旋转阀的制作方法

1.本发明涉及一种旋转阀，包括具有阀腔室的阀壳体，其中阀腔室具有周壁，至少两个流体开口引入到所述周壁中，其中阀腔室在端侧具有容纳开口，其中阀腔室容纳阀芯，其中阀芯设有与流体开口配合的通道结构，其中阀芯可旋转移动地支承在阀腔室中。


背景技术：

2.例如，从de 10 2018 009 680 a1中已知这种旋转阀。所述类型的旋转阀通常使用在用于控制冷却剂流的冷却回路中。冷却流体可以通过引入阀壳体中的流体开口流入和流出。在此，引入阀芯中的通道结构控制冷却剂流，其中根据流体开口的设计和数量可以操控不同的冷却回路，可以调节体积流或可以适配通流方向。
3.作为旋转阀的设计方案在此是有利的，因为通过转动阀芯来适配冷却剂流，其中简单地构成并且可简单地操控用于转动阀芯的相应的执行器。与之相应地，可以便宜地制造旋转阀和其所属的执行器。此外，旋转阀仅需要少量的结构空间。
4.在此还已知的是：由塑料构成旋转阀的元件。但是，在此会产生如下问题：在阀芯和阀壳体之间密封接触的情况下，由于所需的挤压而出现高的摩擦力进而出现提高的磨损。相反，如果阀芯以存在间隙的方式设置在阀壳体中，则旋转所需的力和磨损虽然减少，但会经由阀壳体和阀芯之间的间隙产生不期望的泄漏。
5.这种旋转阀在电动车辆领域中在温度控制回路中的使用方面是特别有利的。为了实现电动车辆的高里程，例如需要对电气部件进行温度控制。在此，电动车辆的要进行温度控制的部件尤其是蓄电池，但是还有快速充电装置的插接连接装置或功率电子装置。蓄电池仅在非常小的温度范围内具有最佳容量。因此需要：在低环境温度下加热电动车辆的蓄电池并且在高外部温度的情况下或在高负载下降的情况下对其进行冷却。
6.为此，已知设置温度控制回路，温度控制介质流过所述温度控制回路。在此，温度控制介质可以根据要求或者在加热装置中加热或者在冷却装置中冷却。在此，通过旋转阀可以进行温度控制介质流的控制。


技术实现要素：

7.本发明所基于的目的是：提供一种旋转阀，所述旋转阀在泄漏低且磨损小的情况下具有简单的可调节性。
8.所述目的借助权利要求1的特征实现。从属权利要求涉及有利的设计方案。
9.根据本发明的旋转阀包括具有阀腔室的阀壳体，其中阀腔室具有周壁，至少两个流体开口引入到所述周壁中，其中阀腔室在端侧具有容纳开口，其中阀腔室容纳阀芯，其中阀芯设有与流体开口配合的通道结构，其中阀芯可旋转移动地支承在阀腔室中，其中阀腔室锥形地构成。
10.在此，阀芯优选与阀腔室全等地构成，并且在外侧同样锥形地构成。由此，阀芯可以安装在阀壳体中，使得在阀芯和阀壳体之间仅形成非常小的间隙，这降低了泄漏风险。
11.阀腔室优选地通过腔室壁和腔室底限界，其中腔室壁围绕阀芯，其中腔室壁的直径始于腔室底朝容纳开口的方向扩宽。在此有利的是：阀芯可特别容易地安装到阀腔室中。在该设计方案中，仅当阀芯完全推入阀腔室中时，阀芯的外周才与腔室壁接触。由此简化了旋转阀的组装，因为阀芯和阀壳体当阀芯完全推入阀壳体中时才接触。在此，也可以防止阀芯的组成部分、例如通道结构在安装期间被损坏。
12.阀芯的外周侧的限界部可以直接贴靠阀壳体的腔室壁。但是，也可以考虑的是：阀芯的外周侧的限界部尤其在通道结构的区域中设有密封轮廓。
13.阀芯优选平移地支承在阀腔室中。在该设计方案中，阀芯在运行期间可以实施纯旋转、纯平移或叠加的平移旋转运动。在叠加的平移旋转运动的情况下，阀芯平移运动，其中阀芯由于阀腔室和阀芯的锥形设计而与腔室壁间隔开。在此形成间隙，所述间隙在可忽略的摩擦的情况下实现阀芯相对于阀壳体的旋转。
14.在此，优选进行阀芯的调节，使得首先实施平移运动，其中阀芯与阀壳体的腔室壁间隔开，然后实施阀芯的旋转运动，使得通道结构以期望的方式与流体开口对准，同时可以实施另一平移运动，并且最后再次实施平移运动，其中阀芯又被引入阀壳体中，使得阀芯的外周尽可能无间隙地贴靠阀壳体的腔室壁。由此，一方面可以低磨损和低摩擦地调节阀芯。此外，可以在避免泄漏的情况下进行流体经由阀壳体的开口和阀芯的通道结构的输送。
15.阀芯可容纳切换轴。在此，切换轴优选地穿过旋转对称构成的阀芯的中轴线延伸。切换轴可以与执行器有效连接，所述执行器可以执行叠加的旋转和平移运动，以调节阀芯。
16.与之相应地，切换轴可以旋转和平移地运动。在此，切换轴可以支承在阀壳体中，其中当阀芯完全推入阀壳体中时优选进行支承。而如果阀芯由于平移运动而与阀壳体间隔开，则不一定需要支承。根据替选的第一设计方案，切换轴可旋转运动并且根据替选的第二设计方案切换轴可以平移运动。
17.在第一替选方案的情况下，在切换过程中通过切换轴使阀芯发生旋转并且通过与阀芯和阀壳体相关联的装置自动地进行平移运动。这可以例如通过模制在阀芯和腔室底中的、呈环绕的山和谷结构形式的调节装置来进行。
18.在第二替选方案的情况下，阀芯通过切换轴以平移方式运动并且通过与阀芯和阀壳体相关联的装置自动地进行旋转运动。例如，这可以通过设置在阀芯和阀壳体之间的、呈锁定张紧机构形式的调节装置来进行。
19.切换轴可以设有第一锁定装置并且阀芯可以设有第二锁定装置，其中第一锁定装置和第二锁定装置有效连接。通过锁定装置得到阀芯相对于切换轴的离散位置，使得又可以确保通道结构与流体开口的正确关联。在此，阀芯相对于阀壳体的定位可以与设置在旋转阀外部的执行器无关地进行。由此可以尤其简单且便宜地构成使阀芯移动的执行器。在此，阀芯的姿态通过设置在旋转阀内部中的锁定装置预设，使得为了调节或校准旋转阀无需将设置在旋转阀外部的执行器协调于旋转阀或协调于切换位置。
20.第一锁定装置和第二锁定装置可以引起叠加的旋转和平移运动。为此，这两个锁定装置可以构成为使得当阀芯经由切换轴平移运动时，阀芯自动执行旋转运动。这实现了使切换轴移动的执行器的尤其简单的设计，并且进行通过锁定装置预设的旋转运动。
21.第一锁定装置可以星形地构成并且具有径向地从切换轴伸出的斜坡元件。第二锁定装置优选地材料统一地且一件式地模制到阀芯中并且与第一锁定装置全等地构成。斜坡
元件引起：一旦阀芯经由切换轴平移运动，阀芯就沿该斜坡元件运动。在此，阀芯在每次从阀壳体向外平移运动时实施限定的旋转运动，其中从斜坡元件的长度中得出角度大小。
22.优选地设有弹簧，所述弹簧自动地将阀芯压紧到腔室底上。由此确保阀芯相对于阀壳体方位正确地定位，并且尤其在切换过程之后将阀芯压入阀壳体中。
23.阀壳体可以由收集器围绕。在此，收集器可以同时形成阀壳体的外壁。在此，在由阀壳体构成的腔室壁和收集器之间可以产生中间空间。由此，旋转阀一方面特别轻，另一方面也机械稳定。
24.阀壳体和/或阀体可以构成为注塑件。由此，阀壳体和阀体都可以便宜地制造。收集器可以构成为吹塑件。由此，收集器可以具有复杂的外部几何形状，但同时可以便宜地制造。
25.阀壳体、阀体和/或收集器优选地由塑料构成。在此，优选使用可注塑的热塑性塑料。由此得到可便宜地制造的旋转阀。用于阀壳体和阀芯的优选材料选自塑料聚甲醛(pom)、聚苯硫醚(pps)或聚酰胺(pa)。塑料可以设有添加剂，例如基于玻璃纤维的纤维增强剂。切换轴优选由纤维增强的塑料材料构成。替选地，切换轴也可以由金属材料构成。收集器优选由聚丙烯(pp)构成。如果阀芯在通道结构的区域中在外周侧设有密封轮廓，则尤其可以考虑：密封轮廓由热塑性弹性体构成并且阀芯以双组分注塑制造。
26.流体开口优选构成为连接套管。连接套管在此适合于容纳硬管和/或软管形式的流体线路。于是，所述连接套管可以简单且便宜地结合到旋转阀处。
27.根据本发明的温度控制回路包括至少一个上述类型的旋转阀。温度控制回路在此可以对电动车辆的一个或多个部件、例如蓄电池、功率电子装置或线路或插头部件进行温度控制。这种部件仅在受限的温度范围内具有最佳性能，并且与之相应地必须根据环境条件和性能要求加热或冷却。
28.与之相应，温度控制装置除了输送装置之外可以包括加热装置和冷却装置。要进行温度控制的部件、加热装置和冷却装置的操控经由旋转阀进行。
附图说明
29.下面根据附图更详细地解释根据本发明的旋转阀的一些设计方案。所述附图分别示意地示出：
30.图1示出根据第一替选方案的旋转阀的截面图；
31.图2以锁定装置的视角示出根据第二替选方案的旋转阀的截面图；
32.图3以容纳开口的视角示出根据图2的旋转阀的截面图；
33.图4详细地示出根据图2的旋转阀的阀芯；
34.图5详细地示出根据图2的旋转阀的阀壳体的截面图；
35.图6以顶盖的视角示出根据第三替选方案的旋转阀的截面图；
36.图7以锁定装置的视角示出根据图6的旋转阀的截面图；
37.图8详细地示出根据图6的旋转阀的切换轴；
38.图9以腔室底的区域中的截面图示出根据图6的旋转阀的阀壳体的截面图；
39.图10详细地示出根据图6的旋转阀的阀壳体；
40.图11详细地示出根据图6的旋转阀的收集器。
具体实施方式
41.附图示出作为要进行空气调节的装置的冷却回路的组成部分的旋转阀1。旋转阀1优选地使用在电动车辆应用中。在此，旋转阀1可结合到电动车辆的电动马达驱动器的温度控制回路中并且例如对蓄电池、电动马达、功率电子装置等进行温度控制。温度控制回路的冷却剂流可以通过旋转阀1来更改。在这方面可以考虑的是：更改、即增大或减小冷却剂的体积流。此外，可以通过改变阀芯的阀姿态来改变冷却剂的流动方向。最后，可以对要进行温度控制的装置的各个部件有针对性地供应冷却剂或从冷却剂供应装置切断。例如，根据环境温度和性能要求，冷却剂流可以首先仅引导至蓄电池，并且在那里根据环境温度冷却或加热蓄电池。在性能要求高的情况下，可以将冷却剂流引导至功率电子装置并也引导至电动马达，以便冷却这些部件。在此，借助于旋转阀1更改冷却剂流。在此，旋转阀1可以取代多个磁阀，使得可以便宜地制造温度控制回路。
42.在根据图1、2和6的设计方案中所示的旋转阀1包括具有阀腔室3的阀壳体2，其中阀腔室3具有腔室壁4。将六个流体开口5引入到腔室壁4中。阀腔室3旋转对称地构成并具有基本上锥形的腔室壁4。在端侧将容纳开口6引入阀腔室3中，经由所述容纳开口将阀芯7引入到阀腔室3中。阀芯7设有与流体开口5配合的通道结构8。阀芯7可旋转运动地支承在阀腔室3中。根据阀腔室3和与流体开口5对准的通道结构8的姿态，对于经由流体开口5流入和流出的流体得到不同的运输方向。
43.阀壳体2在外侧由收集器14围绕。阀壳体2、阀芯7和收集器14由热塑性塑料构成。阀壳体2和阀芯7构成为注塑件。收集器14构成为吹塑件。
44.流体开口5构成为连接套管。在此，流体开口5的管形部段延伸进入收集器14中。收集器14具有相应的、同样构成为连接套管的部段。所述部段构成用于容纳硬管线路或软管。
45.图1示出根据第一设计方案的旋转阀1的截面图。可从图1中看出阀腔室3锥形地构成。阀芯7在外周侧与阀腔室3全等地构成进而同样锥形地构成。阀腔室3通过腔室壁4和腔室底9限界。在此，腔室壁4围绕阀芯7，其中腔室壁4的直径始于腔室底9朝容纳开口6的方向扩宽。为了调节阀芯7并为了相对于流体开口5旋转通道结构8，阀芯可以相对于阀壳体2平移和旋转地移动。在此，可以使执行器与阀芯7接合，所述阀芯执行叠加的旋转和平移运动。通过平移运动，在阀壳体2和阀芯7之间形成间隙，这实现阀芯7相对于阀壳体2的低摩擦的旋转。
46.图2示出根据第二设计方案的旋转阀1的截面图。在根据图2的设计方案中，阀腔室3同样锥形地构成。阀芯7在外周侧与阀腔室3全等地构成进而同样锥形地构成。阀腔室3通过腔室壁4和腔室底9限界。在此，腔室壁4围绕阀芯7，其中腔室壁4的直径始于腔室底9朝容纳开口6的方向扩宽。
47.阀芯7以旋转和平移的方式支承在阀腔室3中。为了调节阀芯7并为了相对于流体开口5旋转通道结构8，阀芯可以相对于阀壳体2平移和旋转地移动。
48.但是在此，在当前的设计方案中仅需要一个执行器，所述执行器仅执行旋转运动。为了使阀芯7在旋转的同时平移运动，将呈环绕的山和谷结构形式的斜坡元件13在腔室底9的区域中引入到阀壳体2中。所述斜坡元件形成调节装置。阀芯7在朝向腔室底的一侧上设有全等的斜坡元件。在旋转时，阀芯7的斜坡元件13沿着阀壳体2的斜坡元件13滑离，使得阀芯7在旋转运动的同时也以平移方式运动。一旦阀芯到达下一位置，阀芯7就再次下降，使得
阀芯7再次贴靠腔室壁4。通过平移运动在阀壳体2和阀芯7之间形成间隙，这便于阀芯7相对于阀壳体2的旋转。
49.阀壳体2的容纳开口6通过顶盖16封闭，其中切换轴10穿过顶盖16。切换轴10抗转动地与旋转元件15连接，其中旋转元件15接合到引入阀芯7中的凹部21中。旋转元件15在外周侧具有齿部，所述齿部接合到引入凹部21的内周中的全等构成的齿部中，进而实现将转矩从切换轴10传递到阀芯7上。在此，旋转元件15可平移地设置在凹部21中。通过该设计方案，不将阀芯7的通过斜坡元件13引起的平移运动传递到切换轴10中。
50.在顶盖16和阀芯7之间设置将阀芯7压紧到腔室底9上的弹簧17。
51.图3以斜上方的视角示出根据图2的旋转阀1的截面图。图4详细地示出根据图2的旋转阀1的阀芯7。图5详细地示出根据图2的旋转阀的阀壳体2的截面图。
52.图6示出根据第三设计方案的旋转阀1的截面图。在根据图6的设计方案中，阀腔室3同样锥形地构成。阀芯7在外周侧与阀腔室3全等地构成进而同样锥形地构成。阀腔室3通过腔室壁4和腔室底9限界。在此，腔室壁4围绕阀芯7，其中腔室壁4的直径始于腔室底9朝容纳开口6的方向扩宽。
53.阀芯7以旋转和平移方式支承在阀腔室3中。为了调节阀芯7并为了相对于流体开口5旋转通道结构8，可以使阀芯相对于阀壳体2平移和旋转地移动。
54.但是在此，在当前的设计方案中仅需要一个执行器，所述执行器仅执行平移运动。
55.在阀芯7的中轴线中引入沿轴向方向伸展的钻孔，所述钻孔容纳切换轴10。在腔室底9的区域中，切换轴10设有第一锁定装置11。为此，第一锁定装置11星形地构成并且具有径向从切换轴10伸出的斜坡元件13。所述斜坡元件在阀芯7的朝向腔室底9的一侧贴靠阀芯7。在阀芯7处在相应的区域中构成第二锁定装置12。所述第二锁定装置同样包括斜坡元件13。
56.阀芯7可相对于切换轴10平移和旋转运动。切换轴10相对于阀壳体2仅可平移运动。为了将切换轴10定心，由腔室底9构成十字形的定心销19，其中十字形的设计同时禁止切换轴10旋转。由腔室底构成第三锁定装置20，所述第三锁定装置同样具有斜坡元件13。
57.阀壳体2的容纳开口6通过顶盖16封闭，其中切换轴10穿过顶盖16伸出。在顶盖16和阀芯7之间设置将阀芯7压紧到腔室底9上的弹簧17。在顶盖16和阀壳体2之间设置o形环形式的密封件18。另一密封元件设置在顶盖16和切换轴10之间，其中该另一密封元件密封切换轴10通过顶盖16的通道。
58.在当前的设计方案中，顶盖16力/形状配合地保持在阀壳体2处。在替选的设计方案中，顶盖16也可以材料配合地固定在阀壳体2处。材料配合的连接例如可以通过焊接或粘合来建立。在该设计方案中，不需要阀壳体2和顶盖16之间的单独的密封。
59.阀芯7相对于阀壳体2的旋转通过使切换轴10以平移方式运动来进行。在此，切换轴10提升阀芯7并且第一锁定装置11和第二锁定装置12彼此贴靠。如果阀芯7升高到使得第一锁定装置11和第三锁定装置20的彼此朝向的棱边平齐，则阀芯7经由其第二锁定装置12以通过弹簧17预紧的方式通过叠加的平移和旋转运动沿着第一锁定装置11和第三锁定装置20的斜面滑动，使得与流体开口5相关联的通道结构8改变。在此，旋转运动的程度与斜坡元件13的斜面的设计相关。阀芯7旋转的角度在此通过锁定装置11、12、20的设计预设。该设计协调于通道结构8，使得每个位置都与通道结构8相对于流体开口5的期望定位一致。
60.图7从斜下方示出根据图6的旋转阀的截面图。图8详细地示出根据图6的旋转阀1的切换轴10。图8在腔室底9的区域中的截面图中示出根据图6的旋转阀1的阀壳体2的截面图。图10详细地示出根据图6的旋转阀1的阀壳体2，并且图11详细地示出根据图6的旋转阀1的收集器14。