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Die Erfindung betrifft einen Drehschieber, insbesondere für einen mehrere Zweige aufweisenden Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine, 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 Verstellglieds pro Zweig erfordert jedoch einen großen Bauraum und ist aufwändig.
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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 sind und der beliebig oft in beide Drehrichtungen verstellt und geregelt werden kann.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Drehschieber der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Drehgetriebe eine antreibbare Schnecke mit zwei Gewindegängen aufweist, mittels der ein Läufer axial zu einem Querschnittsverstellglied verschiebbar ist, das in einem mit dem Läufer gekoppelten Zustand verdrehbar ist.
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Mit dem erfindungsgemäßen Drehschieber wird eine winkelgenaue Regelung beliebig vieler Querschnittsverstellglieder mit lediglich einem einzigen Stellmotor ermöglicht. Die Regelung bzw. Verstellung der Querschnittsverstellglieder kann in beide Drehrichtungen und beliebig oft erfolgen. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die Schnecke mittels eines Motors gedreht wird, wodurch der Läufer ein bestimmtes Querschnittsverstellglied anfährt, mit Hilfe eines Labyrinths in der Schnecke kann das Querschnittsverstellglied beliebig oft und in beide Drehrichtungen verstellt werden.
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Eine besonders hohe Zuverlässigkeit bei der Verstellung ergibt sich, wenn der Läufer einen feststehenden Stift aufweist, der in einen der beiden Gewindegänge eingreift. In diesem Zustand ist der Läufer mit der Schnecke gekoppelt, so dass der Läufer axial verschoben werden kann.
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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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Vorzugsweise kann die Schnecke des erfindungsgemäßen Drehschiebers einen ersten, Unterbrechungen aufweisenden, eine axiale Bewegung des Läufers ermöglichenden Gewindegang aufweisen. Der erste Gewindegang dient somit zur Führung des Läufers bei einer Axialbewegung. Der Läufer wird axial bewegt, um ein bestimmtes Querschnittsverstellglied anzufahren, das anschließend verstellt werden kann.
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Bei dem erfindungsgemäßen Drehschieber kann es weiterhin vorgesehen sein, dass die Schnecke einen zweiten, eine Umkehrbewegung des Läufers ermöglichenden Gewindegang aufweist. Somit dient der zweite Gewindegang zum Zurückfahren des Läufers zu einem Ausgangspunkt.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass der Drehschieber ein Gehäuse mit einer Innenverzahnung umfasst, durch die der Läufer bei einer Axialbewegung geführt ist. Wenn der Läufer durch eine Drehbewegung der Schnecke axial bewegt wird, greift er in die Innenverzahnung des Gehäuses ein, so dass ein Mitdrehen des Läufers verhindert wird.
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Eine besonders zuverlässige Funktion ergibt sich bei dem erfindungsgemäßen Drehschieber, wenn der Läufer an seiner Außenseite Vorsprünge aufweist, die in die Innenverzahnung des Gehäuses eingreifen. Die Vorsprünge können aber den Außenumfang des Läufers verteilt angeordnet sein und sind hinsichtlich ihrer Form und Größe an die Innenverzahnung des Gehäuses angepasst.
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Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, wenn das wenigstens eine Querschnittsverstellglied eine Innenverzahnung aufweist, in die der Läufer bei einem Verstellvorgang eingreift. Es ist zweckmäßig, dass die Innenverzahnung des Querschnittsverstellglieds wie eine Innenverzahnung des Gehäuses ausgebildet ist. Dementsprechend greift der Läufer mit seinen außenseitigen Vorsprüngen bei einer axialen Verstellung in die Innenverzahnung des Gehäuses ein, wenn er ein gewünschtes, zu verstellendes Querschnittsverstellglied erreicht hat, greift der Läufer mit seinen außenseitigen Vorsprüngen in die Innenverzahnung des angefahrenen Querschnittsverstellglieds ein, so dass dieses verstellt werden kann, um einen Strömungsquerschnitt einzustellen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Drehschieber kann es auch vorgesehen sein, dass ein Gewindegang der Schnecke federbelastete Klappen aufweist, die eine Bewegung des Stifts in eine Richtung erlauben und in die entgegengesetzte Richtung sperren.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen:
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1 die wesentlichen Komponenten eines erfindungsgemäßen Drehschiebers in einer perspektivischen oder geschnittenen Ansicht;
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2 eine Schnecke des erfindungsgemäßen Drehschiebers;
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3 einen Ausschnitt der Schnecke in einem vergrößerten Maßstab,
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4 die Schnecke und den Läufer in einer perspektivischen Ansicht;
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5–7 das Anfahren und die Auswahl eines Querschnittsverstellglieds;
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8 + 9 das Verdrehen eines ausgewählten Querschnittsverstellglieds;
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10 + 11 das Ausfahren des Stifts aus dem Labyrinth; und
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12 den Drehschieber in einer geschnittenen Ansicht.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Drehschiebers mit seinen wesentlichen Komponenten. In 1 ist der Drehschieber 1 in einer geschnittenen Ansicht gezeigt, zusätzlich sind wesentliche Komponenten um ihn herum gruppiert (nicht maßstäblich) dargestellt. Dabei handelt es sich um Querschnittsverstellglieder 2, einen Läufer 3 und ein Gehäuse 4.
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Der Drehschieber 1 umfasst eine geschnitten gezeigte Schnecke 5, die an einem Ende eine Welle 6 aufweist, die durch einen Elektromotor (nicht dargestellt) in beide Richtungen gedreht werden kann.
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Der Läufer 3 ist im Wesentlichen ringförmig ausgebildet und weist an seiner Innenseite einen Stift 7 auf, der in einen Gewindegang der Schnecke 5 eingreifen kann. An seiner Außenseite ist der Läufer 3 mit Vorsprüngen 8 versehen, die in eine ringförmige Verzahnung 9 an der Innenseite des Gehäuses 4 oder eine ringförmige Verzahnung 10 an der Innenseite eines Querschnittsverstellglieds 2 eingreifen können. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind innerhalb des Gehäuses 4 drei Querschnittsverstellglieder 2 axial hintereinander vorgesehen, grundsätzlich kann ein Drehschieber jedoch beliebig viele Querschnittsverstellglieder aufweisen.
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Wenn die Vorsprünge 8 des Läufers 3 im Eingriff mit der Verzahnung 9 des Gehäuses 4 sind, kann der Läufer 3, dessen Stift 7 in einen Gewindegang der Schnecke 5 eingreift, durch eine Drehung der Schnecke 5 axial bezüglich des Gehäuses 4 bewegt werden. Wenn die Vorsprünge 8 des Läufers 3 im Eingriff mit der Verzahnung 10 eines Querschnittsverstellglieds sind, kann das Querschnittsverstellglied 2 durch eine Verdrehung der Schnecke 5 mittels des Läufers 3 verdreht werden.
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Der Läufer 3 kann axial entlang der Schnecke 5 bewegt werden. Das „Heraufschrauben” mittels eines Gewindegangs der Schnecke 5 funktioniert, weil der Läufer 3 in der Verzahnung 9 im Gehäuse 4 geführt ist. Die Vorsprünge 8 sind an der Außenseite des Läufers 3 über den Umfang verteilt und greifen in die Verzahnung 10 eines Querschnittsverstellglieds und stellen einen für die Verdrehung notwendigen Formschluss her.
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2 zeigt die Schnecke 5, die einen ersten Gewindegang 11 und einen zweiten Gewindegang 12 aufweist. Der erste Gewindegang 11 ist für die axiale Bewegung des Läufers 3 während der Auswahl eines Querschnittsverstellglieds 2 oder während der Verdrehung des ausgewählten Querschnittsverstellglieds 2 zuständig. Dieser erste Gewindegang 11 ist an bestimmten Stellen unterbrochen, an denen sich ein Querschnittsverstellglied 2 befindet.
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Während des Verstellvorgangs befindet sich der Stift 7 des Läufers 3 im ersten Gewindegang 11. Die in 2 gezeigten Unterbrechungen und Stufen in dem Gewindegang 11 ermöglichen eine Verdrehung eines ausgewählten Querschnittsverstellglieds, wesentlich ist dabei, dass eine Verdrehung eines Querschnittsverstellglieds 2 und damit eine Steuerung oder Regelung eines Durchflussquerschnitts in beide Richtungen und beliebig oft vorgenommen werden kann.
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Der zweite Gewindegang 12 ist durchgehend und wird für das Zurückfahren des Läufers 3 zum Ausgangspunkt benötigt. Wenn der Läufer 3 am Ende der Schnecke 5 angekommen ist, kann der Stift 7 des Läufers 3 in den zweiten Gewindegang 12 überführt und in diesen zweiten Gewindegang 12 bis zum Ausgangspunkt zurückgefahren werden. Dementsprechend weist der zweite Gewindegang 12 keine Unterbrechungen oder dergleichen auf.
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3 zeigt einen Ausschnitt der Schnecke 5 in einem vergrößerten Maßstab. Der erste Gewindegang 11 der Schnecke 5 weist eine erste Klappe 13 und eine zweite Klappe 14 auf, die jeweils federnd an der Schnecke 5 gelagert sind. Die beiden Pfeile 15, 16 geben die Drehrichtung der Klappen 13, 14 an.
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Wenn sich der Stift 7 in dem ersten Gewindegang 11 befindet und die Schnecke 5 gedreht wird, bewegt sich der Stift 7 des Läufers 3 in dem ersten Gewindegang 11. Wenn der Stift 7 gegen die erste Klappe 13 stößt, wird diese geöffnet, so dass der Stift 7 weiter in dem ersten Gewindegang 11 bewegt werden kann. Die Bewegungsbahn des Stifts 7 ist eine Kombination aus einer Axialbewegung und einer Bewegung in Umfangsrichtung der Schnecke 5. Im weiteren Verlauf der Bewegung trifft der Stift 7 gegen die zweite Klappe 14, auch diese klappt federbelastet auf und lässt den Stift 7 passieren.
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4 zeigt die Schnecke und den Läufer in einer perspektivischen Ansicht. In dem dargestellten Zustand befindet sich der Stift 7 des Läufers 3 im ersten Gewindegang 11 der Schnecke 5, gleichzeitig ist der Läufer 3 mittels seiner Vorsprünge 8 an der Außenseite im Eingriff mit einem Querschnittsverstellglied (nicht dargestellt). Die Vorsprünge 8 des Läufers 3 sind in die Verzahnung 10 des entsprechenden Querschnittsverstellglieds 2 eingefahren, so dass ein Formschluss vorhanden ist. In diesem Zustand kann das entsprechende Querschnittsverstellglied 2 verdreht werden.
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In 5 wird das Anfahren und die Auswahl eines Querschnittsverstellglieds 2 gezeigt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist der ringförmige Läufer nicht dargestellt, lediglich dessen Stift 7 ist in 5 gezeigt. Der Stift 7 befindet sich in dem ersten Gewindegang 11 und wird axial bewegt, wenn die Schnecke 5 durch den Elektromotor gedreht wird. Durch die Bewegung des Stifts 7 wird die Klappe 13 geöffnet.
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6 ist eine ähnliche Darstellung eines Ausschnitts der Schnecke 5 mit der ersten Klappe 13 und der zweiten Klappe 14. Ein Doppelpfeil 17 gibt den Bereich an, in dem der Stift 7 des Läufers 3 bewegt werden muss, um die Drehrichtung auszuwählen. Wesentlich ist dabei, dass ein ausgewähltes Querschnittsverstellglied 2 beliebig weit gedreht und damit verstellt werden kann. Ein Querschnittsverstellglied kann auch mehrere Umdrehungen in beide Richtungen gedreht werden.
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7 ist eine ähnliche Darstellung wie 6, wobei zusätzlich der Läufer 3 dargestellt ist. Ein Pfeil 18 gibt die Drehrichtung der Schnecke 5 an. Wenn die Schnecke 5 in dieser Richtung verdreht wird, berührt der Stift 7 die geschlossene Klappe 13 in dem ersten Gewindegang 11 der Schnecke 5. Die Klappe 13 kann in dieser Richtung nicht geöffnet werden, dementsprechend wird der Läufer 3 gedreht, wodurch gleichzeitig das Querschnittsverstellglied 2 gedreht wird.
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8 zeigt das Verdrehen des ausgewählten Querschnittsverstellglieds 2 in die andere Richtung. Wenn die Schnecke 5 jetzt in die durch einen Pfeil 19 angezeigte umgekehrte Richtung gedreht wird, trifft der Stift 7 des Läufers 3 auf die geschlossene zweite Klappe 14, die bei dieser Drehrichtung einfach zurückklappt. Die zurückgedrückte zweite Klappe 14 bewirkt, dass der Stift 7 in die in 8 dargestellte Position des ersten Gewindegangs 11 führt, in diesem Endabschnitt kann der Stift 7 sich nicht weiter bewegen, dementsprechend wird der Läufer 3 und damit das ausgewählte Querschnittsverstellglied 2 verdreht. Die zweite Klappe 14 verschließt bei der dargestellten Drehrichtung der Schnecke somit den Ausgang für den Stift 7 und stellt in diesem Bereich eine benötigte Wand her, die den Stift 7 fuhrt.
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In 9 ist durch einen Doppelpfeil 20 dargestellt, dass der Läufer 3 und damit das ausgewählte Querschnittsverstellglied 2 beliebig oft in beide Drehrichtungen geregelt werden kann. Wenn der Stift 7 auf die zweite Klappe 14 trifft, wird sie geöffnet, dementsprechend kann das entsprechende Querschnittsverstellglied 2 verdreht werden.
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10 zeigt das Ausfahren des Stifts aus dem Labyrinth des ersten Gewindegangs und das Weiterfahren des Läufers. Wenn die Schnecke 5 in Richtung des Pfeils 18 gedreht wird, trifft der Stift 7 des Läufers 3 die zweite Klappe 14. An dieser Stelle wird die Drehung der Schnecke 5 durch den Elektromotor gestoppt.
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11 zeigt das Ausfahren des Stifts aus dem Labyrinth und das Weiterfahren des Läufers. Damit ein anderes Querschnittsverstellglied für einen Verstellvorgang ausgewählt werden kann, muss der Stift 7 aus dem Labyrinth des ersten Gewindegangs 11 ausfahren.
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Wenn die Schnecke 5 durch den Elektromotor in die andere, durch den Pfeil 19 angegebene Richtung gedreht wird, kann der Stift 7 des Läufers 3 aus dem Labyrinth ausfahren, erfolgt nun dem ersten Gewindegang 11 und wird axial weiterbewegt.
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12 zeigt den Drehschieber 1 in einer geschnittenen Darstellung. Die Schnecke 5 wird durch einen Elektromotor 20 angetrieben. Das Zurückfahren des Läufers erfolgt, indem der Stift 7 in den zweiten Gewindegang 12 überführt und in diesem „heruntergeschraubt” wird. Der Läufer 3, der in 12 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt ist, befindet sich dabei entweder mit einer Verzahnung 10 in einem Querschnittsverstellglied oder einer Verzahnung 9 im Gehäuse 4 im Eingriff. Wenn sich der Stift 7 im „wellenförmigen” Bereich des ersten Gewindegangs 11 befindet, führt der Läufer 3 eine Hubbewegung aus. Die Verzahnung 10 eines Querschnittsverstellglieds 2 muss daher so ausgebildet sein, dass der Läufer 3 immer im Eingriff mit der Verzahnung 10 ist, damit eine Verstellung in Umfangsrichtung erfolgen kann.
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Der beschriebene Drehschieber weist den Vorteil auf, dass beliebig viele Querschnittsverstellglieder geregelt werden können, wobei jedes Querschnittsverstellglied in beide Drehrichtungen geregelt werden kann. Jedes Querschnittsverstellglied ist beliebig oft in beide Richtungen verdrehbar, es verbleibt so lange in dem jeweiligen Labyrinth, bis er durch eine Regelung ausgefahren wird. Sämtliche Querschnittsverstellglieder können durch einen einzigen Elektromotor angetrieben werden, dieser muss lediglich das Moment zum Verstellen eines einzigen Querschnittsverstellglieds aufbringen. Der beschriebene Drehschieber erfordert lediglich eine einzige Wasserabdichtung gegenüber dem Elektromotor und zeichnet sich durch einen einfachen Zusammenbau aus. Die einzelnen Querschnittsverstellglieder sind Gleichteile.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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