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Fachgebiet der Erfindung
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Die
Erfindung bezieht sich allgemein auf Kraftfahrzeugverbrennungsmotorkühlsysteme
und speziell auf ein Mehrfachanschlussventil für Verteilung und Steuerung
des Kühlmittelstroms
an die Kühlsystemkreisläufe.
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Konventionelle
Kühlsysteme
für Verbrennungsmotoren
umfassen einen Kühlmittelkreislauf
innerhalb eines Motorblocks, einen Kühler, einen Ventilator, einen
Heizerkern, eine Wasserpumpe und verschiedene Schläuche und
Klemmen. Außerdem
umfassen sie einen Thermostaten und/oder verschiedene Ventile zur
Steuerung des Kühlmittelstroms
in Reaktion auf die Temperatur des Kühlmittels, den Heizungsbedarf
des Fahrgastinnenraums und andere Faktoren.
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Es
ist bekannt, dass der Kühlmittelstrom beim
anfänglichen
Aufwärmen
des Verbrennungsmotors nach dem Anlassen den Kühler umgehen muss, damit sich
das Kühlmittel
und der Motor schneller erwärmen.
Schnelleres Erwärmen
führt zu verringerten
Motoremissionen, verbesserter Kraftstoffausnutzung und höherer Motorleistung,
da eine optimale Motorbetriebstemperatur in kürzerer Zeit erreicht wird,
Strategien zur Verringerung von Kaltstartemissionen also über eine
kürzere
Zeit eingesetzt werden. Fahrzeuge mit Dieselsystemen können anstelle
des Bypasskreislaufs einen Ölkühlkreislauf
verwenden.
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Das
Schalten des Kühlmittelstroms
zwischen einem Bypasskreislauf und dem Kühlerkreislauf wird konventionell
durch einen Thermostaten durchgeführt. Ein normaler Thermostat
verwendet einen Wachsmotor, um ein Ventil zwischen einer Stellung, in
der sämtliches
Kühlmittel
durch den Bypass und kein Kühlmittel
durch den Kühler
geleitet wird, und einer anderen Stellung, in der sämtliches
Kühlmittel durch
den Kühler
und kein Kühlmittel
durch den Bypass geleitet wird, zu schalten. Einige Thermostate können den
Bypassstrom allmählich
absperren, während
der Kühlerstrom
allmählich
zunimmt.
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Die
Verbrennungsmotortechnik bringt Motoren mit höherem Wirkungsgrad und zunehmend
ausgeklügelte
Steuerverfahren hervor. Das erhöht
den Bedarf an kürzeren Aufwärmzeiten
und genauer Steuerung der Motorbetriebstemperatur, was mit konventionellen
Kühlsystemen
nicht angemessen erreicht wird. Außerdem bewirken Verzögerungen
beim Aufwärmen
des Motor auch Verzögerungen
in der Verfügbarkeit
von Wärme
im Fahrgastinnenraum.
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Es
ist ein vom Thermostaten getrenntes passives Zweiwegeventil verwendet
worden, um das Kühlmittel
zu einem Heizerkern zu leiten, wenn Warmluft im Fahrgastinnenraum
angefordert wird. Außerdem
können
weitere Ventile zum Heizen oder Kühlen anderer Fahrzeugkomponenten,
wie z. B. Kühlen
von Elektronikmodulen oder Heizen von Sitzen, enthalten sein. Die
Realisierung dieser zusätzlichen
Funktionen wird nicht nur aufgrund der sich stark erhöhenden Anzahl
von Ventilen teuer, sondern auch durch die sich stark erhöhende Anzahl
einzelner Stellglieder und die zu ihrer Ansteuerung erforderliche
Verdrahtung, Verkabelung sowie Hydraulik- oder Pneumatikleitungen
(z. B. Vakuumleitungen).
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Im
Allgemeinen sind Mehrfachanschlussdrehschieberventile für die Regelung
von mehr als zwei Ventilanschlüssen
bekannt. Das US-Patent 5,529,026 offenbart eine Einpunkt-Kühlmittelablenkung
zu verschiedenen Anschlüssen
eines Motorkühlsystems.
Das und andere Mehrfachanschlussventile, die ein Stellglied zum
Antreiben eines Drehschieberventils verwenden, erfordern jedoch
ein extern montiertes Stellglied mit einer externen Getriebe- oder Kupplungseinrichtung
zum Schalten des Drehschieberventils. Das erfordert zusätzlichen
Montageraum außerhalb
des Ventilkörpers.
Sollte außerdem
ein Stellglied zum Schalten des Ventils verwendet werden, muss das
Ventil bei einem Stellgliedfehler oder beim Ausbleiben des Steuersignals
in eine Standardstellung zurückkehren,
so dass der zur Kühlung
des Systems angemessene Kühlmitteldurchfluss
aufrechterhalten werden kann. Das erfordert oftmals die Verwendung
einer innerhalb oder außerhalb
des Stellglieds angeordneten Kupplung zum Trennen des Getriebes
von einer Antriebseinheit. Das Hinzufügen der Kupplung innerhalb
oder außerhalb
des Stellglieds erhöht
die Anzahl der Komponenten weiter, wodurch sich die Kosten erhöhen und zusätzlicher
Montageraum erforderlich ist.
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Außerdem enthält die Mehrzahl
der Mehrfachanschlussdrehschieberventile einen zu einem Kühleranschluss
versetzten (nicht koaxialen) Kühlmittelströmungseinlassanschluss.
Die Mehrfachanschlussdrehschieberventile, die mit einem zum Kühleranschluss
koaxialen Einlassanschluss ausgestattet sind, enthalten die Standardstellung
an einem vorderen Ende der Drehschieberventildrehung.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
Erfindung stellt ein Mehrfachanschlussdrehschieberventil bereit,
das eine Zahnkranzdrehscheibe verwendet, die an ihrem inneren Umfang
mit einem Zahnkranzmechanismus ausgestattet ist, der im direkten
Kontakt mit einem inneren Antriebszahnrad steht, das an ein Stellglied
gekoppelt ist, um das Kühlmittel
an eine Vielzahl von Kühlkreisläufen zu
leiten. Ein Federmechanismus wird zum Zurückstellen der Drehscheibe in
eine in einer Drehmittelstellung befindliche eigensichere Stellung
verwendet, wenn das Stellglied auf ein Steuersignal nicht reaktionsfähig ist.
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In
einem Aspekt der Erfindung umfasst ein zur Verteilung des Kühlmittel
an ein Motorkühlsystem verwendetes
Mehrfachanschlussdrehschieberventil einen Ventilkörper mit
einer Vielzahl von Auslassanschlüssen,
die einen Kühleranschluss
für das
Lenken des Kühlmittelstroms
in einen Kühlerkreislauf,
einen Heizeranschluss für
das Lenken des Kühlmittelstroms
in einen Heizerkreislauf und einen Hilfsanschluss für das Lenken
des Kühlmittelstroms
in einen Hilfskreislauf enthält.
Die Vielzahl von Anschlüssen ist
auf einer Oberseite des Ventilkörpers
angeordnet. Eine Zahnkranzdrehscheibe enthält einen an einem inneren Umfang
der Drehscheibe angeordneten Zahnkranzmechanismus. Die Drehscheibe
enthält mindestens
zwei auf einer Oberseite der Drehscheibe angeordnete Öffnungen
für die
Regelung vordefinierter Strömungswege
und Volumenströme
an die Vielzahl von Anschlüssen.
Eine erste Öffnung
regelt Kühleranschluss
und Heizeranschluss gemeinsam und eine zweite Öffnung regelt den Hilfsanschluss. Ein
Stellglied ist auf ein Steuersignal für die Drehung der Drehscheibe
zur Regelung des Kühlmitteldurchflusses
an die Vielzahl von Anschlüssen
empfindlich. Ein Einlassgehäusekörper, der
einen Einlassanschluss enthält,
greift in den Ventilkörper
ein und umhüllt
die Drehscheibe. Ein innen am Einlassgehäusekörper montiertes Antriebszahnrad
befindet sich im Kühlmittel.
Das innere Antriebszahnrad wird durch einen Zahnkranzmechanismus
aufgenommen und ist an das Stellglied gekoppelt. Ein durch das Stellglied erzeugtes
Drehmoment wird für
das Drehen der Drehscheibe an das innere Antriebszahnrad übertragen.
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In
einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst das Mehrfachanschlussdrehschieberventil
außerdem
eine um eine Achse zwischen der Drehscheibe und dem Einlassgehäuse angeordnete
Feder. Die Feder umfasst ein erstes Ende und ein zweites Ende für das Versetzen
der Feder in einen gespannten Zustand, wenn das Stellglied das Drehmoment
für das Drehen
der Drehscheibe auf das äußere Antriebszahnrad
aufbringt. Die Drehscheibe enthält
eine radial in einem ersten Abstand zwischen dem ersten Ende und
dem zweiten Ende der Feder angeordnete Rastklinke für das periphere
Auslenken eines der Enden im gespannten Zustand. Das Einlassgehäuse enthält einen
radial in einem zweiten Abstand zwischen dem ersten Ende und dem
zweiten Ende der Feder angeordneten Anschlag für das Beibehalten einer stationären Stellung
eines der Enden im gespannten Zustand. Die Drehscheibe enthält eine
eigensichere Stellung, wenn sich die Feder in einem vorgespannten
Zustand befindet. Die Drehscheibe ist bei eingeschaltetem Stellglied
von der eigensicheren Stellung im Uhrzeigersinn und entgegengesetzt
des Uhrzeigersinns drehbar, und die Feder überwindet bei ausgeschaltetem
Stellglied das Drehmoment des Stellglieds, so dass die Drehscheibe
in die eigensichere Stellung zurückkehrt.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1A ist ein Blockschaubild
eines Verbrennungsmotorkühlsystems,
das ein Mehrfachanschlussdrehschieberventil für einen Dieseleinsatz darstellt.
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1B ist ein Blockschaubild
eines Verbrennungsmotorkühlsystems,
das ein Mehrfachanschlussdrehschieberventil für einen Benzineinsatz darstellt.
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2A ist eine perspektivische
Explosionsdraufsicht des Mehrfachanschlussdrehschieberventils, die
die inneren Komponenten darstellt.
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2B ist eine perspektivische
Explosionsunteransicht des Mehrfachanschlussdrehschieberventils,
die die inneren Komponenten darstellt.
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3 ist eine Unteransicht
des in einer eigensicheren Stellung dargestellten Drehschieberventils.
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4 ist eine Unteransicht
des Drehschieberventils, das in einer zum Uhrzeigersinn entgegengesetzt
geschalteten Richtung dargestellt ist.
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5 ist eine Unteransicht
des Drehschieberventils, das in einer im Uhrzeigersinn geschalteten
Richtung dargestellt ist.
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6A ist eine Unteransicht
einer Drehscheibe, die die Öffnungen
für einen
Dieseleinsatz entsprechend einer ersten Ausgestaltung zeigt.
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6B ist ein Diagramm, das
die Öffnungs- und
Schließkennlinien
für die
erste Ausgestaltung zeigt.
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7A ist eine Unteransicht
einer Drehscheibe, die die Öffnungen
für einen
Benzineinsatz entsprechend einer zweiten Ausgestaltung zeigt.
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7B ist ein Diagramm, das
die Öffnungs- und
Schließkennlinien
für einen
Benzineinsatz entsprechend einer zweiten Ausgestaltung zeigt.
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Ausführliche
Beschreibung der Vorzugsausgestaltungen
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Jetzt
wird auf die Zeichnungen und speziell auf 1A Bezug genommen, in der ein Verbrennungsmotorkühlsystem 11 dargestellt
ist, das ein Mehrfachanschlussdrehschieberventil 10 für einen Dieselmotor
enthält.
Das Kühlsystem 11 umfasst eine
Wasserpumpe 12, einen Verbrennungsmotor 13 mit
einem Kühlwassermantel
für die
Aufnahme des Kühlmittelstroms,
einen Kühler 14,
einen Heizerkern 15, einen Ölkühler 16, eine Motorsteuereinheit
(ECU) 17 oder ein PCM (auch als Antriebsstrangsteuermodul
bezeichnet) und eine Ventilsteuereinheit 23 (z. B. ein
Elektronikstellglied, wie z. B. ein Elektromotor). Die Wasserpumpe 12 drückt den
Kühlmittelstrom durch
den Motor 13 zum Drehschieberventil 10. Das Drehschieberventil 10 lenkt
den vom Motor 13 empfangenen Kühlmittelstrom in wählbaren
Anteilen oder Volumenströmen
in einen Kühlerkreislauf 18,
der einen Kühler 14 für die Kühlung des
durch den Motor 13 aufgenommenen Kühlmittels enthält, in einen
Heizerkreislauf 19 für
das Fördern
des Kühlmittels
im erwärmten
Zustand in einen Heizerkreislauf, der den Heizerkern 15 für das Heizen
eines Fahrgastinnenraums eines Fahrzeugs enthält, an einen Hilfskreislauf 20,
der bei einem Dieseleinsatz einen Ölkühlerkreislauf für das Lenken
des Kühlmittels
in den Ölkühler 16 enthält. Das
Drehschieberventil 10 empfängt den gesamten Kühlmittelstrom
vom Motor 13 und richtet die Kühlmittelströmungswege und Volumenströme entweder
einzeln oder in Kombination in die Vielzahl von Kreisläufen. Es
sind jedoch auch andere Gesamtsystemkonfigurationen möglich, wie
in 1B dargestellt ist,
die ein Motorkühlsystem
unter Verwendung des Drehschieberventils 10 für den Benzinmotor
zeigt. In dieser Ausgestaltung enthält der Hilfskreislauf 20 einen
Bypasskreislauf 22. Der Bypasskreislauf 22 leitet
das Kühlmittel
an anderen Komponenten, wie z. B. dem Kühler, vorbei, so dass das Kühlmittel
direkt zur Wasserpumpe 12 zurückgefördert wird. Die Motorsteuereinheit 17 überwacht
die Motorbedingungen, wie z. B. die Motorbetriebstemperatur, und
liefert ein Steuersignal (z. B. ein PWM-Signal) an die Ventilsteuereinheit 23 für das Regeln
der Ventilstellung. Zusätzliche
Kühlsystemkomponenten,
wie z. B. ein Entgasungskreislauf an einem Kühlmittelvorratsbehälter oder
Kreisläufe
für andere
Zusatzwärmetauscher,
können
durch zusätzliche
Anschlüsse
am Drehschieberventil 10 angeschlossen werden.
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2A stellt eine erste Ausgestaltung
des einen Ventilkörper 26 umfassenden
Drehschieberventils 10 dar. Der Ventilkörper 26 enthält in der
Vorzugsausgestaltung mindestens drei Auslassanschlüsse. Die
Auslassanschlüsse
umfassen einen Kühleranschluss 30,
einen Heizeranschluss 32 und einen Hilfsanschluss 34.
Der Hilfsanschluss 34 kann entweder ein Ölkühleranschluss
wie bei Dieseleinsatz oder ein Bypassanschluss wie bei Benzineinsatz sein.
Der Ventilkörper 26 ist
zylindrisch geformt und die Auslassanschlüsse sind auf der Oberseite
des Ventilkörpers 26 angeordnet.
Der Kühleranschluss 30 und
der Heizeranschluss 32 sind an einem ersten Radius auf
dem Ventilkörper 26 angeordnet,
während
der Hilfsanschluss 34 an einem zweiten Radius auf dem Ventilkörper 26 angeordnet
ist. Eine Zahnkranzdrehscheibe 40 ist unterhalb des Ventilkörpers 26 angeordnet.
Ein (in 2B) dargestellter
Zahnkranzmechanismus 42 ist am gesamten inneren Umfang
und auf der Unterseite der Drehscheibe 40 angeordnet und
mit der Drehscheibe 40 in einem Stück geformt, obwohl der Zahnkranzmechanismus 42 auch
ein an der Scheibe befestigtes separates Teil sein kann. Alternativ
kann sich der am inneren Umfang befindliche Zahnkranzmechanismus 42 im
Gegensatz zum gesamten inneren Umfang nur über einen Abschnitt des inneren
Umfangs erstrecken, der zum Erreichen des durch jeden der entsprechenden Anschlüsse geforderten
Kühlmittelstroms
erforderlich ist. Zwei als Stromteiler fungierende Öffnungen 44 und 46 sind
an entsprechenden Stellen in eine Stirnplatte 45 der Drehscheibe 40 eingeformt.
Die Öffnungen
sind radial zueinander versetzt. Der Radius der ersten Öffnung 44 entspricht
der Lage des Kühleranschlusses 30 und
des Heizeranschlusses 32 auf dem Ventilkörper 26.
Der Radius der zweiten Öffnung 46 entspricht
der Lage des Hilfsanschlusses 34 auf dem Ventilkörper 26.
Die erste Öffnung 44 regelt
die Volumenströme
des Kühleranschlusses 30 und
des Heizeranschlusses 32, während die zweite Öffnung 46 den
Volumenstrom des Hilfsanschlusses 34 in Abhängigkeit
der Drehstellung der Scheibe 40 regelt. In der Vorzugsausgestaltung
sind die erste Offnung 44 und die zweite Offnung 46 nierenförmig. Es
können jedoch
alternative Formen verwendet werden. Die Umfangslängen der
ersten und der zweiten Öffnung 44, 46 werden
durch die Kenndaten und Erfordernisse des Kühlsystems bestimmt. Die Drehscheibe 40 enthält außerdem eine
in ihrer Mittelachse angeordnete Welle 50. Ein Einlassgehäusekörper 48,
der zusammen mit dem Ventilkörper 26 die
Drehscheibe 40 umhüllt,
enthält
den auf der Unterseite des Einlassgehäusekörpers 48 angeordneten
Einlassanschluss 28 für
das Empfangen des Kühlmittelstroms
vom Motor 13. Sowohl der Ventilkörper 26 als auch der
Einlassgehäusekörper 48 enthalten
eine mittige Öffnung für die Aufnahme
der Welle 50. Der Einlassanschluss 28 und der
Kühleranschluss 30 sind
koaxial zueinander ausgerichtet, und als ein Ergebnis wird der Hauptstrom
des Kühlmittels
nicht umgelenkt, was bei Förderung
des Kühlmittelstroms
zum Kühler 14 im Gegensatz
zum resultierenden Druckabfall bei Förderung des Kühlmittelstroms
zum Kühler 14 mithilfe eines
herkömmlichen
Motorthermostatsystems zu einem geringeren Druckabfall führt. Alternativ
kann die Welle 50 außermittig
sein oder die Scheibe kann ohne Verwendung einer Welle freibeweglich,
jedoch durch einen Gehäusekörper oder
eine Verzahnung gehalten, angeordnet sein.
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Eine
Schraubenfeder 52 ist auf der Welle 50 zwischen
der Drehscheibe 40 und dem Einlassgehäusekörper 48 angeordnet.
Die Schraubenfeder 52 umfasst ein erstes Ende 54 und
ein zweites Ende 56 für
das Versetzen der Feder 52 in einen gespannten Zustand,
wenn ein Drehmoment auf sie aufgebracht wird. Die Drehscheibe 40 enthält eine
radial in einem ersten Abstand zwischen dem ersten Ende 54 und dem
zweiten Ende 56 angeordnete Rastklinke 58 für das periphere
Auslenken eines der Enden, wenn sich die Feder 52 in einem
gespannten Zustand befindet. Der Einlassgehäusekörper 48 enthält einen
(in den 2A und 3 dargestellten) radial in
einem zweiten Abstand zwischen dem ersten Ende 54 und dem zweiten
Ende 56 zur Rastklinke 58 versetzt angeordneten
Anschlag 60 für
das Beibehalten einer stationären
Stellung eines der Enden im gespannten Zustand der Feder. Wenn die
Rastklinke 58 und der Anschlag 60 radial in Linie
zueinander ausgerichtet sind, befindet sich die Feder 52 in
einem vorgespannten Zustand und die Drehscheibe 40 in einer
eigensicheren Stellung. Die eigensichere Stellung ist eine Standardstellung,
in der die Ausrichtung der Drehscheibe 40 und des Ventilkörpers 26 maximale
Motorkühlung
und Fahrgastinnenraumheizung gewährleistet,
falls ein Fehler des Stellglieds 62 auftritt.
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Ein
außen
am Einlassgehäusekörper 48 angeordnetes
Stellglied 62 umfasst eine Antriebseinheit für das Erzeugen
eines Drehmoments zum Antreiben der Drehscheibe 40. Die
Antriebseinheit kann das Steuersignal von der Ventilsteuereinheit 23 empfangen
oder die Ventilsteuereinheit 23 kann in die Antriebseinheit
integriert sein, so dass die Antriebseinheit das Steuersignal direkt
von der Motorsteuereinheit (ECU) 17 empfängt. Die
Antriebseinheit kann aus einem Elektromotor (z. B. Schrittmotor)
bestehen, der ein Steuersignal, wie z. B. ein Analog- oder Digitalbefehlssignal,
empfängt,
das eine gewünschte Winkelstellung
der Drehscheibe 40 repräsentiert.
Die Antriebseinheit kann auch hydraulisch oder pneumatisch mit entsprechenden
Hydraulik- oder Pneumatikeingängen
betrieben werden. Ein Antriebszahnrad 64 ist durch eine
Antriebswelle an das Stellglied 62 gekuppelt und innerhalb
des Einlassgehäusekörpers 48 angeordnet.
Das Antriebszahnrad 64 befindet sich mit dem Zahnkranzmechanismus 42 im
Eingriff und dreht die Drehscheibe 40 entweder im Uhrzeigersinn oder
entgegengesetzt dazu in eine gewünschte
Winkelstellung, wenn ein Drehmoment vom Stellglied 62 auf
das Antriebszahnrad 64 aufgebracht wird.
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Beim
Auftreten eines Fehlers des Stellglieds 62 (z. B. Energieausfall)
oder Ausfall des Steuersignals, während sich die Drehscheibe 40 nicht
in der eigensicheren Stellung befindet, kann die durch die Auslenkung
der Feder 52 aus der eigensicheren Stellung erzeugte potenzielle
Energie das Drehmoment des energielosen Stellglieds 62 überwinden,
so dass die Drehscheibe 40 in die eigensichere Stellung
zurückkehrt.
Das zum Zurückkehren
der Drehscheibe 40 in ihre eigensichere Stellung erforderliche
Drehmoment muss höher
als das momentane Reibungsmoment (z. B. Drehmoment aufgrund der
Reibung zwischen der Drehscheibe und Dichtelementen) plus dem Elektromotorrastmoment
(z. B. energieloses Stellglied) sein. Da sich die eigensichere Stellung
in der Drehmittelstellung der Drehscheibe 40 befindet, ist
ein kleinerer Drehwinkel zur Rückkehr
der Drehscheibe 40 in die eigensichere Stellung erforderlich, als
wenn sich die eigensichere Stellung an einem distalen Ende der Drehscheibe 40 befände, und
als ein Ergebnis kann die Feder 52 mit einem geringeren Torsionsfederdrehmoment
ausgelegt sein. Befindet sich die Feder 52 in der eigensicheren
Stellung, wird vorausgesetzt, dass sie zur Stellung ihres ersten
Endes 54 und ihres zweiten Endes 56 zwischen der Rastklinke 58 und
dem Anschlag 60 vorgespannt ist. Dieser vorgespannte Zustand
ist eine während
des Montageprozesses beim Anordnen der Enden der Feder 52 zwischen
der Rastklinke 58 und dem Anschlag 60 auf die
Feder aufgebrachte Anfangslast, um die Drehscheibe 40 in
die eigensichere Stellung zu treiben. In der eigensicheren Stellung
ist die erste Öffnung 44 so
positioniert, dass ein Maximum an Kühlmittel vom Einlassanschluss 28 zum
Kühleranschluss 30 strömt. Obwohl
das Motoraufwärmen nicht
optimiert werden kann, sichert dieser direkte und maximale Durchfluss
in der eigensicheren Stellung, dass der Motor 13 vor Überhitzung
geschützt ist,
und der Durchfluss zum Heizerkern 15 sichert, dass die
Heizung des Fahrgastinnenraums, falls erforderlich, für Erwärmungs-
und Enteisungsfunktionen verfügbar
ist.
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2B stellt eine perspektivische
Explosionsunteransicht des Mehrfachanschlussdrehschieberventils 10 dar.
Zur Verringerung der auf die Drehscheibe wirkenden axialen Hydraulikkraft
ist um den Kühleranschluss 30,
den Heizeranschluss 32 und den Hilfsanschluss 34 herum
eine Vielzahl von vorstehenden Bünden 66 für den Kontakt
mit der auslassseitigen Fläche
der Drehscheibe 40 integriert. Die einlassseitige Fläche der
Drehscheibe 40 ist immer hohem Druck ausgesetzt. Durch
die Vielzahl von Bünden 66 kann
ein Hauptteil der auslassseitigen Fläche der Drehscheibe 40 hohem
Druck ausgesetzt werden, um die Druckverteilung auf jeder Seite
der Drehscheibe 40 auszugleichen. In Abhängigkeit
der Winkelstellung der Drehscheibe 40 werden zum Beispiel
einige begrenzte Flächenbereiche
der auslassseitigen Fläche
niedrigeren Drücken
ausgesetzt. Zum Kühleranschluss 30 zeigende
Flächenbereiche sind
einem niedrigen Druck ausgesetzt, wenn der Kühleranschluss 30 geschlossen
ist. Zum Heizeranschluss 32 und zum Hilfsanschluss 34 zeigende
Flächenbereiche
sind einem mittleren Druck ausgesetzt, wenn beide Anschlüsse teilweise
offen sind. In diesem Zustand wirkt ein starker lokaler Dichtungsdruck auf
den geschlossenen Kühleranschluss 30 und
ein leichter Dichtungsdruck auf die teilweise geöffneten Heizer- und Hilfsanschlüsse 32 bzw. 34.
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Wenn
die Anschlüsse
weiter öffnen,
steigt der auslassseitige Druck näher an den Wert des einlassseitigen
Drucks, und als ein Ergebnis sinkt die Nettodichtungskraft (Differenz
zwischen dem einlassseitigen Anschluss und den auslassseitigen Anschlüssen), und
der resultierende Leckverlust wird weniger bedeutsam. Sind die Anschlüsse geschlossen
oder weitgehend geschlossen, unterliegt die Drehscheibe 40 der
vollen Dichtungskraft und dem geringsten Leckverlust. Ohne die Vielzahl
von Bünden 66 wäre der Hauptteil
der einlassseitigen Fläche der
Scheibe dem niedrigeren Druck ausgesetzt, was zu einer auf die Drehscheibe 40 wirkenden
viel größeren Axialkraft
einschließlich
einer höheren
Reibungskraft führte,
so dass dadurch zum Drehen der Drehscheibe 40 ein größeres Stellglied
erforderlich wäre.
Die Integration vorstehender Bünde 66 an
den Ventilanschlüssen
kann durch viele verschiedene Verfahren erreicht werden. Vorstehende
Bünde können unter
Verwendung desselben Materials als ein integraler Bestandteil einer
Konstruktion oder unter Verwendung eines anderen Materials oder
als ein Einsatz geformt sein.
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3 stellt die Drehscheibe 40 in
der Standardstellung oder eigensicheren Stellung dar. Die Feder 52 befindet
sich im vorgespannten Zustand am Drehmittelpunkt auf der Drehscheibe 40.
In der eigensicheren Stellung überlappt
die erste Öffnung 44 den
Kühleranschluss 30 und
den Heizeranschluss 32, so dass der volle Kühlmittelstrom
zum Kühlerkreislauf 18 und
zum Heizerkreislauf 19 gelenkt wird. Die zweite Öffnung 46 überlappt
den Hilfsanschluss 34, so dass der volle Kühlmittelstrom
zum Hilfskreislauf 20 gelenkt wird. 4 zeigt die Drehscheibe 40 in
einer dem Uhrzeigersinn entgegengesetzt gedrehten Stellung. Das
erste Ende 54 bleibt durch den Anschlag 60 in
der stationären
Stellung, während
die Rastklinke 58 das zweite Ende 56 zum Drehen
antreibt, wodurch eine Last auf die Feder 52 aufgebracht
wird. In dieser Stellung überlappt
die erste Öffnung 44 nur
den Heizeranschluss 32. Das Kühlmittel wird nur zum Heizerkreislauf 19 gelenkt,
während
der Kühleranschluss 30 abgedichtet
ist. Die zweite Öffnung 46 überlappt
teilweise den Hilfsanschluss 34, wodurch der zum Hilfskreislauf 20 gelenkte
Volumenstrom geregelt wird. Die Feder 52 ist in einem gespannten
Zustand, und für
den Fall eines Fehlers des Stellglieds 62 wird die Drehscheibe 40 durch
die Feder 52 in die eigensichere Stellung zurückkehren,
wie in 3 dargestellt. 5 zeigt die Drehscheibe 40 in
einer im Uhrzeigersinn gedrehten Stellung. Die Stellung des zweiten
Endes 56 wird durch den Anschlag 60 beibehalten,
während
die Rastklinke 58 das erste Ende 54 zum Drehen
in den gespannten Zustand der Feder antreibt. Die erste Öffnung 44 überlappt
den Kühleranschluss 30,
während
der Heizeranschluss 32 abgedichtet ist. Ein maximaler Kühlmittelstrom
wird zum Kühlerkreislauf 18 gelenkt.
Die zweite Öffnung 46 überlappt
vollständig
den Hilfsanschluss 34, und ein maximaler Kühlmittelstrom
wird zum Hilfskreislauf 20 gelenkt. Durch die 3, 4 und 5 wird
dargestellt, dass die Drehscheibe 40 nur um einen kleinen
Drehwinkel aus der eigensicheren Stellung gedreht werden muss, um
den Kühleranschluss 30 oder
den Heizeranschluss 32 zu regeln. Als ein Ergebnis ist
weniger Zeit zum Regeln des Kühlmittelstroms
zwischen dem Kühleranschluss 30 und
dem Heizeranschluss 32 erforderlich, da um einen kleinen Betrag
gedreht wird.
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6A stellt eine Unteransicht
einer Drehscheibe 40 für
einen Dieseleinsatz entsprechend einer ersten Ausgestaltung dar.
Die erste Öffnung 44 befindet
sich an einem ersten Radius auf der Drehscheibe 40, während die
zweite Öffnung 46 an
einem zweiten Radius liegt. Die Durchflusssteuerung wird durch die
Umfangslänge
und der Überlappung
der Öffnungen
mit ihren entsprechenden Anschlüssen bestimmt. 6B zeigt Volumenströme für die in 6A dargestellte Drehscheibe 40.
In dieser Ausgestaltung wird die Dieselvariante verwendet, und der
Hilfsanschluss 34 fungiert als Ölkühleranschluss. Die zweite Öffnung 46 weist
eine große
Umfangslänge
auf, um die Ölkühlung für einen
Großteil
der Betriebszeit des Fahrzeugs beizubehalten.
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7A stellt eine Unteransicht
einer Drehscheibe 40 für
einen Benzineinsatz entsprechend einer zweiten Ausgestaltung dar.
In dieser Ausgestaltung fungiert der Hilfsanschluss 34 als
Bypassanschluss. Die zweite Öffnung 46 weist
eine kurze Umfangslänge
auf, da der Motor 13 während
des Fahrzeugbetriebs nur in einem kurzen Intervall ungekühltes Kühlmittel
benötigt,
wie z. B. dann, wenn ein Fahrzeug gestartet wird und die Motortemperaturen schnell
in einen gewünschten
Betriebstemperaturbereich gebracht werden sollen. 7B zeigt Volumenströme für die in 7A dargestellte Drehscheibe 40.
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Als
ein Ergebnis der voranstehend beschriebenen Wechselwirkungen zwischen
der Drehscheibe und den Anschlüssen
kann das Drehschieberventil mit nur geringer Modifikation der Umfangslänge und der
Lage der Öffnungen
an einen Diesel- oder Benzineinsatz angepasst werden. Sowohl für den Dieseleinsatz
als auch für
den Benzineinsatz kann für
jeden der Anschlüsse
derselbe Radius verwendet werden. Verschiedene Motorgrößen und
Kühlsysteme können nach
Durchführung
geringfügiger
und wenig kostender Modifikationen an der Umfangslänge und der
Lage der Öffnungen
der Drehscheibe angeschlossen werden. Als ein Ergebnis können gemeinsame
Teile und gemeinsame Herstellungsprozesse zur Fertigung und Implementierung
der Erfindung verwendet werden.
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Außerdem wird
durch Verwendung eines inneren Antriebszahnradmechanismus die zur
Unterbringung des Antriebsgetriebes und des Zahnkranzmechanismus
erforderliche Raumgröße verringert. Durch
Integration einer direkten Zahnradgetriebekopplung inner halb einer
inneren Kammer des Mehrfachanschlussdrehschieberventils wird der Montageraum
außerhalb
am Mehrfachanschlussdrehschieberventils gespart. Die innere direkte
Zahnradgetriebekopplung vereinfacht die Konstruktion durch Verringerung
der Anzahl von Komponenten, und als ein Ergebnis wird die Herstellung
einfacher. Außerdem
ist durch die Integration eines eigensicheren Mechanismus im Gegensatz
zu Drehschieberventilen mit äußeren Kupplungsmechanismen
oder Stellgliedern mit inneren Kupplungsmechanismen kein zusätzlicher äußerer Montageraum
erforderlich.