Die Erfindung betrifft ein Kühlmittelventil für ein Kraftfahrzeug mit einem Gehäuse, das einen axialen Einlass und einen radialen Auslass aufweist, einem Durchströmungsquerschnitt, der zwischen dem Einlass und dem Auslass ausgebildet ist und von einem Ventilsitz umgeben ist, einem Regelkörper, der mittels eines Aktors auf den Ventilsitz absetzbar und vom Ventilsitz abhebbar ist und Durchgangsbohrungen im Regelkörper, über die der Einlass stetig mit einem Raum an der dem Einlass abgewandten Seite des Regelkörpers verbunden ist.

Es sind insbesondere bei Anwendungen im gasführenden Bereich druckausgeglichene Ventile bekannt, bei denen durch den Druckausgleich insbesondere die Schaltzeiten deutlich verringert werden können. Zu nennen sind hier beispielsweise Schubumluftventile für Turbolader in Kraftfahrzeugen. Ein solches Schubumluftventil wird beispielsweise in der DE 10 2012 010 140 Al beschrieben. Hierbei dienen im geschlossenen Zustand des Ventils die Durchgangsbohrungen im Regelkörper dem Druckausgleich zwischen der dem Ventilsitz zugewandten und der dem Ventilsitz abgewandten Seite des Regelkörpers. Auf diese Weise wird ein ungewolltes Öffnen des Ventils im Falle eines erhöhten Totaldrucks im Einlassstutzen der Ventilvorrichtung verhindert und eine Unempfindlichkeit bei Pulsationen erreicht.

Kühlmittelabsperrventile mit einem derartigen Druckausgleich sind bislang nicht bekannt. Ein Grund hierfür ist auch, dass ein mit Verunreinigungen wie beispielsweise Partikeln beladener Medienstrom, wie ein Kühlmittelstrom bei derartigen Ventilen durch die Bohrungen des Regelkörpers in den Raum hinter den Bohrungen gelangen kann, wo sich die Verunreinigungen ablagern können. Schreitet ein solcher Prozess voran, können sowohl die Bohrungen verstopfen und die Druckausgleichsfunktion des Regelkörpers versagen als auch eine Schwergängigkeit des Ventils folgen, wenn sich Partikel im Gleitbereich zwischen der Führungshülse und den beweglichen Ventilteilen absetzen oder der Raum zu stark mit Partikeln gefüllt wird.

So wird in der DE 10 2016 112 409 Al ein axial durchströmbares Kühlmittelventil vorgeschlagen, bei dem aufgrund der Partikelbelastung des Kühlmittelstroms am Auslassstutzen eine Axialnut ausgebildet ist, die zum Gehäuse offen ausgebildet ist, um eine Schmutztasche zu bilden, in der sich die Schmutzstoffe aus dem Kühlmittel sammeln können. Durch eine derartig angeordnete Axialnut kann jedoch eine Fehlfunktion der Druckausgleichsbohrungen nicht verhindert werden.

Bei den bekannten Ausführungen besteht entsprechend Nachteil, dass ein Absetzen von Verunreinigungen in den Durchgangsbohrungen oder im Raum hinter dem Regelkörper nicht zuverlässig reduziert werden kann. Flierdurch ist die Druckausgleichsfunktion und korrekte Funktionsfähigkeit des Regelkörpers gefährdet.

Es stellt sich daher die Aufgabe, ein robustes und kostengünstiges Kühlmittelventil zu schaffen, dessen Funktionsfähigkeit, insbesondere die Druckausgleichsfunktion und Beweglichkeit des Regelkörpers zuverlässig aufrechterhalten wird.

Diese Aufgabe wird durch eine Ventilvorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs 1 gelöst. Dadurch, dass der Regelkörper einen ersten ringförmigen Vorsprung aufweist, der sich axial in Richtung des Ventilsitzes erstreckt und mit dem der Regelkörper auf den Ventilsitz aufsetzbar ist und am Regelkörper eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Axialnut ausgebildet ist, die nach außen durch den ersten ringförmigen Vorsprung und nach radial innen durch eine Wand radial zwischen dem ersten ringförmigen Vorsprung und den Durchgangsbohrungen begrenzt ist, wird ein Einströmen von Verunreinigungen im Kühlmittel in die Durchgangsbohrungen und damit in den Raum an der zum Einlass entgegengesetzten Seite des Regelkörpers deutlich reduziert. Die Axialnut wirkt dabei als Schmutzfänger, der verhindert, dass die Schmutzpartikel von radial außerhalb der Durchgangsbohrungen in Richtung der Durchgangsbohrungen strömen Durch diese Anordnung gelangen deutlich weniger Partikel in den Raum hinter dem Regelkörper und damit in den Gleitbereich des Ankers, so dass die Funktionalität des Ventils über einen längeren Zeitraum sichergestellt wird. Vorzugsweise ist die Wand durch einen zweiten ringförmigen Vorsprung gebildet, der radial innerhalb des ersten ringförmigen Vorsprungs ausgebildet ist und die Axialnut ringförmig zwischen dem ersten ringförmigen Vorsprung und dem zweiten ringförmigen Vorsprung ausgebildet ist. Entsprechend erstreckt die Wand sich über den gesamten Umfang, so dass auch ein Ausströmen der Partikel aus der Axialnut in Umfangsrichtung ausgeschlossen wird, denn diese Partikel könnten andernfalls gegebenenfalls erneut in Richtung der Durchgangsbohrungen umgelenkt werden. Durch diese Ausführung findet in der Axialnut immer eine Hauptströmung statt, die von den Durchgangsbohrungen weg gerichtet ist. Entsprechend kann die in den Raum gelangende Partikelmenge zusätzlich reduziert werden.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der zweite ringförmige Vorsprung konzentrisch zum ersten ringförmigen Vorsprung angeordnet ist, da auf diese Weise durch die Form verursachte Druckunterschiede in der Axialnut vermieden werden, die zu ungewollten Strömungen in Richtung der Durchgangsbohrungen führen könnten. In einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich die die Axialnut begrenzende Wand axial. Hierdurch wird sichergestellt, dass die

Hauptströmung aus der Axialnut keine Komponente in Richtung der Durchgangsbohrungen aufweist und somit der Partikelstrom zur Regelkörperrückseite reduziert wird.

In einer weiteren bevorzugten Ausbildung der Erfindung ist der Einlass durch einen axialen Einlassstutzen gebildet, dessen Innendurchmesser größer oder gleich einem Innendurchmesser des zweiten ringförmigen Vorsprungs ist und der konzentrisch zum zweiten ringförmigen Vorsprung angeordnet ist. Beim Öffnen des Ventils entsteht ein Druckabfall zwischen dem ersten ringförmigen Vorsprung und Ventilsitz, wodurch eine

Strömung in diesen Spalt verursacht wird. Die entstehende Strömung wird durch die Anordnung des zweiten ringförmigen Vorsprungs im weiter innen liegenden Bereich nicht beeinflusst, da dieser nicht im

Strömungsweg liegt oder sogar ein Druckgefälle am zweiten ringförmigen Vorsprung gebildet wird. Somit wird eine Strömung im radial inneren Bereich des zweiten ringförmigen Vorsprungs und damit ein Einströmen in die Durchgangsbohrungen weitestgehend vermieden.

Ein solcher Aufbau eines Druckabfalls am zweiten ringförmigen Vorsprung wird auch dadurch verhindert, dass im geschlossenen Zustand des Kühlmittelventils, in dem der Regelkörper mit seinem ersten ringförmigen Vorsprung auf dem Ventilsitz aufliegt, die die Axialnut nach radial innen begrenzende Wand einen axialen Abstand zum Ventilsitz aufweist beziehungsweise dadurch, dass die axiale Erstreckung der die Axialnut nach radial innen begrenzenden Wand kleiner ist als die axiale Erstreckung des ersten ringförmigen Vorsprungs. Entsprechend wird eine Beeinflussung der Abströmung durch den Spalt zwischen Ventilsitz und Regelkörper auch dann vermieden, wenn der zweite ringförmige Vorsprung relativ weit radial außen angesetzt wird. In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist am Regelkörper an der zum Einlass weisenden Seite des Regelkörpers ein

Partikelschutzschirm ausgebildet, wobei eine Projektionsfläche des Partikelschutzschirms in Axialrichtung auf den Regelkörper zum Partikelschutzschirm weisende Enden der Durchgangsbohrungen im Regelkörper zumindest teilweise überdeckt, und wobei die die Axialnut nach radial innen begrenzende Wand einen größeren Durchmesser aufweist als der Partikelschutzschirm. Durch diesen Partikelschutzschirm wird die in den Raum, der an der zum Einlass entgegengesetzten Seite des Regelkörpers im Gehäuse ausgebildet ist, einströmende Partikelmenge deutlich reduziert, da ein gerades Einströmen durch die

Durchströmungsöffnungen weitestgehend verhindert wird. Entsprechend wird der benötigte Strömungswiderstand für die Partikel, um an die Rückseite des Regelkörpers zu gelangen, deutlich erhöht. Entsprechend wird die Funktionsfähigkeit des Kühlmittelventils noch länger aufrechterhalten.

In einer weiterführenden Ausführungsform überdeckt die Projektionsfläche des Partikelschutzschirms in Axialrichtung auf die zum

Partikelschutzschirm weisenden Enden der Durchgangsbohrungen im Regelkörper zumindest 90% der Enden der Durchgangsbohrungen, wobei ein Einströmspalt als fluidische Verbindung des Einlasses zu den Durchgangsbohrungen radial zwischen dem Partikelschutzschirm und der die Axialnut nach radial innen begrenzenden Wand ausgebildet ist. Eine solche Überdeckung erzeugt eine beinahe zwangsweise Umlenkung, wenn ein Partikel vom Einlass zur Rückseite des Regelkörpers in den Raum strömen soll. Entsprechend wird eine deutliche Reduktion der in den Raum gelangenden Partikel erzielt.

Vorzugsweise weist der Partikelschutzschirm eine rotationssymmetrische Anströmfläche auf, welche sich in der axialen Ausdehnung stetig vom Zentrum nach radial außen reduziert. Es wird entsprechend eine Umlenkung der Strömung entlang der Fläche von der Mitte nach radial außen erzeugt, so dass die Strömung zum Auslass geleitet wird. Auf diese Weise wird der Druckabfall verringert und eine direkte Anströmung der Durchgangsbohrungen reduziert.

Dabei erstreckt sich die Anströmfläche des Partikelschutzschirms vom Zentrum nach radial außen konkav, so dass die axiale Anströmung allmählich in eine radiale Abströmung umgewandelt wird und somit die axiale Einströmung in die Durchgangsbohrungen reduziert wird. Entsprechend gelangen insbesondere schwerere Schmutzpartikel nicht an die Regelkörperrückseite.

Vorzugsweise ragt eine Tangente an eine radiale Außenkante der Anströmfläche des Partikelschutzschirms im geöffneten Zustand des Kühlmittelventils, in dem der Regelkörper vom Ventilsitz abgehoben ist, zwischen den Ventilsitz und den ersten ringförmigen Vorsprung, wodurch die Partikel in den Spalt zwischen Ventilsitz und Regelkörper gleitet werden und somit an der Axialnut vorbeigeleitet werden. Zum Einströmen in die Durchgangsbohrungen muss entsprechend eine 90°Umlenkung erfolgen.

Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn der Aktor ein elektromagnetischer Aktor mit einem Anker ist, der mit dem Regelkörper eine Bewegungseinheit bildet, die im geschlossenen Zustand des Kühlmittelventils auf der dem Einlass zugewandten Seite die gleiche in Axialrichtung druckwirksame Fläche aufweist wie auf der dem Einlass abgewandten Seite der Bewegungseinheit. Entsprechend findet nicht nur ein Druckausgleich über die Durchgangsbohrungen an der Bewegungseinheit statt, sondern auch ein Kraftausgleich, so dass auf die Bewegungseinheit nur die Kraft des Aktors wirkt. Erin derartiges Ventil ist gegen Druckschwankungen unempfindlich und mit exakten Betätigungskräften bewegbar, so dass ein relativ kleiner Aktor verwendet werden kann.

Es wird somit ein robustes Kühlmittelventil geschaffen, das einfach und kostengünstig zu fertigen ist und dabei unempfindlich gegenüber im Kühlmittel vorhandene Schmutzstoffe und Partikel ist. Entsprechend wird die Funktionsfähigkeit des Kühlmittelventils über einen langen Zeitraum zuverlässig aufrechterhalten, da ein Einströmen der Partikel in die Durchgangsbohrungen und damit zu der vom Einlass abgewandten Seite des Regelkörpers weitestgehend vermeiden wird. Somit gelangen wenige Partikel in den Gleitbereich zwischen Anker und Gleitbuchse. Zusätzlich wird die Druckausgleichsfunktion und somit zuverlässige Schaltbarkeit des Kühlmittelventils auch bei Druckschwankungen aufrechterhalten, indem die Durchgangsbohrungen des Regelkörpers vor Verstopfung bewahrt werden.

Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kühlmittelventils ist in den Figuren dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Figur 1 zeigt eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Kühlmittelventils in geschnittener Darstellung.

Figur 2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Regelkörpers des erfindungsgemäßen Kühlmittelventils aus Figur 1 in geschnittener Darstellung.

Das in Figur 1 dargestellte Kühlmittelventil besteht aus einem Gehäuse 10, welches zweiteilig ausgeführt ist und ein Strömungsgehäuse 12 mit einem darin ausgebildeten Strömungskanal 14 und ein am Strömungsgehäuse 12 befestigtes Aktorgehäuse 16 aufweist, in dem ein elektromagnetischer Aktor 18 angeordnet ist. Der elektromagnetische Aktor 18 weist einen elektromagnetischen Kreis auf, der aus einer Spule 20, die auf einen Spulenträger 22 gewickelt ist und über einen Stecker 24 bestrombar ist, sowie einem magnetisierbaren Kern 26, Rückschusselementen 28, einem Joch 30 und einem beweglichen Anker 32 besteht. Bei Bestromung der Spule 20 wird der Anker 32 in bekannter Weise durch die entstehenden magnetischen Kräfte in Richtung des Kerns 26 bewegt.

Der Anker 32 bildet mit einem Regelkörper 34 eine Bewegungseinheit 35, indem der Anker 32 mit dem Regelkörper 34 über ein Koppelglied 36 verbunden wird, welches einteilig mit dem Regelkörper 34 ausgebildet ist und sich in eine Bohrung des Ankers 32 erstreckt und in der Bohrung am Anker 32 befestigt ist. Über eine Feder 38 wird die Bewegungseinheit 35 in einer vom Kern 26 weg weisenden Richtung belastet, wodurch der Regelkörper 34 mit einem radial äußeren und axial zum Ventilsitz ragenden ersten ringförmigen Vorsprung 39 auf einen Ventilsitz 40 gedrückt wird, der im Strömungsgehäuse 12 zwischen einem axialen Einlass 42 und einem radialen Auslass 44 ausgebildet ist, so dass ein Durchströmungsquerschnitt des Strömungskanals 14 verschlossen wird. Bei Bestromung der Spule 20 übersteigt die magnetische Kraft die Kraft der Feder 38, wodurch der erste ringförmige Vorsprung 39 des Regelkörpers 34 vom Ventilsitz 40 abgehoben wird und somit den Durchströmungsquerschnitt freigibt. Der Anker 32 ist in einer Hülse 46 geführt, in der auch der Kern 26 befestigt ist und die sich radial im Innern des Aktors 18 bis in einen Gehäusevorsprung 48 des Aktorgehäuses 16 erstreckt, der sich axial in das Strömungsgehäuse 12 erstreckt. Zwischen diesem Gehäusevorsprung 48 und einem Endbereich der Hülse 46 ist ein O-Ring 50 angeordnet, über den der radial äußere Bereich der Hülse 46 gegenüber dem geförderten Kühlmittel abgedichtet wird, so dass kein Kühlmittel zur Spule 20 gelangen kann. Des Weiteren begrenzt die Hülse 46 einen Raum 52, der an einer vom Einlass 42 abgewandten Seite des Regelkörpers 34 beziehungsweise der Bewegungseinheit 35 gebildet wird und der gegenüber dem Auslass 44 mittels eines Lippendichtringes 54, dessen geschlossene Seite zum Auslass 44 weist, abgedichtet wird. Der Lippendichtring 54 wird mit dem Regelkörper 34 bewegt und ist über seinen inneren Schenkel 56 in einer Radialnut 58 des Regelkörpers 34 befestigt und liegt mit seinem äußeren Schenkel 59 gegen die Hülse 46 an. Axial liegt der Lippendichtring 54 mit seiner geschlossenen Seite auf einer Auflagefläche 60 des Regelkörpers 34 auf, die als umlaufender radialer Vorsprung am Regelkörper 34 ausgebildet ist.

Der Raum 52 ist über im Regelkörper 34 ausgebildete Durchgangsbohrungen 62 kontinuierlich mit dem Einlass 42 verbunden, wodurch die Bewegungseinheit 35 druckausgeglichen ist. Da zusätzlich die Fläche an der vom Einlass 42 entfernten Seite, auf die der Druck wirkt, auch der Fläche des Regelkörpers 34 radial innerhalb des ersten ringförmigen Vorsprungs 39 entspricht, besteht auch ein Kräftegleichgewicht bezüglich der hydraulischen Kräfte. Entsprechend ist der Regelkörper 34 ausschließlich in Abhängigkeit der Federkraft und der elektromagnetischen Kraft bewegbar.

Um dieses Kräftegleichgewicht aufrechtzuerhalten und auch Verschmutzungen zwischen der Hülse 46 und dem Anker 32 oder dem Regelkörper 34 zu verhindern, ist am Regelkörper 34 eine Wand 64 ausgebildet, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel als zweiter sich axial erstreckender ringförmiger Vorsprung 66 ausgebildet ist, der konzentrisch innerhalb des ersten ringförmigen Vorsprungs 39 ausgebildet ist, so dass zwischen den beiden sich axial erstreckenden ringförmigen Vorsprüngen 39, 66 eine Axialnut 68 ausgebildet wird, die sich in Umfangsrichtung erstreckt und im vorliegenden Ausführungsbeispiel ebenfalls ringförmig ist. Die axiale Höhe des zweiten ringförmigen Vorsprungs 66 ist dabei geringfügig kleiner als die des ersten ringförmigen Vorsprungs 39, so dass ein Aufsetzen des zweiten ringförmigen Vorsprungs 66 am Ventilsitz 40 verhindert wird. Der Durchmesser des zweiten ringförmigen Vorsprungs 66 entspricht im vorliegenden Ausführungsbeispiel im Wesentlichen dem Innendurchmesser eines den Einlass 42 bildenden Einlassstutzens 69, kann jedoch auch kleiner ausgeführt werden.

Die Verbindung des Einlasses 42 mit dem Raum 52 erfolgt jedoch nicht vollständig axial über die Durchgangsbohrungen 62, da die Enden der Durchgangsbohrungen 62 größtenteils durch einen Partikelschutzschirm 70 in axialer Richtung betrachtet verdeckt sind, der zentral am zum Einlass 42 weisenden Ende des Regelkörpers 34 ausgebildet ist. Die Einströmung in die Durchgangsbohrungen 62 muss entsprechend durch einen Einströmspalt 71 zunächst zwischen dem Partikelschutzschirm 70 und der Wand 64 beziehungsweise dem zweiten ringförmigen Vorsprung 66, dessen Durchmesser geringfügig größer ist als der des Partikelschutzschirms 70. Von hier aus muss zur Durchströmung der Durchgangsbohrungen 62 eine Umlenkung der Strömung nach radial innen in die Durchgangsbohrungen 62 erfolgen und von hier aus axial in den Raum 52. Da jedoch der Partikelschutzschirm 70 eine rotationssymmetrische Anströmfläche 72 aufweist, welche sich in der axialen Ausdehnung stetig vom Zentrum nach radial außen konkav reduziert, so dass eine Hauptströmung bei geöffnetem Kühlmittelventil über eine radiale Außenkante 74 der Anströmfläche 72 des Partikelschutzschirms 70 zwischen den Ventilsitz 40 und den ersten ringförmigen Vorsprung 39 weist, wird der Hauptteil der Strömung und damit insbesondere die trägen Partikel größtenteils an den Durchgangsbohrungen 62 vorbei zum Auslass 44 geleitet.

Die nicht zum Auslass 44 gelangenden Partikel die von radial innen auf den ersten ringförmigen Vorsprung 39 treffen, werden innerhalb der Axialnut 68, in einer Art Wirbelströmung umgelenkt und treffen auf die Wand 64, durch die sie erneut von den Durchgangbohrungen 62 weg in Richtung des Einlasses 42 und des Auslasses 44 umgelenkt werden. Da das Druckgefälle den Kühlmittelstrom nach radial außen zum Auslass 44 treibt und die Wand 46 radial innerhalb der Ausdehnung des Einlassstutzens 69 angeordnet ist, entsteht somit beinahe keine Strömung der schwereren Partikel in Richtung des Raums 52. Auf diese Weise wird sowohl zuverlässig ein Verstopfen der Durchgangsbohrungen 62 verhindert als auch ein Absetzen der Partikel zwischen der Hülse 46 und der Bewegungseinheit 35, was zu einer Schwergängigkeit des Ventils führen würde.

Die erfindungsgemäße Ventilvorrichtung ist kostengünstig in der Herstellung und robust im Betrieb. Sie erhält die Druckausgleichsfunktion des Regelkörpers aufrecht, indem das Eindringen von Verunreinigungen in den Regelkörper deutlich reduziert wird, wodurch funktionsrelevante Teile nicht weiter durch die Verunreinigungen belastet werden. Entsprechend wird die Lebensdauer des Kühlmittelventils erhöht. Es sollte deutlich sein, dass der Schutzbereich des vorliegenden Hauptanspruchs nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt ist. Beispielsweise kann die Kopplung zwischen dem Anker und dem Regelkörper anders ausgeführt sein oder der Regelkörper mehrteilig ausgeführt werden. Insbesondere kann statt des durchgängigen ringförmigen Vorsprungs auch eine Abschirmung durch die Wand nur gegenüberliegend zu den Durchgangsbohrungen erfolgen, so dass mehrere Axialnuten über den Umfang verteilt angeordnet werden.