweist, wobei nach einem Drehen des Ventilelements (4) in einer Drehrichtung (17) in einen zweiten Drehpositionsbereich die Ausnehmung (15, 16, 22) eine erste Überdeckung mit der ersten Anschlussöffnung (10) und eine zweite Überdeckung mit dem Zwischenraum (21) aufweist, und wobei die erste Durchgangsöffnung (13) eine vierte Überdeckung mit der ersten Anschlussöffnung (10) und eine dritte Überdeckung dem Zwischenraum (21) aufweist, und wobei die zweite Durchgangsöffnung (14) eine Verbindung mit der zweiten Anschlussöffnung (11) aufweist. Ventil nach Anspruch 2, wobei die Ausnehmung (15, 16, 22), die erste Durchgangsöffnung (13) und die erste Anschlussöffnung (10) in der Weise ausgebildet sind, dass bei einem weiteren Drehen des Ventilelements (4) in der Drehrichtung in einen dritten Drehpositionsbereich die Ausnehmung (15, 16, 22) keine Überdeckung mit der ersten Anschlussöffnung (10) aufweist, dass die erste Durchgangsöffnung (13) eine vierte Überdeckung mit der ersten Anschlussöffnung (10) und keine dritte Überdeckung mit dem Zwischenraum (21) aufweist, und dass die zweite Durchgangsöffnung (14) eine Verbindung mit der zweiten Anschlussöffnung (11) aufweist. Ventil nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei sich der erste Drehpositionsbereich über einen vorgegebenen ersten Winkelbereich erstreckt, wobei die Ausnehmung (15, 16, 22), die erste Durchgangsöffnung (13) und die erste Anschlussöffnung (10) in der Weise ausgebildet sind, dass im ersten Drehpositionsbereich ein hydraulischer Öffnungsquerschnitt zwischen der ersten Anschlussöffnung (10) und der Ausnehmung (15, 16, 22) und der ersten Durchgangsöffnung (13) mit zunehmendem Drehwinkel des Ventilelements (4) zunimmt, insbesondere linear zunimmt. Ventil nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei sich der zweite Drehpositionsbereich über einen vorgegebenen zweiten Winkelbereich erstreckt, wobei die Ausnehmung (15, 16, 22), die erste Durchgangsöffnung (13) und die erste Anschlussöffnung (10) in der Weise ausgebildet sind, dass im zweiten Drehpositionsbereich mit zunehmendem Drehwinkel des Ventilelements (4) der hydraulische Öffnungsquerschnitt zwischen der ersten Anschlussöffnung (10) und der Ausnehmung (15, 16, 22) und der ersten Durchgangsöffnung (13) zunimmt, insbesondere linear zunimmt. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ausnehmung in Form einer ersten Teilausnehmung (15) und in Form wenigstens einer zweiten Teilausnehmung (16) ausgebildet ist, wobei die erste und die zweite Teilausnehmung (15, 16) voneinander getrennt sind, und wobei die erste und die zweite Teilausnehmung (15, 16) entlang der Drehrichtung in einem Teilbereich nebeneinander angeordnet sind. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die Ausnehmung (15, 16, 22) bis in einen vorgegebenen Abstand zu der ersten Durchgangsöffnung erstreckt, und wobei eine Endfläche (19) der Ausnehmung (16), die einem Randabschnitt (20) der ersten Durchgangsöffnung (13) zugewandt ist, in einem Abstandsbereich entlang des Randabschnittes (20) der ersten Durchgangsöffnung (13), insbesondere parallel zu dem Randabschnitt (20) ausgebildet ist. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Ausnehmung in einen ersten und einen zweiten Teilabschnitt (23, 24) ausgebildet ist, wobei der erste Teilabschnitt (23) entlang der Drehrichtung als gerader Abschnitt ausgebildet ist, wobei der gerade Abschnitt in Richtung auf die erste Durchgangsöffnung (13) ausgerichtet ist, wobei der zweite Teilabschnitt (24) am Ende des geraden ersten Teilabschnittes (23), das der ersten Durchgangsöffnung (13) zugewandt ist, seitlich von der geraden Ausrichtung des ersten Teilabschnittes (23) abzweigt und sich am Randabschnitt (20) der ersten Durchgangsöffnung (13) entlang über einen vorgegebenen Bereich entlang der Drehachse (5) nach oben oder nach unten eine vorgegebene Strecke erstreckt. Ventil nach Anspruch 8, wobei die Ausnehmung einen dritten Teilabschnitt (25) aufweist, wobei der dritte Teilabschnitt (25) am Ende des geraden ersten Teilabschnittes (23), das der ersten Durchgangsöffnung (13) zugewandt ist, seitlich von der geraden Ausrichtung des ersten Teilabschnittes (23) in entgegengesetzter Richtung zum zweiten Teilabschnitt (24) abzweigt und sich entlang des Randabschnittes (20) der ersten Durchgangsöffnung (13) erstreckt. - 26 - Ventil nach Anspruch 9, wobei der zweite und der dritte Teilabschnitt (24, 25) einen Teilkreis bilden, insbesondere spiegelsymmetrisch zu einer Mittenachse (26) des ersten Teilabschnittes (23) angeordnet sind. Ventil nach Anspruch 9, wobei der zweite und der dritte Teilabschnitt (24, 25) einen Teilkreis bilden, wobei der Teilkreis auf einer ersten Seite, die der ersten Durchgangsöffnung (13) zugewandt ist, eine Kreisbogenform aufweist, und wobei der Teilkreis auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite zwei gerade in einem Winkel zueinander angeordnete Begrenzungsflächen aufweist. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in der Außenfläche (8) des Ventilelementes (4) im Bereich der zweiten Durchgangsöffnung (14) eine weitere erste Ausnehmung (28) des Ventilelements (4) getrennt von der zweiten Durchgangsöffnung (14) ausgebildet ist, wobei die weitere erste Ausnehmung (28), die zweite Durchgangsöffnung (14) und die zweite Anschlussöffnung (11) in der Weise ausgebildet sind, dass in dem ersten Drehpositionsbereich des Ventilelements (4) die weitere erste Ausnehmung (28) eine erste Überdeckung mit der zweiten Anschlussöffnung (14) und eine zweite Überdeckung mit dem Zwischenraum (21) aufweist und eine Verbindung zwischen der zweiten Anschlussöffnung (11) und dem Zwischenraum (21) herstellt, und wobei die zweite Durchgangsöffnung (14) eine dritte Überdeckung mit dem Zwischenraum (21) aufweist, wobei nach einem Drehen des Ventilelements (4) in der Drehrichtung in den zweiten Drehpositionsbereich die weitere erste Ausnehmung (28) eine erste Überdeckung mit der zweiten Anschlussöffnung (11) und eine zweite Überdeckung mit dem Zwischenraum (21) aufweist, und dass die zweite Durchgangsöffnung (14) eine vierte Überdeckung mit der zweiten Anschlussöffnung (11) und eine dritte Überdeckung mit dem Zwischenraum (21) aufweist. Ventil nach Anspruch 12, wobei die weitere erste Ausnehmung (28), die zweite Durchgangsöffnung (14) und die zweite Anschlussöffnung (11) in der Weise ausgebildet sind, dass bei einem weiteren Drehen des Ventilelements (4) in der Drehrichtung (17) in die dritte Drehpositionsbereich die weitere erste Ausnehmung (28) keine Überdeckung mit der zweiten Anschlussöffnung (11) aufweist, dass die zweite Durchgangsöffnung (14) eine vierte Überdeckung - 27 - mit der zweiten Anschlussöffnung (11) und keine Überdeckung mehr mit dem Zwischenraum (21) aufweist. 14. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Außenfläche
(8) des Ventilelementes (4) zwei Teiloberflächen aufweist, die zu der Drehachse (5) des Ventilelementes (4) spiegelsymmetrisch ausgebildet sind.
15. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste und die zweite Anschlussöffnung (10, 11) jeweils einen Dichtsitz (71 ,72) aufweisen, wobei ein Dichtsitz (71 , 72) die Anschlussöffnung (10, 11) gegenüber dem Zwischenraum (21), der zwischen dem Gehäuse (2) und dem Ventilelement (4) ausgebildet ist, abdichtet.
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