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Die Erfindung betrifft einen Drehschieber mit mehreren Querschnittsverstellgliedern und einem einen Drehwinkelunterschied zwischen den Querschnittsverstellgliedern erzeugenden Drehgetriebe.
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Drehschieber weisen Querschnittsverstellglieder auf, um für unterschiedliche Zweige eines Kühlmittelkreislaufs unterschiedliche Durchströmungsquerschnitte einzustellen. Zum Einstellen eines Volumenstroms eines flüssigen oder gasförmigen Mediums weisen Drehschieber üblicherweise mindestens eine Durchströmungsöffnung in der Mantelfläche eines Querschnittsverstellglieds auf. In Abhängigkeit der Drehwinkelstellung des Querschnittsverstellglieds ergibt sich durch das Zusammenwirken mit einem Zulauf oder einem Ablauf für das Medium ein Strömungsquerschnitt, dessen Größe veränderbar ist. Kühlmittelkreisläufe von Brennkraftmaschinen weisen häufig mehrere Zweige auf, die Verwendung eines Stellglieds pro Zweig erfordert jedoch einen großen Bauraum und ist aufwändig.
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Aus der
DE 10 2006 059 029 A1 ist ein Drehschieber mit mehreren Querschnittsverstellgliedern bekannt. Diese stehen über ein Drehgetriebe mit einer gemeinsamen Antriebswelle in Verbindung. Durch eine Drehung der gemeinsamen Antriebswelle kann ein Querschnittsverstellglied beispielsweise vollständig geöffnet oder geschlossen werden, während ein anderes Querschnittsverstellglied teilweise geöffnet oder geschlossen wird.
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Die
DE 39 38 353 A1 betrifft eine Spindelantriebsvorrichtung für einen Linear- und/oder Drehantrieb einer Spindel.
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Aus der
CH 586583 A ist ein Spindelkopf bekannt, der neben einer axialen Verschiebung auch eine Drehbewegung bzw. Verstellung ermöglicht. Ein Betätigungsaktuator für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs wird in der
DE 102 06 212 A1 vorgeschlagen. Der Betätigungsaktuator umfasst eine zentrale Betätigungswelle mit einem Schaltfinger, wobei die Betätigungswelle zwei gegensinnig umlaufende Nuten aufweist, in die ein oder mehrere Finger eingreifen.
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In der
WO 2008/049624 A2 wird ein gattungsgemäßer Drehschieber vorgeschlagen. Der Drehschieber weist mehrere Querschnittsverstellglieder auf, die einen Strömungsquerschnitt individuell öffnen oder verschließen können. Dazu weist der Drehschieber ein Drehgetriebe auf, um einen Drehwinkelunterschied zwischen einzelnen Querschnittsverstellgliedern zu erzeugen. Beispielsweise wird bei zwei Querschnittsverstellgliedern, die jeweils durch ein Drehelement angetrieben werden, das erste doppelt so weit gedreht wie das zweite. Dadurch kann ein Strömungsquerschnitt freigegeben und ein anderer Strömungsquerschnitt teilweise oder ganz verschlossen werden. Auch wenn sich dieser Drehschieber in der Praxis bewährt hat, weist er den Nachteil auf, dass lediglich ein Drehschieber geregelt werden kann, während weitere Drehschieber lediglich zwischen einem geöffneten und einem geschlossenen Zustand bewegt werden können, diese können somit lediglich geschaltet werden.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Drehschieber anzugeben, bei dem mehrere Querschnittsverstellglieder stufenlos verstellbar und regelbar sind.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Drehschieber der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Drehgetriebe eine antreibbare Schnecke aufweist, mittels der ein Läufer axial zu einem Querschnittsverstellglied verschiebbar ist, das in einem mit dem Läufer gekoppelten Zustand verdrehbar ist, wobei im Inneren der Schnecke eine Nutwelle angeordnet ist, in die ein Stift eingreift, der den Läufer mit der Nutwelle koppelt.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass ein Mehrstufendrehschieber, das heißt ein Drehschieber der die Regelung mehrerer Querschnittsverstellglieder ermöglicht, durch eine antreibbare Schnecke geschaffen werden kann, wobei durch eine Drehung in eine erste Richtung ein Läufer axial zu einem Querschnittsverstellglied verstellt wird und durch eine Drehung der antreibbaren Schnecke in die entgegengesetzte Richtung eine Verstellung des Querschnittsverstellglieds bewirkt wirkt, um einen Strömungsquerschnitt zu regeln.
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Der erfindungsgemäße Drehschieber kann beliebig viele Querschnittsverstellglieder aufweisen, die axial aufeinander folgen, so dass ein Läufer mittels der Schnecke ein bestimmtes Querschnittsverstellglied anfahren und verdrehen kann.
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Im Inneren der Schnecke ist eine Nutwelle angeordnet, in die ein Stift eingreift, der den Läufer mit der Nutwelle koppelt. Auf diese Weise wird eine Drehbewegung der Schnecke in eine Translationsbewegung des Läufers umgewandelt. Bei einer Drehung der Schnecke durch einen Antrieb, beispielsweise durch einen elektrischen Stellmotor, kann der Läufer somit an eine bestimmte Axialposition bewegt werden, um dort ein Querschnittsverstellglied zu verdrehen.
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Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, dass der Drehschieber ein Gehäuse aufweist, in dem die Querschnittsverstellglieder, die Schnecke und die Nutwelle aufgenommen sind, wobei zwischen der Nutwelle und dem Gehäuse ein Freilauf vorgesehen ist. Der Drehschieber kann somit als in sich geschlossenes Bauteil ausgebildet sein, das lediglich eine einzige Abdichtung im Bereich des Antriebs benötigt. Durch den Freilauf wird sichergestellt, dass sich der Läufer bei seiner axialen Bewegung nicht verdreht.
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Bei dem erfindungsgemäßen Drehschieber kann der Läufer an seiner Außenseite eine Verzahnung aufweisen, die mit einer Gegenverzahnung an der Innenseite eines Querschnittsverstellglieds koppelbar ist. Dadurch entsteht im gekoppelten Zustand ein Formschluss zwischen dem Läufer und einem Querschnittsverstellglied, so dass dieses gedreht werden kann. In diesem Zusammenhang kann es bei dem erfindungsgemäßen Drehschieber vorgesehen sein, dass zwischen der Schnecke und der Nutwelle ein Freilauf angeordnet ist. Dieser Freilauf bewirkt, das bei einer Verstellung des Querschnittsverstellglieds, bei der der Antriebsmotor in die entgegengesetzte Richtung dreht, keine axiale Bewegung oder Verstellung des Querschnittsverstellglieds stattfindet, stattdessen wird lediglich das jeweils angefahrene Querschnittsverstellglied in Umfangsrichtung um einen bestimmten Winkel verdreht.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Drehschieber eine Nutwelle mit zwei Nuten aufweist, wobei eine erste Nut zum axialen Verschieben des Läufers und eine zweite Nut zum Zurückführen des Läufers vorgesehen ist. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass eine Verdrehung eines Querschnittsverstellglieds in beide Richtungen möglich ist, wohingegen eine Verstellung bei dem zuvor beschriebenen Drehschieber stets nur in eine Drehrichtung erfolgen kann. Mit dem erfindungsgemäßen Drehschieber ist somit eine winkelgenaue Regelung beliebig vieler Querschnittsverstellglieder mit nur einem Verstellmotor als Antrieb möglich, wobei die Regelung und Verstellung in beide Drehrichtungen erfolgen kann. Wesentlich ist dabei, dass durch eine Drehung der Schnecke ein gewünschtes Querschnittsverstellglied axial angefahren wird, anschließend wird mittels der Nutwelle der Läufer und dadurch das angefahrene Querschnittsverstellglied verdreht, wobei eine genaue Verdrehung und Regelung in beide Richtungen möglich ist.
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Bei dem erfindungsgemäßen Drehschieber können der Läufer und die Nutwelle mittels eines vorzugsweise federbelasteten Stifts koppelbar oder gekoppelt sein.
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Besonders bevorzugt wird es, dass der Drehschieber eine Schnecke mit zwei Gewindegängen aufweist, in die der mit dem Läufer gekoppelte Stift eingreift, wobei ein erster Gewindegang für eine axiale Bewegung des Läufers und ein zweiter Gewindegang für eine Umkehrbewegung vorgesehen ist.
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Dabei kann der erste Gewindegang an den Stellen unterbrochen sein, an denen sich ein Drehschieber befindet. Im Gegensatz dazu kann der für die Umkehrbewegung des Läufers vorgesehene zweite Gewindegang keine Unterbrechungen aufweisen. Mittels des zweiten Gewindegangs erfolgt das Zurückfahren des Läufers zum Ausgangspunkt des Drehschiebers.
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Um den Stift beim Erreichen eines Querschnittsverstellglieds zu entkoppeln, kann die Nutwelle Rampen aufweisen. Nach dem Entkoppeln kann eine Verdrehung des Querschnittsverstellglieds erfolgen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Drehschieber kann die Drehrichtung der Schnecke zum Wechseln der Drehrichtung eines Querschnittsverstellglieds umkehrbar sein. Dadurch kann eine Verstellung eines Querschnittsverstellglieds häufig schneller durchgeführt werden.
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Eine alternative Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Läufer eine Außenverzahnung aufweist, die entweder mit einer axialen Innenverzahnung eines Gehäuses oder mit einer Innenverzahnung eines Querschnittsverstellglieds gekoppelt oder koppelbar ist, wobei der Läufer bei Kopplung mit dem Gehäuse axial verschiebbar und bei Kopplung mit einem Querschnittsverstellglied verdrehbar ist. Wesentlich ist dabei, dass bei dieser Variante auf eine Nutwelle verzichtet werden kann. Es handelt sich somit um eine Alternative zu den zuvor beschriebenen Ausführungen, bei denen eine Nutwelle zur axialen Verstellung vorgesehen ist. Dabei wird von der Tatsache Gebrauch gemacht, dass zwischen einem Querschnittsverstellglied und einer Abdichtung zum Gehäuse Reibung vorhanden ist.
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In diesem Zusammenhang wird es besonders bevorzugt, dass der erfindungsgemäße Drehschieber eine Schnecke mit zwei Gewindegängen aufweist, in die ein mit dem Läufer gekoppelter Stift eingreift, wobei ein erster Gewindegang für eine axiale Bewegung des Läufers und ein zweiter Gewindegang für eine Umkehrbewegung vorgesehen ist.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen:
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1–6 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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7–16 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
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17–18 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Drehschiebers mit seinen wesentlichen Komponenten. Der Drehschieber 1 ist einerseits im montierten Zustand in einer geschnittenen Ansicht gezeigt, zusätzlich sind wesentliche Komponenten um ihn herum gruppiert dargestellt. Dabei handelt es sich um Querschnittsverstellglieder 2, einen Läufer 3, eine Schnecke 4, eine Nutwelle 5, einen zwischen Nutwelle 5 und Schnecke 4 wirkenden Freilauf 6, einen zwischen der Nutwelle 5 und dem Gehäuse 7 des Drehschiebers 1 wirkenden Freilauf 8, einen Stellmotor 9, der als Antrieb für eine Schnecke 4 dient, eine die Schnecke 4 umgebende Feder 10 und einen den Läufer 3 arretierenden Stift 11. Nachfolgend wird der Aufbau und die Funktionsweise des Drehschiebers 1 erläutert.
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2 zeigt einen Ausschnitt des mit der Schecke 4 verbundenen Stellmotors 9 in einer geschnittenen Ansicht. Die Antriebswelle 12 des Stellmotors 9 ist fest mit der Schnecke 4 verbunden. Bei einer Drehung des Stellmotors 9 wird somit die Schnecke 4 gedreht.
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3 zeigt ein Querschnittsverstellglied 2 sowie die Schnecke 4. Das Querschnittsverstellglied 2 umfasst einen Ringkörper 13, der mit kreisförmigen Aussparungen 14 versehen ist. Wenn die Aussparungen 14 mit entsprechenen Aussparungen 15 im Gehäuse 7 in Deckung gebracht werden, wird ein Strömungsquerschnitt freigegeben, so dass ein flüssiges oder gasförmiges Medium den Strömungsquerschnitt passieren kann. Der Drehschieber 1 kann über sein Gehäuse 7 an einen mehrere Zweige aufweisenden Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine angeschlossen sein. Durch eine Verdrehung eines Querschnittsverstellglieds 2 kann jeweils ein bestimmter Strömungsweg ganz oder teilweise geöffnet oder geschlossen werden.
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Neben dem Ringkörper 13 umfasst das Querschnittsverstellglied 2 eine nach innen gerichtete Verzahnung 16, die eine Verdrehung des Querschnittsverstellglieds 2 ermöglicht. Die ringförmige Verzahnung 16 und der Ringkörper sind über mehrere radiale Stege 17 miteinander verbunden.
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4 zeigt ein Detail der Schnecke 4 und des damit gekoppelten Läufers 3. Der Läufer 3 besitzt eine zylinderförmige Grundform, an der Außenseite weist er mehrere radial nach außen weisende Vorsprünge 18 auf, die an die Verzahnung 16 des Querschnittsverstellglieds 2 angepasst sind. Die Schnecke 4 weist einen Gewindegang 19 auf, in den der in 4 nicht sichtbare Stift 11 eingreift. Der Stift 11 bewirkt eine mechanische Kopplung des Läufers 3 mit der Schnecke 4, so dass bei einer Drehung der Schnecke 4 durch den Stellmotor 9 eine Axialbewegung des Läufers 3 ausgelöst wird. Auf diese Weise wird eine Drehbewegung der Schnecke 4 in eine translatorische Bewegung des Läufers 2 umgewandelt. Bei einer translatorischen Bewegung des Läufers 3 wird die Feder 10 komprimiert, die einerseits an dem Läufer 3 und andererseits an der Innenseite des Gehäuses 7 abgestützt ist. Im Inneren der Schnecke 4 befindet sich die Nutwelle 5, die jedoch in 4 weitgehend von der Schnecke 4 verdeckt ist. Bei einer Drehung der Schnecke 4 durch den Stellmotor 9 im Uhrzeigersinn wird der Läufer 3 nach oben bewegt, da der Stift 11 axial in einer Nut der Nutwelle 5 läuft. Die Nutwelle 5 ist gegenüber dem Gehäuse 7 mit einem Freilauf gesichert, so dass die Nutwelle 5 sich bei diesem Vorgang nicht verdreht. Ebenso wenig wird der Läufer 3 bei diesem Vorgang verdreht.
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5 ist eine geschnittene Detailansicht des Läufers und eines Querschnittsverstellglieds. 6 zeigt zusätzlich benachbarte Querschnittsverstellglieder. Sobald der Läufer 3 ein bestimmtes Querschnittsverstellglied 2 angefahren hat, stoppt der Stellmotor die Drehung der Schnecke 4. In diesem Zustand ist die Feder 10 vorgespannt und versucht den Läufer 3 zurückzudrücken. Da der Läufer 3 jedoch einen Freilauf aufweist, wird der Läufer 3 nicht zurückgedrückt und der Drehschieber 1 verharrt in der in den 5 und 6 gezeigten Position. In diesen Darstellungen ist auch der Stift 11 gezeigt, der in eine Nut der Nutwelle 5 eingreift. In 5 erkennt man, dass die Vorsprünge 18 bzw. Verzahnungsnasen des Läufers 3 axial in die Verzahnung 16 des Querschnittsverstellglieds 2 eingefahren sind, so dass ein Formschluss besteht.
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Nachdem der Läufer 3 die gewünschte axiale Position erreicht hat, wird die Drehrichtung des Stellmotors 9 umgekehrt, so dass dieser in die andere Richtung, z. B. im Uhrzeigersinn dreht. Da nun der Freilauf 6 zwischen Schnecke 4 und Nutwelle 5 wirkt, werden die Nutwelle 5 und die Schnecke 4 gleichsinnig verdreht. Daraus folgt keine axiale Bewegung des Stifts 11 und des Läufers 3, sondern eine Drehbewegung. Da die als Verzahnungsnasen dienenden Vorsprünge 18 des Läufers 3 in die Verzahnung 16 des Querschnittsverstellglieds 2 eingreifen, wird das Querschnittsverstellglied 2 um einen bestimmten Winkel verdreht. Die Verdrehung und damit die Einstellung bzw. Regelung des Strömungsquerschnitts funktioniert lediglich in einer Drehrichtung. Ein Querschnittsverstellglied 2 kann somit in einem Verstellbereich von 360° verdreht werden.
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Nach dem Ende eines Verdrehvorgangs an einem ausgewählten Querschnittsverstellglied 2 kann ein benachbartes Querschnittsverstellglied 2 angefahren werden. Dazu wird der Stellmotor 9 wieder in umgekehrter Richtung, also z. B. gegen den Uhrzeigersinn, gedreht. Anschließend kann eine Verdrehung eines nächsten Querschnittsverstellglieds 2 bewirkt werden.
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Wenn der Drehschieber 1 wieder in den Ausgangszustand zurückbewegt werden soll, muss der Läufer 3 bis zum Ende der Schnecke 4 gefahren werden, der Stellmotor 9 wird dabei weiter gegen den Uhrzeigersinn gedreht. Eine Nut in der Nutwelle 5 weist an ihrem Ende eine Rampe auf, die bewirkt, dass der Stift 11 radial nach außen von der Nut weggedrückt wird.
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Nachdem der Stift 11 aus der Nut herausgedrückt worden ist, befindet er sich nur noch in der Gewindelaufbahn der Schnecke 4. In diesem Zustand kann die komprimierte Feder 10 den Läufer 3 entlang der Gewindelaufbahn der Schnecke 4 zum Ausgangspunkt zurückdrücken. Beim Zurückfahren wird der Läufer 3 gegen den Uhrzeigersinn gedreht. Da der Läufer 3 den Freilauf 8 aufweist, erfolgt beim Zurückfahren keine unerwünschte Verdrehung der Querschnittsverstellglieder 2.
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Beim Herunterfahren bzw. Herunterdrücken des Läufers 3 durch die Feder 10 wird der Läufer 3 über eine Schulter, die sich axial im Inneren des Gehäuses 7 erstreckt, gedrückt. Dadurch wird der Stift 11 wieder zurück in die Nut der Nutwelle 5 geschoben. Die Nut kann an dieser Stelle breiter sein mit dem Vorteil, dass der Stift 11 leichter einzuspuren ist. Das Einspuren des Stifts 11 funktioniert auch dann, wenn der Stift 11 die Nut nicht direkt trifft. Sobald die Schnecke 4 wieder gedreht wird, wird der Läufer 3 mit dem Stift 11 in die Nut gedreht.
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Wenn die Schnecke 4 durch den Stellmotor 9 wieder gegen den Uhrzeigersinn gedreht wird, stößt ein Endabschnitt der Schnecke 4 gegen den Stift 11, so dass der Drehschieber 1 die Ausgangsposition erreicht. Ausgehend von dieser Ausgangsposition kann wieder jedes gewünschte Querschnittsverstellglied 2 angefahren werden.
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7 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines Drehschiebers in einer geschnittenen Darstellung. Der Drehschieber 25 umfasst ein Gehäuse 26, in dem mehrere Querschnittsverstellglieder 27 aufgenommen sind. In Übereinstimmung mit dem ersten Ausführungsbeispiel ist ein Stellmotor 9 vorgesehen, um eine Schnecke 28 anzutreiben. Eine Verdrehung der Schnecke 28 wird in eine axiale Verschiebung eines Läufers 29 umgesetzt. Im Inneren der Schnecke 28 befindet sich eine Nutwelle 30, die in dem Gehäuse 26 fest verankert ist. Der Läufer 29 weist an seiner Außenseite Vorsprünge 18 auf, die in eine Verzahnung eines Querschnittsverstellglieds 27 eingreifen. Ein Stift 31 ist federbelastet in den Läufer 29 eingesetzt, dieser Stift 31 läuft in einer von zwei Spuren 32, 35 der Nutwelle 30. Die Schnecke 28 weist anders als in dem vorangehenden Ausführungsbeispiel zwei Gewindegänge 33, 34 auf.
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Nachfolgend werden die wesentlichen Komponenten des Drehschiebers 25 erläutert.
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8 zeigt die Nutwelle 30 in einer perspektivischen Ansicht. Die Nutwelle 30 weist zwei Nuten oder Spuren 32, 35 auf. Eine erste Spur 32 ist für das axiale Verschieben des Läufers 29 zuständig. Der Stift 31 läuft in der Spur 32, während der Läufer 29 mitsamt dem Stift 31 durch eine Drehung der Schnecke 28 axial zu einem Querschnittsverstellglied 27 bewegt wird. Am Ende der ersten Spur 32 angekommen wird der Stift 31 in die zweite Spur 35 übergeben, um den Läufer 29 wieder zum Ausgangspunkt zurückzufahren. Die zweite Spur 35 weist einen Hinterschnitt auf und ist T-förmig ausgebildet. Am Endabschnitt der Nutwelle 30 befindet sich eine Aussparung, durch die der Stift 31 für den Rückfahrvorgang in die T-förmige Spur 35 einfallen kann. Diese Aussparung ist an beiden Endabschnitten der Nutwelle 30 vorgesehen.
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Wenn der Stellmotor 9 die Schnecke 28 dreht, wird der Läufer 29 axial bewegt. Da der Stift 31 in der Spur 32 der Nutwelle 30 geführt ist, wird der Läufer 29 durch einen der Gewindegänge 33, 34 der Schnecke 28 „geschraubt”. Da in der ersten Spur 32 der Nutwelle 30 Rampen vorgesehen sind, wird der Stift 31 federbelastet immer gegen den Grund der Nut bzw. der Spur 32 gedrückt. Durch eine Feder 36, die sich einerseits an der Innenseite des Läufers 29 und andererseits an dem Stift 31 abstützt, wird eine Anpresskraft erzeugt, die den Stift 31 gegen den Grund der Spur 32 drückt. Der Stift 31 weist eine umlaufende Nut auf, die für das Umschalten des Stifts 31 von der ersten Spur 32 in die zweite Spur 35 benötigt wird. Das Umschalten erfolgt, wenn der Läufer 29 am Ende der Schnecke 28 angekommen ist und wieder zum Ausgangspunkt zurückgefahren werden soll. Die am Außenumfang umlaufend angeordneten Vorsprünge 18 des Läufers 29 greifen in eine dazu passende Verzahnung 16 eines Querschnittsverstellglieds 27 ein und bilden einen Formschluss, so dass ein angefahrenes Querschnittsverstellglied 27 anschießend verdreht werden kann.
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Die Schnecke 28 weist zwei Gewindegänge 33, 34 auf. Der erste Gewindegang 33 bewirkt die axiale Bewegung des Läufers 29, wenn ein bestimmtes Querschnittsverstellglied 27 angefahren wird. Der Gewindegang 33 weist Unterbrechungen an den Stellen auf, an denen sich ein Querschnittsverstellglied 27 befindet. Der zweite Gewindegang 34 ist durchgehend und wird beim Zurückfahren des Läufers 29 zum Ausgangspunkt benützt. Der Stift 31 des Läufers 29 befindet sich beim Verstellen eines Querschnittsverstellglieds 27 in dem Gewindegang 33, das Verdrehen des Querschnittsverstellglieds 27 wird durch eine Unterbrechung ermöglicht. Das Querschnittsverstellglied 27 kann in beide Richtungen verdreht werden. Wenn der Läufer 29 am Ende der Schnecke 28 angekommen ist, wird der Stift 31 in den Gewindegang 34 überführt, der keine Unterbrechungen aufweist. In dem Gewindegang 34 wird der Stift 31 und damit der Läufer 29 zum Ausgangspunkt zurückgefahren.
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9 zeigt das Anfahren eines Querschnittsverstellglieds 27. Wenn der Stellmotor 9 die Schnecke 28 in Pfeilrichtung dreht, wird der Läufer 29 in Richtung des Pfeils axial verschoben. In diesem Zustand befindet sich der Stift 31 des Läufers 29 im ersten Gewindegang 33 der Schnecke 28 und in der ersten Spur 32 der Nutwelle 30. Nach dem Einfahren der Vorsprünge 18 des Läufers 29 in die Verzahnung 16 des Querschnittsverstellglieds 27 besteht ein Formschluss, der eine Verdrehung des Querschnittsverstellglieds 27 ermöglicht.
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10 zeigt das Verdrehen eines angefahrenen Querschnittsverstellglieds. Der Stift 31 wurde durch eine Rampe der Spur 32 der Nutwelle 30 aus der Spur (Nut) 32 gedrückt und kann nun umlaufend auf der Nutwelle 30 schleifen. In diesem Zustand kann der Läufer 29 beliebig in Umfangsrichtung verdreht werden.
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11 zeigt eine ähnliche Ansicht wie 10, nachdem die Schnecke 28 weiter in Pfeilrichtung gedreht wurde. Wenn sich die Schnecke 28 weiter dreht, schlägt ein Anschlag 47 im Gewindegang 33 der Schnecke 28 gegen den Stift 31 und verdreht dadurch den in 11 nicht gezeigten Läufer 29 und das damit gekoppelte Querschnittsverstellglied.
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Die 12 und 13 zeigen das Verdrehen eines angefahrenen Querschnittsverstellglieds in die entgegengesetzte Richtung. Wenn ein Querschnittsverstellglied in die entgegengesetzte Drehrichtung verstellt werden soll, wird durch den Stellmotor 9 die Schnecke 28 in die entgegengesetzte Richtung gedreht. Eine Rampe 48 des Gewindegangs 33 der Schnecke 28 trifft auf den Stift 31 und drückt ihn axial nach oben. In 13 ist dargestellt, dass ein Anschlag 39 der Schnecke 28 gegen den Stift 31 drückt und bei einer Drehung den Stift 31, den damit gekoppelten Läufer 29 und das damit gekoppelte Querschnittsverstellglied 27 in die entgegengesetzte Drehrichtung verdreht.
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Die 14 und 15 zeigen das Beenden eines Regelvorgangs und das Weiterfahren des Läufers. Nachdem ein Regelvorgang, das heißt eine Verdrehung des Querschnittsverstellglieds in Umfangsrichtung, beendet worden ist, soll der Läufer 29 weiter axial bewegt werden. Dazu ist eine Änderung der Drehrichtung des Stellmotors 9 erforderlich. Anschließend wird der Stift 31 des Läufers 29 wieder in den ersten Gewindegang 33 der Schnecke 28 eingefädelt. Wenn der Stift 31 in den ersten Gewindegang 33 eingefädelt und weiter axial bewegt wird, fällt der Stift 31 wegen der Rampe in der Nutwelle 30 wieder in die erste Spur 32 der Nutwelle 30.
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Während der Verstellung eines Querschnittsverstellglieds kann der Stift 31 nicht in die hinterschnittene Nut 37 der Nutwelle 30 einfallen, diese T-förmige Nut 37 ist lediglich für das Zurückfahren des Läufers zuständig. Bei einem Wechsel der Drehrichtung während der Verstellung (Regelung) eines Querschnittsverstellglieds 27 wird der Stift 31 axial bewegt. Ebenso erfolgt eine axiale Bewegung des Stifts 31, wenn er nach einer Verstellung wieder in den ersten Gewindegang 33 der Schnecke 28 eingefädelt werden soll. Die axiale Bewegung des Stifts 31 wird dadurch hervorgerufen, dass die Reibung zwischen einem Querschnittsverstellglied 27 und dem Gehäuse 26 größer ist als eine zum Verdrehen eines Querschnittsverstellglieds erforderliche Kraft. Daher wird der Stift 31 axial bewegt, da der Läufer 29 über seine nach außen vorspringenden Vorsprünge 18 formschlüssig über die Verzahnung 16 mit dem Querschnittsverstellglied verbunden ist.
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16 zeigt das Zurückfahren des Läufers in die Ausgangsposition. Am Ende der Schnecke 28 läuft der erste Gewindegang 33 in einer Ebene aus. An dieser Stelle wird der Stift 31 durch eine Rampe in der ersten Spur 32 der Nutwelle 30 aus dieser ersten Spur 32 herausgedrückt. Infolgedessen schlägt eine senkrecht stehende Fläche an der Schnecke 28 gegen den Stift 31 und verdreht ihn.
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In 16 erkennt man, dass die Schnecke 28 den Stift 31 mit dem Läufer 29 (nicht dargestellt) solange verdreht, bis der Stift 31 in die zweite Nut 37 der Nutwelle 30 einfällt. Die T-förmige Nut 37 ist an dieser Stelle so groß, dass der Kopf des Stifts 31 unter dem Einfluss der Feder 10 in dem Stift 31 in die Nut 37 hineinfallen kann.
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Anschließend, wenn der Stift 31 in die Nut 37 der Nutwelle 30 eingefallen ist, dreht der Stellmotor 9 die Schnecke 28 wieder in die andere Drehrichtung. Der Auslauf des zweiten Gewindegangs 34 der Schnecke 28 fängt den Stift 31 mit dem (in 16 nicht dargestellten) Läufer und bewegt ihn axial in die Ausgangsposition zurück.
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Wenn der Stift 31 mit dem Läufer wieder in der Ausgangsposition angekommen ist, wird die Drehrichtung des Stellmotors 9 wieder gewechselt, bis der erste Gewindegang 33 der Schnecke 28 den Stift 31 greift. Anschließend wird der Stift 31 von der Schnecke 28 solange gedreht, bis der federbelastete Stift 31 wieder in die erste Spur 32 der Nutwelle 30 einfällt. Ausgehend von diesem Zustand kann erneut eine Regelung bzw. Verstellung eines Querschnittsverstellglieds beginnen.
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Der Drehschieber 25 kann beliebig viele Querschnittsverstellglieder 27 umfassen, die jeweils in beide Drehrichtungen drehbar sind, um eine Regelung eines Strömungsquerschnitts zu ermöglichen. Für beliebig viele Querschnittsverstellglieder wird lediglich ein einziger Stellmotor als Antrieb benötigt, der lediglich das Drehmoment zum Verstellen eines einzigen Querschnittsverstellglieds aufbringen muss. Die einzelnen Bestandteile des Drehschiebers bestehen aus einem Kunststoffmaterial, es ist lediglich eine wasserdichte Abdichtung zum Stellmotor 9 erforderlich. Die einzelnen Querschnittsverstellglieder sind Gleichteile und können somit kostengünstig hergestellt werden.
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Die 17 und 18 zeigen Komponenten eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung. 17 zeigt einen Läufer 40, der im Bereich seiner zentralen Öffnung einen festen, zum Zentrum weisenden Stift 41 aufweist.
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18 zeigt ein Gehäuse 42, das eine axiale Innenverzahnung 43 aufweist, wobei die Innenverzahnung 43 an mehreren Stellen, an denen sich ein Querschnittsverstellglied befindet, eine Unterbrechung 44 aufweist.
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In der Schnittdarstellung von 18 erkennt man, dass ein Läufer 45, der an seiner Außenseite Vorsprünge bzw. eine Verzahnung aufweist, axial entlang der Innenverzahnung 43 im Gehäuse 42 bewegbar ist. Die axiale Bewegung erfolgt mittels der Schnecke 28, die von dem Stellmotor 29 angetrieben wird. Wenn der Läufer 45 eine Unterbrechung 44 der Innenverzahnung 43 erreicht hat, greift der Läufer in die Innenerzahnung eines Querschnittsverstellglieds 27 ein und kann dieses verdrehen. Der Läufer 45 wird durch den ersten Gewindegang 33 der Schnecke 28 in Axialrichtung bewegt. Die Innenverzahnung 43 im Gehäuse 42 verhindert eine Verdrehung des Läufers 45. Wenn der Läufer 45 in eine Innenverzahnung eines bestimmten ausgewählten Querschnittsverstellglieds 27 übergeht, kann das Querschnittsverstellglied 27 verdreht werden, wenn Anschläge in den Aussparungen des ersten Gewindegangs 33 der Schnecke 28 gegen den Stift 41 fahren.
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Wenn beispielsweise das zweite Querschnittsverstellglied in Axialrichtung angefahren werden soll, muss das erste Querschnittsverstellglied durchfahren werden. Der Läufer 45 nutzt dabei die Innenverzahnung 43 im Gehäuse 42 ebenso wie die Innenverzahnung des ersten Querschnittsverstellglieds, das durchfahren wird. Beide Innenerzahnungen führen den Läufer 45 und verdrehen sich nicht. Die Innenverzahnung im ersten Querschnittsverstellglied, das passiert wird, verdreht sich nicht, da Dichtungen ein Reibmoment ausüben, das so groß ist, dass eine Verdrehung verhindert wird.
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Das Zurückfahren zum Ausgangspunkt funktioniert analog zu dem vorangehenden Ausführungsbeispiel. Der Stift des Läufers wird in den zweiten Gewindegang 34 der Schnecke 28 überführt und anschließend axial zurückgeführt, der Läufer wird dabei durch die Innenverzahnung 43 im Gehäuse 42 und entsprechende Innenverzahnungen der Querschnittsverstellglieder geführt.
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Dieses Ausführungsbeispiel benötigt weniger Bauteile, der Drehschieber ist somit weniger komplex. Bei diesem Drehschieber wird die Reibung genutzt, die aufgrund der Anpresskraft von Dichtungen entsteht. Der Vorteil ist darin zu sehen, dass kein separater Stift im Läufer erforderlich ist, der axial verschoben wird.
