DE102013222825A1 - Single bearing of a rotary valve shaft with reduced radial play and adapted guide length - Google Patents

Single bearing of a rotary valve shaft with reduced radial play and adapted guide length Download PDF

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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.The invention relates to a thermal management module (1) for controlling fluid flows of at least one fluid circuit of a cooling or lubricating system of an internal combustion engine. The thermal management module (1) comprises a module housing (2) with a plurality of fluid connections (5a, 5b, 5c) through which fluid can interact with openings of a rotary valve (3) integrated in the module housing (2) and via one in the module housing (2) rotatably mounted rotary valve shaft (8) in connection with an actuator (7) is rotatable. The rotary valve shaft (8) is guided on one side via a bearing in the module housing (2) bearing point (9) and rotatably mounted.

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.The invention relates to a thermal management module with associated rotary valve technology for controlling fluid flows of at least one fluid circuit of a cooling or lubricating system of an internal combustion engine according to the features of the preamble of claim 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.Thermal management modules are used in a cooling or lubricating system of an internal combustion engine to precisely adjust the temperature balance of the internal combustion engine in an optimal temperature window. With the thermal management module, which is also referred to as a thermal management module, for example, the cold running phase can be significantly shortened by completely blocking the coolant flow and / or the operating temperature of the internal combustion engine can be lowered at full load.

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.Today's liquid-cooled internal combustion engines usually include two coolant circuits, with a coolant pump supporting the circulation of the coolant. The internal combustion engine is supplied with the coolant without cooling via a first bypass circuit or short circuit. In the further cooler circuit, the coolant flows through a heat exchanger called a cooler before it is fed to the internal combustion engine. Both coolant circuits of the internal combustion engine can be applied simultaneously or with a time lag. Due to the achieved distribution of the coolant flow to both circuits, the internal combustion engine is regulated in the region of the optimum coolant temperature. To realize a control with multiple coolant flows, it is known to use a rotary valve.

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.The U.S. Patent 4,644,909 discloses a rotary valve with which a radiator circuit and / or a bypass circuit of a cooling system can be switched. The adjustment of the rotary valve is carried out with an electric motor, which evaluates the input side of a signal of a coolant temperature sensor in conjunction with an electronic control and sensors. Depending on the determined temperature, a valve element within the rotary valve can be actuated, which adjusts a mixing ratio of the coolant between the two cooling circuits in order to achieve a predetermined coolant temperature. The valve element can exert a linear or a rotary adjusting movement, depending on the particular embodiment.

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.From the DE 198 49 492 A1 a thermal management module is known which comprises a rotary valve as a valve member, can be acted upon by the cooling circuits of a cooling system of an internal combustion engine. The electric motor-driven rotary valve can be adjusted either in a blocking position for the radiator circuit in the bypass circuit or in an open position between the radiator circuit or the bypass circuit. Moreover, it is also possible to produce a mixed operation by simultaneous connection of the cooler circuit and the bypass circuit with the discharge port in order to realize a heat management within the cooling system by a map-controlled cooling. By selecting a suitable switching position of the valve mechanism, an optimal coolant temperature can be achieved for each operating state of the internal combustion engine.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, für ein Wärmemanagementmodul einen Drehschieber bereitzustellen, der kostenoptimiert aufgebaut ist und einen reduzierten Druckverlust aufweist.The object of the present invention is to provide a rotary valve for a thermal management module, which is designed to be cost-optimized and has a reduced pressure loss.

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.This problem is inventively solved by the features of claim 1. Thereafter, the thermal management module comprises a rotary valve whose associated rotary valve shaft is guided on one side via a side facing the module housing bearing and rotatably supported.

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.In previously known solutions, the rotary valve shaft of the rotary valve was mounted on both sides and thus twice. In addition to the one-sided storage or single storage according to the invention, the rotary valve shaft was supported and supported opposite one another via a so-called star holder. The dual bearing has the disadvantage that the star holder due to a hub and the individual associated lands and through the continuous rotary valve shaft reduces the flow cross-section of the rotary valve, connected to a disadvantageous increased hydraulic pressure loss at least for the axially incoming or outflowing fluid flow. This pressure loss does not occur in a single, one-sided storage of the rotary valve shaft according to the invention. Furthermore, the solution according to the invention advantageously leads to a cost and weight-optimized design of the rotary valve and consequently of the thermal management module due to the omission of a bearing point.

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.A preferred embodiment of the invention provides that seals in the region of the fluid connections between a lateral surface of a rotary valve housing and the module housing support the guidance of the rotary valve. In addition, as a measure to prevent tilting of the rotary valve shaft, the invention comprises a length-adapted bearing with a constricted radial play. In order to prevent a functionally critical tilting, the bearing point of the structure according to the invention is designed so that at a bushing length of 10 mm, a radial clearance ≤ 24 microns and at a bushing length of 20 mm sets a radial play ≤ 49 μm. Due to an adapted guide length of the bearing and the manufacturing tolerance of the rotary valve shaft and the tolerance fields of the sliding bearing defined Radial clearances can be realized.

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.As a bearing for the bearing is advantageously a plain bearing, consisting of a metallic base body on which a wear and slid optimized, with the rotary valve shaft operatively connected functional coating is applied. A preferred and cost-effective design provides to define the bearing and its surrounding structure so that a commercial plain bearing can be used.

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.The bearing point of the rotary valve shaft mounted on one side is preferably positioned on the housing side facing the actuator. For sealing is particularly suitable a radial shaft seal, wherein the sliding bearing of the bearing is downstream of the sealing ring in a dry, the actuator or the transmission associated with the zone of the thermal management module. Alternatively, it makes sense to place the bearing, the plain bearing of the bearing, in front of the radial shaft seal inside, in the fluid-conducting region of the module housing. By this arrangement, no displacement of the mounting position for the radial shaft seals due to an extended guide length of the sliding bearing is required.

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:Further details and developments of the invention will become apparent from the following description of the figure, in which an embodiment of the invention is shown, which is not limited to this embodiment. Showing:

1 ein Wärmemanagementmodul in einer Schnittdarstellung mit einer erfindungsgemäßen Lagerung des Drehschiebers. 1 a thermal management module in a sectional view with an inventive storage of the rotary valve.

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.The 1 shows a sectional view of the structure of a thermal management module 1 , which is used for controlling fluid flows of at least one fluid circuit in a cooling or lubricating system of an internal combustion engine (not shown). The thermal management module 1 is preferably via a module housing 2 Flanged to the internal combustion engine. In the module housing 2 is a rotary valve 3 rotatably mounted, whose lateral surface 4 in a complementarily formed receptacle of the module housing 2 is fitted. The module housing 2 comprises three radially aligned, designed as a connecting piece fluid connections 5a . 5b . 5c as well as an axial connection 6 , the one fluid flow connection to another, the thermal management module 1 assigned, not shown rotary valve represents. The fluid connections 5a . 5b . 5c can be adjusted by adjusting the rotary valve 3 in correspondence with corresponding openings (not shown) of the rotary valve 3 to be brought. For adjusting the rotary valve 3 is on the side of the module housing 2 of the thermal management module 1 an actuator which can also be referred to as a gearbox 7 flanged. The cup-shaped, the front side the connection 6 enclosing rotary valves 3 is over a rotary valve shaft 8th with the actuator 7 connected. Here is the rotary valve shaft 8th via a preferably a plain bearing enclosing bearing point 9 in the module housing 2 rotatably mounted. In the direction of the rotary valve 3 showing is the depository 9 a particular trained as a radial shaft seal seal 10 assigned. For sealing flow transitions between the fluid connections 5a . 5b . 5c of the module housing 2 and the lateral surface 4 of the rotary valve 3 are each used as sealing packages executed, preferably spring-loaded supported seals used, of which only the seal 11 between the lateral surface 4 and the fluid connection 5a is shown. All seals used additionally cause a bearing point 9 supporting guidance of the rotary valve 3 ,

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Wärmemanagementmodul Thermal management module
22
Modulgehäuse module housing
33
Drehschieber rotary vane
44
Mantelfläche lateral surface
5a, 5b, 5c5a, 5b, 5c
Fluidanschluss fluid port
66
Anschluss connection
77
Stellantrieb actuator
88th
Drehschieberwelle  Spool shaft
99
Lagerstelle depository
1010
Abdichtung seal
1111
Dichtung poetry

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 4644909 [0004] US 4644909 [0004]
  • DE 19849492 A1 [0005] DE 19849492 A1 [0005]

Claims (7)

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.Thermal management module ( 1 ) for controlling fluid flows of at least one fluid circuit of a cooling or lubricating system of an internal combustion engine, comprising a module housing ( 2 ) with a plurality of fluid ports through which fluid can flow ( 5a . 5b . 5c ) with openings of a rotary valve ( 3 ) cooperating in the module housing ( 2 ) and via a in the module housing ( 2 ) rotatably mounted rotary valve shaft ( 8th ) in conjunction with an actuator ( 7 ) is rotatable, characterized in that the rotary valve shaft ( 8th ) on one side via a in the module housing ( 2 ) used depository ( 9 ) is guided and rotatably supported. 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.Thermal management module according to claim 1, characterized in that seals ( 11 ) in the area of the fluid connections ( 5a . 5b . 5c ) between a lateral surface ( 4 ) of a rotary valve ( 3 ) and the module housing ( 2 ) a guide of the rotary valve ( 3 ) support. 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.Thermal management module according to one of the preceding claims, characterized in that the storage location ( 9 ) comprises a plain bearing, consisting of a metallic base body on which a wear and slid optimized, with the rotary valve shaft ( 8th ) is applied in operative connection standing function coating. 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.Thermal management module according to claim 3, characterized in that via the sliding bearing of the bearing ( 9 ) with a bushing length of 10 mm a radial clearance of ≤ 24 μm and with a bushing length of 20 mm a radial clearance of ≤ 49 μm is established. Wärmemanagementmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerstelle (9) auf einer dem Stellantrieb (7) zugewandten Seite des Modulgehäuses (2) positioniert ist. Thermal management module according to one of the preceding claims, characterized in that the storage location ( 9 ) on an actuator ( 7 ) facing side of the module housing ( 2 ) is positioned. Wärmemanagementmodul nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerstelle (9) vor einer Abdichtung (10) auf der dem Drehschieber (3) zugewandten Seite angeordnet ist.Thermal management module according to claim 5, characterized in that the storage location ( 9 ) before a seal ( 10 ) on the rotary valve ( 3 ) facing side is arranged. Wärmemanagementmodul nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdichtung (10) auf der dem Drehschieber (3) abgewandten Seite der Lagerstelle (9) eingesetzt ist.Thermal management module according to claim 5, characterized in that the seal ( 10 ) on the rotary valve ( 3 ) facing away from the storage site ( 9 ) is used.
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