DE102012214845A1

DE102012214845A1 - Mehrwegeventil mit variabler Strömungssteuerung mit einem einzigen Aktor und Schnittstelle

Info

Publication number: DE102012214845A1
Application number: DE201210214845
Authority: DE
Inventors: Brian K. Bartnick; Corry W. Johnson
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2011-08-24
Filing date: 2012-08-21
Publication date: 2013-02-28
Anticipated expiration: 2032-08-22
Also published as: US8584708B2; DE102012214845B4; US20130048084A1; CN102954259B; CN102954259A

Abstract

Ein Mehrwege-Strömungssteuerungsventil mit einem einzigen Aktor, das aus mehreren im Allgemeinen zylindrisch geformten Kanalkörpern besteht, die drehbar in einem Ventilkörper eingebaut sind. Die Kanalkörper werden durch einen einzigen Aktor mittels eines Antriebsgliedsystems, das aus einem Antriebsstift an der unteren Seitenwand eines in Reihe oberen Kanalkörpers besteht, der während Drehung an einer Abtriebslasche an der oberen Seitenwand seines in Reihe unteren Kanalkörpers selektiv anliegt, in Reihe angetrieben. Die Stellung jedes Kanalkörpers ist einem elektronischen Steuergerät bekannt, das den Aktor selektiv betätigt, um jede Kanalkörper-Winkelstellung einzustellen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ventilanordnung zur Fluidströmungssteuerung und insbesondere ein Mehrwegeventilsystem, bei dem jeder Kanal mittels eines einzigen Aktors individuell einstellbar ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Ventile werden allenthalben verwendet, um eine Fluidströmung eines Fluidströmungssystems zu steuern. Eine Kraftfahrzeug-Kühlanlage nutzt zum Beispiel mehrere Leitungen, die mehrere Komponenten verbinden, einschließlich eines Kühlers und eines Krümmers, wobei die Strömung des Kühlmittels durch eine Ventilanordnung gesteuert wird. Allgemein gesagt sind Mehrwegeventile gut bekannt, und jeder Kanal derselben wird durch seinen eigenen Aktor unabhängig eingestellt.
1 stellt beispielhaft ein Mehrwegeventilsystem 10 mit unabhängig variabler Strömungssteuerung des Stands der Technik dar, das aus einem ersten Ventilkörper 12 und einem zweiten Ventilkörper 12' besteht. Der erste Ventilkörper 12 weist einen ersten Einlass 14 und einen ersten Auslass 16, einen ersten Kanalkörper 20 mit einer ersten Kanalöffnung 22 und einen ersten Aktor 28 zum selektiven Drehen des ersten Ventilkörpers auf. Der zweite Ventilkörper 12' weist einen zweiten Einlass 17 und einen zweiten Auslass 18, einen zweiten Kanalkörper 24 mit einer zweiten Kanalöffnung 26 und einen zweiten Aktor 30 zum selektiven Drehen des zweiten Kanalkörpers auf.
Bei Betrieb signalisiert ein elektronisches Steuergerät 32 dem ersten und zweiten Aktor 28, 30 unabhängig, als Reaktion auf Sensoren 48, die einem Strömungssteuerungssystem 54 zugeordnet sind, sowie Programmierung des elektronischen Steuergeräts auszulösen. Diesbezüglich dreht der erste Aktor 28 den ersten Kanalkörper 20 unabhängig vom zweiten Aktor 30 und dem zweiten Kanalkörper 24; analog dreht der zweite Aktor 30 den zweiten Kanalkörper 24 unabhängig von dem ersten Aktor 28 und dem ersten Kanalkörper 20. Der erste Aktor 28 dreht den ersten Kanalkörper 20, um die erste Kanalöffnung 22 in und aus einer Ausrichtung mit dem ersten Auslass 16 zu drehen, wobei die Fläche 34 des ersten Kanalkörpers durch Dichtungen 36 abgedichtet wird. Analog dreht der zweite Aktor 30 den zweiten Kanalkörper 24, um die zweite Kanalöffnung 26 in und aus einer Ausrichtung mit dem zweiten Auslass 18 zu drehen, wobei die Fläche 38 des zweiten Kanalkörpers durch Dichtungen 40 abgedichtet wird. An jedem Kanalkörper sind auch Kanalkörper-O-Ring-Dichtungen 46, 46' in Beziehung zu den jeweiligen Ventilkörpern 12, 12' vorgesehen. Jeder von erstem und zweitem Kanalkörper 20, 24 weist einen Durchgangskanal 42 auf, der an einer beliebigen geeigneten Stelle vorgesehen werden kann, zum Beispiel an einer Seitenwand 44 eines Kanalkörpers, wie in 2 gezeigt ist, kann aber auch an der Kanalkörperfläche ausgebildet sein.
Damit das elektronische Steuergerät die Position der ersten und zweiten Kanalöffnung bezüglich des ersten und zweiten Auslasses 16, 18 kennt, können der erste und zweite Aktor 28, 30 Schrittmotoren sein, die dem elektronischen Steuergerät Drehstellungsrückmeldung liefern, und/oder es können Ventilkanalkörper-Stellungssensoren 50, 52 für diesen Zweck vorgesehen werden.
Während bekannte Mehrwege-Ventilsysteme mit unabhängig variabler Strömungssteuerung gut funktionieren, besteht die Unzulänglichkeit, dass zum unabhängigen Steuern der Strömung durch jede Kanalöffnung jeder Kanalkörper seinen eigenen separaten Aktor aufweisen muss.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist ein durch einen einzigen Aktor betätigtes Mehrwegeventil mit variabler Strömungssteuerung.
Das erfindungsgemäße Mehrwege-Strömungsteuerungsventil mit einem einzigen Aktor besteht aus mehreren im Allgemeinen zylindrisch geformten Kanalkörpern, die in einem Ventilkörper drehbar eingebaut sind, wobei jeder Kanalkörper eine kranzförmige Kanalkörperfläche und an jeder Seite des Kanalkörpers obere und untere Seitenwände aufweist. Die Kanalkörperfläche weist einen darin ausgebildeten Kanal aus, wobei die Kanalkörperfläche bezüglich einer jeweiligen Fluidströmungsöffnung in dem Ventilkörper abdichtend verbunden ist. Die Kanalkörper werden mittels eines Antriebsgliedsystems, das aus einem Antriebsstift an der unteren Seitenwand eines in Reihe oberen Kanalkörpers besteht, der während Drehung an einer Abtriebslasche an der oberen Seitenwand seines in Reihe unteren Kanalkörpers anliegt, durch den einzigen Aktor in Reihe angetrieben. Die Stellung jedes Kanalkörpers ist einem elektronischen Steuergerät zum Beispiel mittels eines jeweiligen Stellungssensors bekannt, wobei das elektronische Steuergerät den Aktor betätigt, der ein Elektromotor, am bevorzugtesten ein Schrittmotor, sein kann.
Zum Beispiel ist ein in Reihe angeordneter Satz von Kanalkörpern in einem Ventilkörper drehbar eingebaut. Der oberste Kanalkörper, der (lediglich für die Zwecke der Identifizierung) als erster Kanalkörper bezeichnet wird, ist an seiner oberen Seitenwand des ersten Kanalkörpers mit dem Aktor verbunden und weist an seiner unteren Seitenwand des ersten Kanalkörpers einen Antriebsstift des ersten Kanalkörper auf. Der in der Reihe nächste Kanalkörper, der als zweiter Kanalkörper bezeichnet wird, weist an seiner oberen Seitenwand des zweiten Kanalkörpers eine Abtriebslasche des zweiten Kanalkörpers auf, die während Drehung des ersten Kanalkörpers an dem Antriebsstift des ersten Kanalkörpers selektiv anliegen kann, und weist weiterhin an seiner unteren Seitenwand des zweiten Kanalkörpers einen Antriebsstift des zweiten Kanalkörpers auf. Der in der Reihe nächste Kanalkörper, der als dritter Kanalkörper bezeichnet wird, weist an seiner oberen Seitenwand des dritten Kanalkörpers eine Abtriebslasche des dritten Kanalkörpers auf, die während Drehung des zweiten Kanalkörpers an dem Antriebsstift des zweiten Kanalkörpers selektiv anliegen kann, und weist weiterhin an seiner unteren Seitenwand des dritten Kanalkörpers einen Antriebsstift des dritten Kanalkörpers auf. Der in der Reihe letzte Kanalkörper, der als Kanalkörper N bezeichnet wird, weist an seiner Seitenwand des Kanalkörpers N eine Abtriebslasche des Kanalkörpers N auf, die während der Drehung des Kanalkörpers N – 1 an einem Antriebsstift des Kanalkörpers N – 1 selektiv anliegen kann (der Kanalkörper N – 1 ist der in der Reihe oberste Kanalkörper zu dem Kanalkörper N, wobei der Kanalkörper N – 1 in diesem Beispiel der dritte Kanalkörper sein kann, aber nicht muss), und weist an seiner unteren Seitenwand des Kanalkörpers N keinen Antriebsstift des Kanalkörpers N auf (kann aber einen aufweisen, wenn zum Beispiel für Fertigungszwecke die Kosten eine Duplizierung der Kanalkörper favorisieren). Die Anzahl an Kanalkörpern N kann eine beliebige Anzahl sein, die für eine bestimmte Fluidströmungssteuerungsanwendung erforderlich ist.
Bei Betrieb erhält das elektronische Steuergerät Sensorinformationen des Fluidsystems, mit dem das einen einzigen Aktor aufweisende Mehrwegeventil mit variabler Strömungssteuerung verbunden ist, und als Reaktion darauf und auf seine Programmierung stellt es die Strömungsstellung jedes der Kanalkörper bezüglich des Ventilkörpers ein. Wenn wie vorstehend beschrieben Kanalkörper N vorhanden sind, wird jeder Kanalkörper individuell bezüglich des Ventilkörpers durch den einzigen Aktor auf eine Fluidströmungsstellung gestellt, wie zum Beispiel durch das folgende Vorgehen.
Der Aktor dreht in einer ersten Richtung um N – 1 vollständige Drehungen. Dies stellt sicher, dass alle Kanalkörper gemeinsam in der ersten Richtung drehen, wodurch jeder Antriebsstift an seiner jeweiligen Abtriebslasche treibend anliegt. Der Aktor wird dann zusätzlich gedreht, um die geforderte Winkelstellung des Kanalkörpers N einzustellen. Als Nächstes wird der Aktor um N – 2 vollständige Drehungen in einer zweiten Richtung gedreht (zwangsweise entgegengesetzt zur ersten Richtung). Dies stellt sicher, dass alle Kanalkörper mit Ausnahme des Kanalkörpers N (der feststehend bleibt) gemeinsam in der zweiten Richtung drehen, wodurch mit Ausnahme derer des Kanalkörpers N – 1, der mit dem Kanalkörper N in Verbindung steht, jeder Antriebsstift an seiner jeweiligen Abtriebslasche anliegt. Dann wird der Aktor zusätzlich gedreht, um die Winkelstellung des Kanalkörpers N – 1 auf seine geforderte Winkelstellung einzustellen. Dieser Prozess wird fortgesetzt. Wenn die Winkelstellung des ersten Kanalkörpers einzustellen ist, wird der erste Kanalkörper in einer Richtung entgegen der Richtung gedreht, die die Winkelstellung des zweiten Kanalkörpers einstellte, wodurch der erste Kanalkörper zu der geforderten Winkelstellung gedreht wird (wobei alle anderen Kanalkörper feststehend bleiben).
Gemäß dem vorstehenden Betriebsbeispiel sind N – 1 Umdrehungen des obersten Kanalkörpers erforderlich, um ein Umdrehen des untersten Kanalkörpers zu bewirken. Abhängig von den anfänglichen Ausgangsstellungen der verschiedenen Kanalkörper ist es aber möglich, dass eine geringere Umdrehung erforderlich sein würde. Bei Vorhandensein eines intelligenten Steuergeräts, das die Drehstellung jedes Kanalkörpers kennt, kann dann zum Beispiel eine geringere Drehung als N – 1 Umdrehungen des obersten Kanalkörpers erforderlich sein. Abhängig von der Drehstellung der Kanalkörper bei einem anfänglichen Start wird daher die Drehung des obersten Kanalkörpers einfach ausreichend ausgelegt, um sicherzustellen, dass eine Drehung aller Kanalkörper erfolgt. Ferner kann die Drehung des obersten Kanalkörpers kleiner als N – 1 Umdrehungen sein, da eventuell nicht alle der untersten Kanalkörper eine Stellungsanpassung benötigen.
Bei dem Antriebsgliedsystem ist es bevorzugt, zwischen in Reihe benachbarten Kanalkörpern volle 360 Grad Drehfreiheit vorzusehen; die Drehfreiheit kann aber größer oder kleiner als 360 Grad sein. Bei einer Anwendung, bei der das Antriebsgliedsystem weniger als 360 Grad Drehfreiheit vorsieht, muss das Mehrwege-Ventilsystem mit variabler Strömungssteuerung dann diese Drehfreiheitsbeschränkung darin eingebaut aufweisen.
Demgemäß besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Mehrwegeventil mit variabler Strömungssteuerung, das durch einen einzigen Aktor betätigt wird, vorzusehen, wobei der einzige Aktor der Reihe nach die Winkelstellung jedes Kanalkörpers desselben einstellt, wobei mittels einer Reihe von abwechselnden Drehungen der unterste zuerst eingestellt wird und der oberste zuletzt eingestellt wird.
Diese und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform deutlicher hervor.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Seitenansicht teils im Schnitt eines Mehrwegeventilsystems mit unabhängig variabler Strömungssteuerung des Stands der Technik.
2 ist eine Seitenansicht eines Kanalkörpers entlang der Linie 2-2 von 1 gesehen.
3 ist eine Ansicht teils im Schnitt eines Mehrwegeventils mit variabler Strömungssteuerung mit einem einzigen Aktor gemäß der vorliegenden Erfindung.
4 ist eine Detailseitenansicht der Reihe von Kanalkörpern von 3 unter Detaildarstellung des Reihenantriebsgliedsystems.
5 ist eine Schnittansicht entlang Linie 5-5 von 4 gesehen.
6 ist eine Schnittansicht ähnlich 5, die einen Antriebsstift in einer anfänglichen Stellung bezüglich eines Kanalkörpers zeigt.
7 ist eine Schnittansicht wie in 6, wobei der Antriebsstift im Uhrzeigersinn gedreht hat, wobei das Anliegen an der Abtriebslasche solcherart ist, dass eine weitere Drehung im Uhrzeigersinn zu der Drehung des Kanalkörpers führt.
8 ist eine Schnittansicht ähnlich 5, die einen Antriebsstift in einer anderen anfänglichen Stellung bezüglich eines Kanalkörpers zeigt.
9 ist eine Schnittansicht wie in 6, wobei der Antriebsstift gegen den Uhrzeigersinn gedreht hat, wobei das Anliegen an der Abtriebslasche solcherart ist, dass eine weitere Drehung gegen den Uhrzeigersinn zu der Drehung des Kanalkörpers führt
10 bis 15 sind eine schematische Endansichtdarstellung einer Reihe von drei mit einem einzigen Aktor verbundenen Kanalkörpern gemäß dem Reihenantriebsgliedsystem der vorliegenden Erfindung, wobei von links nach rechts in den Ansichten dargestellt ist: eine untere Seitenwand eines ersten Kanalkörpers, eine obere Seitenwand eines zweiten Kanalkörpers, eine untere Seitenwand des zweiten Kanalkörpers und eine obere Seitenwand eines dritten Kanalkörpers.
16 ist eine Ansicht teils im Schnitt eines Mehrwegeventils mit variabler Strömungssteuerung mit einem einzigen Aktor zum Steuern von zwei separaten Fluidsystemen gemäß der vorliegenden Erfindung.
17 ist eine Detailseitenansicht ähnlich der 5, wobei nun das Antriebsgliedsystem nicht schwenkend ist.
18 ist eine Schnittansicht entlang Linie 18-18 von 17 gesehen.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Unter Bezugnahme nun auf die Zeichnungen stellen die 3 bis 16 Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Mehrwegeventils mit variabler Strömungssteuerung mit einem einzigen Aktor dar.
Allgemeine Ausgestaltungen einer bevorzugten Struktur und die sich ergebende Funktionalität derselben ist bei 3 bis 9 dargestellt.
Unter Bezugnahme zunächst auf 3 besteht das erfindungsgemäße Mehrwege-Strömungsteuerungsventil 100 mit einem einzigen Aktor aus mehreren im Allgemeinen zylindrisch geformten Kanalkörpern 102, die in einem Ventilkörper 108 drehbar eingebaut sind, wobei jeder Kanalkörper eine kranzförmige Kanalkörperfläche 110 und an jeder Seite der Kanalkörperfläche angeordnete obere und untere Seitenwände 112, 114 aufweist. Die Kanalkörperfläche 110 weist einen darin ausgebildeten Kanal 116 auf, wobei der Kanal jedes Kanalkörpers seine eigene jeweilige Form und Position der Kanalkörperfläche aufweisen kann. Die Kanalkörperfläche 110 wird bezüglich einer jeweiligen Fluidströmungsöffnung 118 (lediglich beispielhaft als Auslässe gezeigt) in dem Ventilkörper 108 durch Dichtungen 115 abgedichtet, und als Beispiel ist eine Einlassöffnung 118' in dem Ventilkörper zusätzlich vorgesehen. An jedem Kanalkörper 102 sind auch Kanalkörper-O-Ring-Dichtungen 106 in Bezug auf den Ventilkörper 108 vorgesehen.
Die Kanalkörper 102 werden von einem einzigen Aktor 104 in Reihe angetrieben, der durch eine Welle 104' mit der oberen Seitenwand 112 des in Reihe obersten Kanalkörpers und dann mittels eines Antriebsgliedsystems 120, das aus einem an der unteren Seitenwand 114 eines in Reihe angeordneten oberen Kanalkörpers positionierten Antriebsstift 122 besteht, der während Drehung an einer Abtriebslasche 124 an der oberen Seitenwand 112 seines in Reihe unteren Kanalkörpers anliegt, in Reihe mit jedem anderen Kanalkörper verbunden ist. Die Stellung jedes Kanalkörpers ist einem elektronischen Steuergerät 126 zum Beispiel mittels eines jeweiligen Stellungssensors 128 jedes Kanalkörpers bekannt, wobei das elektronische Steuergerät den einzigen Aktor betätigt, der ein Elektromotor, am bevorzugtesten ein Schrittmotor, sein kann. Ein oder mehrere Fluidsystemsensoren 130 liefern Daten über den Status des Fluidsystems 132, mit dem das ein einziges Ventil aufweisende Mehrwegeventil 100 mit variabler Strömung verbunden ist, wobei das Fluidsystem aus Leitungen 132' und Fluid 132'' besteht. Die Daten von dem einen oder den mehreren Fluidsystemsensoren 130 werden dem elektronischen Steuergerät 126 geliefert. Jeder der Kanalkörper 102 weist einen Durchgangskanal 134 auf, der an einer beliebigen geeigneten Stelle vorgesehen werden kann, zum Beispiel an einer unteren oder oberen Seitenwand eines Kanalkörpers, wie zum Beispiel bei 5 gezeigt ist, kann aber auch an der Kanalkörperfläche ausgebildet sein.
In 4 sind beispielhaft die Kanalkörper von 3 im Detail in Reihenanordnung gezeigt, um das Antriebsgliedsystem 120 deutlicher zu zeigen, wobei sich versteht, dass sie tatsächlich drehbar in dem Ventilkörper 108 eingebaut sind und von dem einzigen Aktor 104 von 3 angetrieben werden.
Der oberste Kanalkörper, der (lediglich für die Zwecke der Identifizierung) als erster Kanalkörper 1021 bezeichnet wird, ist an seiner oberen Seitenwand 1121 des ersten Kanalkörpers durch die Welle 104' mit dem Aktor verbunden und weist an seiner unteren Seitenwand 1141 des ersten Kanalkörpers einen Antriebsstift 1221 des ersten Kanalkörpers auf. Der in der Reihe nächste Kanalkörper, der als zweiter Kanalkörper 1022 bezeichnet wird, weist an seiner oberen Seitenwand 1122 des zweiten Kanalkörpers eine Abtriebslasche 1242 des zweiten Kanalkörpers auf, die während Drehung des ersten Kanalkörpers 1021 an dem Antriebsstift 1221 des ersten Kanalkörpers selektiv anliegen kann, und weist weiterhin an seiner unteren Seitenwand 1142 des zweiten Kanalkörpers einen Antriebsstift 1222 des zweiten Kanalkörpers auf. Der in Reihe nächste Kanalkörper, der als dritter Kanalkörper 1023 bezeichnet wird, weist an seiner oberen Seitenwand 1123 des dritten Kanalkörpers eine Abtriebslasche 1243 des dritten Kanalkörpers auf, die während Drehung des zweiten Kanalkörpers 1022 an dem Antriebsstift 1222 des zweiten Kanalkörpers selektiv anliegen kann.
In dem Beispiel von 3 und 4 ist der dritte Kanalkörper 1023 der letzte, unterste Kanalkörper und würde daher normalerweise keinen Antriebsstift an seiner Seitenwand 1143 des dritten Kanalkörpers aufweisen, würde aber einen Antriebsstift 1123 des dritten Kanalkörpers aufweisen, wenn diesbezüglich ein oder mehrere in Reihe untere Kanalkörper vorliegen. Falls zusätzliche Kanalkörper vorhanden sind, insgesamt eine beliebige Anzahl Kanalkörper N, dann weist der in Reihe letzte Kanalkörper, der als Kanalkörper N 1204 bezeichnet wird, an seiner oberen Seitenwand 1124 des Kanalkörpers N eine Abtriebslasche 1244 des Kanalkörpers N auf, die während der Drehung des Kanalkörpers N – 1 (der Kanalkörper N – 1 ist der in Reihe zu dem Kanalkörper N obere Kanalkörper, wobei der Kanalkörper N – 1 lediglich mittels des dargestellten Beispiels von 4 der dritte Kanalkörper ist) selektiv mit einem Antriebsstift 1223 des Kanalkörpers N – 1 in Anschlag bringbar ist. Der in Reihe unterste Kanalkörper, der Kanalkörper N, würde normalerweise an seiner unteren Seitenwand des Kanalkörpers N keinen Antriebsstift des Kanalkörpers N aufweisen (kann diesen aber zum Beispiel aufweisen, wenn für Fertigungszwecke die Kosten eine Duplizierung der Kanalkörper favorisieren). Die Anzahl an Kanalkörpern N kann eine beliebige Anzahl sein, die für eine bestimmte Fluidströmungssteuerungsanwendung erforderlich ist.
Unter Bezugnahme nun zusätzlich auf 5 bis 9 werden die Struktur und die Arbeitsweise einer bevorzugten Form des Antriebsgliedsystems 120 näher beschrieben.
Bei Richten des Augenmerks zunächst auf 5 für eine Beschreibung der baulichen Aspekte des Antriebsgliedsystems 120 ist die Abtriebslasche 1242 des zweiten Kanalkörpers an ihrem proximalen Ende 1242' mittels eines Laschenzapfens 140 an der oberen Seitenwand 1122 des zweiten Kanalkörpers schwenkbar angebracht, wodurch das distale Ende 1242'', das vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise, von aufgeweiteter Form ist, um den Laschenzapfen schwenkbar ist. Das Schwenken der Abtriebslasche 1242 des zweiten Kanalkörpers wird in einer Schwenkrichtung durch ein rechtes Anschlagwiderlager 142 des zweiten Kanalkörpers und in der anderen Richtung durch ein linkes Anschlagwiderlager 144 des zweiten Kanalkörpers gestoppt.
Unter Richten des Augenmerks als Nächstes auf 6 bis 9 werden Aspekte des Arbeitens des Antriebsgliedsystems beschrieben. Die Breite des distalen Endes 1242'' (einschließlich, falls vorhanden, der Aufweitung) der Abtriebslasche 1242 des zweiten Kanalkörpers und der Abstand zwischen dem rechten und linken Anschlagwiderlager 142, 144 des zweiten Kanalkörpers ist solcherart, dass der erste Kanalkörper 1021 im Uhrzeigersinn und dann gegen den Uhrzeigersinn (oder gegen den Uhrzeigersinn und dann im Uhrzeigersinn mindestene 360 Grad drehen kann, ohne eine Drehung des zweiten Kanalkörpers hervorzurufen. Als erstes Beispiel ist die Betriebssituation von 6 und 7 zu betrachten. Der erste Kanalkörper 1021 dreht gegen den Uhrzeigersinn, wobei der Antriebsstift 1121 des ersten Kanalkörpers von der bei 6 gezeigten Position um mindestens 360 Grad zu der bei 7 gezeigten Position drehen muss, an welcher er an einer Seite der Abtriebslasche 1242 des zweiten Kanalkörpers anliegt, während gleichzeitig die andere Seite der Abtriebslasche des zweiten Kanalkörpers an dem rechten Anschlagwiderlager 142 des zweiten Kanalkörpers anliegt, woraufhin nun sowohl der erste als auch der zweite Kanalkörper 1201, 1202 gemeinsam gegen den Uhrzeigersinn drehen. Als zweites Beispiel ist die Betriebssituation von 8 und 9 zu betrachten. Der erste Kanalkörper 1021 dreht im Uhrzeigersinn, wobei der Antriebsstift 1121 des ersten Kanalkörpers von der bei 8 gezeigten Position um mindestens 360 Grad zu der bei 9 gezeigten Position drehen muss, an welcher er an einer Seite der Abtriebslasche 1242 des zweiten Kanalkörpers anliegt, während gleichzeitig die andere Seite der Abtriebslasche des zweiten Kanalkörpers an dem linken Anschlagwiderlager 144 des zweiten Kanalkörpers anliegt, woraufhin nun sowohl der erste als auch der zweite Kanalkörper 1201, 1202 gemeinsam im Uhrzeigersinn drehen. Es versteht sich daher, dass das Antriebsgliedsystem 120 einen in Reihe oberen Kanalkörper vorsieht, um seinen in Reihe unteren Kanalkörper mit einer Drehfreiheit von im Wesentlichen 360 Grad zwischen treibenden Eingriffen zwischen diesen selektiv anzutreiben.
Nun wird eine Darstellung des Arbeitens bezüglich der drei Kanalkörper 1021, 1022 und 1023 beschrieben, wobei zusätzlich auf 10 bis 15 Bezug genommen wird, wobei es sich versteht, dass die Anzahl an Kanalkörpern mehr oder weniger als drei betragen kann. In den verschiedenen Ansichten der 10 bis 15 sind von links nach rechts zu sehen: die untere Seitenwand 1141 des ersten Kanalkörpers, die obere Seitenwand 1122 des zweiten Kanalkörpers, die untere Seitenwand 1142 des zweiten Kanalkörpers und die obere Seitenwand 1123 des dritten Kanalkörpers. 10 veranschaulicht eine anfängliche Stellung jedes der Kanalkörper 1021, 1022, 1023.
Wie bei 3 gezeigt empfängt das elektronische Steuergerät 126 Sensorinformationen des Fluidsystems 132, mit dem das einen einzigen Aktor aufweisende Mehrwegeventil 100 mit variabler Strömungssteuerung verbunden ist, und als Reaktion darauf und auf seine Programmierung stellt das elektronische Steuergerät die Strömungsstellung jedes der Kanalkörper 1021, 1022, 1023 bezüglich des Ventilkörpers 108 ein, wobei jeder Kanalkörper bezüglich des Ventilkörpers durch den einzigen Aktor individuell auf eine Fluidströmungsstellung gestellt wird.
Bei 11 dreht der Aktor den ersten Kanalkörper 1021 um mindestens eine vollständige Drehung im Uhrzeigersinn, und nun dreht der zweite Kanalkörper 1022 gemeinsam, da der Antriebsstift 1221 des ersten Kanalkörpers an der Abtriebslasche 1242 des zweiten Kanalkörpers anliegt, und die Abtriebslasche des zweiten Kanalkörpers liegt wiederum an dem linken Anschlagswiderlager 144 des zweiten Kanalkörpers an.
Bei 12 hat der Aktor den ersten Kanalkörper 1021 um eine weitere vollständige Drehung im Uhrzeigersinn weitergedreht (insgesamt zwei), was sicherstellt, dass alle Kanalkörper 1021, 1202, 1203 gemeinsam im Uhrzeigersinn drehen, indem nun der Antriebsstift 1222 des zweiten Kanalkörpers an der Abtriebslasche 1243 des dritten Kanalkörpers anliegt und wiederum die Abtriebslasche des dritten Kanalkörpers an dem linken Anschlagwiderlager 144' des dritten Kanalkörpers anliegt.
Bei 13 dreht der Aktor den ersten Kanalkörper 1021 weiter im Uhrzeigersinn, wodurch das Antriebsgliedsystem 120 den zweiten und dritten Kanalkörper 1022, 1023 gemeinsam mit dem ersten Kanalkörper drehen lässt, wobei der Aktor zusätzlich den ersten Kanalkörper dreht, um die geforderte Winkelstellung des dritten Kanalkörpers einzustellen.
Bei 14 dreht der Aktor nun den ersten Kanalkörper 1021 um mindestens eine vollständige Drehung gegen den Uhrzeigersinn, was sicherstellt, dass der zweite Kanalkörper 1022 gemeinsam mit dem ersten Kanalkörper gegen den Uhrzeigersinn dreht, indem der Antriebsstift 1221 des ersten Kanalkörpers an der Abtriebslasche 1242 des zweiten Kanalkörpers anliegt und wiederum die Abtriebslasche des zweiten Kanalkörpers an dem rechten Anschlagwiderlager 142 des zweiten Kanalkörpers anliegt, wobei der dritte Kanalkörper 1023 nicht dreht. Der Aktor dreht den ersten Kanalkörper 1021 gegen den Uhrzeigersinn weiter, wodurch das Antriebsgliedsystem 120 bewirkt, dass der zweite Kanalkörper 1022 gemeinsam mit dem ersten Kanalkörper dreht, wobei der Aktor zusätzlich den ersten Kanalkörper dreht, um die geforderte Winkelstellung des zweiten Kanalkörpers einzustellen, wobei der dritte Kanalkörper 1023 feststehend und wie in 13 eingestellt bleibt.
Bei 15 dreht der Aktor nun den ersten Kanalkörper 1021 im Uhrzeigersinn, um die geforderte Winkelstellung des ersten Kanalkörpers einzustellen, wobei der zweite und der dritte Kanalkörper 1022, 1023 feststehend bleiben, und alle Kanalkörper-Winkelstellungen sind von dem einzigen Aktor eingestellt worden.
Gemäß dem vorstehenden Betriebsbeispiel sind N – 1 Umdrehungen des obersten Kanalkörpers erforderlich, um ein Umdrehen des untersten Kanalkörpers zu bewirken. Abhängig von den anfänglichen Ausgangsstellungen der verschiedenen Antikörper ist es aber möglich, dass eine geringere Umdrehung erforderlich sein würde. Bei Vorhandensein eines intelligenten Steuergeräts, das die Drehstellung jedes Kanalkörpers kennt, kann dann zum Beispiel weniger Drehung als N – 1 Umdrehungen des obersten Kanalkörpers erforderlich sein. Abhängig von der Drehstellung der Kanalkörper bei einem anfänglichen Start wird daher die Drehung des obersten Kanalkörpers einfach ausreichend ausgelegt, um sicherzustellen, dass eine Drehung aller Kanalkörper erfolgt. Ferner kann die Drehung des obersten Kanalkörpers kleiner als N – 1 Umdrehungen sein, da eventuell nicht alle der untersten Kanalkörper eine Stellungsanpassung benötigen.
Aus dem Vorstehenden kann jeder Durchschnittsfachmann die Drehbewegungen, die einem Einstellen einer beliebigen Anzahl an Kanalkörpern zugeordnet sind, feststellen.
16 stellt eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Mehrwege-Strömungssteuerungsventils 100' mit einem einzigen Aktor dar, das Fluidströmung bezüglich eines ersten Fluidströmungssystems 200 und eines zweiten Fluidströmungssystems 300 steuert.
Ein erster Ventilkörper 208 weist drei Kanalkörper 202, 204, 206 darin angeordnet auf, wobei die obere Seitenwand des obersten Kanalkörpers 202 mit einem einzigen Aktor 400 verbunden ist und die untere Seitenwand des untersten Kanalkörpers 206 eine damit verbundene Welle 402 aufweist. Ein Antriebsgliedsystem 120' ist zwischen dem ersten und zweiten Kanalkörper 202, 204 und zwischen dem zweiten und dritten Kanalkörper 204, 206 angeordnet, wobei es gemäß dem vorstehend beschriebenen Antriebsgliedsystem 120 arbeitet.
Ein zweiter Ventilkörper 308 weist drei Kanalkörper 302, 304, 306 darin angeordnet auf. Ein Antriebsgliedsystem 120'' ist zwischen dem ersten und zweiten Kanalkörper 302, 304 und zwischen dem zweiten und dritten Kanalkörper 304, 306 angeordnet, wobei es gemäß dem vorstehend beschriebenen Antriebsgliedsystem 120 arbeitet.
Die Kanalkörper des ersten Ventilkörpers 208 sind mit den Kanalkörpern des zweiten Ventilkörpers 308 mittels eines Antriebsgliedsystems 120'' verbunden, das zwischen dem dritten Kanalkörper 206 des ersten Ventilkörpers 208 und dem ersten Kanalkörper 302 des zweiten Ventilkörpers 308 angeordnet ist, wobei es gemäß dem vorstehend beschriebenen Antriebsgliedsystem 120 arbeitet.
Wenn der Aktor 400, vorzugsweise ein Schrittmotor, dreht, um als Reaktion auf Fluidsystemsensoren 406 und ein elektronisches Steuergerät 408 die Winkelstellung der Kanalkörper einzustellen, wobei die Stellung durch Stellungssensoren 404 bekannt sein kann, läuft die Drehung des Aktors der Reihe nach wie hierin vorstehend beschrieben ab.
Bei dem Antriebsgliedsystem ist es bevorzugt, zwischen in Reihe benachbarten Kanalkörpern volle 360 Grad Drehfreiheit vorzusehen; die Drehfreiheit kann aber größer oder kleiner als 360 Grad sein.
Unter Bezugnahme nun auf 17 und 18 ist ein nicht schwenkendes Antriebsgliedsystem 120'''' dargestellt, wobei die Ansichten denen von 4 und 5 ähneln, wobei gleiche Teile gleiche Bezugszeichen aufweisen. Die Kanalkörper 1021', 1022', 1023' und 1024' sind nun mittels des Antriebsgliedsystems 120'''' durch reihenmäßiges Anliegen der Antriebsstifte 1221, 1222 und 1223 an jeweiligen nicht schwenkenden Abtriebslaschen 1242', 1243' und 1244' verbunden. Die Abtriebslaschen 1242', 1243' und 1244' können optional identisch zu den Antriebsstiften konfiguriert werden, wie lediglich beispielhaft in 17 und 18 gezeigt ist.
Bei einer Anwendung, bei der das Antriebsgliedsystem weniger als 360 Grad Drehfreiheit vorsieht, wie zum Beispiel bei der bei 17 und 18 dargestellten Anwendung, muss das Mehrwegeventilsystem mit variabler Strömungssteuerung dann diese Drehfreiheitsbeschränkung darin eingebaut aufweisen. Wenn zum Beispiel unter Zulassen einer Drehfreiheit von beispielsweise 350 Grad ein Antriebsstift an einer unteren Seitenwand gegen eine nicht schwenkende Abtriebslasche (oder andere anliegende Struktur) schlägt, dann wäre bei der Warteschlange hin zu dem obersten Kanalkörper eine in Reihe iterativ geringere Drehfreiheit gegeben, wobei in diesem Beispiel die Drehfreiheit RF durch RF = 360 – N·10 gegeben ist, wobei N die Anzahl an Kanalkörpern in der fortlaufenden Warteschlange ist (wobei das Zeichen ”·” Multiplikation bedeutet).
Für den Fachmann, den diese Erfindung betrifft, kann die vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsform Änderung oder Abwandlung unterliegen. Eine solche Änderung oder Abwandlung kann ohne Abweichen vom Schutzumfang der Erfindung ausgeführt werden, der nur durch den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche beschränkt sein soll.

Claims

Mehrwegeventilsystem mit variabler Strömungssteuerung, umfassend: ein Mehrwegeventil mit variabler Strömungssteuerung, umfassend: einen Ventilkörper mit mehreren Fluidströmungsöffnungen; mehrere Kanalkörper, die in Reihe von einem obersten Kanalkörper zu einem untersten Kanalkörper angeordnet sind, wobei die mehreren Kanalkörper in dem Ventilkörper angeordnet und diesbezüglich drehbar eingebaut sind, wobei jeder Kanalkörper mindestens einen darin ausgebildeten Kanal aufweist, der durch Drehung mit einer jeweiligen Fluidströmungsöffnung des Ventilkörpers selektiv ausrichtbar ist; und ein Antriebsgliedsystem, das die mehreren Kanalkörper in Reihe verbindet, wobei jeder in der Reihe obere Kanalkörper seinen in der Reihe unteren Kanalkörper selektiv mit einer vorbestimmten Drehfreiheit zwischen einem antreibenden Eingriff zwischen diesen antreibt; und einen mit dem obersten Kanalkörper verbundenen einzigen Aktor, der die mehreren Kanalkörper mittels des Antriebsgliedsystems selektiv dreht.
Mehrwegeventilsystem mit variabler Strömungssteuerung nach Anspruch 1, wobei jeder Kanalkörper eine obere Seitenwand und eine gegenüberliegende untere Seitenwand aufweist und wobei das Antriebsgliedsystem umfasst: einen Antriebsstift, der an der unteren Seitenwand eines oberen Kanalkörpers angeordnet ist; und eine Abtriebslasche, die an der oberen Seitenwand eines Kanalkörpers unmittelbar benachbart und in der Reihe unter dem oberen Kanalkörper angeordnet ist; wobei jeder in der Reihe obere Kanalkörper seinen in der Reihe unteren Kanalkörper durch den Antriebsstift des in der Reihe oberen Kanalkörpers, der an der Abtriebslasche des in der Reihe unteren Kanalkörpers anliegt, antreibt.
Mehrwegeventilsystem mit variabler Strömungssteuerung nach Anspruch 2, welches weiterhin ein elektronisches Steuersystem umfasst, das die Betätigung der Drehung des einzigen Aktors steuert.
Mehrwegeventilsystem mit variabler Strömungssteuerung nach Anspruch 3, weiterhin umfassend: ein Fluidströmungssystem, das mit dem Ventilkörper fluidtechnisch verbunden ist, wobei eine Drehung der mehreren Kanalkörper die Fluidströmung in dem Fluidströmungssystem selektiv steuert.
Mehrwegeventil mit variabler Strömungssteuerung nach Anspruch 2, wobei das Antriebsgliedsystem umfasst: einen Zapfen, der ein proximales Ende der Abtriebslasche schwenkbar an der oberen Seitenwand befestigt; ein mit der oberen Seitenwand verbundenes rechtes Anschlagwiderlager; und ein mit der oberen Seitenwand verbundenes linkes Anschlagwiderlager; wobei das rechte und linke Anschlagwiderlager in anliegender Beziehung zu der Abtriebslasche angeordnet sind, so dass die Abtriebslasche zwischen einem Anliegen an jedem von dem rechten und linken Anschlagwiderlager schwenkbar ist und das Schwenken zwischen dem Anliegen die Drehfreiheit von im Wesentlichen 360 Grad zwischen einem treibenden Eingriff des oberen Kanalkörpers bezüglich des in Reihe unteren Kanalkörpers sicherstellt; wobei bei mehreren Kanalkörpern gleich N bei Drehen des einzigen Aktors in einer ersten Richtung um höchstens N – 1 vollständige Drehungen dann alle Kanalkörper der mehreren Kanalkörper gemeinsam in der ersten Richtung drehen; wobei als Nächstes, wenn der Aktor zusätzlich in der ersten Richtung gedreht wird, dann der unterste Kanalkörper bezüglich des Ventilkörpers auf eine erste gewählte Winkelstellung eingestellt wird; wobei als Nächstes, wenn der Aktor um höchstens N – 2 vollständige Drehungen in einer zweiten Richtung dreht, die entgegengesetzt zur ersten Richtung ist, dann alle Kanalkörper mit Ausnahme des untersten Kanalkörpers gemeinsam drehen, während der unterste Kanalkörper rotatorisch feststehend ist; wobei, wenn der Aktor dann zusätzlich in der zweiten Richtung gedreht wird, dann der Kanalkörper unmittelbar benachbart und in Reihe über dem untersten Kanalkörper bezüglich des Ventilkörpers auf eine zweite gewählte Winkelstellung eingestellt wird.
Mehrwegeventilsystem mit variabler Strömungssteuerung nach Anspruch 5, welches weiterhin ein elektronisches Steuersystem umfasst, das die Auslösung der Drehung des einzigen Aktors steuert.
Mehrwegeventilsystem mit variabler Strömungssteuerung nach Anspruch 4, wobei das Strömungssteuerungssystem ein erstes Fluidströmungssteuerungssystem ist und das Mehrwegeventil mit variabler Strömungssteuerung ein erstes Mehrwegeventil mit variabler Strömungssteuerung ist, die mehreren Kanalkörper erste mehrere Kanalkörper sind und das Antriebsgliedsystem ein erstes Antriebsgliedsystem ist; weiterhin umfassend: ein zweites Mehrwegeventil mit variabler Strömungssteuerung, umfassend: einen zweiten Ventilkörper mit mehreren zweiten Fluidströmungsöffnungen; zweite mehrere in Reihe angeordnete Kanalkörper, die in dem zweiten Ventilkörper drehbar eingebaut sind, wobei jeder Kanalkörper einen darin ausgebildeten Kanal aufweist, der durch Drehung mit einer jeweiligen Fluidströmungsöffnung des Ventilkörpers selektiv ausrichtbar ist; und ein zweites Antriebsgliedsystem, das die zweiten mehreren Kanalkörper in Reihe verbindet, wobei jeder in der Reihe obere Kanalkörper seinen in der Reihe unteren Kanalkörper selektiv mit einer vorbestimmten Drehfreiheit zwischen einem antreibenden Eingriff zwischen diesen antreibt; ein zweites Fluidströmungssystem, das mit dem zweiten Ventilkörper fluidtechnisch verbunden ist, wobei eine Drehung der zweiten mehreren Kanalkörper die Fluidströmung in dem zweiten Fluidströmungssystem selektiv steuert; und ein drittes Antriebsgliedsystem, das einen untersten Kanalkörper der ersten mehreren Kanalkörper mit einem obersten Kanalkörper der zweiten mehreren Kanalkörper verbindet; wobei der einzige Aktor zusätzlich die mehreren zweiten Kanalkörper mittels des ersten und zweiten Antriebsgliedsystems dreht.
Mehrwegeventil mit variabler Strömungssteuerung nach Anspruch 7, wobei das erste, zweite und dritte Antriebsgliedsystem umfassen: einen Zapfen, der ein proximales Ende der Abtriebslasche schwenkbar an der oberen Seitenwand befestigt; ein mit der oberen Seitenwand verbundenes rechtes Anschlagwiderlager; und ein mit der oberen Seitenwand verbundenes linkes Anschlagwiderlager; wobei das rechte und linke Anschlagwiderlager in anliegender Beziehung zu der Abtriebslasche angeordnet sind, so dass die Abtriebslasche zwischen einem Anliegen an jedem von dem rechten und linken Anschlagwiderlager schwenkbar ist und das Schwenken zwischen dem Anliegen die Drehfreiheit von im Wesentlichen 360 Grad zwischen einem treibenden Eingriff des oberen Kanalkörpers bezüglich des in Reihe unteren Kanalkörpers sicherstellt; wobei bei mehreren von ersten und zweiten Kanalkörpern gleich N bei Drehen des einzigen Aktors in einer ersten Richtung um höchstens N – 1 vollständige Drehungen dann alle Kanalkörper der mehreren Kanalkörper gemeinsam in der ersten Richtung drehen; wobei als Nächstes, wenn der Aktor zusätzlich in der ersten Richtung gedreht wird, dann der unterste Kanalkörper bezüglich des Ventilkörpers auf eine erste gewählte Winkelstellung eingestellt wird; wobei als Nächstes, wenn der Aktor um höchstens N – 2 vollständige Drehungen in einer zweiten Richtung dreht, die entgegengesetzt zur ersten Richtung ist, dann alle Kanalkörper mit Ausnahme des untersten Kanalkörpers gemeinsam drehen, während der unterste Kanalkörper rotatorisch feststehend ist; wobei, wenn der Aktor dann zusätzlich in der zweiten Richtung gedreht wird, dann der Kanalkörper unmittelbar benachbart und in Reihe über dem untersten Kanalkörper bezüglich des Ventilkörpers auf eine zweite gewählte Winkelstellung eingestellt wird.
Verfahren zum Steuern von Fluidströmung, welches folgende Schritte umfasst: Zusammenbauen von mehreren in Reihe angeordneten Kanalkörpern, die in mindestens einem Ventilkörper drehbar eingebaut sind, der mit mindestens einem Fluidströmungssystem verbunden ist, wobei die Winkelstellung jedes Ventilkörpers eine selektive Fluidströmungssteuerung des mindestens einen Fluidströmungssystems vorsieht, wobei die mehreren Kanalkörper eine Anzahl von Kanalkörpern N umfassen, die in Reihe von einem obersten Kanalkörper zu einem untersten Kanalkörper angeordnet sind; und selektives Drehen eines obersten Kanalkörpers der mehreren Kanalkörper durch einen einzigen Aktor, um dadurch jeweils eine Winkelstellung jedes Kanalkörpers bezüglich des mindestens einen Ventilkörpers einzustellen.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Schritt des selektiven Drehens umfasst: ausreichendes Drehen des obersten Kanalkörpers durch den einzigen Aktor in einer ersten Richtung, so dass alle Kanalkörper gemeinsam in der ersten Richtung drehen; weiteres Drehen des obersten Kanalkörpers durch den einzigen Aktor, um dadurch den untersten Kanalkörper zu einer ersten gewählten Winkelstellung bezüglich des mindestens einen Ventilkörpers einzustellen; ausreichendes Drehen des obersten Kanalkörpers durch den einzigen Aktor in einer zweiten Richtung entgegengesetzt zur ersten Richtung, so dass alle Kanalkörper mit Ausnahme des untersten Kanalkörpers gemeinsam in der zweiten Richtung drehen; weiteres Drehen des obersten Kanalkörpers durch den einzigen Aktor, um dadurch den zum untersten Kanalkörper in Reihe nächsten zu einer zweiten gewählten Winkelstellung bezüglich des mindestens einen Ventilkörpers einzustellen; und fortlaufendes Wiederholen der Schritte des Drehens und des weiteren Drehens, bis alle Kanalkörper bezüglich des mindestens einen Ventilkörpers auf ihre jeweilige Winkelstellung eingestellt worden sind.