-
Die Erfindung betrifft einen Drehschieber mit mehreren Verstellgliedern und einem einen Drehwinkelunterschied zwischen den Verstellgliedern erzeugenden Drehgetriebe.
-
Bei Kraftfahrzeugen werden verschiedene Baugruppen eingesetzt, die jeweils mehrere Stellmotoren für das Verstellen oder Regeln eines Moduls aufweisen. Beispiele dafür sind eine Sitzverstellung, eine Gebläseregelung oder Querschnittsverstellglieder eines Kühlkreislaufs. Üblicherweise benötigen diese Baugruppen mehrere Stellmotoren oder sonstige Aktoren, da die verschiedenen Verstellglieder unabhängig voneinander betätigbar sein müssen.
-
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.
-
Es sind jedoch bereits Drehschieber vorgeschlagen worden, die lediglich einen einzigen Antrieb aufweisen und dennoch mehrere Verstellglieder steuern können.
-
Während die Druckschriften
DE 102 06 212 A1 ,
CH 586 583 A5 und
DE 39 38 353 A1 Aktuatoren mit zwei unabhängig voneinander antreibbaren Motoren zum Bewegen eines Stellelements in Umfangs- oder in Axialrichtung offenbaren, zeigt die
US 785 132 A einen Antrieb für eine Hülse, wobei ein Labyrinth in Abhängigkeit von wechselnden Drehrichtungen einer Handhabe die Position der Hülse bestimmt, die drehfest mit der Welle verbunden ist.
-
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.
-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Drehschieber anzugeben, bei dem mehrere Querschnittsverstellglieder stufenlos verstellbar und regelbar sind.
-
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Drehschieber der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Drehgetriebe eine antreibbare Schnecke aufweist, die über ein Koppelelement mit einem Läufer koppelbar ist, wobei die Schnecke einen Gewindegang aufweist, der so geformt ist, dass der Läufer im gekoppelten Zustand durch eine Drehung der Schnecke axial verschiebbar ist, wobei die Schnecke wenigstens ein Labyrinth aufweist, das so geformt ist, dass der Läufer im gekoppelten Zustand durch eine Drehung der Schnecke in Umfangsrichtung verdrehbar ist.
-
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass ein Drehschieber, der die Regelung mehrerer Verstellglieder ermöglicht, mit einer antreibbaren Schnecke geschaffen werden kann, wodurch mit einem einzigen Antrieb beliebig viele Verstellglieder geregelt werden können. Wesentlich ist dabei, dass die mehreren Verstellglieder vollkommen unabhängig voneinander geregelt werden können. Die Funktionsweise ist dabei derart, dass der Läufer durch eine Drehung der antreibbaren Schnecke zunächst ein bestimmtes Verstellglied anfährt, anschließend kann dieses ausgewählte Verstellglied durch eine Drehung der Schnecke in Umfangsrichtung gedreht werden, wodurch eine Positionierung der Verstellglieder ermöglicht wird.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Drehschieber kann das Koppelelement als federbelasteter, an dem Läufer angeordneter, radial bewegbarer Stift ausgebildet sein. Der an dem Läufer angebrachte Stift stellt somit bei Bedarf eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung zwischen dem Läufer und der Schnecke her, so dass der Läufer bei einer Drehung der Schnecke bewegt wird. Zum Anfahren eines bestimmten Verstellglieds wird der Läufer axial verschoben, nach dem Anfahren des Verstellglieds wird der Läufer in Umfangsrichtung gedreht, wobei gleichzeitig das Verstellglied gedreht und damit positioniert wird. Auf diese Weise kann z. B. ein Strömungsquerschnitt für ein flüssiges oder gasförmiges Medium eingestellt werden.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Drehschieber wird es besonders bevorzugt, dass der Läufer an seiner Außenseite eine Verzahnung aufweist, die mit einer Gegenverzahnung an der Innenseite eines Verstellglieds koppelbar ist. Der Läufer fährt während der Axialbewegung, d. h. beim Anfahren des Verstellglieds mit seiner Verzahnung in die Gegenverzahnung ein, wodurch ein Kraftschluss hergestellt wird, nach der exakten axialen Positionierung wird das Verstellglied durch eine Drehung der Schnecke, die wiederum den Läufer dreht, in Umfangsrichtung positioniert.
-
Diese Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Drehschiebers weist den Vorteil auf, dass mit einem einzigen Läufer mehrere axial voneinander beabstandete Verstellglieder angefahren und nacheinander vollkommen unabhängig voneinander eingestellt werden können.
-
Eine besonders zuverlässige Funktion des erfindungsgemäßen Drehschiebers ergibt sich, wenn die Schnecke mehrere an axial voneinander beabstandeten Stellen angeordnete Labyrinthe aufweist, wobei jedes Labyrinth einem Verstellglied zugeordnet ist. Das Labyrinth ist wie eine Kulisse ausgebildet, in die das Koppelelement zur Verstellung eingreifen kann. Wenn das Koppelelement gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung als an dem Läufer angeordneter, jedoch bewegbarer Stift ausgebildet ist, kann dieser Stift in das Labyrinth einfahren, damit eine Verstellung eines Verstellglieds in Umfangsrichtung erfolgen kann. Nach dem Ende des Verstellvorgangs kann der Stift wieder aus dem Labyrinth ausfahren, so dass der Läufer an eine andere Axialposition bewegt werden kann. Die Schnecke kann somit mehrere axial voneinander beabstandete Labyrinthe aufweisen, wobei für jedes Verstellglied ein Labyrinth vorgesehen ist.
-
Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, dass der Läufer bei dem erfindungsgemäßen Drehschieber nach dem axialen Anfahren des Labyrinths durch eine Umkehrung der Bewegungsrichtung der Schnecke mit dem Labyrinth koppelbar ist. Diese Kopplung erfolgt vorzugsweise über den an dem Läufer angeordneten Stift, der während der axialen Verschiebung des Läufers an einem Gewindegang der Schnecke geführt ist und der zur Verstellung des Verstellglieds in Umfangsrichtung mit dem Labyrinth koppelbar ist.
-
Das Labyrinth kann bei dem erfindungsgemäßen Drehschieber so ausgebildet sein, dass das Verstellglied im gekoppelten Zustand durch eine Drehung der Schnecke im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn verstellbar ist. Im gekoppelten Zustand, d. h. wenn der Stift des Läufers in das Labyrinth eingefahren ist, kann der Läufer und damit das Verstellglied durch Drehbewegungen in beide Richtungen verstellt werden. Dadurch kann das Verstellglied besonders schnell und äußerst präzise justiert werden.
-
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Labyrinth einen ersten, im Wesentlichen ebenen Abschnitt und einen zweiten im Wesentlichen bogenförmigen Abschnitt aufweist, wobei die beiden Abschnitte an ihren Endabschnitten miteinander verbunden sind. Die beiden Abschnitte sind so ausgebildet, dass sie nacheinander von dem Stift durchlaufen werden können, dementsprechend bilden die beiden Abschnitte eine geschlossene Bahn für den Stift, die bei Bedarf auch mehrfach durchlaufen werden kann.
-
Um ein Ausfahren des Koppelelements aus dem Labyrinth nach einer Verstellung des Verstellglieds zu erleichtern, kann das Labyrinth einen Rampenabschnitt zum Ausfahren des Koppelelements aufweisen, der durch einen Drehrichtungswechsel der Schnecke auswählbar ist. Über diesen Rampenabschnitt kann der Stift von dem Labyrinth in den Gewindegang der Schnecke überführt werden, so dass der Läufer anschließend axial verstellt werden kann.
-
Eine Weiterbildung der Erfindung kann vorsehen, dass die Schnecke an derselben Axialposition zwei oder drei in Umfangsrichtung zueinander beabstandete Labyrinthe aufweist, wobei für jedes Labyrinth ein Koppelelement, insbesondere ein Stift, vorgesehen ist.
-
Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug zeichnet sich dadurch aus, dass es wenigstens einen Drehschieber der beschriebenen Art aufweist.
-
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen:
-
1 die wesentlichen Komponenten eines erfindungsgemäßen Drehschiebers in einer Explosionsansicht;
-
2 den erfindungsgemäßen Drehschieber in einer perspektivischen Ansicht;
-
3 den Läufer des erfindungsgemäßen Drehschiebers in einer perspektivischen Ansicht; und
-
4 bis 10 die einzelnen Schritte während eines Verstellvorgangs.
-
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Drehschiebers mit seinen wesentlichen Komponenten. Im mittleren Bereich von 1 ist der Drehschieber 1 im montierten Zustand in einer geschnittenen Ansicht gezeigt, um ihn herum sind wesentliche Komponenten des Drehschiebers 1 gruppiert dargestellt. Dabei handelt es sich um ein Verstellglied 2, einen Läufer 3, eine Schnecke 4 und ein Gehäuse 11.
-
2 zeigt den Drehschieber 1 in einer perspektivischen Ansicht. Die Schnecke 4 ist durch einen nicht dargestellten Antrieb, beispielsweise einen Elektromotor, drehbar. Der Drehschieber 1 ist von dem Gehäuse 11 umgeben. Das Verstellglied 2 weist an seiner Außenseite eine Öffnung 5 auf, die als radiale Wasserzufuhr dient. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann die Öffnung auch für ein gasförmiges Medium vorgesehen sein.
-
Nachfolgend werden der Aufbau und die Funktionsweise des Drehschiebers 1 erläutert.
-
3 zeigt den Läufer 3 in einer perspektivischen Ansicht. Der Läufer 3 ist ringförmig ausgebildet und weist an seiner Außenseite eine Verzahnung 6 auf, die mit einer Gegenverzahnung 7 des Verstellglieds 2 koppelbar ist. An seiner Innenseite weist der Läufer 3 einen als Stift 8 ausgebildetes Koppelelement auf. Der Stift 8 wird durch eine Druckfeder 9 beaufschlagt, die den Stift 8 radial nach innen drückt.
-
Der Läufer 3 ist axial entlang der Schnecke; bewegbar. Dazu weist die Schnecke 4 einen Gewindegang 10 auf, in den der Stift 8 des Läufers 3 eingreift. Der durch die Druckfeder 9 radial nach innen gedrückte Stift 8 befindet sich in dem Gewindegang 10, bei einer Drehung der Schnecke 4 durch den Antrieb wird der Läufer 3 über den Stift 8 mitgenommen und in Axialrichtung bewegt. Dementsprechend kann der Läufer 3 bei eingeschaltetem Antrieb der Schnecke 4 an eine gewünschte Axialposition bewegt werden. Der Drehschieber 1 umfasst einen einzigen Läufer 3, jedoch mehrere axial voneinander beabstandet angeordnete Verstellglieder 2.
-
Um einen Verstellvorgang durchzuführen, wird der Läufer 3 durch eine Drehung der Schnecke 4 axial bis zu einem Verstellglied 2 gefahren. Die mehreren Verstellglieder 2 sind in Axialrichtung nicht verschiebbar, sie sind lediglich in Umfangsrichtung verdrehbar.
-
Das Gehäuse 11 weist an seiner Innenseite mehrere ringförmige Gegenverzahnungen 12 auf, zwischen zwei benachbarten Gegenverzahnungen 12 ist jeweils ein Verstellglied 2 angeordnet. Während einer axialen Bewegung des Läufers 3 greift dieser mit seiner außenseitigen Verzahnung 6 auch in die Gegenverzahnungen 12 des Gehäuses 11 ein.
-
Um eine Verstellung eines bestimmten Verstellglieds 2 vorzunehmen, wird der Läufer 3 durch eine Drehung der Schnecke 4 an die entsprechende Axialposition bewegt, an der sich das Verstellglied 2 befindet. In diesem Zustand greift die Verzahnung 6 des Läufers 3 in die Gegenverzahnung 7 des ausgewählten Verstellglieds 2 ein, die Verzahnung 6 des Läufers 3 ist dabei nicht im Eingriff mit der Gegenverzahnung 12 des Gehäuses 11, da sich der Läufer 3 exakt zwischen zwei benachbarten Gegenverzahnungen 12 befindet.
-
4 zeigt das Anfahren und die Auswahl eines Verstellglieds 2. Wenn der Antrieb, insbesondere der Elektromotor, die Schnecke 4 in Richtung des Pfeils 13 dreht, liegt der Stift 8 des Läufers 3 an einer Rampe 14 des Gewindegangs 10 der Schnecke 4 an, wodurch der Läufer 3 axial in Richtung des Pfeils 15 bewegt wird.
-
5 zeigt den Abschnitt der Schnecke 4, nachdem der Läufer 3 die gewünschte Axialposition erreicht hat. An dieser Stelle weist die Schnecke 4 ein Labyrinth 16 auf, das einen ersten im Wesentlichen ebenen Abschnitt 17 und einen zweiten im Wesentlichen bogenförmigen Abschnitt 18 aufweist, wobei die beiden Abschnitte 17, 18 an ihren Enden miteinander verbunden sind. In 5 erkennt man, dass die Schnecke 4 an der Axialposition gestoppt wurde, an der sich das Labyrinth 16 befindet.
-
In 6 ist dargestellt, dass die Drehrichtung der Schnecke 4 schließend umgekehrt wird, wie durch den Pfeil 19 symbolisiert wird. Nach der Umkehrung der Bewegung bleibt der Stift 8 und damit der Läufer 3 stehen. Durch die Drehung der Schnecke 4 wird das an der Außenseite der Schnecke 4 angeordnete Labyrinth 16 in Richtung des Stifts 8 bewegt. Der durch die Druckfeder 9 beaufschlagte Stift 8 fällt in den ebenen Abschnitt 17 des Labyrinths 16 ein und ist dort wie in einer Kulisse gefangen.
-
Dieser Zustand ist in 7 und 8 dargestellt. 7 ist eine in Axialrichtung geschnittene Ansicht der Schnecke 4 und zeigt das Einfahren des Stifts 8 in das Labyrinth 16. Zur Vereinfachung der Darstellung ist in 7 und 8 lediglich die Schnecke 4 mit dem Labyrinth 16 und dem Stift 8 dargestellt, nicht dargestellt ist jedoch der Läufer. Die Druckfeder 9 drückt den Stift 8 in das Labyrinth 16, so dass der Stift 8 darin „gefangen” ist. In diesem Zustand kann ein Verstellglied, das in 7 und 8 nicht dargestellt ist, in Umfangsrichtung gedreht und damit geregelt werden. Der Stift 8 ist mit dem Läufer 3 gekoppelt, der Läufer 3 ist mit seiner Verzahnung 6 mit der Gegenverzahnung 7 des Verstellglieds 2 gekoppelt. Bei einer Drehung der Schnecke 4 wird somit der Stift 8 entlang des Labyrinths 16 bewegt, in der Folge dreht der Läufer 3 das Verstellglied 3 an eine gewünschte Position. Da das Verstellglied 2 an seiner Außenseite eine oder mehrere Öffnungen 5 aufweist, können diese durch Verdrehen des Verstellglieds 2 mit einem Zulauf oder Ablauf in Deckung gebracht werden, so dass ein Strömungsquerschnitt für ein gasförmiges oder flüssiges Medium eingestellt werden kann. In 8 sind im Bereich des Labyrinths 16 zwei Pfeile eingezeichnet, die den möglichen Bewegungsweg des Stifts 8 in den Abschnitten 17, 18 des Labyrinths 16 zeigen. Der Stift 8 kann näherungsweise in einer Kreisbewegung in dem Labyrinth 16 geführt werden. Das ausgewählte Verstellglied 2 kann beliebig oft durch Verdrehen der Schnecke 4 hin und hergedreht bzw. positioniert werden.
-
9 zeigt das Ausfahren des Stifts 8 aus dem Labyrinth und das Weiterfahren des Läufers 3. Damit ein weiteres Verstellglied für einen Verstellvorgang ausgewählt werden kann, muss der Stift 8 aus dem Labyrinth 16 ausgefahren werden. Dazu weist das Labyrinth 16 einen Rampenabschnitt 20 auf, der durch einen Drehrichtungswechsel der Schnecke 4 angefahren werden kann, wenn sich der Stift 8 in der in 9 gezeigten Position befindet. Der in 9 dargestellte Pfeil 21 zeigt den Weg des Stifts 8 beim Verlassen des Labyrinths 16.
-
10 zeigt den Zustand, nachdem der Stift 8 durch den Rampenabschnitt 20 wieder auf die Ebene des Gewindegangs 10 der Schnecke gefahren wurde. In dieser Position bestimmt die Drehrichtung der Schnecke 4, ob der Läufer 3 nach oben oder nach unten bewegt wird. Damit der Stift 8 aus der in 10 gezeigten Stellung nicht zurück in den Rampenabschnitt 20 fällt, muss die Schnecke 4 den Stift 8 zunächst auf ein höheres Niveau fahren und anschließend zum Zurückfahren des Läufers 3 die Drehrichtung ändern.
