DE102013222825A1

DE102013222825A1 - Einzellagerung einer Drehschieberwelle mit reduziertem Radialspiel und angepasster Führungslänge

Info

Publication number: DE102013222825A1
Application number: DE201310222825
Authority: DE
Inventors: Sebastian Hurst
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2013-11-11
Filing date: 2013-11-11
Publication date: 2015-05-13

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wärmemanagementmodul (1) zur Steuerung von Fluidströmen zumindest eines Fluidkreislaufs von einem Kühl- oder Schmiersystem einer Brennkraftmaschine. Das Wärmemanagementmodul (1) umfasst ein Modulgehäuse (2) mit mehreren von Fluid durchströmbaren Fluidanschlüssen (5a, 5b, 5c), die mit Öffnungen eines Drehschiebers (3) zusammenwirken, der in dem Modulgehäuse (2) integriert und der über eine in dem Modulgehäuse (2) drehbar gelagerte Drehschieberwelle (8) in Verbindung mit einem Stellantrieb (7) verdrehbar ist. Die Drehschieberwelle (8) ist einseitig über eine in dem Modulgehäuses (2) eingesetzte Lagerstelle (9) geführt und drehbar gelagert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Wärmemanagementmodul mit zugehöriger Drehschiebertechnologie zur Steuerung von Fluidströmen zumindest eines Fluidkreislaufs von einem Kühl- oder Schmiersystem einer Brennkraftmaschine gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
Wärmemanagementmodule werden in einem Kühl- oder Schmiersystem einer Brennkraftmaschine eingesetzt, um den Temperaturhaushalt der Brennkraftmaschine in einem optimalen Temperaturfenster präzise einzustellen. Mit dem auch als Thermomanagementmodul bezeichneten Wärmemanagementmodul kann beispielsweise die Kaltlaufphase durch eine Vollsperrung der Kühlmittelströmung signifikant verkürzt und/oder bei Volllast die Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine abgesenkt werden.
Heutige flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschinen schließen üblicherweise zwei Kühlmittelkreise ein, wobei eine Kühlmittelpumpe die Zirkulation des Kühlmittels unterstützt. Über einen ersten Bypasskreis oder Kurzschlusskreis wird der Brennkraftmaschine das Kühlmittel ohne Kühlung zugeführt. In dem weiteren Kühlerkreis durchströmt das Kühlmittel einen als Kühler bezeichneten Wärmetauscher, bevor es der Brennkraftmaschine zugeführt wird. Beide Kühlmittelkreise der Brennkraftmaschine können gleichzeitig oder zeitlich verschoben beaufschlagt werden. Durch die erzielte Verteilung des Kühlmittelstroms auf beide Kreisläufe wird die Brennkraftmaschine im Bereich der optimalen Kühlmitteltemperatur eingeregelt. Zur Realisierung einer Regelung mit mehreren Kühlmittelströmen ist es bekannt, einen Drehschieber einzusetzen.
Das US-Patent 4,644,909 offenbart einen Drehschieber, mit dem ein Kühlerkreis und/oder ein Bypasskreis eines Kühlsystems schaltbar sind. Die Verstellung des Drehschiebers erfolgt mit einem Elektromotor, der in Verbindung mit einer elektronischen Steuerung und Sensorik eingangsseitig das Signal eines Kühlmitteltemperatursensors auswertet. Abhängig von der ermittelten Temperatur kann ein Ventilelement innerhalb des Drehschiebers betätigt werden, der ein Mischverhältnis des Kühlmittels zwischen beiden Kühlkreisen einstellt, um eine vorgegebene Kühlmitteltemperatur zu erreichen. Das Ventilelement kann abhängig von der jeweiligen Ausführungsform eine lineare oder eine rotatorische Stellbewegung ausüben.
Aus der DE 198 49 492 A1 ist ein Wärmemanagementmodul bekannt, das einen Drehschieber als Ventilglied aufweist, mit dem Kühlerkreise von einem Kühlsystem einer Brennkraftmaschine beaufschlagt werden können. Der elektromotorisch angetriebene Drehschieber kann wahlweise in eine Sperrstellung für den Kühlerkreis in den Bypasskreis oder in eine Offenstellung zwischen dem Kühlerkreis oder dem Bypasskreis verstellt werden. Darüber hinaus ist es auch möglich, einen Mischbetrieb durch gleichzeitige Verbindung des Kühlerkreises und des Bypasskreises mit dem Abführanschluss herzustellen, um ein Wärmemanagement innerhalb des Kühlsystems durch eine kennfeldgeregelte Kühlung zu realisieren. Durch Auswahl einer geeigneten Schaltstellung der Ventilmechanik ist für jeden Betriebszustand der Brennkraftmaschine eine optimale Kühlmitteltemperatur erreichbar.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, für ein Wärmemanagementmodul einen Drehschieber bereitzustellen, der kostenoptimiert aufgebaut ist und einen reduzierten Druckverlust aufweist.
Diese Problemstellung wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Danach umfasst das Wärmemanagementmodul einen Drehschieber, dessen zugehörige Drehschieberwelle einseitig über eine einer Seite des Modulgehäuses zugewandte Lagerstelle geführt und drehbar gelagert ist.
Bei bisher bekannten Lösungen wurde die Drehschieberwelle des Drehschiebers beidseitig und damit zweifach gelagert. Ergänzend zu der erfindungsgemäßen einseitigen Lagerung bzw. Einzellagerung wurde die Drehschieberwelle gegenüberliegend über einen sogenannten Sternhalter abgestützt und gelagert. Die Zweifachlagerung hat den Nachteil, dass der Sternhalter aufgrund einer Nabe und den einzelnen zugehörigen Stegen sowie durch die durchgehende Drehschieberwelle den Strömungsquerschnitt des Drehschiebers reduziert, verbunden mit einem nachteiligen erhöhten hydraulischen Druckverlust zumindest für den axial ein- oder ausströmenden Fluidstrom. Dieser Druckverlust stellt sich bei einer einzelnen, einseitigen Lagerung der Drehschieberwelle gemäß der Erfindung nicht ein. Weiterhin führt die erfindungsgemäße Lösung durch den Entfall einer Lagerstelle vorteilhaft zu einem kosten- und gewichtsoptimierten Aufbau des Drehschiebers und folglich des Wärmemanagementmoduls.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass Dichtungen im Bereich der Fluidanschlüsse zwischen einer Mantelfläche eines Drehschiebergehäuses und dem Modulgehäuse die Führung des Drehschiebers unterstützen. Außerdem umfasst die Erfindung als Maßnahme, um ein Verkippen der Drehschieberwelle zu verhindern, eine längenangepasste Lagerstelle mit einem verengten Radialspiel. Um ein funktionskritisches Verkippen zu verhindern, ist die Lagerstelle des erfindungsgemäßen Aufbaus so ausgelegt, dass sich bei einer Buchsenlänge von 10 mm ein Radialspiel ≤ 24 µm und bei einer Buchsenlänge von 20 mm ein Radialspiel ≤ 49 µm einstellt. Aufgrund einer angepassten Führungslänge der Lagerstelle sowie der Fertigungstoleranz der Drehschieberwelle und den Toleranzfeldern des Gleitlagers sind die definierten reduzierten Radialspiele realisierbar.
Als Lager für die Lagerstelle eignet sich vorteilhaft ein Gleitlager, bestehend aus einem metallischen Grundkörper, auf dem ein verschleiß- und gleitoptimierter, mit der Drehschieberwelle in Wirkverbindung stehender Funktionsbelag aufgebracht ist. Eine bevorzugte und kostengünstige Auslegung sieht vor, die Lagerstelle und deren Umgebungskonstruktion so festzulegen, dass ein handelsübliches Gleitlager einsetzbar ist.
Die Lagerstelle der einseitig gelagerten Drehschieberwelle ist bevorzugt auf der dem Stellantrieb zugewandten Gehäuseseite positioniert. Zur Abdichtung eignet sich insbesondere ein Radialwellendichtring, wobei das Gleitlager der Lagerstelle dem Dichtring nachgeordnet in einer trockenen, dem Stellantrieb oder dem Getriebe zugeordneten Zone des Wärmemanagementmoduls ist. Alternativ dazu bietet es sich an, die Lagerung, das Gleitlager der Lagerstelle, vor dem Radialwellendichtring im Inneren, in dem fluidführenden Bereich des Modulgehäuses zu platzieren. Durch diese Anordnung ist keine Verschiebung der Einbaulage für die Radialwellendichtringe aufgrund einer verlängerten Führungslänge des Gleitlagers erforderlich.
Weitere Einzelheiten und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zu der Figur, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt ist, die nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt ist. Dabei zeigt:
1 ein Wärmemanagementmodul in einer Schnittdarstellung mit einer erfindungsgemäßen Lagerung des Drehschiebers.
Die 1 zeigt in einer Schnittdarstellung den Aufbau eines Wärmemanagementmoduls 1, das zur Steuerung von Fluidströmen zumindest eines Fluidkreislaufs in einem Kühl- oder Schmiersystem einer Brennkraftmaschine (nicht gezeigt) einsetzbar ist. Das Wärmemanagementmodul 1 ist bevorzugt über ein Modulgehäuse 2 an der Brennkraftmaschine angeflanscht. In dem Modulgehäuse 2 ist ein Drehschieber 3 drehbar gelagert, dessen Mantelfläche 4 in einer komplementär ausgebildeten Aufnahme des Modulgehäuses 2 eingepasst ist. Das Modulgehäuse 2 umfasst drei radial ausgerichtete, als Anschlussstutzen ausgebildete Fluidanschlüsse 5a, 5b, 5c sowie einen axialen Anschluss 6, der eine Fluidstromverbindung zu einem weiteren, dem Wärmemanagementmodul 1 zugeordneten, nicht gezeigten Drehschieber darstellt. Die Fluidanschlüsse 5a, 5b, 5c können durch eine entsprechende Einstellung des Drehschiebers 3 in Übereinstimmung mit korrespondierenden Öffnungen (nicht gezeigt) des Drehschiebers 3 gebracht werden. Zur Verstellung des Drehschiebers 3 ist seitlich an dem Modulgehäuse 2 des Wärmemanagementmoduls 1 ein auch als Getriebe zu bezeichnender Stellantrieb 7 angeflanscht. Der topfartig gestaltete, stirnseitig den Anschluss 6 einschließende Drehschieber 3 ist über eine Drehschieberwelle 8 mit dem Stellantrieb 7 verbunden. Dabei ist die Drehschieberwelle 8 über eine bevorzugt ein Gleitlager einschließende Lagerstelle 9 in dem Modulgehäuse 2 drehbar gelagert. In Richtung des Drehschiebers 3 zeigend ist der Lagerstelle 9 eine insbesondere als Radialwellendichtring ausgebildete Abdichtung 10 zugeordnet. Zur Abdichtung von Strömungsübergängen zwischen den Fluidanschlüssen 5a, 5b, 5c des Modulgehäuses 2 und der Mantelfläche 4 des Drehschiebers 3 sind jeweils als Dichtungspakete ausgeführte, vorzugsweise federkraftbeaufschlagt abgestützte Dichtungen eingesetzt, von denen nur die Dichtung 11 zwischen der Mantelfläche 4 und dem Fluidanschluss 5a abgebildet ist. Alle eingesetzten Dichtungen bewirken zusätzlich eine die Lagerstelle 9 unterstützende Führung des Drehschiebers 3.
Bezugszeichenliste

1: Wärmemanagementmodul
2: Modulgehäuse
3: Drehschieber
4: Mantelfläche
5a, 5b, 5c: Fluidanschluss
6: Anschluss
7: Stellantrieb
8: Drehschieberwelle
9: Lagerstelle
10: Abdichtung
11: Dichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 4644909 [0004]
DE 19849492 A1 [0005]

Claims

Wärmemanagementmodul (1) zur Steuerung von Fluidströmen zumindest eines Fluidkreislaufs von einem Kühl- oder Schmiersystem einer Brennkraftmaschine, umfassend ein Modulgehäuse (2) mit mehreren von Fluid durchströmbaren Fluidanschlüssen (5a, 5b, 5c), die mit Öffnungen eines Drehschiebers (3) zusammenwirken, der in dem Modulgehäuse (2) integriert und über eine in dem Modulgehäuse (2) drehbar gelagerte Drehschieberwelle (8) in Verbindung mit einem Stellantrieb (7) verdrehbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehschieberwelle (8) einseitig über eine in dem Modulgehäuse (2) eingesetzte Lagerstelle (9) geführt und drehbar gelagert ist.
Wärmemanagementmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Dichtungen (11) im Bereich der Fluidanschlüsse (5a, 5b, 5c) zwischen einer Mantelfläche (4) eines Drehschiebers (3) und dem Modulgehäuse (2) eine Führung des Drehschiebers (3) unterstützen.
Wärmemanagementmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerstelle (9) ein Gleitlager umfasst, bestehend aus einem metallischen Grundkörper, auf dem ein verschleiß- und gleitoptimierter, mit der Drehschieberwelle (8) in Wirkverbindung stehender Funktionsbelag aufgebracht ist.
Wärmemanagementmodul nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass über das Gleitlager der Lagerstelle (9) sich bei einer Buchsenlänge von 10 mm ein Radialspiel von ≤ 24 µm und bei einer Buchsenlänge von 20 mm ein Radialspiel von ≤ 49 µm einstellt.
Wärmemanagementmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerstelle (9) auf einer dem Stellantrieb (7) zugewandten Seite des Modulgehäuses (2) positioniert ist.
Wärmemanagementmodul nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerstelle (9) vor einer Abdichtung (10) auf der dem Drehschieber (3) zugewandten Seite angeordnet ist.
Wärmemanagementmodul nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdichtung (10) auf der dem Drehschieber (3) abgewandten Seite der Lagerstelle (9) eingesetzt ist.