WO2024255957A1 - Kühlmittelregler - Google Patents

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WO2024255957A1
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coolant
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housing
regulator
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Michael Reuther
Jonas Baumann
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
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Definitions

  • the invention relates to a coolant regulator, comprising a housing with a coolant chamber and a coolant channel opening into it and a rotary slide valve arranged in the coolant chamber as well as a seal with a primary sealing ring which is spring-loaded in sealing contact with the rotary slide valve, and a secondary sealing ring which is axially clamped between the housing and the primary sealing ring under elastic deformation and generates the spring force acting on the primary sealing ring and seals the coolant chamber against the coolant channel.
  • Coolant regulators are used, for example, in the cooling circuit of an internal combustion engine or a battery-electric drive of a motor vehicle, whereby the coolant flows through the respective sub-circuits can be adjusted continuously or in stages depending on the rotary valve position.
  • the sealing effect in the sealing contact of the seal with the rotary valve is typically based on a metallic shaped spring, which is usually clamped as a pre-tensioned wave spring between the seal and the housing and presses the seal against the rotary valve.
  • the present invention is based on the object of providing a coolant regulator of the type mentioned above with an improved sealing construction.
  • Figure 1 shows a coolant regulator according to the invention in a perspective top view
  • Figure 2 shows the coolant regulator in longitudinal section through its rotary valve
  • FIG. 3 is an enlarged detail of the longitudinal section according to Figure 2;
  • Figure 4 is a perspective top view of the openings of the coolant channels in the coolant chamber of the coolant regulator
  • Figure 5 shows one of the inlet channels with associated seal according to Figure 4 in an enlarged longitudinal section
  • Figure 9 shows the seal according to Figure 7 in longitudinal section
  • Figure 10 shows the primary sealing ring of the seal according to Figure 7 in a perspective top view
  • Figure 11 shows the primary sealing ring of the seal according to Figure 7 in a perspective bottom view
  • Figure 12 shows the secondary sealing ring of the seal according to Figure 7 in perspective top view
  • Figure 13 shows the secondary sealing ring of the seal according to Figure 7 in a perspective bottom view
  • Figure 14 shows the seal according to Figure 6 in a perspective top view
  • Figure 15 shows the seal according to Figure 14 in longitudinal section
  • Figure 16 shows the seal according to Figure 14 in a perspective bottom view
  • Figure 17 shows a force-displacement diagram with different geometries and elastomer hardnesses of one of the secondary sealing rings as parameters
  • Figure 18 shows a sealing ring according to the invention for a spherical rotary valve.
  • FIGS 1 and 2 show a coolant regulator 1 of a cooling circuit of a battery-electric vehicle comprising several sub-circuits in a perspective view and in a longitudinal section.
  • the coolant regulator 1 comprises a housing 2 with a coolant chamber 3 and a rotary slide valve 4 arranged therein with a drive pin 5 which is rotated into discrete positions by an electric motor 7 via a transmission gear 6.
  • the coolant regulator 1 also comprises two electric coolant pumps 8 and 9 which convey the coolant through the sub-circuits.
  • the sub-circuits are either separated from one another or connected to one another.
  • coolant channels 10 to 15 run in the housing 2, which open into the coolant chamber 3 and which the rotary slide valve 4 either connects or separates from one another via connecting channels 16, 17 depending on its current rotational position.
  • the coolant channels 10, 12, 13 and 15 are inlet channels through which the coolant flows to the rotary slide valve 4 according to the flow arrows shown in Figure 4.
  • the coolant channels 11 and 14 are accordingly outlet channels through which the coolant flows away from the rotary slide valve 4.
  • the openings of the coolant channels 10 to 15 are provided with seals 18 to 23, which on the one hand are in sealing contact with a flat end face 24 of the rotary slide valve 4 in the present embodiment and on the other hand seal the coolant chamber 3 against the coolant channels 10 to 15.
  • the seals 18 to 23 are each designed in two parts and are composed of a primary sealing ring 18-1 to 23-1 and a secondary sealing ring 18-2 to 23-2.
  • Each secondary sealing ring 18-2 to 23-2 is axially clamped under elastic deformation between the housing 2 and the primary sealing ring 18-1 to 23-1 resting on the end face 24 of the rotary valve 4 and in doing so generates a spring force that applies spring force to the associated primary sealing ring 18-1 to 23-1 in sealing contact with the rotary valve 4.
  • a separate spring such as a metallic wave spring, does not exist in favor of comparatively low component and assembly costs and in favor of a correspondingly smaller installation space requirement for the seals 18 to 23.
  • the primary sealing rings 18-1 to 23-1 each consist of a thermoplastic material and in this case of polyoxymethylene, POM for short, or alternatively of polyvinylidene fluoride, PVDF for short.
  • the primary sealing rings 18-1 to 23-1 can consist of a thermosetting plastic.
  • the secondary sealing rings 18-2 to 23-2 each consist of an elastomeric material (including thermoplastic elastomers) and in this case of ethylene-propylene-diene rubber, EPDM for short.
  • the primary sealing rings 18-1 to 23-1 and the secondary sealing rings 18-2 to 23-2 are manufactured separately from one another in the present exemplary embodiment and then joined together in a separable manner by simply pushing them together.
  • each secondary sealing ring 18-2 to 23-2 against the housing 2 is permeable to the coolant.
  • the coolant passage runs between a plurality of projections 25 on a housing-side end section of the secondary sealing ring 18-2 to 23-2 and leads to a circumferential sealing lip 26 of the secondary sealing ring 18-2 to 23-2 that is in sealing contact with the housing 2.
  • the coolant passage can optionally or alternatively be formed by a housing recess (not shown) in the region of the housing-side end section of the secondary sealing ring 18-2 to 23-2.
  • the secondary sealing ring 18-2 to 23-2 seals the primary sealing ring 18-1 to 23-1, wherein the sealing lip 26 is spread radially outward and is in contact with an inner surface 27 of the inlet channel 10, 12, 13 or 15 is in sealing contact.
  • the primary sealing ring 18-1 to 23-1 sealingly encloses the secondary sealing ring 18-2 to 23-2, the sealing lip 26 being spread radially inwards and being in sealing contact with an outer surface 28 of the outlet channel 11 or 14.
  • the overpressure of the coolant present in the inlet channels 10, 12, 13 and 15 and the negative pressure of the coolant present in the outlet channels 11 and 14 each cause the sealing lip 26 to be pressurized by the pressurized coolant via the coolant passage, so that the radial pressure component increases the sealing contact force between the sealing lip 26 and the housing 2.
  • the axial pressure component results in a sealing contact force between the primary sealing ring 18-1 to 23-1 and the rotary valve 4 that exceeds the spring force of the secondary sealing ring 18-2 to 23-2.
  • the secondary sealing rings 18-2 to 23-2 only the secondary sealing rings 18-2 and 19-2 are visible in the figures and provided with their reference numbers.
  • Figures 7 to 9 show the seal 18, Figures 10 and 11 its primary sealing ring 18-1 and Figures 12 and 13 its secondary sealing ring 18-2.
  • the seal 18 is identical in construction to the seal 20 and defines a circular flow cross-section.
  • the primary sealing ring 18-1 has - like all primary sealing rings 18-1 to 23-1 - a substantially L-shaped profile cross-section
  • the secondary sealing ring 18-2 has - like all secondary sealing rings 18-2 to 23-2 - a substantially Y-shaped profile cross-section.
  • the Y-shaped profile cross-section protrudes with the housing-side end section relative to the L-shaped profile cross-section and has an axially opposite end section on the primary sealing ring side, which is sealingly enclosed in an axial groove 29, which absorbs the spring force of the secondary sealing ring 18-2, in the L-profile leg of the primary sealing ring 18-1, which here points radially outwards.
  • the secondary sealing ring 18-2 is thus positively connected to the primary sealing ring 18-1 both radially inside and radially outside. This double positive connection prevents circumferential local radial migration and lifting of the secondary sealing ring 18-2 from the primary sealing ring 18-1 and thus higher displacement forces of the seal 18 and/or uncontrolled leakage at the sealing lip 26.
  • the double positive connection of the secondary sealing rings 18-2 to 23-2 with the primary sealing rings 18-1 to 23-1 can alternatively be replaced by a material connection produced, for example, in a 2K injection molding process, which is limited to the sealing area at the axial height of the then obsolete axial groove 29.
  • the number and shape of the projections 25 forming the coolant passage have a significant influence on the spring characteristic of the secondary sealing rings 18-2 to 23-2.
  • the secondary sealing rings 18-2 and 20-2 have eight projections 25 evenly distributed over their circumference, which project in a trapezoidal shape, essentially in a crenellated manner.
  • the (circumferential) width of the trapezoids is smaller than the gaps between them, which form the coolant passage.
  • Figures 14 to 16 show different views of the seal 19 on the outlet channel 11, which is identical in construction to the seal 22 on the outlet channel 14 and delimits a non-circular, but kidney-shaped flow cross-section.
  • the above statements apply accordingly to the profile cross-sections of the primary sealing ring 19-1 and the secondary sealing ring 19-2, with the L-profile leg of the primary sealing ring 19-1 directed radially inwards and the sealing lip 26 spread radially inwards.
  • the force-displacement diagram shown in Figure 17 illustrates the influence of the elastomer material and the projections 25 on the spring characteristic using the example of the secondary sealing ring 18-2.
  • the spring force F acting on the primary sealing ring 18-1 is shown over the axial deformation path s of the seal 18.
  • the influencing parameters listed in the legend are the Shore hardness of the secondary sealing ring material and the existence of the projections 25:
  • 'S 60 Z' designates the secondary sealing ring 18-2 shown at the top left of the diagram with the elastomer hardness 60 Shore A and eight projections 25.
  • the six spring characteristics show that the spring stiffness of the secondary sealing ring 18-2 is significantly influenced not only by the Shore hardness of the elastomer material, but also by the existence of the projections 25.
  • the smallest possible spring stiffness is preferable so that installation variations in the deformation path s caused by component tolerances are accompanied by the smallest possible variations in the spring force F: If, on the one hand, the spring force is too low due to insufficient elastic deformation, this can lead to undesirably high internal coolant leakage because the sealing contact between the primary sealing ring and the rotary valve is insufficient, especially since the sealing contact force is reduced by the frictional force of the sealing lip 26 of the secondary sealing ring 18-2 sealing with the housing 2.
  • the structural connection of the primary sealing ring 18-1 to 23-1 with the secondary sealing ring 18-2 to 23-2 also has a significant influence on the spring characteristic of the secondary sealing ring 18-2 to 23-2.
  • the axial clamping is intended to deform the secondary sealing ring 18-2 in a bulging manner, forming a radial gap 30 to the primary sealing ring 18-1, with the radial gap 30 increasing with the axial clamping, i.e. the deformation path s.
  • Figure 18 shows an alternative embodiment of a coolant regulator according to the invention.
  • the seal 18' is in sealing contact with the spherical zone 31 of a spherical layer-shaped rotary slide valve 4' (indicated here with a dashed line), with the contact surface 32 on the primary sealing ring 18-1 being correspondingly spherically shaped.

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Abstract

Vorgeschlagen ist ein Kühlmittelregler (1), umfassend ein Gehäuse (2) mit einem Kühlmittelraum (3) und einem darin mündenden Kühlmittelkanal (10 bis 15) und einen im Kühlmittelraum angeordneten Drehschieber (4) sowie eine Dichtung (18 bis 23) mit einem Primärdichtring (18-1 bis 23-1; 18 -1), der in Dichtkontakt mit dem Drehschieber federkraftbeaufschlagt ist, und einem Sekundärdichtring (18-2 bis 23-2), der unter elastischer Verformung zwischen dem Gehäuse und dem Primärdichtring axial eingespannt ist und die den Primärdichtring beaufschlagende Federkraft erzeugt und den Kühlmittelraum gegen den Kühlmittelkanal dichtet. Die Einspannung des Sekundärdichtrings gegen das Gehäuse soll für das Kühlmittel durchlässig sein, wobei der Kühlmitteldurchlass zu einer radial abgespreizten, umlaufenden und sich in Dichtkontakt mit dem Gehäuse befindlichen Dichtlippe (26) des Sekundärdichtrings führt.

Description

Kühlmittelrealer
Die Erfindung betrifft einen Kühlmittelregler, umfassend ein Gehäuse mit einem Kühlmittelraum und einem darin mündenden Kühlmittelkanal und einen im Kühlmittelraum angeordneten Drehschieber sowie eine Dichtung mit einem Primärdichtring, der in Dichtkontakt mit dem Drehschieber federkraftbeaufschlagt ist, und einem Sekundärdichtring, der unter elastischer Verformung zwischen dem Gehäuse und dem Primärdichtring axial eingespannt ist und die den Primärdichtring beaufschlagende Federkraft erzeugt und den Kühlmittelraum gegen den Kühlmittelkanal dichtet.
Kühlmittelregler finden beispielsweise Anwendung im Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine oder eines batterieelektrischen Antriebs eines Kraftfahrzeugs, wobei die Kühlmittelströme durch die jeweiligen Teilkreisläufe in Abhängigkeit der Drehschieberposition stufenlos oder gestuft einstellbar sind. Die Dichtwirkung im Dichtkontakt der Dichtung mit dem Drehschieber beruht typischerweise auf einer metallischen Formfeder, die meist als vorgespannte Wellfeder zwischen der Dichtung und dem Gehäuse eingespannt ist und die Dichtung gegen den Drehschieber andrückt.
Aus der Patentliteratur sind dazu alternative Ausführungen bekannt, bei denen auf eine separate Feder verzichtet und die Federkraft durch die elastische Verformung der Dichtung selbst erzeugt wird. Beispielhaft sind diesbezüglich die DE 10 2016 205 750 A1 mit einer einteiligen Dichtung, die gattungsgemäße EP 3 730 823 A1 mit einer zweiteiligen Dichtung und die DE 102020207 303 A1 mit einer dreiteiligen Dichtung genannt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kühlmittelregler der eingangs genannten Art mit einer verbesserten Dichtkonstruktion anzugeben.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Einspannung des Sekundärdichtrings gegen das Gehäuse für das Kühlmittel durchlässig ist, wobei der Kühlmitteldurchlass zu einer radial abgespreizten, umlaufenden und sich in Dichtkontakt mit dem Gehäuse befindlichen Dichtlippe des Sekundärdichtrings führt. Bei dieser Konstruktion wirkt der Druck des Kühlmittels unmittelbar auf die Dichtlippe und infolgedessen als Kontaktkraftverstärker im Dichtkontakt zwischen dem Sekundärdichtring und dem Gehäuse. Darüber hinaus wirkt der Kühlmitteldruck auch mittelbar, nämlich mittels des Sekundärdichtrings auf den Primärdichtring und infolgedessen auch als Kontaktkraftverstärker im Dichtkontakt zwischen dem Primärdichtring und dem Drehschieber. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgend erläuterten Zeichnung mit erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen. Sofern nicht anders erwähnt, sind dabei gleiche oder funktionsgleiche Bauteile oder Merkmale mit gleichen Bezugszahlen versehen. Es zeigen:
Figur 1 einen erfindungsgemäßen Kühlmittelregler in perspektivischer Draufsicht;
Figur 2 den Kühlmittelregler im Längsschnitt durch dessen Drehschieber;
Figur 3 einen vergrößerten Ausschnitt des Längsschnitts gemäß Figur 2;
Figur 4 eine perspektivische Draufsicht auf die Mündungen der Kühlmittelkanäle im Kühlmittelraum des Kühlmittelreglers;
Figur 5 einen der Einlasskanäle mit zugehöriger Dichtung gemäß Figur 4 in vergrößertem Längsschnitt;
Figur 6 einen der Auslasskanäle mit zugehöriger Dichtung gemäß Figur 4 in vergrößertem Längsschnitt;
Figur 7 die Dichtung gemäß Figur 5 in perspektivischer Draufsicht;
Figur 8 die Dichtung gemäß Figur 7 in perspektivischer Unteransicht;
Figur 9 die Dichtung gemäß Figur 7 im Längsschnitt;
Figur 10 den Primärdichtring der Dichtung gemäß Figur 7 perspektivischer Draufsicht;
Figur 11 den Primärdichtring der Dichtung gemäß Figur 7 perspektivischer Unteransicht;
Figur 12 den Sekundärdichtring der Dichtung gemäß Figur 7 perspektivischer Draufsicht; Figur 13 den Sekundärdichtring der Dichtung gemäß Figur 7 perspektivischer Unteransicht;
Figur 14 die Dichtung gemäß Figur 6 in perspektivischer Draufsicht;
Figur 15 die Dichtung gemäß Figur 14 im Längsschnitt;
Figur 16 die Dichtung gemäß Figur 14 in perspektivischer Unteransicht;
Figur 17 ein Kraft- Weg-Diagramm mit verschiedenen Geometrien und Elastomer-Härten eines der Sekundärdichtringe als Parameter;
Figur 18 einen erfindungsgemäßen Dichtring für einen sphärischen Drehschieber.
Die Figuren 1 und 2 zeigen einen Kühlmittelregler 1 eines mehrere Teilkreisläufe umfassenden Kühlkreislaufs eines batterieelektrischen Fahrzeugs in perspektivischer Darstellung bzw. im Längsschnitt. Der Kühlmittelregler 1 umfasst ein Gehäuse 2 mit einem Kühlmittelraum 3 und einen darin angeordneten Drehschieber 4 mit einem Antriebszapfen 5, der über ein Übersetzungsgetriebe 6 von einem Elektromotor 7 in diskrete Positionen verdreht wird. Der Kühlmittelregler 1 umfasst ferner zwei elektrische Kühlmittelpumpen 8 und 9, die das Kühlmittel durch die Teilkreisläufe fördern. Je nach Drehposition des Drehschiebers 4 sind die Teilkreisläufe entweder voneinander getrennt oder miteinander verbunden.
Wie es in Zusammenschau mit den Figuren 3 bis 6 deutlich wird, verlaufen im Gehäuse 2 Kühlmittelkanäle 10 bis 15, die im Kühlmittelraum 3 münden und die der Drehschieber 4 in Abhängigkeit seiner momentanen Drehposition entweder über Verbindungskanäle 16, 17 miteinander verbindet oder voneinander trennt. Bei den Kühlmittelkanälen 10, 12, 13 und 15 handelt es sich um Einlasskanäle, durch die das Kühlmittel gemäß der in Figur 4 eingezeichneten Durchflusspfeile zum Drehschieber 4 hinfließt. Bei den Kühlmittelkanälen 11 und 14 handelt es sich dementsprechend um Auslasskanäle, durch die das Kühlmittel vom Drehschieber 4 wegfließt. Die Mündungen der Kühlmittelkanäle 10 bis 15 sind mit Dichtungen 18 bis 23 versehen, die sich zum einen in Dichtkontakt mit einer im vorliegenden Ausführungsbeispiel ebenen Stirnfläche 24 des Drehschiebers 4 befinden und zum anderen den Kühlmittelraum 3 gegen die Kühlmittelkanäle 10 bis 15 dichten. Die Dichtungen 18 bis 23 sind jeweils zweiteilig ausgeführt und aus einem Primärdichtring 18-1 bis 23-1 und einem Sekundärdichtring 18-2 bis 23-2 zusammengesetzt. Jeder Sekundärdichtring 18-2 bis 23-2 ist unter elastischer Verformung zwischen dem Gehäuse 2 und dem an der Stirnfläche 24 des Drehschiebers 4 anliegenden Primärdichtring 18-1 bis 23-1 axial eingespannt und erzeugt dabei eine Federkraft, die den zugehörigen Primärdichtring 18-1 bis 23-1 in Dichtkontakt mit dem Drehschieber 4 federkraftbeaufschlagt. Eine dazu separate Feder, wie beispielsweise eine metallische Wellfeder, existiert zugunsten vergleichsweise geringer Bauteil- und Montagekosten und zugunsten eines entsprechend kleineren Bauraumbedarfs der Dichtungen 18 bis 23 nicht.
Die Primärdichtringe 18-1 bis 23-1 bestehen jeweils aus einem thermoplastischen Werkstoff und vorliegend aus Polyoxymethylen, kurz POM, oder alternativ aus Polyvinyliden- fluorid, kurz PVDF. Alternativ können die Primärdichtringe 18-1 bis 23-1 aus einem Duroplast bestehen. Die Sekundärdichtringe 18-2 bis 23-2 bestehen jeweils aus einem elasto- meren Werkstoff (incl. thermoplastischer Elastomere) und vorliegend aus Ethylen- Propylen-Dien-Kautschuk, kurz EPDM. Die Primärdichtringe 18-1 bis 23-1 und die Sekundärdichtringe 18-2 bis 23-2 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel separat voneinander hergestellt und anschließend - durch bloßes Aufeinanderstecken - trennbar miteinander gefügt. Alternativ ist es auch möglich, die Dichtungen in einem Zweikomponenten- Spritzgussverfahren herzustellen, wobei die Komponenten unter Berücksichtigung der erforderlichen elastischen Verformbarkeit der Sekundärdichtringe 18-2 bis 23-2 lokal stoffschlüssig miteinander verbunden sein können.
Wie es die Figuren 5 und 6 am Beispiel der Dichtung 18 am Einlasskanal 10 bzw. am Beispiel der Dichtung 19 am Auslasskanal 11 veranschaulichen, ist die Einspannung jedes Sekundärdichtrings 18-2 bis 23-2 gegen das Gehäuse 2 für das Kühlmittel durchlässig. Der Kühlmitteldurchlass verläuft jeweils zwischen einer Vielzahl von Vorsprüngen 25 auf einem gehäuseseitigen Endabschnitt des Sekundärdichtrings 18-2 bis 23-2 und führt zu einer umlaufenden und sich in Dichtkontakt mit dem Gehäuse 2 befindlichen Dichtlippe 26 des Sekundärdichtrings 18-2 bis 23-2. Der Kühlmitteldurchlass kann optional oder alternativ durch eine Gehäuseausnehmung (nicht dargestellt) im Bereich des gehäuseseitigen Endabschnitts des Sekundärdichtrings 18-2 bis 23-2 gebildet sein.
Im Falle der Einlasskanäle 10, 12, 13 und 15 umschließt jeweils der Sekundärdichtring 18-2 bis 23-2 dichtend den Primärdichtring 18-1 bis 23-1 , wobei die Dichtlippe 26 radial auswärts abgespreizt und mit einer Innenmantelfläche 27 des Einlasskanals 10, 12, 13 oder 15 in Dichtkontakt ist. Im Falle der Auslasskanäle 11 und 14 umschließt jeweils der Primärdichtring 18-1 bis 23-1 dichtend den Sekundärdichtring 18-2 bis 23-2, wobei die Dichtlippe 26 radial einwärts abgespreizt und mit einer Außenmantelfläche 28 des Auslasskanals 11 oder 14 in Dichtkontakt ist. Der in den Einlasskanälen 10, 12, 13 und 15 vorliegende Überdruck des Kühlmittels und der in den Auslasskanälen 11 und 14 vorliegende Unterdrück des Kühlmittels bewirken jeweils via Kühlmitteldurchlass eine Druckbeaufschlagung der Dichtlippe 26 von dem unter Überdruck stehenden Kühlmittel, so dass die radiale Druckkomponente die Dichtkontaktkraft zwischen der Dichtlippe 26 und dem Gehäuse 2 verstärkt. Gleichzeitig resultiert die axiale Druckkomponente in einer die Federkraft des Sekundärdichtrings 18-2 bis 23-2 übersteigenden Dichtkontaktkraft zwischen dem Primärdichtring 18-1 bis 23-1 und dem Drehschieber 4. Von den Sekundärdichtringen 18-2 bis 23-2 sind lediglich die Sekundärdichtringe 18-2 und 19-2 in den Figuren sichtbar und mit deren Bezugszahlen versehen.
Die Figuren 7 bis 9 zeigen die Dichtung 18, die Figuren 10 und 11 deren Primärdichtring 18-1 und die Figuren 12 und 13 deren Sekundärdichtring 18-2. Die Dichtung 18 ist mit der Dichtung 20 baugleich und begrenzt einen kreisförmigen Durchflussquerschnitt. Der Primärdichtring 18-1 hat - wie alle Primärdichtringe 18-1 bis 23-1 - einen im wesentlichen L- förmigen Profilquerschnitt, und der Sekundärdichtring 18-2 hat - wie alle Sekundärdichtringe 18-2 bis 23-2 - einen im wesentlichen Y-förmigen Profilquerschnitt. Der Y-förmige Profilquerschnitt steht mit dem gehäuseseitigen Endabschnitt gegenüber dem L-förmigen Profilquerschnitt über und hat axial gegenüberliegend einen primärdichtringseitigen Endabschnitt, der in einer die Federkraft des Sekundärdichtrings 18-2 aufnehmenden Axialnut 29 in dem hier radial auswärts gerichteten L-Profilschenkel des Primärdichtrings 18-1 dichtend eingefasst ist. Damit ist der Sekundärdichtring 18-2 sowohl radial innen als auch radial außen formschlüssig mit dem Primärdichtring 18-1 verbunden. Dieser doppelte Formschluss verhindert ein umfänglich lokales radiales Auswandern und Abheben des Sekundärdichtrings 18-2 vom Primärdichtring 18-1 und damit höhere Verschiebekräfte der Dichtung 18 und/oder unkontrollierte Leckage an der Dichtlippe 26.
Die doppelte Formschlussverbindung der Sekundärdichtringe 18-2 bis 23-2 mit den Primärdichtringen 18-1 bis 23-1 kann alternativ durch eine bspw. in einem 2K- Spritzgussverfahren erzeugte Stoffschlussverbindung ersetzt werden, die sich etwa auf den Dichtungsbereich in axialer Höhe der dann obsoleten Axialnut 29 beschränkt.
Wie es weiter unten anhand von Figur 17 noch näher erläutert wird, haben neben dem Elastomerwerkstoff die Anzahl und die Form der den Kühlmitteldurchlass bildenden Vorsprünge 25 einen signifikanten Einfluss auf die Federkennlinie der Sekundärdichtringe 18- 2 bis 23-2. Die Sekundärdichtringe 18-2 und 20-2 haben vorliegend acht über deren Umfang gleichmäßig verteilte Vorsprünge 25, die mit Trapezform im wesentlichen zinnenförmig vorspringen. Die (umfängliche) Breite der Trapeze ist kleiner als die dazwischen liegenden Lücken, die den Kühlmitteldurchlass bilden.
Die Figuren 14 bis 16 zeigen verschiedene Ansichten der Dichtung 19 am Auslasskanal 11, die mit der Dichtung 22 am Auslasskanal 14 baugleich ist und einen nichtkreisförmigen, sondern nierenförmigen Durchflussquerschnitt begrenzt. Für die Profilquerschnitte des Primärdichtrings 19-1 und des Sekundärdichtrings 19-2 gelten die vorstehenden Ausführungen entsprechend, wobei der L-Profilschenkel des Primärdichtrings 19-1 radial einwärts gerichtet ist und die Dichtlippe 26 radial einwärts abgespreizt ist.
Das in Figur 17 dargestellte Kraft-Weg-Diagramm veranschaulicht den Einfluss des elastomeren Werkstoffs und der Vorsprünge 25 auf die Federkennlinie am Beispiel des Sekundärdichtrings 18-2. Dargestellt ist die den Primärdichtring 18-1 beaufschlagende Federkraft F über dem axialen Verformungsweg s der Dichtung 18. Die in der Legende gelisteten Einflussparameter sind die Shore-Härte des Sekundärdichtringwerkstoffs und die Existenz der Vorsprünge 25: Beispielsweise kennzeichnet 'S 60 Z' den oben links im Diagramm dargestellten Sekundärdichtring 18-2 mit der Elastomerhärte 60 Shore A und acht Vorsprüngen 25. Die mit 'S 50', 'S 60' und 'S70', d.h. ohne den Zusatz Z bezeichneten Sekundärdichtringe haben demgegenüber keine Vorsprünge am gehäuseseitigen Endabschnitt.
Die sechs Federkennlinien verdeutlichen, dass die Federsteifigkeit des Sekundärdichtrings 18-2 nicht nur durch die Shore-Härte des Elastomerwerkstoffs, sondern auch durch die Existenz der Vorsprünge 25 erheblich beeinflusst wird. Quantitativ ist eine möglichst kleine Federsteifigkeit zu bevorzugen, damit durch Bauteiltoleranzen bedingte Einbaustreuungen des Verformungswegs s mit möglichst kleinen Streuungen der Federkraft F einhergehen: Falls einerseits die Federkraft infolge unzureichender elastischer Verformung zu gering ist, kann es zu unerwünscht hoher innerer Kühlmittelleckage dadurch kommen, dass der Dichtkontakt zwischen dem Primärdichtring und dem Drehschieber unzureichend ist, zumal die Dichtkontaktkraft um die Reibkraft der mit dem Gehäuse 2 dichtenden Dichtlippe 26 des Sekundärdichtrings 18-2 reduziert ist. Falls andererseits die Federkraft zu hoch ist, ist reibkraftbedingt ein übermäßiges Drehmoment zum Verdrehen des Drehschiebers 4 und infolgedessen ein stärkerer und teurer Elektromotor 7 erforderlich. Außerdem ist dann mit erhöhtem Verschleiß im Dichtkontakt des Primärdichtrings 18- 1 zum Drehschieber 4 zu rechnen. Die Forderung nach einer möglichst flachen Federkennlinie führte vorliegend zu einem bevorzugten Sekundärdichtringdesign mit der Elastomerhärte 50 Shore A und den acht Vorsprüngen 25.
Die konstruktive Verbindung des Primärdichtrings 18-1 bis 23-1 mit dem Sekundärdichtring 18-2 bis 23-2 hat ebenfalls einen signifikanten Einfluss auf die Federkennlinie des Sekundärdichtrings 18-2 bis 23-2. Wie es anhand der drei Querschnittsdarstellungen oberhalb der Federkennlinien beispielhaft für die Dichtung 18 dargestellt ist, soll die axiale Einspannung den Sekundärdichtring 18-2 unter Bildung eines Radialspalts 30 zum Primärdichtring 18-1 bauchig verformen, wobei sich der Radialspalt 30 mit der axialen Einspannung, d.h. dem Verformungsweg s vergrößert.
Figur 18 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kühlmittelreglers. Bei dieser Ausführung befindet sich die Dichtung 18' mit der Kugelzone 31 eines (hier mit gestrichelter Linie angedeuteten) kugelschichtförmigen Drehschiebers 4' im Dichtkontakt, wobei die Kontaktfläche 32 am Primärdichtring 18 -1 entsprechend sphärisch geformt ist.

Claims

Patentansprüche
1. Kühlmittelregler (1), umfassend ein Gehäuse (2) mit einem Kühlmittelraum (3) und einem darin mündenden Kühlmittelkanal (10 bis 15) und einen im Kühlmittelraum (3) angeordneten Drehschieber (4) sowie eine Dichtung (18 bis 23) mit einem Primärdichtring (18-1 bis 23-1; 18 -1), der in Dichtkontakt mit dem Drehschieber (4) federkraftbeaufschlagt ist, und einem Sekundärdichtring (18-2 bis 23-2), der unter elastischer Verformung zwischen dem Gehäuse (2) und dem Primärdichtring (18-1 bis 23- 1 ; 18 -1) axial eingespannt ist und die den Primärdichtring (18-1 bis 23-1; 18 -1) beaufschlagende Federkraft erzeugt und den Kühlmittelraum (3) gegen den Kühlmittelkanal (10 bis 15) dichtet, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspannung des Sekundärdichtrings (18-2 bis 23-2) gegen das Gehäuse (2) für das Kühlmittel durchlässig ist, wobei der Kühlmitteldurchlass zu einer radial abgespreizten, umlaufenden und sich in Dichtkontakt mit dem Gehäuse (2) befindlichen Dichtlippe (26) des Sekundärdichtrings (18-2 bis 23-2) führt.
2. Kühlmittelregler (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmitteldurchlass zwischen Vorsprüngen (25) auf einem gehäuseseitigen Endabschnitt des Sekundärdichtrings (18-2 bis 23-2) verläuft.
3. Kühlmittelregler (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Einspannung den Sekundärdichtring (18-2 bis 23-2) unter Bildung eines Radialspalts (30) zum Primärdichtring (18-1 bis 23-1; 18 -1) bauchig verformt, wobei sich der Radialspalt (30) mit der axialen Einspannung vergrößert.
4. Kühlmittelregler (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundärdichtring (18-2 bis 23-2) sowohl radial innen als auch radial außen formschlüssig mit dem Primärdichtring (18-1 bis 23-1 ; 18 -1) verbunden ist.
5. Kühlmittelregler (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein primärdichtringseitiger Endabschnitt des Sekundärdichtrings (18-2 bis 23-2) in einer Axialnut (29) des Primärdichtrings (18-1 bis 23-1; 18 -1) aufgenommen ist.
6. Kühlmittelregler (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Primärdichtring (18-1 bis 23-1 ; 18 -1) aus einem thermoplasti- sehen Werkstoff besteht und dass der Sekundärdichtring (18-2 bis 23-2) aus einem elastomeren Werkstoff besteht.
7. Kühlmittelregler (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelkanal (10, 12, 13, 15) ein Einlasskanal ist, durch den das Kühlmittel zum Drehschieber (4) hinfließt, wobei der Sekundärdichtring (18-2, 20-2, 21-2, 23- 2) den Primärdichtring (18-1 , 20-1, 21-1, 23-1) umschließt und die Dichtlippe (26) radial auswärts abgespreizt und mit einer Innenmantelfläche (27) des Einlasskanals in Dichtkontakt ist.
8. Kühlmittelregler (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelkanal (11, 14) ein Auslasskanal ist, durch den das Kühlmittel vom Drehschieber (4) wegfließt, wobei der Primärdichtring (19-1 , 22-1) den Sekundärdichtring (19-2, 22-2) umschließt und die Dichtlippe (26) radial einwärts abgespreizt und mit einer Außenmantelfläche (28) des Auslasskanals in Dichtkontakt ist.
9. Kühlmittelregler (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen L-förmigen Profilquerschnitt des Primärdichtrings (18-1 bis 23-1; 18 -1) und einen Y-förmigen Profilquerschnitt des Sekundärdichtrings (18-2 bis 23-2).
10. Kühlmittelregler (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (19, 21, 22, 23) einen nicht-kreisförmigen Durchflussquerschnitt begrenzt.
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3357679A (en) * 1963-10-31 1967-12-12 Acf Ind Inc Multi-material elastomer seal
DE102016205750A1 (de) 2015-04-30 2016-11-03 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Axial vorgespanntes Dichtungselement
EP3730823A1 (de) 2019-04-24 2020-10-28 Vitesco Technologies GmbH Dichtelement und fluidventil
DE102020207303A1 (de) 2019-06-12 2020-12-17 Vitesco Technologies USA, LLC Kühlmittelströmungssteuerungsmodul
KR20220150727A (ko) * 2021-05-04 2022-11-11 주식회사 엔티엠 멀티웨이밸브 장치
KR20230055705A (ko) * 2021-10-19 2023-04-26 지엠비코리아 주식회사 밸브 장치

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4290581A (en) * 1979-09-21 1981-09-22 Acf Industries, Incorporated Seat assembly for ball valves
DE102016116361B3 (de) * 2016-05-03 2017-06-29 Borgwarner Ludwigsburg Gmbh Steuervorrichtung für den Kühlmittelfluss in einem Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine
US11280414B2 (en) * 2020-07-27 2022-03-22 Hanon Systems Plug valve hard seals on cylinder wall

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3357679A (en) * 1963-10-31 1967-12-12 Acf Ind Inc Multi-material elastomer seal
DE102016205750A1 (de) 2015-04-30 2016-11-03 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Axial vorgespanntes Dichtungselement
EP3730823A1 (de) 2019-04-24 2020-10-28 Vitesco Technologies GmbH Dichtelement und fluidventil
DE102020207303A1 (de) 2019-06-12 2020-12-17 Vitesco Technologies USA, LLC Kühlmittelströmungssteuerungsmodul
KR20220150727A (ko) * 2021-05-04 2022-11-11 주식회사 엔티엠 멀티웨이밸브 장치
KR20230055705A (ko) * 2021-10-19 2023-04-26 지엠비코리아 주식회사 밸브 장치

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