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Die
Erfindung betrifft einen Drehsteller, insbesondere für
einen mehrere Teilkreisläufe aufweisenden Betriebsmittelkreislauf
einer Brennkraftmaschine, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des
Patentanspruchs 1.
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Aus
dem Stand der Technik sind Drehsteller bekannt, so beispielsweise
aus der
WO 2008049624 A2 .
Sie dienen zur einfachen Regulierung eines gasförmigen
oder flüssigen Mediums durch Einstellen eines Durchströmungsquerschnittes.
Ein solcher Drehsteller besteht aus einem mehrere Gehäuse-Durchströmöffnungen
aufweisenden Drehschiebergehäuse, das einen drehbeweglich
gelagerten Drehschieber aufnimmt, der eine Drehschieber-Durchströmöffnung
aufweist. Mittels eines Stellorgans, in der Regel ein Elektromotor,
wird durch eine Drehbewegung des Drehschiebers eine Drehschieber-Durchströmöffnung
mehr oder weniger in Überschneidung mit der Gehäuse-Durchströmöffnung
gebracht, wodurch der entstandene Überschneidungsquerschnitt
den Durchströmungsquerschnitt darstellt. Die Gehäuse-Durchströmöffnungen
stellen Zu- und/oder Abläufe für das gasförmige
oder flüssige Medium dar.
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Es
ist bekannt, mit einem derartigen Drehsteller den kleinen und großen
Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges
in Abhängigkeit der Temperatur des Kühlmediums
zu regeln.
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Die
bereits o. g.
WO
2008049624 A2 offenbart einen mehrstufigen Drehschieber,
bei dem durch eine Getriebe-Kopplung von jeweils zwei Drehschiebern
ein Drehwinkelunterschied zwischen diesen derart erzeugt wird, dass
eine individuelle Einstellung der einzelnen Drehschieber zueinander über
die eingestellte Übersetzung des jeweiligen Getriebes und damit
des jeweils diesen zugeordneten Durchströmungsquerschnittes
möglich ist.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, demgegenüber einen Drehsteller anzugeben,
mit dem ebenfalls gleichzeitig an mehreren Durchströmöffnungen
unterschiedliche Durchströmungsquerschnitte einstellbar
sind, der jedoch eine kompakte Bauform aufweist und darüber
hinaus einfach und kostengünstig herstellbar ist.
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Diese
Aufgabe wird gelöst durch einen Drehsteller gemäß den
Merkmalen des Patentanspruches 1.
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Durch
eine derartige Anordnung der Gehäuse-Durchströmöffnungen
in einem Drehschiebergehäuse in radialer Richtung hintereinanderliegend
und der Ausbildung der Drehschieber-Durchströmöffnung derart,
dass mit einer festgelegten Abfolge von Durchströmöffnungen
in dem Drehschiebergehäuse mit dieser einzigen Drehschieber-Durchströmöffnung der
jeweilige Volumenstrom des Mediums durch diese Gehäuse-Durchströmöffnungen
zeitlich nacheinander gesteuert werden. Vorzugsweise kann diese Drehschieber-Durchströmöffnung
kreisförmig oder als in radialer Richtung angeordnete längliche Öffnungen
ausgebildet sein. Durch Drehen des Drehschiebers wird zunächst
in Drehrichtung die Drehschieber-Durchströmöffnung
in Überschneidung mit einer ersten Gehäuse-Durchströmöffnung
gebracht, also der zugehörige Durchströmungsquerschnitt
bis zu seinem maximalen Wert gesteuert und bei Fortsetzung der Drehbewegung
die gleiche Drehschieber-Durchströmöffnung mit
einer zweiten Gehäuse-Durchströmöffnung
in Überschneidung gebracht, also der zugehörige
Durchströmungsquerschnitt ebenso bis zu seinem maximalen
Wert gesteuert. Bei Weiterführung der Drehung wird zunächst
die zuerst gesteuerte Gehäuse-Durchströmöffnung
verschlossen, anschließend die weitere.
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Damit
werden die Gehäuse-Durchströmöffnungen,
vorzugsweise zwei, erfindungsgemäß von einer einzigen,
vorzugsweise länglich ausgebildeten Drehschieber-Durchströmöffnung
zeitlich nacheinander überfahren und gesteuert. Ein derart
aufgebauter Drehsteller weist gegenüber im Stand der Technik bekannten
mehrstufigen Drehstellern eine kompaktere Bauform auf und kann im
Vergleich zu diesen mehrstufigen Drehstellern kostengünstiger
hergestellt werden.
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Eine
vorteilhafte Weiterbildung des Erfindung ergibt sich, wenn sich
die als längliche Öffnung auf der Umfangsfläche
des Drehschiebers ausgebildete Drehschieber-Durchströmöffnung
zusätzlich auch in axialer Richtung erstreckt, wodurch
eine gewisse Freiheit in der Anordnung der Gehäuse-Durchströmöffnungen
gewonnen wird, da diese nicht mehr in einer zur Drehachse senkrecht
liegenden Ebene angeordnet werden müssen.
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Idealerweise
ist die Drehschieber-Durchströmöffnung als rautenförmiges
Langloch ausgebildet, so dass bei Beginn oder am Ende einer Überschneidung
eine ausreichend breite Steuerkurve einstellbar ist. Vorzugsweise
ist dies auch mit einem Langloch, das v-förmige Enden aufweist,
erzielbar. Des Weiteren können auch unterschiedliche Ausformungen
der Enden verwendet werden, beispielsweise v-förmig und
halbkreis- oder rechteckförmig.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn die Gehäuse-Durchströmöffnungen
in einer zu einer Drehachse der Drehbewegung senkrecht liegenden
Ebene angeordnet sind. Dies erleichtert die Herstellung des erfindungsgemäßen
Drehstellers, insbesondere des Drehschiebers, da dann eine vorzugsweise
länglich ausge bildete Drehschieber-Durchströmöffnung sich
ausschließlich in radialer Richtung erstreckt.
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Werden
die Gehäuse-Durchströmöffnungen in dem
Drehschiebergehäuse diametral gegenüberliegend
angeordnet, wird die Herstellung des im Spritzgussverfahren aus
Kunststoff hergestellten Drehschiebergehäuses wesentlich
kostengünstiger, da zur Entformung des Gehäuses
aus der Spritzgussform nur ein einziger Schieber im Werkzeug erforderlich
ist.
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Schließlich
lassen sich bei einer weiteren Ausführungsform mehrere
Drehschieber-Durchströmöffnungen in axialer Richtung
auf der Umfangsfläche des Drehschiebers anordnen, so dass
neben der Regelung des kleinen und großen Kühlkreislaufes
in Abhängigkeit der Kühlmitteltemperatur auch der
Motorölkühlerkreislauf bzw. der Kühlkreislauf
eines Wärmetauschers gesteuert werden kann.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus den restlichen Unteransprüchen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die Figuren ausführlich beschrieben.
Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen
Drehschiebers,
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2 eine
perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen
Drehstellers mit einem Drehschieber nach 1 und einem
Drehschiebergehäuse in einer ersten Drehschieberstellung,
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3 eine
perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen
Drehstellers nach 2 in einer zweiten Drehschieberstellung,
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4 eine
perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen
Drehstellers nach 2 in einer dritten Drehschieberstellung,
und
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5 eine
perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen
Drehstellers nach 2 in einer vierten Drehschieberstellung.
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Das
Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Drehschiebers 2 gemäß 1 ist
als Hohlzylinder ausgebildet, der in seiner Mantelfläche
zwei Drehschieber-Durchstömöffnungen 3 und 4 aufweist, die
jeweils als in radialer Richtung und im wesentlichen parallel zueinander
ausgerichtete Langlöcher ausgebildet sind. Die Drehschieber-Durchströmöffnung 3 ist
an ihren beiden Enden jeweils v-förmig ausgeformt; stattdessen
kann für diese Drehschieber-Durchströmöffnung 3 auch
eine langgestreckte rautenförmige Form gewählt
werden. Die Drehschieber-Durchström-öffnung 4 ist
an einem Ende v-förmig ausgebildet, am anderen Ende dagegen
annähernd halbkreisförmig oder rechteckförmig
mit gerundeten Ecken. Die Enden dieser Drehschieber-Durchström-öffnung 4 können
ebenso identisch mit jeweils einer V-Form ausgeformt werden, oder
entsprechend der Drehschieber-Durch-strömöffnung 3 in
gleicher Weise rautenförmig. Schließlich ist es
auch möglich, die aufgeführten Formen dieser Drehschieber-Durchströmöffnung 4 zu
mischen.
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In 2 ist
nun in einer schematischen Darstellung dieser Drehschieber 2 in
ein hohlzylindrisches Drehschiebergehäuse 5 drehbar
aufgenommen, wobei der Außendurchmesser des Drehschie bers 2 dem
Innendurchmesser des Drehschiebergehäuses 5 im
Wesentlichen entspricht. Die Längen dieser beiden Komponenten 2 und 5 sind
im Wesentlichen gleich und bilden zusammen einen erfindungsgemäßen
Drehsteller 1.
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Dieser
Drehsteller 1 ist Teil eines Kühlmittelkreislaufes
einer Brennkraftmaschine, wobei dieser Kühlmittelkreislauf
sich in mehrere Teilkreisläufe verzweigt. Hierzu weist
das Drehschiebergehäuse 5 einerseits zwei axiale Öffnungen 6 und 7 und
andererseits mehrere auf dessen Mantelfläche angeordnete Gehäuse-Durchströmöffnungen 8, 9 und 10 mit
jeweils kreisförmigem Querschnitt auf. An der Gehäuse-Durchströmöffnung 10,
die mit der Drehschieber-Durchströmöffnung 3 in
axialer Richtung korrespondiert, ist ein zylinderförmige
Zulauf 13 für einen Bypass-Kühlkreislauf
angeflanscht, der mit dem sogenannten kleinen Kühlkreislauf
der Brennkraftmaschine verbunden ist, wobei der Pfeil 14 die
Strömungsrichtung des Kühlmediums, hier Wasser,
in den Drehsteller 1 hinein anzeigt. Die beiden Gehäuse-Durchströmöffnungen 8 und 9 sind
radial hintereinander in einer senkrecht zur Längsachse
des Drehstellers 1 liegenden Ebene angeordnet und weisen
jeweils einen zylinderförmigen Anschluss 11 und 12 auf,
die jeweils an diesen Öffnungen 8 und 9 angeflanscht
sind. Der Anschluss 11 ist mit einem Motorolkühlerkreislauf
verbunden, der Anschluss 12 stellt den Zulauf eines Wasserkühlers
der Brennkraftmaschine dar, wobei die Pfeile 15 und 16 die
jeweilige Strömungsrichtung des Kühlmediums in
den Drehsteller 1 hinein darstellen. Somit fließen
die Kühlströme der genannten Teilkreisläufe
in den hohlzylindrischen Innenraum des Drehschiebers 2 und verlassen
vereinigt denselben durch die einen Ablauf zu einer Kühlmittelpumpe
des Kühlkreislaufes bildende axiale Öffnung 7,
wobei der Pfeil 17 wiederum die Strömungsrichtung
des aus dem Drehsteller 1 fließenden Kühlmediums
anzeigt. Die beiden Gehäuse-Durchström öffnungen 8 und 9 korrespondieren mit
der Drehschieber-Durchströmöffnung 4 und
sind deshalb axial in Bezug auf die Längsachse des Drehstellers 1 identisch
angeordnet. Die zweite axiale Öffnung 6 ist verschlossen,
an der beispielsweise ein Stellorgan für den Drehschieber 2,
in der Regel ein Elektromotor angeflanscht ist.
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Im
Folgenden wird nun das Zusammenwirken der Drehschieber-Durchströmöffnungen 3 und 4 in
unterschiedlichen Drehwinkel-Positionen des Drehschiebers 2 relativ
zu dem Drehschiebergehäuse 5 bzw. dessen Gehäuse-Durchströmöffnungen 8, 9 und 10 anhand
der 2 bis 5 beschrieben.
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In
einer Brennkraftmaschine wird das Kühlmittel über
den Kühler in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur
geregelt, wodurch das Kühlsystem der Brennkraftmaschine
in wenigstens zwei Teilkreisläufe aufgeteilt wird. In der
Warmlaufphase der Brennkraftmaschine kreist das Kühlmittel
von einer Kühlmittelpumpe angetrieben nur durch die Brennkraftmaschine
und bildet damit den sogenannten kleinen Kühlkreislauf,
wodurch eine schnelle Erwärmung der Brennkraftmaschine
bewirkt wird. Das Kühlmittel erwärmt sich schnell
und bei Erreichen einer bestimmten Temperatur wird der Kühler
in den Kühlmittelkreislauf einbezogen (großer
Kühlkreislauf).
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2 stellt
den Drehsteller 1 in der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine
dar, bei der der Drehschieber 2 in einer solchen Drehwinkel-Position relativ
zum Drehschiebergehäuse 5 sich befindet, dass
das v-förmige Ende der Drehschieber-Durchströmöffnung 3 in Überschneidung
mit der Gehäuse-Durchströmöffnung 10 kommt,
wodurch ein kleiner Volumenstrom über diesen so entstehenden Durchströmungsquerschnitt
durch den Anschluss 13 fließt. Gleichzeitig sind
jedoch die beiden Gehäuse-Durchströmöffnungen 8 und 9 für
den Motorölkühlkreislauf und den Wasserkühlerkreislauf
verschlossen, da bei diesen noch keine Überschneidung mit
der Drehschieber-Durchströmöffnung 4 zustande kommt.
In dieser Position des Drehschiebers 2 wird somit nur der
Bypass-Kühlkreislauf, d. h. der kleine Kühlkreislauf
in Abhängigkeit der Kühlmitteltemperatur geregelt.
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Wird
der Drehschieber 2 mittels eines Stellorgans, in der Regel
ein Elektromotor, in Richtung des Pfeils 18 bis in die
Position gemäß 3 weitergedreht,
wird das v-förmige Ende der Drehschieber-Durchströmöffnung 3 überstrichen
und erreicht damit den maximalen Durchströmungsquerschnitt. Gleichzeitig
bleiben immer noch die Teilkreisläufe für den
Motorölkühler und den Wasserkühler verschlossen,
wie in der gestrichelten Darstellung der in der perspektivischen
Ansicht nicht vollständig erkennbaren Drehschieber-Durchströmöffnung 4 zu
erkennen ist.
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Gemäß 4 gelangt
im weiteren Verlauf der Drehung des Drehschiebers 2 in
dem Drehschiebergehäuse 5 das v-förmige
Ende der Drehschieber-Durchströmöffnung 4 in Überschneidung
mit der in Verbindung mit dem Motorölkühlerkreislauf
stehenden Gehäuse-Durchströmöffnung 8 bzw.
mit dem Anschluss 11. Solange der Drehwinkel des Drehschiebers 2 nur
eine Überschneidung mit dem v-förmigen Ende der
Drehschieber-Durchströmöffnung 4 bewirkt,
wird der Durchströmungsquerschnitt für den Motorölkühlerkreislauf
geregelt, während gleichzeitig der Wasserkühlerkreislauf
noch verschlossen bleibt und der Bypass-Volumenstrom über
die Gehäuse-Durchströmöffnung 10 bzw. über
den Anschluss 13 immer noch maximal ist.
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Im
weiteren Verlauf der Drehschieber-Drehung in Richtung des Pfeils 18 gemäß 5 erreicht der
Durchströmungsquerschnitt für den Motorölkühlerkreislauf
seinen maximalen Wert, da nun das v-förmige Ende der Drehschieber-Durchströmöffnung 4 in den
konstanten Teil des Langloches übergeht. Gleichzeitig hat
in der dargestellten Drehwinkelposition sowohl das v-förmige
Ende dieser Drehschieber-Durchströmöffnung 4 die
Gehäuse-Durchströmöffnung 9 bzw.
den Anschluss 16 für den Kühlerkreislauf
erreicht, so dass dort eine entsprechende Überschneidung
entsteht, als auch das zweite v-förmige Ende der Drehschieber-Durchströmöffnung 3 die
Gehäuse-Durchströmöffnung 10 bzw.
den Anschluss 13 für den Bypass-Kühlkreislauf
erreicht, so dass auch dort eine entsprechende Überschneidung
entsteht. Somit kann in Abhängigkeit der Kühlmitteltemperatur gleichzeitig
der kleine und der große Kühlkreislauf geregelt
werden, insbesondere kann der kleine Kühlkreislauf zugeregelt
und der große Kühlkreislauf bis auf einen maximalen
Durchströmungsquerschnitt geregelt werden. Die Regelung
sollte dabei so erfolgen, dass die Summe dieser beiden Durchströmungsquerschnitte
immer annähernd konstant bleibt. Der Motorölkühlerkreislauf
bleibt währenddessen eingeschaltet, da der langlochförmige
Teil der Drehschieber-Durchströmöffnung 4 nach
wie vor mit dem Anschluss 11 des Motorölkühlerkreislaufes
vollständig korrespondiert. Wenn der Durchströmungsquerschnitt
am Anschluss 12 für den Motorkühlerkreislauf den
maximalen Wert erreicht hat, ist der Anschluss 13 für
den Bypass-Kühlkreislauf verschlossen.
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Die
Drehschieber-Durchströmöffnung 4 kann sich
in radialer Richtung derart erstrecken, dass nach dem Überstreichen
des v-förmigen Endes des Anschlusses 12 für
den Wasserkühlerkreislauf sowohl für diesen als
auch für den Motorölkühlerkreislauf gleichzeitig
der maximale Durchströmungsquerschnitt erreicht wird, der
Anschluss 13 für den Bypass-Kühlkreislauf
(kleiner Kühlkreislauf) bleibt natürlich verschlossen.
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Der
maximale Durchströmungsquerschnitt für den Motorölkühlerkreislauf
reduziert sich wieder, wenn durch das Weiterdrehen des Drehschiebers 2 in
Richtung des Pfeils 18 das Ende der Drehschieber-Durchströmöffnung 4 den
Anschluss 11 überstreicht, bis dieser Motorölkühlerkreislauf
wieder verschlossen wird und nur noch der maximale Durchströmungsquerschnitt
für den Wasserkühlerkreislauf eingestellt ist.
Kurz bevor der Drehschieber wieder die Drehwinkel-Position nach 2 erreicht
hat, ist auch dieser Anschluss 12 für den Wasserkühlerkreislauf
wieder verschlossen, wenn das halbkreisförmige Ende auch
diese Drehschieber-Durchströmöffnung 9 bzw.
den zugehörigen Anschluss 12 überstrichen hat.
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Somit
lassen sich mit einer einzigen als Langloch mit v-förmigen
bzw. halbkreisförmigen Enden ausgebildeten Drehschieber-Durchströmöffnung 4 gleichzeitig
zwei unterschiedliche Durchströmungsquerschnitte an zwei
Gehäuse-Durchströmöffnungen 8 und 9 bzw.
Anschlüssen 11 und 12 steuern. Darüber
hinaus ist es auch möglich, zusätzlich zu diesen beiden
Anschlüssen 11 und 12 wenigstens einen
weiteren Anschluss mit einer zugehörigen Durchströmöffnung
vorzusehen, die ebenfalls von der gleichen Drehschieber-Durchströmöffnung 4 gesteuert
werden kann.
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Der
Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass die Drehschieber-Durchstömöffnung 4 auch
mit einem kreisförmigen Querschnitt ausgebildet werden kann,
wobei der Durchmesser so gewählt sein muss, dass diese
kreisförmige Öffnung ebenfalls gleichzeitig die
beiden Gehäuse-Durchströmöffnungen 8 und 9 überstreichen
kann.
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In
den 2 bis 5 sind die beiden Gehäuse-Durchströmöffnungen 8 und 9 bzw.
die Anschlüsse 11 und 12 auf der Mantelfläche
des Drehschiebergehäuses 5 in einem Winkel von
ca. 90° zueinander angeordnet. Vorteilhaft ist es, falls
es die Einbaulage im Motorraum zulässt, diese beiden Öffnungen
bzw. Anschlüsse diametral gegenüberliegend auf
der Mantelfläche des Drehschiebergehäuses 5 anzuordnen.
Damit können die Herstellkosten des im Spritzgussverfahren
gefertigten Drehschiebergehäuses 5 gesenkt werden,
da für dessen Entformung nur noch ein einziger Schieber
im Spritzguss-Werkzeug erforderlich ist.
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- 1
- Drehsteller
- 2
- Drehschieber
- 3
- Drehschieber-Durchströmöffnung
- 4
- Drehschieber-Durchströmöffnung
- 5
- Drehschiebergehäuse
- 6
- Axiale Öffnung
am Drehsteller
- 7
- Axiale Öffnung
am Drehsteller
- 8
- Gehäuse-Durchströmöffnung
- 9
- Gehäuse-Durchströmöffnung
- 10
- Gehäuse-Durchströmöffnung
- 11
- Anschluss
für Motorölkühlerzulauf
- 12
- Anschluss
für Wasserkühlerzulauf
- 13
- Bypass-Anschluss
für kleinen Kühlkreislauf
- 14
- Fließrichtung
des Bypass-Volumenstroms
- 15
- Fließrichtung
des Motorölkühler-Volumenstroms
- 16
- Fließrichtung
des Kühler-Volumenstroms
- 17
- Fließrichtung
zur Kühlmittelpumpe
- 18
- Drehrichtungspfeil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 2008049624
A2 [0002, 0004]