Titel

VENTIL ZUR STEUERUNG EINES DURCHFLUSS

Die Erfindung betrifft ein Ventil zum Steuern eines Durchflusses eines Mediums in einem Heiz- und/oder Kühlsystem eines Kraftfahrzeugs gemäß Patentanspruch 1.

Stand der Technik

Ein Kühl- bzw. Heizsystem eines Kraftfahrzeugs beinhaltet in der Regel eine zu kühlende Wärmequelle, beispielsweise einen Fahrzeugmotor, die mittels eines Kühlmediums durch freie oder erzwungene Konvektion gekühlt werden soll. Die Heiz- bzw. Kühlleistung ist dabei von der Größe des Kühlmittelflusses abhängig.

Die durch das Kühlmittel von der Wärmequelle abgeführte Wärme kann gleichzeitig zur Beheizung eines Fahrgastraumes genutzt werden. Hierzu weisen Heiz- und Kühlkreisläufe moderner Kraftfahrzeuge in der Regel verschiedene Teilkreisläufe, beispielsweise einen Kühlerzweig, einen Bypass-Zweig und/oder einen Heizungswärmetauscherzweig auf. Die Verteilung des Kühlmittelstroms auf die unterschiedlichen Zweige des Kühl- und Heizkreislaufes wird dabei über mindestens ein Ventil gesteuert. Ein solches Ventil ist beispielsweise aus der DE 10 2006 053 307 A1 bekannt. Beim dort beschriebenen Ventil bewirkt eine einseitige Druckbeaufschlagung, dass hydraulische Kräfte zu einer axialen Verschiebung des Ventilkörpers in Richtung eines Getriebedeckels führen, wodurch sich ein

Reibmoment erhöht. Dies führt dazu, dass eine Bewegung des Ventilkörpers erschwert wird. Offenbarung der Erfindung

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Ventil zum Steuern eines Durchfluss eines Mediums in einem Heiz- und/oder Kühlsystem eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch ein Ventil mit den

Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Ein erfindungsgemäßes Ventil zum Steuern eines Durchflusses eines Mediums in einem Heiz- und/oder Kühlsystem eines Kraftfahrzeugs umfasst ein Ventilgehäuse, das mindestens einen ersten Kanal aufweist, und eine Regelscheibe, die dazu vorgesehen ist, den ersten Kanal zu öffnen und zu schließen. Dabei ist die Regelscheibe an einem ersten Ende einer drehbar gelagerten Antriebswelle angeordnet, die sich von der Regelscheibe durch eine Axialöffnung des Ventilge- häuses in einen im Ventilgehäuse angeordneten Federraum erstreckt. Dabei weist ein im Federraum angeordnetes zweites Ende der Antriebswelle ein Stirnrad auf. Außerdem ist im Federraum eine Feder angeordnet, deren erstes Ende sich am Ventilgehäuse und deren zweites Ende sich am Stirnrad abstützt.

Vorteilhafterweise kann hierbei eine Feder mit einer relativ flachen Federkennlinie verwendet werden. Dadurch kann die Dichtfunktion des Ventils auch bei relativ großen Toleranzen der verbauten Komponenten gewährleistet werden. Außerdem wird ein vorteilhaftes relativ konstantes Reibmoment zwischen der Regelscheibe und dem Kanal unabhängig von einer Druckbeaufschlagung zu bei- den Seiten der Regelscheibe und unabhängig von einer Durchströmrichtung des

Ventils erreicht.

Zweckmäßigerweise ist die Feder als Schraubenfeder ausgebildet, wobei die Antriebswelle durch die Feder verläuft. Vorteilhafterweise wird die Antriebswelle da- durch symmetrisch mit einer Federkraft beaufschlagt.

Bevorzugt weist die Feder eine Federkonstante zwischen 5 N/mm und 25 N/mm auf. Vorteilhafterweise führt eine solche relativ niedrige Federkonstante zu einem relativ konstanten Reibmoment zwischen der Regelscheibe und einer Dichtung des ersten Kanals. Gemäß einer Weiterbildung des Ventils weist eine Stirnseite des Stirnrads eine umlaufende Nut auf, in der eine ringförmige Anlaufscheibe angeordnet ist. Dabei stützt sich das zweite Ende der Feder an der Anlaufscheibe ab. Vorteilhafterweise reduziert dies eine zwischen der Feder und dem Stirnrad auftretende Rei- bungskraft.

Gemäß einer zusätzlichen Weiterbildung des Ventils ist an einem der Regelscheibe zugewandten Ende des ersten Kanals eine erste Dichtbuchse angeordnet, die sich über einen ersten Dichtring gegen das Ventilgehäuse abstützt. Da- bei wird die Regelscheibe durch die Feder gegen die erste Dichtbuchse gedrückt.

Vorteilhafterweise ermöglicht dies eine kostengünstige und zuverlässige Dichtung des ersten Kanals.

Bevorzugt weist der erste Dichtring einen kreuzförmigen Querschnitt auf. Vorteil- hafterweise dichtet der Dichtring dann sowohl bei einer Druckbeaufschlagung des Ventils von der Regelscheibenseite als auch bei einer Druckbeaufschlagung von der Kanalseite. Somit ist das Ventil für beide Durchströmungsrichtungen geeignet.

Zweckmäßigerweise erzeugt die Feder eine Flächenpressung zwischen 0,1

N/mm ² und 0,5 N/mm ² zwischen der Regelscheibe und der ersten Dichtbuchse. Vorteilhafterweise liegt dann erfahrungsgemäß ein günstiger Kompromiss zwischen einer zuverlässigen Dichtung des ersten Kanals und einer leicht gängigen Drehbarkeit der Regelscheibe vor.

In einer Weiterbildung des Ventils ist in der Axialöffnung eine Lagerbuchse angeordnet und die Antriebswelle durch die Lagerbuchse geführt.

Bevorzugt ist das Ventilgehäuse derart mit einem externen Gehäuse verbindbar, dass sich ein durch die Regelscheibe verschließbarer Transportweg für das Medium zwischen dem ersten Kanal und dem externen Gehäuse ergibt. Vorteilhafterweise kann das Ventil dann entweder mit einem externen Gehäuse verbunden werden, dass einen weiteren Kanal aufweist oder direkt mit einem Gehäuse der zu kühlenden Wärmequelle, etwa des Fahrzeugmotors, verbunden werden. In einer bevorzugten Ausgestaltung des Ventils weist das Ventilgehäuse einen zweiten Kanal auf, wobei die Regelscheibe dazu vorgesehen ist, den ersten und/oder den zweiten Kanal zu öffnen und zu schließen. Vorteilhafterweise kann das Ventil dann dazu verwendet werden, das Medium auf unterschiedliche Zwei- ge des Heiz- und/oder Kühlsystems zu verteilen.

Zweckmäßigerweise ist an einem der Regelscheibe zugewandten Ende des zweiten Kanals eine zweite Dichtbuchse angeordnet, die sich über einen zweiten Dichtring gegen das Ventilgehäuse abstützt. Dabei wird die Regelscheibe durch die Feder gegen die zweite Dichtbuchse gedrückt. Außerdem bestehen der erste und der zweite Dichtring aus dem gleichen Material und weisen eine im Wesentlichen gleiche Höhe auf. Vorteilhafterweise wird dadurch eine gleichmäßige Dichtung sowohl des ersten als auch des zweiten Kanals erreicht.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Ventils 100 und

Fig. 2 eine schematische Ansicht einer Regelscheibe.

Ausführungsformen der Erfindung

Figur 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Schnitts durch ein Ventil 100. Das Ventil 100 kann zur Steuerung eines Durchflusses eines Mediums in einem Heiz- und/oder Kühlsystem eines Kraftfahrzeugs dienen. Das Medium ist zweckmäßigerweise eine Flüssigkeit mit hoher Wärmekapazität, beispielsweise Wasser. Das Heiz- und/oder Kühlsystem kann zum Kühlen einer Wärmequelle des Kraftfahrzeugs, beispielsweise eines Fahrzeugmotors, und/oder zum Heizen eines Fahrgastraums des Kraftfahrzeugs dienen.

Das Ventil 100 umfasst ein Ventilgehäuse 1 10, das einen ersten Kanal 140 und einen zweiten Kanal 150 aufweist. Der erste Kanal 140 und der zweite Kanal 150 dienen zum Anschluss von Leitungen des Heiz- und/oder Kühlsystems, in denen das Medium zirkuliert. Einer der beiden Kanäle 140, 150 kann auch entfallen. Das Ventilgehäuse 1 10 weist außerdem einen Koppelanschluss 130 auf, der im dargestellten Beispiel die Form eines ringförmigen Flansches hat. Über den Koppelanschluss 130 kann das Ventilgehäuse 1 10 dichtend mit einem externen Gehäuse verbunden, beispielsweise verklebt oder verschraubt werden. Das ex- terne Gehäuse kann ein zum Ventilgehäuse 1 10 passender Gehäusedeckel sein, der einen weiteren Kühlmittelkanal aufweist. Das externe Gehäuse kann aber auch ein Gehäuse der zu kühlenden Wärmequelle sein, beispielsweise ein Gehäuse des Fahrzeugmotors. Das Medium kann vom externen Gehäuse in den ersten Kanal 140 und/oder den zweiten Kanal 150 oder vom ersten Kanal 140 und/oder dem zweiten Kanal 150 in das externe Gehäuse strömen.

Innerhalb des Koppelanschlusses 130 ist eine Regelscheibe 170 angeordnet, die bevorzugt einen kreisförmigen Querschnitt aufweist und dazu dient, eine Verbindung zwischen dem externen Gehäuse und dem ersten Kanal 140 und dem zweiten Kanal 150 zu öffnen und zu schließen. Figur 2 zeigt eine schematische

Aufsicht auf die Regelscheibe 170. Die Regelscheibe 170 weist eine Mehrzahl von Regelöffnungen 171 auf. Je nach axialem Drehwinkel der Regelscheibe 170 ist eine der Regelöffnungen 171 zwischen dem externen Gehäuse und dem ersten Kanal 140 bzw. dem externen Gehäuse und dem zweiten Kanal 150 ange- ordnet. Durch Drehen der Regelscheibe 171 können also Verbindungen zwischen dem externen Gehäuse und dem ersten Kanal 140 und/oder dem zweiten Kanal 150 geöffnet und geschlossen werden. Außerdem kann der jeweilige Öffnungsquerschnitt durch Drehen der Regelscheibe 170 variiert werden. Durch Verändern des Öffnungsquerschnitts kann der Durchfluss des Mediums gesteu- ert werden.

Das Ventilgehäuse 1 10 weist außerdem eine Axialöffnung 160 auf, die sich von der Regelscheibe 170 bis zu einer zwischen dem ersten Kanal 140 und dem zweiten Kanal 150 angeordneten Außenseite des Ventilsgehäuses 1 10 durch das Ventilgehäuse 1 10 erstreckt. In einem der Regelscheibe 170 zugewandten

Teil der Axialöffnung 160 ist eine zylindermantelförmige Lagerbuchse 210 angeordnet. Ein von der Regelscheibe 170 abgewandter Teil der Axialöffnung 160 ist zu einem Federraum 230 aufgeweitet. An der zwischen dem ersten Kanal 140 und dem zweiten Kanal 150 angeordneten Außenseite des Ventilgehäuses 1 10 ist die den Federraum 230 bildende Axialöffnung 160 mit einem Getriebedeckel

220 verschlossen. Eine im Wesentlichen zylindrische Antriebswelle 180 erstreckt sich von der Regelscheibe 170 durch die Lagerbuchse 210 in den Federraum 230. Das der Regelscheibe 170 zugewandte Ende der Antriebswelle 180 durchstößt die Regel- scheibe 170 in einem Zentrum der Regelscheibe 170 senkrecht und ist starr mit der Regelscheibe 170 verbunden. Eine Drehung der Antriebswelle 180 um ihre Längsachse bewirkt also eine Drehung der Regelscheibe 170 um ihre Mittenachse.

An ihrem im Federraum 230 angeordneten Ende weist die Antriebswelle 180 ein

Stirnrad 190 auf. Das Stirnrad 190 steht mit einer im Ventilgehäuse 110 angeordneten Schnecke 200 in Eingriff, das mit einem Antriebsmechanismus, beispielsweise einem Motor verbunden ist. Über die Schnecke 200 und das Stirnrad 190 kann die Antriebswelle 180 um ihre Längsachse gedreht werden.

Eine der Lagerbuchse 210 zugewandte Stirnseite des Stirnrads 190 weist eine die Antriebswelle 180 umlaufende ringförmige Nut 260 auf. In der Nut 260 ist eine ringförmige Anlaufscheibe 270 angeordnet. Außerdem ist im Federraum 230 eine bevorzugt als Schraubenfeder ausgebildete Feder 240 angeordnet. Die An- triebswelle 180 verläuft axial durch die Feder 240. Ein erstes Ende der Feder 240 stützt sich gegen einen die Lagerbuchse 210 umgebenden Abschnitt des Ventilgehäuses 1 10 ab. Ein zweites Ende der Feder 240 stützt sich über die Anlaufscheibe 270 gegen das Stirnrad 190 ab. Die Feder 240 übt eine in Richtung des Getriebedeckels 220 wirkende Kraft auf die Antriebswelle 180 aus, durch die die Regelscheibe 170 in Richtung des ersten Kanals 140 und des zweiten Kanals

150 gedrückt wird. Die Anlaufscheibe 270 dient dazu, eine im Falle einer Drehung einer Antriebswelle 180 um ihre Längsachse auftretende Reibung zwischen der Feder 240 und dem Stirnrad 190 zu reduzieren. Anlaufscheibe 270 und Nut 260 können auch entfallen. In diesem Fall stützt sich das zweite Ende der Feder 240 direkt am Stirnrad 190 ab.

Ein der Regelscheibe 170 zugewandtes Ende des zweiten Kanals 150 weist eine zylindermantelförmige Dichtbuchse 280 auf, die sich über einen ringförmigen Dichtring 290 gegen einen den zweiten Kanal 150 bildenden Abschnitt des Ven- tilgehäuses 1 10 abstützt. Durch die von der Feder 240 auf die Antriebswelle 180 ausgeübte Kraft wird die Regelscheibe 170 gegen die Dichtbuchse 280 gedrückt, die sich über den Dichtring 290 gegen das Ventilgehäuse 110 abstützt. Die Dichtbuchse 280 und der Dichtring 290 bewirken eine Dichtung des Übergangsbereichs zwischen dem zweiten Kanal 150 und der Regelscheibe 170. Das der Regelscheibe 170 zugewandte Ende des ersten Kanals 140 weist ebenfalls eine über einen Dichtring 290 abgestützte Dichtbuchse 280 auf, durch die der Übergangsbereich zwischen dem ersten Kanal 140 und der Regelscheibe 170 abgedichtet wird. Um eine gleichmäßige Dichtung der Übergangsbereiche zwischen der Regelscheibe 170 und dem ersten Kanal 140 bzw. dem zweiten Kanal 150 zu gewährleisten, weisen die Dichtringe 290 und die Dichtbuchsen 280 des ers- ten Kanals 140 und des zweiten Kanals 150 in axialer Richtung jeweils die gleiche Höhe auf. Bevorzugt bestehen die beiden Dichtbuchsen 280 und die beiden Dichtringe 290 jeweils aus dem gleichen Material und weisen die gleiche Härte auf. Besonders bevorzugt werden die beiden Dichtbuchsen 280 und die beiden Dichtringe 290 jeweils durch das gleiche Werkzeug hergestellt.

Die Feder 240 weist bevorzugt eine relativ flache Federkennlinie mit einer Federkonstante zwischen 5 N/mm und 25 N/mm auf. Dies hat den Vorteil, dass die Kraft, mit der die Regelscheibe 170 gegen die Dichtbuchse 280 angepresst wird, nur geringfügig schwankt bedingt durch die Toleranzen der Bauteile, die den axi- alen Bauraum der Feder 240 bestimmen. Dies wiederum hat damit ein relativ konstantes notwendiges Verdrehmoment der Regelscheibe 170 gegen die Dichtbuchsen 280 zur Folge und damit auch ein relativ konstantes Antriebsmoment des Motors.

Bevorzugt erzeugt die Feder eine Flächenpressung zwischen 0,1 N/mm ² und 0,5

N/mm ² zwischen der Regelscheibe 170 und den Dichtbuchsen 280.

Zweckmäßigerweise sind die Dichtringe 290 so ausgebildet, dass sie sowohl Innendruck als auch Außendruck unterstützen, um eine Verwendung des Ventils 100 für beide Durchströmungsrichtungen zu gestatten. Die Dichtringe 290 bewirken dann eine zuverlässige Dichtung der Übergangsbereiche zwischen erstem Kanal 140 und Regelscheibe 170 bzw. zweitem Kanal 150 und Regelscheibe 170 sowohl für den Fall, dass der erste Kanal 140 und der zweite Kanal 150 mit einem höheren Druck beaufschlagt sind als die dem externen Gehäuse zugewand- te Seite der Regelscheibe 170, als auch für den Fall, dass der erste Kanal 140 und der zweite Kanal 150 mit einem niedrigeren Druck beaufschlagt sind, als die dem externen Gehäuse zugewandte Seite der Regelscheibe 170. Dies kann beispielsweise durch die Verwendung von Dichtringen 290 mit kreuzförmigem Querschnitt erreicht werden.