WO2014206997A1 - Ventil - Google Patents

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WO2014206997A1
WO2014206997A1 PCT/EP2014/063311 EP2014063311W WO2014206997A1 WO 2014206997 A1 WO2014206997 A1 WO 2014206997A1 EP 2014063311 W EP2014063311 W EP 2014063311W WO 2014206997 A1 WO2014206997 A1 WO 2014206997A1
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WO
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valve
opening
cylinder
valve body
groove
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Ceased
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PCT/EP2014/063311
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English (en)
French (fr)
Inventor
Friedrich Atschreiter
Andreas Auinger
Hannes HOFSTETTER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Magna Powertrain GmbH and Co KG
Original Assignee
Magna Powertrain GmbH and Co KG
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K11/00—Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves
    • F16K11/02—Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves with all movable sealing faces moving as one unit
    • F16K11/08—Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves with all movable sealing faces moving as one unit comprising only taps or cocks
    • F16K11/085—Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves with all movable sealing faces moving as one unit comprising only taps or cocks with cylindrical plug
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K5/00—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
    • F16K5/08—Details
    • F16K5/14—Special arrangements for separating the sealing faces or for pressing them together
    • F16K5/18—Special arrangements for separating the sealing faces or for pressing them together for plugs with cylindrical surfaces
    • F16K5/181—Special arrangements for separating the sealing faces or for pressing them together for plugs with cylindrical surfaces with the housing or parts of the housing mechanically pressing the seals against the plugs

Definitions

  • the present invention relates to a valve for use in a coolant flow according to the preamble of claim 1.
  • valves can be used to control the coolant flow of an internal combustion engine in order to ensure an optimal coolant temperature in the fluid circuit, depending on the load case.
  • a fault such as a faulty control of the valve
  • the failure of the valve actuator it can lead to an undesirable increase in temperature of the coolant and thus to critical conditions, through which the internal combustion engine can be damaged.
  • the valve described in DE 10 2012 208 652 B3 has a fail-safe mechanism, which causes in an error case, the valve body in a predetermined Position is moved, in which the flow of coolant through the valve is maximum, so as to counteract overheating conditions in the cooling circuit.
  • valves are susceptible to contamination and sticking of the valve also results in failure of the cooling system.
  • the rotationally symmetrical valve body is rotatably mounted about the cylinder axis in a valve housing having inlet and outlet channels. Through openings in the outer area of the cylinder, the cooling liquid is controlled, whereby the flow rate is regulated by turning the valve body.
  • the interacting with the openings in the outer region of the valve body The channels are sealed by means of sealing bushes, which slide on the cylinder, the outer circumference.
  • a correspondingly high contact pressure of the socket is necessary. This causes correspondingly high adjusting forces of the valve body.
  • a valve which has a rotatably mounted in a valve housing, designed as a cylinder valve body having a passage in its interior and an opening in the cylindrical outer region, wherein in a region around the opening, the outer wall of the valve body is formed reduced, thus extends below the radius of the cylinder and thus according to a preferred embodiment forms a groove extending in the direction of rotation
  • the eccentrically extending groove results in a dependent of the valve body position reduction of the contact pressure against a sealing bush, resulting in an overall improvement in the adjustment, applied during the adjustment forces, moments.
  • the region, the recess, the groove with the outer wall running below the cylinder radius is eccentric, wherein the eccentric region, the distance decreases from the cylinder axis starting from the cylinder radius, has its smallest value in the region of the opening and then again eccentric increases to the cylinder radius.
  • the opening of the associated, reduced region of the opening is formed as an eccentric extending to the cylinder axis strip, which is oriented on the outer circumference of the valve body in the circumferential direction.
  • the width of the reduced area, the groove is greater than the width of the opening.
  • the width of the strip, the groove is adapted to the width of the sealing bushing.
  • FIG. 1 shows a view of the valve body
  • Figure 2 is a section through the valve body
  • Figure 3 shows the valve body with sealing bushing
  • Figure 4 is a section through the valve body with sealing bushing.
  • Figure 1 shows a perspective view of a cylindrical valve body VK of a thermal valve which is rotatably mounted in a cylindrical valve housing VG, not shown.
  • the valve body VK is designed in a manner known per se and has a passage D in its interior.
  • an opening 01 is arranged, which cooperates with a channel in the not shown, the valve body VK receiving valve housing VG.
  • the channel opens with a sliding sealing bushing DB lying against the outer circumference of the valve body VK on the valve body VK, as shown in FIG.
  • a further opening 02 is shown, which is designed conventionally, thus having no recess according to the invention.
  • the openings 01 and 02 are inlet passages, with the outlet AL being arranged in the direction of the passage D on the downstream side.
  • the outer circumference AU of the valve body VK has, in the area around the opening 01, a groove U designed as an eccentrically extending recess.
  • the groove U reduces the material thickness of the valve body VK around the opening 01, so that the outer circumference AU of the valve body is smaller in the region of the groove, while the inner circumference IU remains the same.
  • the strip-shaped groove U extends eccentrically to the cylinder axis, so that the distance to the cylinder axis decreases from the cylinder radius, in the region of the opening 01 has the lowest value and then increases again to the cylinder radius.
  • Figure 2 shows a section through the valve body VK, namely centrally in the direction of the cylinder axis. It is shown that the groove U has a width greater than the width of the opening 01, such that on both sides of the opening 01 is ever a circular bent portion B1 of the same thickness.
  • Figure 3 is a view of the valve body VK with sealing bushing DB and biasing spring F for pressing the sealing bushing to the opening 01.
  • Figure 4 shows the valve body in the region of the opening 01 - the sectional plane extends perpendicular to the cylinder axis. Recognizable is the both sides of the opening 01 eccentric running reduction of the cylinder wall.
  • the sealing bushing DB sits in the groove U, but does not extend to the boundary of the areas B1 and B2 but has a diameter d which is smaller than the width b of the groove U.
  • the sealing bush DB is a Hollow cylinder whose resting on the groove surface is adapted to the course of the groove.
  • the biasing spring F is seated on a seat S of the sealing bushing DB.
  • the contact force on the valve is controlled by the groove and thus a reduction in the power requirement of the valve is achieved.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Sliding Valves (AREA)

Abstract

Ventil zur Steuerung eines Fluids, vorzugsweise eines Kühlmittels einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, mit einem zylinderförmigen und drehbar in einem Ventilgehäuse gelagerten Ventilkörper (VK), der in seinem Außenumfang mindestens eine Öffnung (Ö1) zur Steuerung des Fluids durch einen Kanal im Ventilgehäuse aufweist, wobei der Ventilkörper (VK) im Bereich der Öffnung einen Außenbereich (U) aufweist, der unterhalb des Radius des Zylinders verläuft.

Description

Ventil
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ventil zum Einsatz in einer Kühlmittelströmung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 .
Derartige Ventile können zur Steuerung des Kühlmittelstroms einer Brenn- kraftmaschine zum Einsatz kommen, um im Fluidkreislauf je nach Lastfall eine optimale Kühlmitteltemperatur zu gewährleisten. Im Falle eines Fehlers wie beispielsweise einer fehlerhaften Ansteuerung des Ventils, dem Ausfall des Ventilaktuators kann es jedoch zu einem unerwünschten Temperaturanstieg des Kühlmittels und damit zu kritischen Zuständen kommen, durch die die Brennkraftmaschine beschädigt werden kann. Um solch einem Fehlerfall vorzubeugen, bei dem die Kühlmitteltemperatur in unerwünschter Weise über eine vorbestimmte Temperatur ansteigt, weist das in der DE 10 2012 208 652 B3 beschriebene Ventil einen Fail-Safe-Mechanismus auf, der im Fehlerfall bewirkt, dass der Ventilkörper in eine vorbestimmte Positi- on bewegt wird, in der der Kühlmittelstrom durch das Ventil maximal ist, um so Überhitzungszuständen im Kühlkreislauf entgegenzuwirken.
Zusätzlich zu den bereits angesprochenen Problemen sind Ventile anfällig für Verunreinigungen und ein Steckenbleiben des Ventils führt ebenfalls zum Ausfall des Kühlsystems. Oft finden Ventile mit einem zylindrischen Ventilkörper Verwendung in Kühlsystemen wie beispielsweise in der noch unveröffentlichten DE102013215971 beschrieben. Der rotationssymmetrische Ventilkörper ist dabei drehbar um die Zylinderachse in einem Ventilgehäuse gelagert, welches Zu- und Abflusskanäle aufweist. Durch Öffnungen im Außenbereich des Zylinders wird die Kühlflüssigkeit gesteuert, wo- bei die Flussmenge durch Verdrehen des Ventilkörpers reguliert wird. Die mit den Öffnungen im Außenbereich des Ventilkörpers zusammenwirken- den Kanäle sind mittels Dichtbuchsen gedichtet, welche auf dem Zylinder, dem Außenumfang gleiten. Um eine ausreichende Dichtfunktion insbesondere bei jeder Stellung des Zylinders zu gewährleisten, ist ein entsprechend hoher Anpressdruck der Buchse nötig. Dies bewirkt entsprechend hohe Verstell kräfte des Ventil körpers.
Es liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Ventil in gegenüber den bekannten Lösungen verbesserter Form bereitzustellen, um die Verstell kräfte zu optimieren
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch ein Ventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 . Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Gemäß der Erfindung ist ein Ventil vorgesehen, welches einen in einem Ventilgehäuse drehbar gelagerten, als Zylinder gestalteten Ventilkörper mit einem Durchlass in seinem Inneren und einer Öffnung im zylindrischen Außenbereich aufweist, wobei in einem Bereich um die Öffnung die Außenwand des Ventilkörpers reduziert ausgebildet ist, somit unterhalb des Radius des Zylinders verläuft und so gemäß einer bevorzugten Ausführungs- form eine in Rotationsrichtung verlaufende Nut bildet
Durch die vorgesehene Umfangs- bzw. Radiusreduktion, die exzenterförmig verlaufende Nut ergibt sich eine von der Ventilkörperstellung abhängige Reduktion der Anpresskraft gegen eine Dichtbuchse, was insgesamt eine Verbesserung im Verstellverhalten, der bei der Verstellung aufzubringenden Kräfte, Momente.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Bereich, die Ausnehmung, die Nut mit der unterhalb des Zylinderradius verlaufender Außen- wand exzenterförmig gestaltet, wobei der exzenterförmige Bereich, der Abstand von der Zylinderachse vom Zylinderradius ausgehend abnimmt, im Bereich der Öffnung seinen kleinsten Wert aufweist und daraufhin wieder exzentrisch bis zum Zylinderradius zunimmt.
Bevorzugt ist der der Öffnung zugeordnete, reduzierte Bereich der Öffnung als ein exzenterförmig zur Zylinderachse verlaufender Streifen ausgebildet, der am Außenumfang des Ventilkörpers in Umfangsrichtung orientiert ist. Die Breite des reduzierten Bereiches, der Nut ist größer als die Breite der Öffnung. Die Breite des Streifens, der Nut ist an die Breite der Dichtbuchse angepasst. Des Weiteren erfolgt die Erläuterung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung an Hand der Zeichnungen.
Es zeigt Figur 1 eine Ansicht des Ventilkörpers
Figur 2 einen Schnitt durch den Ventilkörper
Figur 3 zeigt den Ventilkörper mit Dichtungsbuchse Figur 4 einen Schnitt durch Ventilkörper mit Dichtungsbuchse.
Figur 1 zeigt in perspektivischer Ansicht einen zylinderförmigen Ventilkörper VK eines Thermoventils, das in einem nicht dargestellten zylindrischen Ventilgehäuse VG drehbar gelagert ist. Der Ventilkörper VK ist in an sich be- kannter Weise gestaltet und weist in seinem Inneren einen Durchlass D auf. Auf dem Außenumfang AU ist eine Öffnung 01 angeordnet, welche mit einem Kanal in dem nicht dargestellten, den Ventilkörper VK aufnehmendem Ventilgehäuse VG zusammenwirkt. Der Kanal mündet mit einer am Außenumfang des Ventilkörpers VK anliegenden, gleitenden Dichtungs- buchse DB an dem Ventilkörper VK, wie in Figur 3 dargestellt. In Figur 1 ist eine weitere Öffnung 02 dargestellt, welche herkömmlich gestaltet ist, somit keine erfindungsgemäße Ausnehmung aufweist. Die Öffnungen 01 und 02 sind Einlassdurchgänge, wobei der Auslass AL in Richtung des Durchlasses D auf der abstromigen Seite angeordnet ist. Der Außenumfang AU des Ventilkörpers VK weist im Bereich um die Öffnung 01 eine als exzentrisch verlaufende Ausnehmung gestaltete Nut U auf. Die Nut U reduziert die Materialdicke des Ventilkörpers VK um die Öff- nung 01 herum, so dass der Außenumfang AU des Ventilkörpers im Bereich der Nut kleiner ist, während der Innenumfang IU gleich bleibt. Die streifenförmige Nut U verläuft exzentrisch zur Zylinderachse, so dass der Abstand zur Zylinderachse vom Zylinderradius abnimmt, im Bereich der Öffnung 01 den geringsten Wert aufweist und anschließend wieder bis zum Zylinderradius zunimmt. Bei Verwendung des Rotationszylinders als Ventilkörper ergeben sich bei abhängig vom Öffnungswinkel des Eingangs unterschiedlichen Anforderungen an die Anpressdrücke der Dichtungsbuchse DB. Durch eine oder mehrere exzentrische Nuten im Rotationskörper auf Höhe des jeweiligen Einlasses, lässt sich die Anpresskraft auf das Ventil bereichsweise steuern und damit eine Verringerung des Leistungsbedarfs des Ventils erzielen.
Figur 2 zeigt einen Schnitt durch den Ventilkörper VK, und zwar mittig in Richtung der Zylinderachse. Dargestellt ist, dass die Nut U eine Breite größer als die Breite der Öffnung 01 aufweist, derart, dass beidseitig der Öff- nung 01 je ein kreisförmig gebogener Bereich B1 gleicher Dicke liegt.
Dadurch wird ein verringerter Leistungsbedarf oder Generierung geringerer Leckage bei relevanten Öffnungswinkeln erzielt.
Figur 3 ist eine Ansicht des Ventilkörpers VK mit Dichtungsbuchse DB und Vorspannfeder F zum Anpressen der Dichtungsbuchse an die Öffnung 01 . Figur 4 zeigt den Ventilkörper im Bereich der Öffnung 01 - die Schnittebene verläuft hier senkrecht zur Zylinderachse. Erkennbar ist die beidseitig der Öffnung 01 exzentrisch ausgeführte Reduzierung der Zylinderwand. Die Dichtungsbuchse DB sitzt in der Nut U , erstreckt sich aber nicht bis zur Begrenzung der Bereiche B1 und B2 sondern hat einen Durchmesser d, der geringer als die Breite b der Nut U ist. Die Dichtungsbuchse DB ist ein Hohlzylinder dessen auf der Nut aufliegende Fläche dem Verlauf der Nut angepasst ist.
Die Vorspannfeder F sitzt auf einem Sitz S der Dichtungsbuchse DB auf. Die Anpresskraft auf das Ventil ist durch die Nut steuerbar und damit wird eine Verringerung des Leistungsbedarfs des Ventils erzielt.
Bezugszeichenliste
VK Ventilkörper, Zylinder
D Durchlass
01 Öffnung
02 Öffnung
U Nut, Reduzierung, Ausnehmung
VG Ventilgehäuse
AU Außenumfang
IU Innenumfang
DB Dichtungsbuchse
F Vorspannfeder
S Sitz
B1 , B2 Bereiche

Claims

Ansprüche
1 . Ventil zur Steuerung eines Kühlmittels einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, mit einem zylinderförmigen und drehbar in einem Ventilgehäuse (VG) gelagerten Ventilkörper (VK), der in seinem Außenumfang mindestens eine Öffnung (01 ) zur Steuerung des Kühlmittels durch einen Kanal im Ventilgehäuse (VG) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (VK) im Bereich der mindestens einen Öffnung (01 ) einen Außenbereich (U) aufweist, der einen geringeren Außenumfang (AU) als der Ventilkörper aufweist.
2 Ventil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
der unterhalb des Radius des Zylinders (VK) verlaufende Außenbereich (U) stetig vom Zylinderradius zu einem tiefsten Wert übergeht.
3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (01 ) in dem am weitesten unterhalb des Zylinderradius liegenden Außenbereich (U) angeordnet ist.
4. Ventil wenigstens nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der unterhalb des Zylinderradius liegende Außenbereich als eine Nut (U) ausgebildet ist, welche sich am Zylindermantel in Umfangsrichtung erstreckt.
5. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass
die Nut (U) sich in Umfangsrichtung des Zylinders (VK) beidseitig der Öffnung (01 ) erstreckt.
6. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass
die Nut (U) einen exzentrisch zur Zylinderachse verlaufenden Radiusverlauf aufweist, beginnend mit dem Zylinderradius.
7. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass
die Nut (U) eine Breite größer als die Breite der Öffnung (01 ) aufweist, derart, dass beidseitig der Öffnung (01 ) ein ebener Bereich liegt.
8. Ventil nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsbuchse (DB) einen geringeren Durchmesser (d) als die Breite der Nut (U) aufweist.
9. Ventil nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsbuchse (DB) einen Sitz (S) für eien Vorspannfeder besitzt.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5893392A (en) * 1994-05-06 1999-04-13 Firma Carl Freudenberg Regulating valve
WO2004081430A1 (de) * 2003-03-13 2004-09-23 Anton Hummel Verwaltungs Gmbh Absperrarmatur
EP2501964A1 (de) * 2009-11-16 2012-09-26 Arkling Limited Ventil mit drehstopper und wasseraufbereitungsanlage mit einem derartigen ventil
DE102012208652B3 (de) 2012-05-23 2013-09-19 Magna Powertrain Ag & Co. Kg Ventil

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