Die Erfindung betrifft ein Regel- oder Schaltventil für einen Kühlmittelkreislauf eines Kraftfahrzeugs mit einem Gehäuse, das einen Einlass und einen Auslass aufweist, einem Durchströmungsquerschnitt, der zwischen dem Einlass und dem Auslass ausgebildet ist und von einem Ventilsitzelement umgeben ist, einem Regelkörper, der auf dem Ventilsitzelement absetzbar und von dem Ventilsitzelement abhebbar ist, und einem Aktor, der mit dem Regelkörper gekoppelt ist.

Derartige Regel- oder Schaltventile können vielfältig verwendet werden. Zu nennen ist insbesondere deren Verwendung als Kühlmittel-Absperrventil zum Absperren oder Freigeben eines Kühlmittelflusses in einem Kühlmittelkreislauf eines Kraftfahrzeugs. Ein derartiges Kühlmittelventil umfasst üblicherweise ein Gehäuse mit einem Einlass und einem Auslass, wobei in Strömungsrichtung zwischen dem Einlass und dem Auslass ein Regelkörper und ein mit dem Regelkörper zusammenwirkender Ventilsitz angeordnet sind. Außerdem weist das Kühlmittelventil einen Aktor auf, welcher mit dem Regelkörper gekoppelt ist, wobei durch eine Betätigung des Aktors der Regelkörper auf dem Ventilsitz abgesetzt oder von diesem abgehoben werden kann. Ein derartiges Ventil offenbart beispielsweise die WO 2016/124363 Al.

Der mit dem Regelkörper zusammenwirkende Ventilsitz ist entweder einstückig mit dem Gehäuse ausgeführt oder der Ventilsitz ist durch ein separates Ventilsitzelement ausgeführt und am Gehäuse befestigt. Ein Regel- oder Schaltventil mit einem separaten Ventilsitzelement offenbart beispielsweise die EP 0 958 155 Al. Das Ventilsitzelement ist ringförmig ausgeführt und über seine Außenumfangsfläche an dem Gehäuse befestigt. An der dem Regelkörper zugewandten Seite weist das Ventilsitzelement eine Ventildichtfläche auf, auf welcher der Regelkörper absetzbar und von welcher der Regelkörper abhebbar ist.

Im geschlossenen Zustand des Regel- oder Schaltventils soll kein Fluid ausgehend vom Einlass zum Auslass strömen. Nachteilhaft an einem Regel oder Schaltventil mit einem separaten Ventilsitzelement ist, dass im Anlagebereich zwischen dem Ventilsitzelement und dem Gehäuse ein Leckagepfad vorliegt, so dass auch im geschlossenen Zustand des Regel oder Schaltventils das Fluid vom Einlass zum Auslass über den Leckagepfad strömen kann.

Es stellt sich daher die Aufgabe, ein Regel- oder Schaltventil bereitzustellen, welches eine zuverlässige fluidische Abdichtung zwischen dem Einlass und dem Auslass im geschlossenen Zustand des Regel- oder Schaltventils gewährleistet.

Diese Aufgabe wird durch ein Regel- oder Schaltventil mit den Merkmalen des Hauptanspruchs 1 gelöst.

Dadurch, dass das Ventilsitzelement ein Hartkunststoffelement und ein Elastomerelement aufweist, wobei das Hartkunststoffelement am Gehäuse befestigt ist und das Elastomerelement am Hartkunststoffelement befestigt ist, wobei das Elastomerelement an einer dem Regelkörper zugewandten Seite eine mit dem Regelkörper zusammenwirkende Ventildichtfläche aufweist und an einer dem Regelkörper abgewandten Seite ein an dem Gehäuse dichtend anliegendes Dichtelement aufweist, kann das Ventilsitzelement auf eine einfache und kostengünstige Weise fluiddicht am Gehäuse befestigt werden, so dass im geschlossenen Zustand des Regel oder Schaltventils der Einlass zuverlässig vom Auslass fluidisch getrennt ist. Die fluiddichte Abdichtung des zwischen dem Gehäuse und dem Ventilsitzelement vorliegenden Leckagepfads erfolgt durch das am Elastomerelement vorgesehene und zu einer Gehäuseinnenfläche zugewandte Dichtelement, welches einstückig mit dem Elastomerelement ausgeführt ist und fluiddicht an einer Gehäuseinnenfläche anliegt.

Vorzugsweise ist das Hartkunststoffelement mit dem Gehäuse verschweißt, wodurch eine zuverlässige Verbindung zwischen dem Gehäuse und dem Hartkunststoffelement geschaffen wird, wobei die Schweißverbindung eine zusätzliche Abdichtung des Leckagepfads bewirkt.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Hartkunststoffelement durch ein Ultraschallschweißverfahren mit dem Gehäuse verschweißt. Dadurch kann das Ventilsitzelement zuverlässig und innerhalb einer kurzen Schweißdauer am Gehäuse befestigt werden. Dabei sind sowohl das Gehäuse als auch das Hartkunststoffelement aus einem thermoplastischen Kunststoff hergestellt. Beim Ultraschallschweißen wird mit Hilfe eines Generators ein hochfrequenter Wechselstrom erzeugt und zu einem Ultraschallwandler übertragen, welcher aus dem hochfrequenten Wechselstrom eine mechanische Ultraschallschwingung erzeugt. Diese Schwingungen werden über eine Sonotrode auf die zu verbindenden Bauteile übertragen. Durch die auf die Bauteile übertragenen Schwingungen erhitzen sich die Bauteile und beginnen zu erweichen, wodurch der Dämpfungskoeffizient ansteigt. Die Zunahme des Dämpfungskoeffizienten führt zu höherer innerer Reibung, was die Temperaturerhöhung weiter beschleunigt. Die aufgeschmolzenen Werkstoffe verbinden sich und sind nach dem Abkühlen miteinander verschweißt. Es wird damit kein zusätzliches Material oder ein zusätzliches Bauteil zur Herstellung der Verbindung benötigt.

Vorzugsweise sind das Hartkunststoffelement und das Elastomerelement jeweils ringförmig ausgeführt, wobei das Hartkunststoffelement mit seiner Außenfläche am Gehäuse befestigt ist und an seiner Innenfläche das ringförmige Elastomerelement angeordnet ist. Dabei entspricht der Durchmesser der Außenumfangsfläche des Elastomerelements dem Durchmesser der Innenumfangsfläche des Hartkunststoffelements. Durch eine derartige Ausgestaltung des Hartkunststoffelements und des Elastomerelements können diese auf eine einfache Weise miteinander verbunden werden, wobei das Elastomerelement lediglich in die Innenöffnung des Hartkunststoffelements eingesteckt und darin fixiert werden muss.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Elastomerelement formschlüssig mit dem Hartkunststoffelement verbunden. In einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Hartkunststoffelement an seiner Innenfläche einen Befestigungsvorsprung auf und das Elastomerelement weist an seiner Außenfläche eine zum Befestigungsvorsprung komplementäre Aussparung auf. Dadurch können das Hartkunststoffelement und das Elastomerelement einfach und zuverlässig miteinander verbunden werden, wobei beide Komponenten in einem vorangegangenen Schritt hergestellt werden können und anschließend durch ein einfaches Zusammenstecken miteinander verbunden werden können. Vorzugsweise weisen der Befestigungsvorsprung und die Aussparung jeweils einen radialen Abschnitt und einen an den radialen Abschnitt anschließenden axialen Abschnitt auf. Der axiale Abschnitt dient zur Verbesserung der Befestigung des Elastomerelements am Hartkunststoffelement, wobei der axiale Abschnitt einen Hinterschnitt bildet. Durch die Elastizität des Elastomerelements kann der Befestigungsvorsprung des Hartkunststoffelements trotz des durch den axialen Abschnitt verursachten Hinterschnitts in die Aussparung des Elastomerelements eingeführt werden. Des Weiteren wird die Steifigkeit des Elastomerelements durch den in das Elastomerelement eingreifenden Befestigungsvorsprung erhöht. In einer bevorzugten Ausgestaltung weisen der Befestigungsvorsprung und die Aussparung einen kreisringartigen Querschnitt auf. Dadurch ist der in das Elastomerelement eingreifende Befestigungsvorsprung homogen im Elastomerelement verteilt angeordnet, wodurch das Ventilsitzelement eine homogene Festigkeit und Steifigkeit aufweist.

Vorzugsweise weist der Befestigungsvorsprung mindestens eine axial erstreckende Aussparung und das Elastomerelement einen zur Aussparung komplementären Vorsprung auf, wodurch das Elastomerelement in Drehrichtung, d.h. um die Symmetrieachse des Ventilsitzelements, formschlüssig mit dem Hartkunststoffelement verbunden ist. Dadurch kann ein Verdrehen des Elastomerelements insbesondere relativ zum Hartkunststoffelement und zum Regelkörper verhindert werden und dadurch der Verschleiß des Elastomerelements reduziert werden.

Vorzugsweise ist das Dichtelement ein ringförmiger Vorsprung, welcher eine ringförmige Dichtfläche mit dem Gehäuse aufweist. Die ringförmige Dichtfläche umgibt den Einlass vollständig, wodurch ausgehend vom Einlass kein Fluid in den Spalt zwischen dem Ventilsitzelement und dem Gehäuse eindringen kann. Dadurch wird der Einlass zuverlässig vom Auslass abgedichtet.

In einer bevorzugten Ausgestaltung greift das Dichtelement in eine zum Dichtelement korrespondierende Nut ein, wobei die Nut an einer dem Dichtelement zugewandten Fläche des Gehäuses vorgesehen ist. Dadurch wird die Dichtwirkung zwischen dem Ventilsitzelement und dem Gehäuse nochmals erhöht, wobei das in den Spalt eindringende Fluid zusätzlich über die Nut umgeleitet wird und dadurch eine zusätzliche Dichtwirkung resultiert.

Vorzugsweise ist die Höhe Hl des Dichtelements in einem nicht- endmontierten Zustand des Ventilsitzelements größer als die Höhe H2 des Dichtelements in endmontierten Zustand. Im endmontierten Zustand ist das Ventilsitzelement derart angeordnet, dass das Dichtelement verformt ist und dadurch vorgespannt am Gehäuse anliegt. Dadurch wird eine zuverlässige Abdichtwirkung erzielt.

Vorzugsweise weist der Regelkörper mindestens eine Durchgangsbohrung auf, über die der Einlass stetig mit einem Raum an der dem Einlass abgewandten Seite des Regelkörpers verbunden ist. Dadurch ist der Regelkörper druckausgeglichen, wodurch ein kleinerer und damit kostengünstiger Aktor zur Verstellung des Regelkörpers eingesetzt werden kann. Der druckausgeglichene Regelkörper wird ausschließlich durch den Aktor oder eine Feder vordefiniert in Schließrichtung belastet, wodurch eine Überbelastung des Elastomerelements durch den Regelkörper im Bereich der Ventildichtfläche zuverlässig verhindert werden kann.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Aktor ein elektromagnetischer Aktor mit einem Anker, wobei der Anker mit dem Regelkörper gekoppelt und bewegbar ist. Dadurch kann der Aktor einfach, kompakt und kostengünstig ausgeführt werden und weist eine hohe Stelldynamik auf.

Es wird somit ein Regel- oder Schaltventil mit einem separaten Ventilsitzelement geschaffen, welches im geschlossenen Zustand des Regel- oder Schaltventils den Einlass und den Auslass zuverlässig voneinander fluidisch trennt.

Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Regel- oder Schaltventils ist in den Figuren dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.

Figur 1 zeigt eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Regel- oder Schaltventils in geschnittener Darstellung. Das in Figur 1 dargestellte Regel- oder Schaltventil ist als Strömungsventil ausgeführt und umfasst ein Gehäuse 10, welches zweiteilig ausgeführt ist und ein Strömungsgehäuse 12 mit einem darin ausgebildeten

Strömungskanal 14 und ein am Strömungsgehäuse 12 befestigtes Aktorgehäuse 16 aufweist. In dem Aktorgehäuse 16 ist ein elektromagnetischer Aktor 18 angeordnet.

Der elektromagnetische Aktor 18 weist einen elektromagnetischen Kreis auf, der eine Spule 20, die auf einen Spulenträger 22 gewickelt ist und über einen Stecker 24 bestrombar ist, sowie einen magnetisierbaren Kern 26, Rückschusselementen 28, einen Joch 30 und einen beweglichen Anker 32 umfasst. Bei einer Bestromung der Spule 20 wird der Anker 32 in bekannter Weise durch die entstehenden magnetischen Kräfte in Richtung des beweglichen Kerns 26 bewegt.

Der Anker 32 bildet mit einem Regelkörper 34 eine Bewegungseinheit 35, wobei der Anker 32 mit dem Regelkörper 34 über ein Koppelglied 36 verbunden ist. Das Koppelglied 36 ist einteilig mit dem Regelkörper 34 ausgebildet und erstreckt sich in eine Bohrung des Ankers 32 und ist in der Bohrung am Anker 32 befestigt. Über eine Feder 38 wird die Bewegungseinheit 35 in eine vom Kern 26 abweisenden Richtung belastet, wodurch ein ringförmiges Dichtelement 68 des Regelkörper 34 auf eine Ventildichtfläche 77 eines Ventilsitzelements 70 gedrückt wird, wobei das Ventilsitzelement 70 im Strömungsgehäuse 12 zwischen einem axialen Einlass 42 und einem radialen Auslass 44 ausgebildet ist, so dass ein Durchströmungsquerschnitt des Strömungskanals 14 verschlossen wird. Bei Bestromung der Spule 20 übersteigt die magnetische Kraft die Kraft der Feder 38, wodurch der Regelkörper 34 von der Ventildichtfläche 77 des Ventilsitzelements 70 abgehoben wird und somit den Durchströmungsquerschnitt freigibt. Der Anker 32 ist in einer Hülse 46 geführt, in der auch der Kern 26 befestigt ist und die sich radial im Innern des Aktors 18 bis in einen Gehäusevorsprung 48 des Aktorgehäuses 16 erstreckt, der sich axial in das Strömungsgehäuse 12 erstreckt. Zwischen diesem Gehäusevorsprung 48 und einem Endbereich der Hülse 46 ist ein O-Ring 50 angeordnet, über den der radial äußere Bereich der Hülse 46 gegenüber dem geförderten Kühlmittel abgedichtet wird, so dass kein Kühlmittel zur Spule 20 gelangen kann. Des Weiteren begrenzt die Hülse 46 einen Raum 52, der an einer vom Einlass 42 abgewandten Seite des Regelkörpers 34 beziehungsweise der Bewegungseinheit 35 gebildet wird und der gegenüber dem Auslass 44 mittels eines Lippendichtringes 54, dessen geschlossene Seite zum Auslass 44 weist, abgedichtet wird. Der Raum 52 ist über im Regelkörper 34 ausgebildete Durchgangsöffnungen 62, die als axiale Durchgangsbohrungen ausgeführt sind, kontinuierlich mit dem Einlass 42 verbunden, wodurch die Bewegungseinheit 35 druckausgeglichen ist. Da zusätzlich die Fläche an der vom Einlass 42 entfernten Seite, auf die der Druck wirkt, auch der Fläche des Regelkörpers 34 radial innerhalb des Ventilsitzelements 70 entspricht, besteht auch ein Kräftegleichgewicht bezüglich der hydraulischen Kräfte. Entsprechend ist der Regelkörper 34 ausschließlich in Abhängigkeit der Federkraft und der elektromagnetischen Kraft bewegbar.

Das Ventilsitzelement 70 weist ein Hartkunststoffelement 72 und ein Elastomerelement 74 auf. Das Hartkunststoffelement 72 weist einen ringförmigen Querschnitt auf und ist, wie das Strömungsgehäuse 12, aus einem thermoplastischen Kunststoff hergestellt. Das Hartkunststoffelement 72 liegt mit der Außenfläche 90 abschnittsweise an einer Innenfläche des Strömungsgehäuses 12 an und ist mit dem Strömungsgehäuse 12 verschweißt, wobei die Schweißverbindung durch ein Ultraschallschweißverfahren hergestellt wird. Das Strömungsgehäuse 12 umfasst zur Anordnung des Ventilsitzelements 70 eine Aussparung 60, welche derart ausgeführt ist, dass zwischen der den Strömungskanal 14 begrenzenden Innenfläche des Einlasses 42 und der den

Durchströmungsquerschnitt begrenzenden Innenfläche 96 des

Ventilsitzelements 70 ein bündiger Übergang vorliegt. Das Elastomerelement 74 ist formschlüssig mit dem Hartkunststoffelement 72 verbunden. Zur Bildung einer formschlüssigen Verbindung zwischen dem Hartkunststoffelement 72 und dem Elastomerelement 74 weisen das

Hartkunststoffelement 72 einen an der Innenfläche 92 vorgesehene Befestigungsvorsprung 78 und das Elastomerelement 74 eine zum Befestigungsvorsprung 78 korrespondierende und an der Außenfläche 94 vorgesehene Aussparung 80 auf. Der Befestigungsvorsprung 78 und die Aussparung 80 weisen einen radialen Abschnitt 79 und einen an den radialen Abschnitt 79 anschließenden axialen Abschnitt 81 auf. Zur formschlüssigen Befestigung des Elastomerelements 74 am Hartkunststoffelement 72 in Rotationsrichtung, d.h. um die Symmetrieachse 104, sind am Hartkunststoffelement 72 mehrere, nutartige Aussparungen 82 vorgesehen, in welche jeweils ein am Elastomerelement 74 vorgesehener Vorsprung 84 eingreift. Das Elastomerelement 74 weist an der dem Einlass 42 zugewandten Stirnseite ein ringförmiges Dichtelement 86 auf, welches an einer Anlagefläche 88 des Strömungsgehäuses 12 vorgespannt anliegt. Die Vorspannung des ringförmigen Dichtelements 86 wird im Montagevorgang des Ventilsitzelements 70 hergestellt, indem das Ventilsitzelement 70 in einer derartigen axialen Position am Strömungsgehäuse 12 befestigt wird, dass sich das Dichtelement 86 verformt. Dabei ist die Höhe H2 des Dichtelements 86 im montierten Zustand des Ventilsitzelements 70 geringer als die Höhe Hl im nicht-montierten Zustand. Durch das ringförmige Dichtelement 86, welches im montierten Zustand verformt und dadurch vorgespannt am Strömungsgehäuse 12 anliegt, wird ein Leckagepfad, welcher zwischen dem Ventilsitzelement 70 und dem Strömungsgehäuse 12 vorliegt, abgedichtet. Dadurch wird im geschlossenen Zustand des Regel- oder Schaltventils der Einlass 42 zuverlässig vom Auslass 44 fluidisch getrennt. Des Weiteren ist an der Anlagefläche 88 des Strömungsgehäuses 12 eine Nut 98 vorgesehen, in welche das ringförmige Dichtelement 86 eingreift und am Nutgrund vorgespannt anliegt. Dadurch wird nochmals die Abdichtwirkung erhöht.

Das erfindungsgemäße Regel- oder Schaltventil weist eine zuverlässige fluidische Abdichtung zwischen dem Einlass und dem Auslass im geschlossenen Zustand des Regel- oder Schaltventils auf.

Es sollte deutlich sein, dass der Schutzbereich des vorliegenden Hauptanspruchs nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt ist. Beispielsweise kann die Kopplung zwischen dem Anker und dem Regelkörper anders ausgeführt sein oder der Regelkörper mehrteilig ausgeführt werden. Anderenfalls kann das Ventilsitzelement oder der Anker anders ausgeführt sein.