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DE102019111829A1 - Control valve for regulating a coolant flow in a cooling system - Google Patents

Control valve for regulating a coolant flow in a cooling system Download PDF

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DE102019111829A1
DE102019111829A1 DE102019111829.8A DE102019111829A DE102019111829A1 DE 102019111829 A1 DE102019111829 A1 DE 102019111829A1 DE 102019111829 A DE102019111829 A DE 102019111829A DE 102019111829 A1 DE102019111829 A1 DE 102019111829A1
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Steffen Flade
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H2fly GmbH
Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Regelventil (26) zur Regelung eines Kühlmittelstroms in einem Kühlsystem (10), insbesondere in einem Kühlsystem (10) zum Kühlen mehrerer Wärmequellen (11, 12), mit einem Ventilgehäuse (31), das wenigstens zwei Einlassöffnungen (32, 33) zum Zuführen eines ersten und eines zweiten Kühlmittelstroms (36, 37) aufweist, mit einem Fluidraum (29), der mit den wenigstens zwei Einlassöffnungen (32, 33) in Strömungsverbindung steht, sowie mit wenigstens einer Auslassöffnung (34), die von dem Fluidraum (29) abführt, wobei den wenigstens zwei Einlassöffnungen (32, 33) jeweils ein Ventil (38, 39) zugeordnet ist, welches zumindest in einer Öffnungsstellung (49) und einer Schließstellung (48) anordenbar ist, wobei die Stellungen der Ventile (38, 39) unabhängig voneinander, zur unabhängigen Regelung der durch die Einlassöffnungen (32, 33) strömenden Kühlmittelströme (36, 37), einstellbar sindThe invention relates to a control valve (26) for regulating a coolant flow in a cooling system (10), in particular in a cooling system (10) for cooling several heat sources (11, 12), with a valve housing (31) which has at least two inlet openings (32, 33) for supplying a first and a second coolant flow (36, 37), with a fluid space (29) which is in flow connection with the at least two inlet openings (32, 33), and with at least one outlet opening (34), which is connected by the fluid chamber (29), the at least two inlet openings (32, 33) each being assigned a valve (38, 39) which can be arranged at least in an open position (49) and a closed position (48), the positions of the valves (38, 39) can be set independently of one another for independent regulation of the coolant flows (36, 37) flowing through the inlet openings (32, 33)

Description

Die Erfindung betrifft ein Regelventil zur Regelung eines Kühlmittelstroms in einem Kühlsystem, insbesondere in einem Kühlsystem zum Kühlen mehrerer Wärmequellen.The invention relates to a control valve for regulating a coolant flow in a cooling system, in particular in a cooling system for cooling several heat sources.

Aus der DE 10 2014 009 772 A1 ist ein Elektrofahrzeug bekannt, welches durch eine elektrische Antriebsmaschine angetrieben ist. Zur Erhöhung der Reichweite umfasst das Elektrofahrzeug zudem eine Brennstoffzelle als sogenannten „Range-Extender“. Im Betrieb erzeugen die elektrische Antriebsmaschine sowie die Brennstoffzelle Wärme, die durch ein gemeinsames Kühlsystem abgeführt wird. Nach einem Kaltstart des Elektrofahrzeugs wird zunächst nur die elektrische Antriebsmaschine vom Kühlmittel durchströmt. Dadurch wird eine schnelle Erwärmung des Kühlmittels sowie der Antriebsmaschine erreicht. Zwischen der Antriebsmaschine und der Brennstoffzelle ist ein Thermostatventil vorgesehen, welches nach dem Erreichen einer definierten Kühlmitteltemperatur zumindest einen Teilvolumenstrom des Kühlmittels der Brennstoffzelle zuführt. Zur Regelung der Kühlmitteltemperatur kann das Thermostatventil ebenso einen Teilvolumenstrom des Kühlmittels über einen Bypass einem Kühler zuführen. Durch dieses Kühlsystem stehen die elektrische Antriebmaschine und die Brennstoffzelle in einer thermischen Abhängigkeit, da die Temperatur des der Brennstoffzelle zugeführten Kühlmittels von der Austrittstemperatur des Kühlmittels von der Antriebsmaschine abhängt.From the DE 10 2014 009 772 A1 an electric vehicle is known which is driven by an electric drive machine. To increase the range, the electric vehicle also includes a fuel cell as a so-called "range extender". During operation, the electric drive machine and the fuel cell generate heat that is dissipated by a shared cooling system. After a cold start of the electric vehicle, the coolant initially only flows through the electric drive machine. This achieves rapid heating of the coolant and the drive machine. A thermostatic valve is provided between the drive machine and the fuel cell which, after reaching a defined coolant temperature, supplies at least a partial volume flow of the coolant to the fuel cell. To regulate the coolant temperature, the thermostatic valve can also supply a partial volume flow of the coolant to a radiator via a bypass. As a result of this cooling system, the electric drive machine and the fuel cell are thermally dependent, since the temperature of the coolant supplied to the fuel cell depends on the outlet temperature of the coolant from the drive machine.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Regelventil zur Regelung eines Kühlmittelstroms in einem Kühlsystem vorzuschlagen, welches zu einer optimierten Kühlung der in dem Kühlkreislauf angeordneten Komponenten beiträgt.The object of the present invention is to propose a control valve for regulating a coolant flow in a cooling system, which contributes to an optimized cooling of the components arranged in the cooling circuit.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Regelventil gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Besonders bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved according to the invention by a control valve according to the features of claim 1. Particularly preferred embodiments of the invention are specified in the dependent claims.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Regelventil wenigstens zwei Einlassöffnungen aufweist, denen jeweils ein Ventil zugeordnet ist, welches zumindest in einer Öffnungsstellung und in einer Schließstellung, und ggf. in Zwischenstellungen zwischen der Öffnungsstellung und der Schließstellung, anordnenbar ist, wobei die Stellung der Ventile unabhängig voneinander, zur unabhängigen Regelung der durch die Einlassöffnungen strömenden Kühlmittelströme, einstellbar (steuerbar bzw. regelbar) ist.According to the invention it is provided that the control valve has at least two inlet openings, each of which is assigned a valve which can be arranged at least in an open position and in a closed position, and possibly in intermediate positions between the open position and the closed position, the position of the valves being independent from each other, for the independent regulation of the coolant flows flowing through the inlet openings, adjustable (controllable or regulatable).

Durch das Anordnen der Ventile in der Öffnungs- und/oder Schließstellung und/oder Zwischenstellung kann jedes Ventil unabhängig voneinander vollständig verschlossen oder (vollständig) geöffnet werden. Ist ein Ventil in der Öffnungsstellung angeordnet und das andere Ventil in der Schließstellung, strömt nur einer der beiden Kühlmittelströme durch das geöffnete Ventil in den Fluidraum und verlässt das Regelventil durch die Auslassöffnung. Sind beide Ventile in der Öffnungsstellung angeordnet, strömen beide Kühlmittelströme durch die Ventile hindurch und werden in dem gemeinsamen Fluidraum zu einem Kühlmittelmischstrom zusammengeführt. Der Fluidraum wirkt dann als eine Mischkammer.By arranging the valves in the open and / or closed position and / or intermediate position, each valve can be completely closed or (completely) opened independently of one another. If one valve is arranged in the open position and the other valve in the closed position, only one of the two coolant flows flows through the open valve into the fluid space and leaves the control valve through the outlet opening. If both valves are arranged in the open position, both coolant flows flow through the valves and are combined to form a mixed coolant flow in the common fluid space. The fluid space then acts as a mixing chamber.

Durch das Anordnen wenigstens eines der Ventile in zumindest einer Zwischenstellung, können die (Teil-)Volumenströme der beiden Kühlmittelströme unabhängig voneinander geregelt werden. Insbesondere werden dem Regelventil über die Einlassöffnungen Kühlmittelströme zugeführt, die eine unterschiedliche Temperatur aufweisen. Indem die Volumenströme der Kühlmittelströme getrennt voneinander regelbar sind, kann das Mischungsverhältnis zwischen den beiden Kühlmittelströmen verändert werden. Durch das Mischungsverhältnis der beiden Kühlmittelströme kann die Kühlmitteltemperatur des Kühlmittelmischstroms angepasst werden. Durch Einstellbarkeit der einzelnen (Teil-)Volumenströme der beiden Kühlmittelströme ist der Volumenstrom des Kühlmittelmischstroms unabhängig von dessen Temperatur einstellbar. Die Temperatur und/oder der Volumenstrom des Kühlmittelmischstroms kann dadurch an eine erforderliche Kühlmitteltemperatur und/oder einen erforderlichen Kühlmittelvolumenstrom für eine zu kühlende Wärmequelle angepasst werden.By arranging at least one of the valves in at least one intermediate position, the (partial) volume flows of the two coolant flows can be regulated independently of one another. In particular, coolant flows which have a different temperature are fed to the control valve via the inlet openings. Since the volume flows of the coolant flows can be regulated separately from one another, the mixing ratio between the two coolant flows can be changed. The coolant temperature of the mixed coolant flow can be adapted through the mixing ratio of the two coolant flows. As the individual (partial) volume flows of the two coolant flows can be adjusted, the volume flow of the mixed coolant flow can be set independently of its temperature. The temperature and / or the volume flow of the mixed coolant flow can thereby be adapted to a required coolant temperature and / or a required coolant volume flow for a heat source to be cooled.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des Regelventils kann vorgesehen sein, dass das Ventil einen Ventilsitz aufweist und in dem Ventilsitz ein bewegliches Ventilelement mit einem Kühlmitteldurchgang angeordnet ist und vorzugsweise der Kühlmitteldurchgang einen Strömungsquerschnitt bildet, der gleichgroß oder größer als ein Strömungsquerschnitt der Einlassöffnung ist. So wird ein Regelventil mit drei Kammern erhalten, wobei die Kammern stromab der Einlassöffnungen, gebildet durch die Kühlmitteldurchgänge, strömungsmechanisch voneinander entkoppelt sind. Die strömungsmechanische Kopplung erfolgt stromabwärts in der Fluidkammer als dritte Kammer. Dadurch kann ein Ventil ausgebildet sein, welches bei guter Mischwirkung einen großen Strömungsquerschnitt für das durchströmende Kühlmittel aufweist. So ergibt sich ein geringer Strömungswiderstand bzw. Druckverlust für den Kühlmittelstrom durch das Ventil.In an advantageous development of the control valve, it can be provided that the valve has a valve seat and a movable valve element with a coolant passage is arranged in the valve seat and the coolant passage preferably forms a flow cross section that is equal to or larger than a flow cross section of the inlet opening. A control valve with three chambers is thus obtained, the chambers downstream of the inlet openings, formed by the coolant passages, being fluidically decoupled from one another. The fluid mechanical coupling takes place downstream in the fluid chamber as the third chamber. As a result, a valve can be formed which, with a good mixing effect, has a large flow cross section for the coolant flowing through. This results in a low flow resistance or pressure loss for the coolant flow through the valve.

In einer Weiterbildung des Regelventils kann vorgesehen sein, dass das Ventilelement als zylindrischer Körper ausgebildet ist und der Ventilsitz eine zylindrische Innenkontur aufweist, wobei das Ventilelement um dessen Längsachse drehbar in dem Ventilsitz vorgesehen ist. Durch eine solche Ausgestaltung des Ventilelements kann eine möglichst geringe Umlenkung des Kühlmittelstroms in dem Ventil erreicht werden. Dadurch kann der Druckverlust durch das Ventil zusätzlich reduziert werden. Zudem kann durch die zylindrische Form ein geringes Bauvolumen erreicht werden, sodass das Regelventil mit einem geringen Platzbedarf auch innerhalb einer Wärmequelle integriert werden kann. Die Längsachse ist vorzugsweise quer zur Hauptströmungsrichtung ausgerichtet. Dabei kann das Ventilelement platzsparend und effizient durch einen an dessen Stirnseite angeordneten elektrischen Stellantrieb, beispielsweise einen Servomotor, radial verstellt werden.In a development of the control valve, it can be provided that the valve element is designed as a cylindrical body and the valve seat has a cylindrical inner contour, the valve element being provided in the valve seat so that it can rotate about its longitudinal axis. By such a Design of the valve element, the smallest possible deflection of the coolant flow in the valve can be achieved. This can further reduce the pressure loss through the valve. In addition, the cylindrical shape makes it possible to achieve a small overall volume, so that the control valve can also be integrated within a heat source with a small footprint. The longitudinal axis is preferably oriented transversely to the main flow direction. The valve element can be adjusted radially in a space-saving and efficient manner by means of an electric actuator, for example a servomotor, arranged on its end face.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des Regelventils kann vorgesehen sein, dass das Ventilelement als zylindrischer Hohlkörper ausgebildet ist, wobei der Kühlmitteldurchgang zwei einander gegenüberliegende, z. B. kreisförmige, Fluidöffnungen im Mantel des Hohlkörpers sowie einen Hohlraum im Hohlkörper aufweist oder daraus gebildet ist. Durch die Ausgestaltung des Ventilelements als Hohlkörper kann ein geringes Gewicht des Ventilelements erreicht werden. Das Ausführen einer Stellbewegung des Ventilelements ist dadurch mit einer geringen Stellkraft ermöglicht. Zudem bietet der Hohlraum ein großes Strömungsvolumen für das durch das Ventil strömende Kühlmittel, woraus sich eine weitere Reduzierung des Druckverlustes ergeben kann.In a particularly preferred embodiment of the control valve it can be provided that the valve element is designed as a cylindrical hollow body, the coolant passage having two opposing, z. B. circular, fluid openings in the jacket of the hollow body and a cavity in the hollow body or is formed therefrom. By designing the valve element as a hollow body, a low weight of the valve element can be achieved. The execution of an actuating movement of the valve element is thereby made possible with a low actuating force. In addition, the cavity offers a large flow volume for the coolant flowing through the valve, which can result in a further reduction in the pressure loss.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des Regelventils sieht vor, dass ein Innendurchmesser DH des Hohlkörpers und/oder der Fluidöffnungen gleich groß oder größer ausgebildet ist als der Strömungsquerschnitt DE der Einlassöffnung und/oder der Zuführungsleitungen an das Regelventil DE. Beispielsweise kann das Verhältnis DH /DE zwischen 1 und 1,5, z. B. 1,2 betragen. Durch eine solche Ausgestaltung kann ein möglichst großes Strömungsvolumen für das Kühlmittel innerhalb des Hohlkörpers ausgebildet sein. Auch dadurch wird eine möglichst geringe Beeinflussung der Kühlmittelströmung mit dem Ziel eines möglichst geringen Druckverlustes erreicht.An advantageous development of the control valve provides that an inner diameter D H of the hollow body and / or the fluid openings is designed to be equal to or larger than the flow cross section D E of the inlet opening and / or the supply lines to the control valve D E. For example, the ratio D H / D E can be between 1 and 1.5, e.g. B. 1.2. With such a configuration, the largest possible flow volume for the coolant can be formed within the hollow body. This also results in the least possible influencing of the coolant flow with the aim of the lowest possible pressure loss.

Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Ventilelemente gleichartig ausgestaltet sind. Dadurch ist eine möglichst einfache konstruktive Ausgestaltung des Regelventils erreichbar. Zudem vereinfacht die gleichartige Ausgestaltung der Ventilelemente eine aufeinander abgestimmte Regelung der beiden Kühlmittelströme.It can preferably be provided that the valve elements are designed in the same way. As a result, the simplest possible structural design of the control valve can be achieved. In addition, the similar design of the valve elements simplifies a coordinated control of the two coolant flows.

In einer Weiterbildung des Ventils kann vorgesehen sein, dass zumindest eines der Ventilelemente passgenau, jedoch weiterhin drehbar, als Passung in dem Ventilsitz angeordnet ist. Dadurch ist auch ohne Verwendung eines Dichtelementes zur Dichtung des Ventils in Schießstellung und/oder der beiden Kammern bzw. Kühlmitteldurchgänge gegeneinander eine ausreichende Dichtigkeit des Ventils erreichbar.In a development of the valve, it can be provided that at least one of the valve elements is arranged as a fit in the valve seat, but still rotatable. As a result, adequate sealing of the valve can be achieved without using a sealing element to seal the valve in the closed position and / or the two chambers or coolant passages.

In einer alternativen Weiterbildung des Ventils kann vorgesehen sein, dass zwischen zumindest einem der Ventilelemente und dem Ventilsitz eine Spielpassung vorgesehen ist, sodass in der Schließstellung des zumindest einen Ventilelements eine Restströmung des Kühlmittels durch das Ventil strömbar ist. Bei einem als zylindrische Bohrung ausgebildeten Ventilsitz und einem zylindrischen Ventilelement hat sich eine Spielpassung von z. B. H11/d9 (Toleranzklassenkombination) als geeignet herausgestellt. Aufgrund der durch das Ventil strömenden Restströmung des Kühlmittels kann insbesondere in der Luftfahrt, mit Betrieb in großen Höhen und somit geringen Temperaturen, aber auch beim Winterbetrieb eines Fahrzeugs, ein Einfrieren des Ventils und der stromabwärts angeordneten Wärmequelle bei niedrigen Temperaturen in der Schließstellung verhindert werden. Zugleich kann die Restströmung als Schmiermittel wirken.In an alternative development of the valve it can be provided that a clearance fit is provided between at least one of the valve elements and the valve seat, so that in the closed position of the at least one valve element a residual flow of the coolant can flow through the valve. In the case of a valve seat designed as a cylindrical bore and a cylindrical valve element, a clearance fit of z. B. H11 / d9 (tolerance class combination) turned out to be suitable. Due to the residual flow of the coolant flowing through the valve, freezing of the valve and the downstream heat source at low temperatures in the closed position can be prevented, especially in aviation, with operation at high altitudes and thus low temperatures, but also during winter operation of a vehicle. At the same time, the residual flow can act as a lubricant.

Bevorzugt können die Ventilelemente und/oder die Ventilsitze jeweils aus dem gleichen Material ausgebildet sein. Vorzugsweise sind das Ventilelement und zumindest der Ventilsitz aus einem Leichtmetall, Kunststoff, Verbundwerkstoff oder dergleichen Werkstoff mit geringem Eigengewicht ausgebildet. Als Leichtmetall kann insbesondere Aluminium(-legierung), z. B. auch mit einer Beschichtung, z. B. einer Eloxidschicht, aber auch andere Leichtmetalle wie beispielsweise Magnesium(-legierung), eingesetzt werden. Durch die gleiche Materialpaarung weisen das Ventilelement sowie zumindest der Ventilsitz gleiche thermische Ausdehnungskoeffizienten auf. So ergeben sich bei Temperaturänderungen gleiche oder zumindest ähnliche Ausdehnungseigenschaften, sodass ein Verklemmen des Ventilelements im Ventilsitz verhindert wird und, bei Vorhandensein einer definierten Spielpassung für eine Restströmung, diese aufrechterhalten wird.The valve elements and / or the valve seats can preferably each be formed from the same material. The valve element and at least the valve seat are preferably formed from a light metal, plastic, composite material or similar material with a low intrinsic weight. As a light metal, aluminum (alloy), e.g. B. also with a coating, e.g. B. an anodized layer, but also other light metals such as magnesium (alloy) can be used. Due to the same material pairing, the valve element and at least the valve seat have the same coefficient of thermal expansion. In this way, the same or at least similar expansion properties result when the temperature changes, so that the valve element is prevented from jamming in the valve seat and, if there is a defined clearance fit for a residual flow, this is maintained.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des Regelventils kann den Ventilelementen, insbesondere jeweils, ein elektrischer Stellantrieb zugeordnet sein, durch den Stellbewegung der Ventilelemente unabhängig voneinander durch einen elektrischen Stellantrieb ansteuerbar ist und kann vorzugsweise eine Regelung vorgesehen sein, die den Stellantrieb in Abhängigkeit von einem Regelparameter, insbesondere einem Temperaturwert und/oder einem Volumenstromwert, ansteuert. Der Stellantrieb kann z. B. platzsparend und effizient von einem (Servo-)Motor gebildet sein, der an der Stirnseite des Ventilelements angeordnet sein kann und das Ventilelement radial verstellen kann. Dadurch ist ein thermisch geregeltes und/oder volumenstromgeregeltes Regelventil erhältlich, welches eine Volumenstromregelung in Abhängigkeit eines Parameters, insbesondere eines externen Parameters, ermöglicht. Dieser externe Parameter kann beispielsweise eine Betriebstemperatur, insbesondere eine optimale Betriebstemperatur, der Wärmequelle oder ein Parameter des die Wärmequelle durchströmenden Kühlmittelvolumenstroms sein. Auf diese Weise kann die Kühlmitteltemperatur und/oder der Kühlmittelvolumenstrom des Kühlmittelstroms an die optimale Betriebstemperatur der Wärmequelle angepasst werden.In a particularly preferred embodiment of the control valve, the valve elements, in particular each, can be assigned an electric actuator, through which the actuating movement of the valve elements can be controlled independently of one another by an electric actuator, and a control system can preferably be provided that controls the actuator depending on a control parameter, in particular a temperature value and / or a volume flow value, controls. The actuator can, for. B. can be formed space-saving and efficient by a (servo) motor, which can be arranged on the end face of the valve element and can adjust the valve element radially. As a result, a thermally regulated and / or volume flow regulated control valve is available, which regulates the volume flow as a function of a parameter, in particular an external parameter. This external parameter can be, for example, an operating temperature, in particular an optimal operating temperature, of the heat source or a parameter of the coolant volume flow flowing through the heat source. In this way, the coolant temperature and / or the coolant volume flow of the coolant flow can be adapted to the optimal operating temperature of the heat source.

In einer Weiterbildung des Regelventils kann vorgesehen sein, dass der Stellantrieb in der Weise durch die Regelung ansteuerbar ist, dass das Ventilelement zwischen der Öffnungsstellung und der Schließstellung oder einer dazwischen liegenden Zwischenstellung, für eine Regelung eines kontinuierlichen Volumenstroms, oder zwischen der Öffnungsstellung und der Schließstellung, zur Erzeugung eines pulsierenden Kühlmittelstroms, verstellbar ist. Zur pulsierenden Regelung können z. B. vergleichsweise einfach ausgestaltete, kostengünstige und/oder robuste, Ventile verwendet werden. Die Einstellung der einzelnen Volumenströme ergibt sich aus der zeitlichen Frequenz der Pulsation. Durch die Fluidkammer als „Puffervolumen“ ergibt sich ein kontinuierlicher Kühlmittelmischstrom aus der Auslassöffnung.In a further development of the control valve it can be provided that the actuator can be controlled by the control in such a way that the valve element is between the open position and the closed position or an intermediate position in between, for regulating a continuous volume flow, or between the open position and the closed position , to generate a pulsating coolant flow, is adjustable. For pulsating regulation z. B. comparatively simply designed, inexpensive and / or robust valves can be used. The setting of the individual volume flows results from the temporal frequency of the pulsation. The fluid chamber as a “buffer volume” results in a continuous mixed coolant flow from the outlet opening.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des Regelventils kann in dem Fluidraum ein Filterelement zum Filtern des aus der Auslassöffnung ausströmenden Kühlmittels vorhanden sein, welches sich z. B. in den Fluidraum erstreckt, wobei das Filterelement vorzugsweise aus einem Fluid durchlässigen Material, z. B. aus Sintermetall oder einem feinmaschigen Sieb, ausgebildet ist. Durch ein solches Filterelement kann sichergestellt werden, dass der dem Regelventil nachgeschalteten Wärmequelle nur ein entsprechend gefilterter Kühlmittelstrom zugeführt wird. Dadurch, dass sich das Filterelement in den Fluidraum erstreckt und von außen nach innen durchströmt wird, kann eine Vergrößerung der Filterfläche vorgesehen werden, wodurch sich ein geringerer Druckverlust durch das Filterelement ergibt. Das Filterelement kann hierfür topfförmig, kegelförmige, kegelstumpfförmig, pyramidenförmig oder vergleichbar ausgestaltet sein.In an advantageous development of the control valve, a filter element for filtering the coolant flowing out of the outlet opening can be present in the fluid space. B. extends into the fluid space, the filter element preferably made of a fluid-permeable material, e.g. B. made of sintered metal or a fine-mesh screen is formed. Such a filter element can ensure that the heat source connected downstream of the control valve is only supplied with a correspondingly filtered coolant flow. Because the filter element extends into the fluid space and is flowed through from the outside to the inside, an enlargement of the filter surface can be provided, which results in a lower pressure loss through the filter element. For this purpose, the filter element can be pot-shaped, conical, frustoconical, pyramidal or comparable.

Eine kompakte Bauform ergibt sich, wenn das Ventilgehäuse im Wesentlichen (d. h. abgesehen von Anbauten wie Leitungsanschlüssen und/oder Befestigungsstellen) quaderförmig ausgebildet ist. Beispielsweise kann das Ventilgehäuse eine Länge von rund 150 mm und eine Höhe und Tiefe von jeweils weniger als der halben Länge, z. B. eine Höhe von 55 mm und eine Tiefe von rund 60 mm, aufweisen. Das Ventilelement kann dabei z. B. einen Außendurchmesser von rund 40 mm, z. B. 38 mm, und eine Höhe von rund 50 mm aufweisen. Die Maße ergeben sich insbesondere auch nach dem Anwendungsfall.A compact design is obtained if the valve housing is essentially cuboid (i.e. apart from attachments such as line connections and / or fastening points). For example, the valve housing can have a length of around 150 mm and a height and depth of less than half the length, e.g. B. have a height of 55 mm and a depth of around 60 mm. The valve element can, for. B. an outer diameter of around 40 mm, e.g. B. 38 mm, and have a height of around 50 mm. The dimensions also result in particular according to the application.

Wenn die Einlassöffnungen und die Auslassöffnung derart bezüglich des Fluidraums angeordnet ist, dass im Betrieb die Hautströmungsrichtung des in den Fluidraum einströmenden Kühlmittels rechtwinklig zu der Hauptströmungsrichtung des aus dem Fluidraum ausströmenden Kühlmittels ausgerichtet ist, kann bei kompakter Bauform des Regelventils eine gute und druckverlustarme Durchmischung der Kühlmittelströme in dem Fluidraum erreicht werden. Dies ist insbesondere der Fall, wenn z. B. die Einlassöffnungen an derselben Seite in den Fluidraum münden und die Strömungsquerschnitte der Einlassöffnungen an ihren Mündungen mehr als 50 %, z. B. 70 % der entsprechenden Seitenfläche des Fluidraums einnehmen. Die Mündung der Auslassöffnung nimmt dabei vorzugsweise mehr als 50 % einer anderen, vorzugsweise zu der anderen Seitenfläche rechtwinklig ausgerichteten, Seitenfläche des Fluidraums ein. Der Fluidraum kann z. B. zumindest im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet sein, was Fertigungsvorteile bei der Ausbildung der Dichtflächen bieten kann.If the inlet openings and the outlet opening are arranged with respect to the fluid space in such a way that, during operation, the main flow direction of the coolant flowing into the fluid space is oriented at right angles to the main flow direction of the coolant flowing out of the fluid space, good mixing of the coolant flows with little pressure loss can be achieved with a compact design of the control valve can be achieved in the fluid space. This is especially the case when z. B. open the inlet openings on the same side in the fluid space and the flow cross-sections of the inlet openings at their mouths more than 50%, z. B. occupy 70% of the corresponding side surface of the fluid space. The mouth of the outlet opening preferably takes up more than 50% of another side surface of the fluid space, preferably oriented at right angles to the other side surface. The fluid space can, for. B. be at least substantially cuboid, which can offer manufacturing advantages in the formation of the sealing surfaces.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen derselben werden im Folgenden anhand der in den Figuren dargestellten Beispiele näher beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmenden Merkmale können einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination erfindungsgemäß angewandt werden. Es zeigen:

  • 1 ein exemplarisches Schaltschema eines Kühlsystems zum Kühlen mehrerer Wärmequellen mit zwei erfindungsgemäßen Regelventilen,
  • 2 eine schematische Schnittansicht eines der Regelventile gemäß 1,
  • 3 eine perspektivische Detailansicht eines Ventilelements des Regelventils gemäß 2,
  • 4 eine erste Schaltstellungen des Regelventils in einer stark schematisierten Darstellung,
  • 5 eine zweite Schaltstellungen des Regelventils in einer stark schematisierten Darstellung und
  • 6 eine dritte Schaltstellungen des Regelventils in einer stark schematisierten Darstellung.
The invention and further advantageous embodiments and developments thereof are described and explained in more detail below with reference to the examples shown in the figures. The features to be taken from the description and the drawings can be used individually or collectively in any combination according to the invention. Show it:
  • 1 an exemplary circuit diagram of a cooling system for cooling several heat sources with two control valves according to the invention,
  • 2 a schematic sectional view of one of the control valves according to FIG 1 ,
  • 3 a perspective detailed view of a valve element of the control valve according to FIG 2 ,
  • 4th a first switching position of the control valve in a highly schematic representation,
  • 5 a second switching position of the control valve in a highly schematic representation and
  • 6th a third switching position of the control valve in a highly schematic representation.

1 zeigt exemplarisch ein Kühlsystem 10, zum Kühlen zweier Wärmequellen 11, 12 in einem gemeinsamen Kühlkreislauf 13. Dieses Kühlsystem 10 ermöglicht das Bereitstellen verschiedener Kühlmitteltemperaturen und/oder Kühlmittelvolumenströme, sodass für die Wärmequellen 11, 12 eine individuelle Regelung der Kühlung vorgesehen werden kann. Insbesondere können die Wärmequellen 11, 12 dadurch bei unterschiedlichen Betriebstemperaturen betrieben werden. Durch eine entsprechende Erweiterung des Kühlsystems 10 können auch mehr als zwei Wärmequellen 11, 12 in dem Kühlkreislauf 13 vorgesehen werden. 1 shows an example of a cooling system 10 , for cooling two heat sources 11 , 12 in a common cooling circuit 13 . This cooling system 10 enables the provision of different coolant temperatures and / or coolant volume flows, so that for the heat sources 11 , 12 an individual regulation of the cooling can be provided. In particular, the heat sources 11 , 12 can therefore be operated at different operating temperatures. By expanding the cooling system accordingly 10 can also do more than two heat sources 11 , 12 in the cooling circuit 13 are provided.

Die Wärmequellen 11, 12 können als thermische Verbrennungsmaschinen, als Brennstoffzellen, als Elektromotor oder als Kühlung erfordernde Leistungselektronik ausgebildet sein. Insbesondere ist bei dem Kühlsystem 10 eine Kombination verschiedener Wärmequellen 11, 12 vorgesehen, beispielsweise eine Kombination aus einer thermischen Verbrennungsmaschine mit einer Brennstoffzelle oder einem Elektromotor. Das Kühlsystem 10 mit den Wärmequellen 11, 12 kann dadurch als Hybridsystem ausgebildet sein. Solche Kühlsysteme mit verschiedenen Wärmequellen 11, 12 kommen zunehmend in Luftfahrzeugen, insbesondere in Flugzeugen, zum Einsatz. In einem Flugzeug mit einem solchen Kühlsystem übernehmen beispielsweise thermische Strömungsmaschinen die Funktion des Antriebs und eine zusätzliche Brennstoffzelle die elektrische Versorgung der Bordsysteme, wenn das Flugzeug am Boden ist. Aber auch in Kraftfahrzeugen und/oder Schiffen kommen zunehmend solche Hybridsysteme mit unterschiedlichen Wärmequellen 11, 12 zum Einsatz.The heat sources 11 , 12 can be designed as thermal combustion engines, as fuel cells, as an electric motor or as power electronics requiring cooling. In particular, is in the cooling system 10 a combination of different heat sources 11 , 12 provided, for example a combination of a thermal combustion engine with a fuel cell or an electric motor. The cooling system 10 with the heat sources 11 , 12 can thereby be designed as a hybrid system. Such cooling systems with different heat sources 11 , 12 are increasingly used in aircraft, especially in aircraft. In an aircraft with such a cooling system, for example, thermal flow machines take over the function of the drive and an additional fuel cell takes over the electrical supply of the on-board systems when the aircraft is on the ground. But such hybrid systems with different heat sources are also increasingly being used in motor vehicles and / or ships 11 , 12 for use.

Bei Luftfahrzeugen ist die Entwicklung kontinuierlich bestrebt, sowohl Gewicht als auch Kosten von Kühlsystemen 10 zu reduzieren. Dies kann durch eine Reduzierung der Bauteilanzahl erfolgen, wobei einzelne Komponenten des Kühlsystems 10 gemeinsam genutzt werden. Die Reduzierung der Bauteile bewirkt zudem eine Verringerung der Ausfallwahrscheinlichkeit, sodass dadurch auch sicherheitstechnische Vorteile erreicht werden.In aircraft, there is a continuous trend, both weight and cost, of cooling systems 10 to reduce. This can be done by reducing the number of components, with individual components of the cooling system 10 be shared. The reduction in the number of components also results in a reduction in the probability of failure, so that safety-related advantages are also achieved.

Durch den gemeinsamen Kühlkreislauf 13 sind die Wärmequellen 11, 12 thermisch miteinander verbunden, bilden jedoch voneinander getrennte mechanische und/oder elektrische Systeme. In dem Kühlkreislauf 13 zirkuliert ein Kühlmittel, welches die beiden Wärmequellen 11, 12 zur Kühlung durchströmt. Zum Fördern des Kühlmittels ist stromabwärts zu den Wärmequellen 11, 12 eine Kühlmittelpumpe 14 vorgesehen. Der Kühlkreislauf 13 ist mit einem Ausgleichsbehälter 15 verbunden. Dieser dient dem Ausgleich von Volumenänderungen des Kühlmittels im Kühlkreislauf 13 sowie zur Bevorratung von Kühlmittel. Um einen Überdruck in dem Kühlkreislauf 13 zu vermeiden, weist der Kühlkreislauf 13 zudem eine Bypassleitung 23 mit einem Überdruckventil 24 auf.Through the common cooling circuit 13 are the heat sources 11 , 12 thermally connected to one another, but form separate mechanical and / or electrical systems. In the cooling circuit 13 a coolant circulates, which the two heat sources 11 , 12 flows through for cooling. To convey the coolant is downstream of the heat sources 11 , 12 a coolant pump 14th intended. The cooling circuit 13 is with an expansion tank 15th connected. This is used to compensate for changes in the volume of the coolant in the cooling circuit 13 as well as for storing coolant. To an overpressure in the cooling circuit 13 to avoid, instructs the cooling circuit 13 also a bypass line 23 with a pressure relief valve 24 on.

Die Kühlmittelpumpe 14 steht mit einer Kühleinrichtung 21 sowie mit zwei erfindungsgemäßen Regelventilen 26 in Verbindung. Der Kühleinrichtung 21 ist durch die Verbindung mit der Kühlmittelpumpe 14 zumindest ein Teilvolumenstrom des durch die Wärmequellen 11, 12 erwärmten Kühlmittels zuführbar. Durch die Kühleinrichtung 21 wird das durch die Wärmequellen 11, 12 erwärmte Kühlmittel gekühlt und anschließend jeweils ein kalter Kühlmittelstrom 36 über eine Kühlmittelzuführung 22 den Regelventilen 26 zugeführt.The coolant pump 14th stands with a cooling device 21st as well as with two control valves according to the invention 26th in connection. The cooling device 21st is through the connection with the coolant pump 14th at least part of the volume flow through the heat sources 11 , 12 heated coolant can be supplied. Through the cooling device 21st this is due to the heat sources 11 , 12 heated coolant is cooled, followed by a cold coolant flow 36 via a coolant supply 22nd the control valves 26th fed.

Die Regelventile 26 stehen zudem mit der Kühlmittelpumpe 14 in Strömungsverbindung, sodass diesen neben dem kalten Kühlmittelstrom 36 auch zumindest ein Teilvolumenstrom des durch die Wärmequellen 11, 12 erwärmten warmen Kühlmittelstroms 37 zuführbar ist. Jedes der Regelventile 26 ist jeweils einer Wärmequelle 11, 12 zugeordnet. Dabei ist jedes der Regelventile 26 über einen separaten Kühlmittelführungspfad 18, 19 mit der dem jeweiligen Regelventil 26 zugeordneten Wärmequelle 11, 12 verbunden.The control valves 26th are also available with the coolant pump 14th in flow connection, so that this next to the cold coolant flow 36 also at least part of the volume flow through the heat sources 11 , 12 heated warm coolant flow 37 is feedable. Each of the control valves 26th is each a heat source 11 , 12 assigned. Each of the control valves is 26th via a separate coolant guide path 18th , 19th with the respective control valve 26th assigned heat source 11 , 12 connected.

2 zeigt eine schematische Schnittansicht eines der Regelventile 26. Das Regelventil 26 weist ein Ventilgehäuse 31 mit im wesentlichem quaderförmiger Außenform auf, an dem, an zwei rechtwinklig zueinander angerordneten Seitenwänden, zwei Einlassöffnungen 32, 33 und eine Auslassöffnung 34 vorgesehen sind. Das Ventilgehäuse 31 kann einen Deckel aufweisen, mit welchem das Ventilgehäuse 31 verschlossen werden kann. Über die erste Einlassöffnung 32 ist beispielsweise der kalte Kühlmittelstrom 36 dem Regelventil 26 zuführbar und über die zweite Einlassöffnung 33 der warme Kühlmittelstrom 37. In dem Gehäuse 31 ist ein erstes Ventil 38 und ein zweites Ventil 39 vorgesehen. Die Ventile 38, 39 sind jeweils einer der Einlassöffnungen 32, 33 zugeordnet. Wie in 2 dargestellt, können die Einlassöffnungen 32, 33 jeweils einen Kanal bilden, in welchem jeweils eines der Ventile 38, 39 angeordnet ist. Durch die Ventile 38, 39 können die Einlassöffnungen 32, 33 unabhängig voneinander geöffnet oder verschlossen werden. 2 shows a schematic sectional view of one of the control valves 26th . The control valve 26th has a valve housing 31 with an essentially cuboid outer shape on which, on two side walls arranged at right angles to each other, two inlet openings 32 , 33 and an outlet port 34 are provided. The valve body 31 can have a cover with which the valve housing 31 can be locked. Via the first inlet opening 32 is for example the cold coolant flow 36 the control valve 26th can be fed in and through the second inlet opening 33 the warm coolant flow 37 . In the case 31 is a first valve 38 and a second valve 39 intended. The valves 38 , 39 are each one of the inlet openings 32 , 33 assigned. As in 2 shown, the inlet ports 32 , 33 each form a channel in each of which one of the valves 38 , 39 is arranged. Through the valves 38 , 39 can use the inlet openings 32 , 33 can be opened or closed independently of each other.

In dem Gehäuse 31 ist ein im Wesentlichen quaderförmiger Fluidraum 29 vorgesehen, über den die Einlassöffnungen 32, 33 sowie die Auslassöffnung 34 miteinander in Strömungsverbindung stehen. Der Fluidraum 29 ist stromabwärts der Ventilen 38, 39 angeordnet. In dem Fluidraum 29 werden der kalte und warme Kühlmittelstrom 36, 37, für eine kompakte Ausbildung von einer Seitenwand in den Fluidraum 29 einströmend, zusammengeführt. Dadurch erfolgt eine Vermischung der Kühlmittelströme 36, 37 zu einem Kühlmittelmischstrom 40. Dieser Kühlmittelmischstrom 40 kann aus dem Fluidraum 29 durch die Auslassöffnung 34 austreten. Die Auslassöffnung ist, für eine gute Durchmischungswirkung bei kompakter Bauweise, insbesondere an einer rechtwinklig zu der anderen Seitenwand angeordneten Seitenwand des Fluidraums angeordnet.In the case 31 is an essentially cuboid fluid space 29 provided through the inlet openings 32 , 33 as well as the outlet opening 34 are in flow communication with each other. The fluid space 29 is downstream of the valves 38 , 39 arranged. In the fluid space 29 become the cold and warm coolant flow 36 , 37 , for a compact design of a side wall in the fluid space 29 flowing in, merged. This results in a mixing of the coolant flows 36 , 37 to a mixed coolant flow 40 . This mixed coolant flow 40 can from the fluid space 29 through the outlet opening 34 step out. For a good mixing effect with a compact design, the outlet opening is arranged in particular on a side wall of the fluid space which is arranged at right angles to the other side wall.

Die Ventile 38, 39 sind beispielsweise jeweils durch einen zylinderförmigen Ventilsitz 41 sowie durch ein in dem Ventilsitz 41 angeordnetes, beispielsweise zylinderförmiges Ventilelement 42 ausgebildet. In den Ventilen 38, 39 können Sensorelemente, z. B. zur Durchfluss- und/oder Temperaturmessung, vorhanden sein (hier nicht gezeigt). Der Ventilsitz 41 ist in dem Gehäuse 31 beispielsweise als eine zylindrische Bohrung ausgebildet. Insbesondere weist der Ventilsitz 41 eine beispielsweise zylindrische Innenkontur auf. Nachfolgende Ausführungen beschränken sich zwar auf die zylinderförmige Ausgestaltung der Ventile 38, 39, jedoch können die Ventilelemente 42 ebenso als kugelförmige Ventilelemente, die in einem kugelförmigen Ventilsitz angeordnet sind, ausgebildet sein oder eine beliebige andere Ausgestaltung aufweisen.The valves 38 , 39 are for example each by a cylindrical valve seat 41 as well as one in the valve seat 41 arranged, for example cylindrical valve element 42 educated. In the valves 38 , 39 can sensor elements such. B. for flow and / or temperature measurement, be available (not shown here). The valve seat 41 is in the case 31 for example designed as a cylindrical bore. In particular, the valve seat 41 an, for example, cylindrical inner contour. The following statements are limited to the cylindrical design of the valves 38 , 39 , however, the valve elements 42 also be designed as spherical valve elements which are arranged in a spherical valve seat or have any other design.

Eine perspektivische Detailansicht des zylinderförmigen Ventilelements 42 ist in 3 dargestellt. Das Ventilelement 42 ist als ein zylindrischer Hohlkörper 43 ausgebildet. Der Hohlkörper 43 kann beispielsweise eine Hülse sein. Die Stirnseiten des Hohlkörpers 43 können offen oder geschlossen ausgebildet sein. Innerhalb des Hohlkörpers 43 ist ein Hohlraum 44 gebildet. In dem Mantel des zylindrischen Hohlkörpers 43 sind zwei Fluidöffnungen 46, 47 vorgesehen. Diese Fluidöffnungen 46, 47 sind insbesondere gegenüberliegend in dem Mantel des Hohlkörpers 43 eingebracht. Ebenso können die Fluidöffnungen 46, 47 in einem Winkel zueinander und/oder in unterschiedlichen Höhen angeordnet sein. Durch die Fluidöffnungen 46, 47 und den Hohlraum 44 ist ein Kühlmitteldurchgang 28 für das Kühlmittel gebildet. Der Strömungsquerschnitt DF der Fluidöffnungen 46, 47 ist vorzugsweise gleich groß oder größer ausgebildet als der Strömungsquerschnitt DE der Eingangsöffnungen 32, 33 und/oder der Zuführungsleitungen an das Regelventil. Der Innendurchmesser DH des Hohlraums 44 ist vorzugsweise größer ausgebildet, als der Strömungsquerschnitt DE der Eingangsöffnungen 32, 33 und/oder der Zuführungsleitungen an das Regelventil.A perspective detailed view of the cylindrical valve element 42 is in 3 shown. The valve element 42 is as a cylindrical hollow body 43 educated. The hollow body 43 can for example be a sleeve. The end faces of the hollow body 43 can be open or closed. Inside the hollow body 43 is a cavity 44 educated. In the jacket of the cylindrical hollow body 43 are two fluid ports 46 , 47 intended. These fluid openings 46 , 47 are in particular opposite in the jacket of the hollow body 43 brought in. The fluid openings 46 , 47 be arranged at an angle to one another and / or at different heights. Through the fluid openings 46 , 47 and the cavity 44 is a coolant passage 28 formed for the coolant. The flow cross section D F of the fluid openings 46 , 47 is preferably the same size or larger than the flow cross-section D E of the inlet openings 32 , 33 and / or the supply lines to the control valve. The inside diameter D H of the cavity 44 is preferably made larger than the flow cross-section D E of the inlet openings 32 , 33 and / or the supply lines to the control valve.

Das Ventilelement 42 ist in dem Ventilsitz 41 um dessen Längsachse L drehbar gelagert. Zur Verringerung der Reibung bei der Drehbewegung ist vorzugsweise an geeigneter Stelle ein Lager vorhanden (hier nicht gezeigt), das z. B. eine Gleitscheibe umfassen kann oder durch ein Nadellager gebildet sein kann. Das Lager kann insbesondere an einem stirnseitigen Verschlussdeckel des Ventilelements 42 vorgesehen sein, wobei im Betrieb der Mantel des zylindrischen Hohlkörpers 43 gegen den Verschlussdeckel gedrückt wird.The valve element 42 is in the valve seat 41 rotatably mounted about its longitudinal axis L. To reduce the friction during the rotary movement, a bearing is preferably provided at a suitable point (not shown here), which z. B. can comprise a sliding washer or can be formed by a needle bearing. The bearing can in particular on an end cap of the valve element 42 be provided, the jacket of the cylindrical hollow body during operation 43 is pressed against the cap.

Durch die drehbare Lagerung des Ventilelements 42 sind eine Schließstellung 48 und eine Öffnungsstellung 49 des Ventilelements 42 durch eine Drehbewegung des Ventilelements 42 einnehmbar. In der Öffnungsstellung 49 sind die Fluidöffnungen 46, 47 und die Eingangsöffnung 32, 33 zumindest im Wesentlichen kongruent zueinander angeordnet. Dadurch kann das Kühlmittel durch den Kühlmitteldurchgang 28 strömen. In der Öffnungsstellung 49 ist der größte Strömungsquerschnitt des Ventils 38, 39 gebildet. Dieser entspricht z. B. dem Strömungsquerschnitt DE der Eingangsöffnungen 32, 33 und/oder dem Strömungsquerschnitt DF der Fluidöffnungen 46, 47. Durch die Stellbewegung des Ventilelements 42 verschieben sich die Fluidöffnungen 46, 47 des Ventilelements 42 zu der Eingangsöffnung 32, 33, wodurch der Strömungsquerschnitt des Ventils 38, 39 graduell verkleinert wird. Daraus resultiert eine Reduzierung des Volumenstroms, der durch das Ventil 38, 39 strömt.Due to the rotatable mounting of the valve element 42 are a closed position 48 and an open position 49 of the valve element 42 by rotating the valve element 42 ingestible. In the open position 49 are the fluid ports 46 , 47 and the entrance opening 32 , 33 arranged at least substantially congruently to one another. This allows the coolant to pass through the coolant 28 stream. In the open position 49 is the largest flow cross-section of the valve 38 , 39 educated. This corresponds z. B. the flow cross section D E of the inlet openings 32 , 33 and / or the flow cross section D F of the fluid openings 46 , 47 . By the adjusting movement of the valve element 42 the fluid openings move 46 , 47 of the valve element 42 to the entrance opening 32 , 33 , whereby the flow area of the valve 38 , 39 is gradually reduced. This results in a reduction in the volume flow that passes through the valve 38 , 39 flows.

Die Drehbewegung der Ventilelemente 42 wird jeweils von einem nicht näher dargestellten elektrischen Stellantrieb angesteuert. Dieser Stellantrieb umfasst eine Stelleinrichtung, die mit den Ventilelementen 42 verbunden ist und eine unabhängige Ansteuerung der Ventilelemente 42 ermöglicht. Der Stellantrieb ist beispielsweise ein Servomotor, der an jedem der Ventilelemente 42 stirnseitg angeordnet ist und eine radiale Verstellbewegung bewirkt. Der Stellantrieb wird insbesondere durch eine Regelung 25 angesteuert. Die Regelung 25 steuert den Stellantrieb in Abhängigkeit eines Regelparameters. Dieser Regelparameter ist insbesondere ein erfasster Temperaturwert und/oder ein Volumenstrom im Kühlkreislauf 13. Insbesondere ist der Regelparameter eine Betriebstemperatur der dem jeweiligen Regelventil 26 zugeordneten Wärmequelle 11, 12, eine Ein- oder Austrittstemperatur des Kühlmittels dieser Wärmequelle 11, 12 und/oder eine optimale Betriebstemperatur oder ein optimaler Betriebstemperaturbereich dieser Wärmequelle 11, 12 oder ein Kühlmittelvolumenstromwert des die Wärmequelle 11, 12 durchströmenden Kühlmittels.The rotary movement of the valve elements 42 is controlled by an electric actuator not shown in detail. This actuator includes an actuator that works with the valve elements 42 is connected and an independent control of the valve elements 42 enables. The actuator is, for example, a servomotor that is attached to each of the valve elements 42 is arranged on the front and causes a radial adjustment movement. The actuator is in particular through a control 25th controlled. The regulation 25th controls the actuator depending on a control parameter. This control parameter is in particular a recorded temperature value and / or a volume flow in the cooling circuit 13 . In particular, the control parameter is an operating temperature of the respective control valve 26th assigned heat source 11 , 12 , an inlet or outlet temperature of the coolant of this heat source 11 , 12 and / or an optimal operating temperature or an optimal operating temperature range of this heat source 11 , 12 or a coolant flow rate value of the heat source 11 , 12 flowing through coolant.

Die Ventilelemente 42 und zumindest der Ventilsitz 41 und/oder das Gehäuse 31 sind aus dem gleichen Material ausgebildet. Dadurch weisen die Ventilelemente 42 und der Ventilsitz 41 denselben thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf. Die Ventilelemente 42 und zumindest der Ventilsitz 41 und/oder das Gehäuse 31 sind vorzugsweise aus einem Leichtmetall ausgebildet, beispielsweise Aluminium- oder Magnesiumlegierung. Ebenso können die Ventilelemente 42 und zumindest der Ventilsitz 41 und/oder das Gehäuse 31 aus einem Kunststoff oder aus einem Verbundwerkstoff oder dergleichen ausgebildet sein. Bei Temperaturschwankungen wird durch die gleiche Materialpaarung verhindert, dass das Ventilelement 42 in dem Ventilsitz 41 verklemmt. Die beiden Ventilelemente 42 sind insbesondere gleichartig ausgestaltet.The valve elements 42 and at least the valve seat 41 and / or the housing 31 are made of the same material. As a result, the valve elements 42 and the valve seat 41 the same thermal expansion coefficient. The valve elements 42 and at least the valve seat 41 and / or the housing 31 are preferably made of a light metal, for example aluminum or magnesium alloy. The valve elements 42 and at least the valve seat 41 and / or the housing 31 be formed from a plastic or from a composite material or the like. In the event of temperature fluctuations, the same material pairing prevents the valve element 42 in the valve seat 41 uptight. The two valve elements 42 are designed in particular in the same way.

Die Ventilelemente 42 können passgenau oder mit einer Spielpassung in dem Ventilsitz 41 angeordnet sein. Bei beiden Ausführungsformen ist keine Dichtung zwischen dem Ventilelement 42 und dem Ventilsitz 41 erforderlich. Ist das Ventilelement 42 mit einer Spielpassung in dem Ventilsitz 41 vorgesehen, kann auch in der Schließstellung des Ventilelements 42 eine geringe Restströmung des Kühlmittels durch das Ventil 38, 39 strömen. Dadurch kann ein Einfrieren des Ventils 38, 39 und stromabwärts angeordneter Wärmequellen bei niedrigen Temperaturen verhindert werden.The valve elements 42 can be a perfect fit or with a clearance fit in the valve seat 41 be arranged. In both embodiments there is no seal between the valve element 42 and the valve seat 41 required. Is the valve element 42 with a clearance fit in the valve seat 41 provided, can also in the closed position of the valve element 42 a small residual flow of coolant through the valve 38 , 39 stream. This can cause the valve to freeze 38 , 39 and prevent downstream heat sources at low temperatures.

In dem Fluidraum 29 ist ein Filterelement 30 zum Filtern des Kühlmittels vorgesehen. Das Filterelement 30 ist an der Auslassöffnung 34 des Fluidraums 29 angeordnet. Das Filterelement 30 ist beispielsweise topfförmig ausgestaltet und erstreckt sich in den Fluidraum 29. Dadurch ist eine große Filterfläche gebildet, die den Druckverlust durch das Filterelement 30 reduziert. Das Filterelement 30 kann auch eine beliebige andere Geometrie aufweisen. Das Filterelement 30 ist insbesondere aus einem Sintermetall ausgebildet.In the fluid space 29 is a filter element 30th intended for filtering the coolant. The filter element 30th is at the outlet port 34 of the fluid space 29 arranged. The filter element 30th is, for example, cup-shaped and extends into the fluid space 29 . This creates a large filter area that reduces the pressure loss through the filter element 30th reduced. The filter element 30th can also have any other geometry. The filter element 30th is formed in particular from a sintered metal.

Die 4 bis 6 zeigen exemplarisch verschiedene Schaltstellungen des Regelventils 26 in einer stark schematisierten Darstellung.The 4th to 6th show examples of different switching positions of the control valve 26th in a highly schematic representation.

In der ersten Schaltstellung gemäß 4 ist das Ventilelement 42 des ersten Ventils 38 in der Öffnungsstellung 49 angeordnet und das Ventilelement 42 des zweiten Ventils 39 in der Schließstellung 48 angeordnet. In der Öffnungsstellung 49 ist das erste Ventil 38 vollständig geöffnet, sodass der kalte Kühlmittelstrom 36 vollständig durch die Einlassöffnung 32 in den Fluidraum 29 strömt. Das zweite Ventil 39 ist in der Schließstellung 48 vollständig geschlossen, sodass der warme Kühlmittelstrom 37 nicht durch die Einlassöffnung 33 strömt. Ist das Ventilelement 42 mit einer Spielpassung in dem Ventilsitz 41 angeordnet, strömt in der Schließstellung 48 trotzdem eine geringe Restströmung des Kühlmittels durch das zweite Ventil 39. In dieser Schaltstellung wird somit der Kühlmittelmischstrom 40 durch den kalten Kühlmittelstrom 36 gebildet.In the first switch position according to 4th is the valve element 42 of the first valve 38 in the open position 49 arranged and the valve element 42 of the second valve 39 in the closed position 48 arranged. In the open position 49 is the first valve 38 fully open so that the cold coolant flow 36 completely through the inlet port 32 into the fluid space 29 flows. The second valve 39 is in the closed position 48 completely closed so that the warm coolant flow 37 not through the inlet opening 33 flows. Is the valve element 42 with a clearance fit in the valve seat 41 arranged, flows in the closed position 48 nevertheless a small residual flow of coolant through the second valve 39 . The mixed coolant flow is thus in this switching position 40 through the cold coolant flow 36 educated.

5 zeigt eine zweite Schaltstellung des Regelventils 26. In dieser zweiten Schaltstellung ist das Ventilelement 42 des ersten Ventils 38 in der Schließstellung 48 angeordnet und das Ventilelement 42 des zweiten Ventils 39 in der Öffnungsstellung 49. Dadurch ist das erste Ventil 38 für den kalten Kühlmittelstrom 36 vollständig geschlossen, das zweite Ventil 39 dagegen für den warmen Kühlmittelstrom 37 vollständig geöffnet. In dieser Schaltstellung wird somit der Kühlmittelmischstrom 40 durch den warmen Kühlmittelstrom 37 gebildet. 5 shows a second switching position of the control valve 26th . The valve element is in this second switching position 42 of the first valve 38 in the closed position 48 arranged and the valve element 42 of the second valve 39 in the open position 49 . This is the first valve 38 for the cold coolant flow 36 fully closed, the second valve 39 on the other hand for the warm coolant flow 37 fully open. The mixed coolant flow is thus in this switching position 40 through the warm coolant flow 37 educated.

6 zeigt beispielhaft eine dritte Schaltstellung des Regelventils 26 in der die Ventilelemente 42 der Ventile 38, 39 jeweils in einer Zwischenstellung 51 angeordnet sind. Diese Zwischenstellung 51 kann eine beliebige Winkelstellung des Ventilelements 42 zwischen der Schließstellung 48 und der Öffnungsstellung 49 sein. Auf diese Weise ist eine stufenlose Verstellung des Ventilelementes 42 möglich. Durch eine Änderung der Winkelstellung des Ventilelements 42 wird eine Verkleinerung oder Vergrößerung des Strömungsquerschnitts des Kühlmitteldurchgangs 28 erreicht, sodass eine präzise Volumenstromregelung der Kühlmittelströme 36, 37 ermöglicht ist. 6th shows an example of a third switching position of the control valve 26th in which the valve elements 42 of the valves 38 , 39 each in an intermediate position 51 are arranged. This intermediate position 51 can be any angular position of the valve element 42 between the closed position 48 and the open position 49 his. In this way there is a stepless adjustment of the valve element 42 possible. By changing the angular position of the valve element 42 becomes a decrease or increase in the flow area of the coolant passage 28 achieved, so that a precise volume flow control of the coolant flows 36 , 37 is made possible.

Die Ventilelemente 42 können unabhängig voneinander unterschiedliche Zwischenpositionen 51 einnehmen. Dadurch sind die Volumenströme des warmen Kühlmittelstroms 37 und des kalten Kühlmittelstroms 36 unabhängig voneinander regelbar. Durch die Regelung der Volumenströme ist ein Mischungsverhältnis zwischen dem warmen Kühlmittelstrom 37 und dem kalten Kühlmittelstrom 36 veränderbar. Durch die Veränderung des Mischungsverhältnisses zwischen dem warmen Kühlmittelstrom 37 und dem kalten Kühlmittelstrom 36 kann ein Kühlmittelmischstrom 40 mit einer Kühlmitteltemperatur erzeugt werden, die zwischen der Kühlmitteltemperatur des kalten und des warmen Kühlmittelstroms 36, 37 liegt. Durch das Regelventil 26 können die Kühlmitteltemperatur und der Volumenstrom des Kühlmittelmischstroms 40 gleichzeitig und/oder unabhängig voneinander geregelt werden.The valve elements 42 can have different intermediate positions independently of each other 51 take in. This is the volume flow of the warm coolant flow 37 and the cold coolant flow 36 independently adjustable. By regulating the volume flows, there is a mixing ratio between the warm coolant flow 37 and the cold coolant flow 36 changeable. By changing the mixing ratio between the warm coolant flow 37 and the cold coolant flow 36 can be a mixed coolant flow 40 are generated with a coolant temperature that is between the coolant temperature of the cold and warm coolant flow 36 , 37 lies. Through the control valve 26th can be the coolant temperature and the volume flow of the coolant mixed flow 40 can be controlled simultaneously and / or independently of one another.

Werden beispielsweise die Ventilelemente 38, 39 synchron zueinander verstellt, beispielsweise beide Ventilelemente 42 im gleichen Verhältnis geöffnet oder verschlossen, ändert sich zwar der Volumenstrom des Kühlmittelmischstroms 40, jedoch bleibt die Temperatur des Kühlmittelmischstroms 40 konstant, da das Mischungsverhältnis zwischen dem kalten und warmen Kühlmittelstrom 36, 37 durch die synchrone Verstellung der Ventilelemente 42 nicht verändert wird. Andererseits kann durch eine aufeinander abgestimmte asynchrone Verstellung der Ventilelemente 42, beispielsweise wird ein Ventilelement 42 geöffnet und das andere Ventilelement 42 im gleichen Verhältnis geschlossen, die Kühlmitteltemperatur des Kühlmittelmischstroms 40 aufgrund des veränderten Mischungsverhältnisses zwischen dem warmen und kalten Kühlmittelstrom 36, 37 erhöht oder gesenkt werden, wobei der Volumenstrom des Kühlmittelmischstroms 40 aufgrund der aufeinander abgestimmten Verstellung der Ventilelemente 42 konstant bleibt. Zudem kann durch eine entsprechende asynchrone Verstellung der Ventilelemente 42 die Kühlmitteltemperatur des Kühlmittelmischstroms 40 erhöht oder gesenkt werden und gleichzeitig der Volumenstrom des Kühlmittelmischstroms 40 erhöht oder gesenkt werden.For example, the valve elements 38 , 39 adjusted synchronously to each other, for example both valve elements 42 open or closed in the same ratio, the volume flow of the mixed coolant flow changes 40 , however, the temperature of the mixed coolant flow remains 40 constant because the mixing ratio between the cold and warm coolant flow 36 , 37 through the synchronous adjustment of the valve elements 42 is not changed. On the other hand, a coordinated asynchronous adjustment of the valve elements 42 , for example, a valve element 42 opened and the other valve element 42 closed in the same ratio, the coolant temperature of the coolant mixed flow 40 due to the changed mixing ratio between the warm and cold coolant flow 36 , 37 be increased or decreased, the volume flow of the mixed coolant flow 40 due to the coordinated adjustment of the valve elements 42 remains constant. In addition, a corresponding asynchronous adjustment of the valve elements 42 the coolant temperature of the mixed coolant stream 40 be increased or decreased and at the same time the volume flow of the mixed coolant flow 40 be increased or decreased.

Durch das erfindungsgemäße Regelventil 26 wird eine Mischeinrichtung zur Verfügung gestellt, die durch die getrennte Regelbarkeit des kalten und warmen Kühlmittelstroms zu einer optimierten Kühlung der in dem Kühlkreislauf angeordneten Komponenten beiträgt. Durch die Bauraum- und gewichtsoptimierte Ausbildung kann das Regelventil insbesondere vorteilhaft in der Luftfahrt eingesetzt werden.By the control valve according to the invention 26th A mixing device is made available which, through the separate controllability of the cold and warm coolant flow, leads to an optimized cooling of the coolant arranged in the cooling circuit Components contributes. Due to the design that is optimized in terms of installation space and weight, the control valve can be used particularly advantageously in aviation.

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Claims (14)

Regelventil (26) zur Regelung eines Kühlmittelstroms in einem Kühlsystem (10), insbesondere in einem Kühlsystem (10) zum Kühlen mehrerer Wärmequellen (11, 12), mit einem Ventilgehäuse (31), das wenigstens zwei Einlassöffnungen (32, 33) zum Zuführen eines ersten und eines zweiten Kühlmittelstroms (36, 37) aufweist, mit einem Fluidraum (29), der mit den wenigstens zwei Einlassöffnungen (32, 33) in Strömungsverbindung steht, sowie mit wenigstens einer Auslassöffnung (34), die von dem Fluidraum (29) abführt, dadurch gekennzeichnet, dass den wenigstens zwei Einlassöffnungen (32, 33) jeweils ein Ventil (38, 39) zugeordnet ist, welches zumindest in einer Öffnungsstellung (49) und einer Schließstellung (48) anordenbar ist, wobei die Stellungen der Ventile (38, 39) unabhängig voneinander, zur unabhängigen Regelung der durch die Einlassöffnungen (32, 33) strömenden Kühlmittelströme (36, 37), einstellbar sind.Control valve (26) for regulating a coolant flow in a cooling system (10), in particular in a cooling system (10) for cooling several heat sources (11, 12), with a valve housing (31) that has at least two inlet openings (32, 33) for supply a first and a second coolant flow (36, 37), with a fluid space (29) which is in flow connection with the at least two inlet openings (32, 33), and with at least one outlet opening (34) which is connected to the fluid space (29 ), characterized in that the at least two inlet openings (32, 33) are each assigned a valve (38, 39) which can be arranged at least in an open position (49) and a closed position (48), the positions of the valves ( 38, 39) can be set independently of one another for the independent regulation of the coolant flows (36, 37) flowing through the inlet openings (32, 33). Regelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (38, 39) einen Ventilsitz (41) aufweist und in dem Ventilsitz (41) ein bewegliches Ventilelement (42) mit einem Kühlmitteldurchgang (28) angeordnet ist und vorzugsweise der Kühlmitteldurchgang (28) einen Strömungsquerschnitt (DF) aufweist, der gleichgroß oder größer als ein Strömungsquerschnitt (DE) der Einlassöffnung (32, 33) ist.Control valve according to Claim 1 , characterized in that the valve (38, 39) has a valve seat (41) and a movable valve element (42) with a coolant passage (28) is arranged in the valve seat (41) and preferably the coolant passage (28) has a flow cross-section (D F ) which is the same size or greater than a flow cross section (D E ) of the inlet opening (32, 33). Regelventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (42) als zylindrischer Körper ausgebildet ist und der Ventilsitz (41) eine zylindrische Innenkontur aufweist, wobei das Ventilelement (42) um dessen Längsachse (L) drehbar in dem Ventilsitz (41) angeordnet ist.Control valve according to Claim 2 , characterized in that the valve element (42) is designed as a cylindrical body and the valve seat (41) has a cylindrical inner contour, the valve element (42) being arranged in the valve seat (41) so as to be rotatable about its longitudinal axis (L). Regelventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (42) als zylindrischer Hohlkörper (43) ausgebildet ist, wobei der Kühlmitteldurchgang (28) (43) zwei einander gegenüber liegende, z. B. kreisförmige, Fluidöffnungen (46, 47) im Mantel des Hohlkörpers (43) sowie einen Hohlraum (44) im Hohlkörper (43) aufweist.Control valve according to Claim 2 or 3 , characterized in that the valve element (42) is designed as a cylindrical hollow body (43), wherein the coolant passage (28) (43) has two opposing, z. B. circular, fluid openings (46, 47) in the jacket of the hollow body (43) and a cavity (44) in the hollow body (43). Regelventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Innendurchmesser (DH, DF) des Hohlkörpers (43) und/oder der Fluidöffnungen (46, 47) gleich groß oder größer ausgebildet ist als der Strömungsquerschnitt (DE) der Einlassöffnung (32, 33).Control valve according to Claim 4 , characterized in that an inner diameter (D H , D F ) of the hollow body (43) and / or the fluid openings (46, 47) is designed to be equal to or larger than the flow cross section (D E ) of the inlet opening (32, 33). Regelventil nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilelemente (42) gleichartig ausgestaltet sind.Control valve according to one of the Claims 2 to 5 , characterized in that the valve elements (42) are designed in the same way. Regelventil nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Ventilelemente (42) passgenau in dem Ventilsitz (41) angeordnet ist.Control valve according to one of the Claims 2 to 6th , characterized in that at least one of the valve elements (42) is arranged precisely in the valve seat (41). Regelventil nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zumindest einem der Ventilelemente (42) und dem Ventilsitz (41) eine Spielpassung vorgesehen ist, sodass in der Schließstellung (48) des zumindest einen Ventilelements (42) eine Restströmung des Kühlmittels durch das Ventil (38, 39), insbesondere zwischen dem Ventilelement (42) und dem Ventilsitz (41), strömbar ist.Control valve according to one of the Claims 2 to 6th , characterized in that a clearance fit is provided between at least one of the valve elements (42) and the valve seat (41) so that in the closed position (48) of the at least one valve element (42) a residual flow of the coolant through the valve (38, 39) , in particular between the valve element (42) and the valve seat (41), can flow. Regelventil nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilelemente (42) und/oder die Ventilsitze (41) jeweils aus dem gleichen Material ausgebildet sind, vorzugsweise aus einem Leichtmetall, Kunststoff, Verbundwerkstoff oder dergleichen.Control valve according to one of the Claims 2 to 8th , characterized in that the valve elements (42) and / or the valve seats (41) are each formed from the same material, preferably from a light metal, plastic, composite material or the like. Regelventil nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass den Ventilelementen (42), insbesondere jeweils, ein elektrischer Stellantrieb zugeordnet ist, durch den eine Stellbewegung der Ventilelemente (42) unabhängig voneinander ansteuerbar ist und vorzugsweise eine Regelung (25) vorgesehen ist, die den Stellantrieb in Abhängigkeit von einem Regelparameter, insbesondere einem Temperaturwert und/oder einem Volumenstromwert, ansteuert.Control valve according to one of the Claims 2 to 9 , characterized in that an electric actuator is assigned to the valve elements (42), in particular each, by means of which an actuating movement of the valve elements (42) can be controlled independently of one another and preferably a control (25) is provided which controls the actuator as a function of a Control parameters, in particular a temperature value and / or a volume flow value, controls. Regelventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellantrieb in der Weise durch die Regelung (25) ansteuerbar ist, dass das Ventilelement (42) zwischen der Öffnungsstellung und der Schließstellung oder einer dazwischen liegenden Zwischenstellung oder zwischen der Öffnungsstellung und der Schließstellung verstellbar ist.Control valve according to Claim 10 , characterized in that the actuator can be controlled by the control (25) in such a way that the valve element (42) is adjustable between the open position and the closed position or an intermediate position in between or between the open position and the closed position. Regelventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Fluidraum (29) ein Filterelement (30) zum Filtern des aus der Auslassöffnung (34) ausströmenden Kühlmittels vorhanden ist, welches sich z. B. in den Fluidraum (29) erstreckt, wobei das Filterelement (29) vorzugsweise aus einem Fluid durchlässigen Material, z. B. aus Sintermetall oder einem feinmaschigen Sieb, ausgebildet ist.Control valve according to one of the preceding claims, characterized in that a filter element (30) for filtering the coolant flowing out of the outlet opening (34) is present in the fluid space (29), which is e.g. B. extends into the fluid space (29), wherein the filter element (29) is preferably made of a fluid-permeable material, e.g. B. made of sintered metal or a fine-mesh screen is formed. Regelventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (31) im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet ist.Control valve according to one of the preceding claims, characterized in that the valve housing (31) is essentially cuboid. Regelventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassöffnungen (32, 33) und die Auslassöffnung (34) derart bezüglich des Fluidraums (29) angeordnet sind, dass im Betrieb die Hauptströmungsrichtung des in den Fluidraum (29) einströmenden Kühlmittels senkrecht zu der Hauptströmungsrichtung des aus dem Fluidraum (29) ausströmenden Kühlmittels ausgerichtet ist.Control valve according to one of the preceding claims, characterized in that the inlet openings (32, 33) and the outlet opening (34) are arranged in such a manner with respect to the fluid space (29) are that, during operation, the main flow direction of the coolant flowing into the fluid space (29) is aligned perpendicular to the main flow direction of the coolant flowing out of the fluid space (29).
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