DE102014004509B4

DE102014004509B4 - Regelvorrichtung

Info

Publication number: DE102014004509B4
Application number: DE102014004509.9A
Authority: DE
Inventors: Toni Steiner
Original assignee: Nidec GPM GmbH
Current assignee: Nidec GPM GmbH
Priority date: 2014-03-28
Filing date: 2014-03-28
Publication date: 2016-08-04
Anticipated expiration: 2034-03-29
Also published as: WO2015144119A1; DE102014004509A1

Abstract

Regelvorrichtung zur Betätigung eines einen fluiden Kühlmittelvolumenstrom regelnden Stellventils (1) mit einem vom Kühlmittelvolumenstrom durchströmten Strömungsgehäuse (2) mit am Strömungsgehäuse (2) angeordneten Anschlussstutzen (3), die entsprechend der vorgesehenen Strömungsrichtung im Strömungsgehäuse (2) entweder dem Strömungseintritt (4) oder dem Strömungsaustritt (5) dienen, wobei am Stellventil (1) ein Betätigungselement (6) angeordnet ist, welches aus dem Strömungsgehäuse (2) herausragt und gegenüber dem Strömungsgehäuse (2) flüssigkeitsdicht abgedichtet ist, so dass ein im flüssigkeitsfreien Raum außerhalb des Strömungsgehäuses (2) an diesem lagefixiert angeordneter elektrischer Aktuator (7) auf das am Stellventil (1) angeordnete Betätigungselement (6) einzuwirken vermag, dadurch gekennzeichnet, – dass an dem vom Kühlmittelvolumenstrom durchströmten Strömungsgehäuse (2) ein vom zu regelnden fluiden Kühlmittelvolumenstrom gekühltes Aktuatorgehäuse (8) angeordnet ist, in dem der Aktuator (7) trocken und lagepositioniert angeordnet ist, wobei in der Gehäusewandung (9) des Aktuatorgehäuses (8) ein oder mehrere Kühlmitteleintritt/e (10) und ein oder mehrere Kühlmittelaustritt/e (11), mit zwischen diesen in der Gehäusewandung (9) des Aktuatorgehäuses (8) angeordneten Kühlkanälen (12) so angeordnet sind, dass der/die Kühlmitteleintritt/e (10) direkt mit dem, dem Stellventil (1) strömungseintrittsseitig, benachbarten Strömungsgehäuseinnenraum (17) und der/die Kühlmittelaustritt/e (11) separat mit dem Kühlmittelkreislauf verbunden ist/sind, und – dass am Aktuatorgehäuse (8) ein Aktuatorgehäusedeckel (13) angeordnet ist, der die mit Kühlkanälen (12) versehene Gehäusewandung (9) gegenüber dem Aktuatorgehäuseinnenraum (14) wie auch gegenüber dem Außenraum (15) flüssigkeitsdicht verschließt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Regelvorrichtung zur Betätigung eines einen fluiden Kühlmittelvolumenstrom regelnden Stellventils, welches als Schieber-, Klappen-, Kugel-, Drehschieber-, Walzen-, Tellerventil o. ä. ausgebildet sein kann, und welches der Steuerung oder Regelung von druckbeaufschlagten Medien, in unmittelbarer Nähe zu heißen Einbauräumen, dient.
Im Stand der Technik sind verschiedenartige Regelvorrichtungen zur Betätigung von Stellventilen vorbeschrieben. Hierzu zählen pneumatische Antriebe, entweder mittels Unterdruck oder mittels Überdruck, hydraulische Antriebe, Antriebe mittels Dehnstoffelementen wie auch elektrische Antriebe, z. B. Schrittmotore. Pneumatische und hydraulische Antriebe für Regelvorrichten benötigen dabei gegenüber elektrisch angetriebenen Regelvorrichtungen einen größeren Platzbedarf mit erhöhtem Montage- und Instandhaltungsaufwand, da der jeweilige ”Regeldruck” einerseits von zusätzlichen Pumpen separat erzeugt und andererseits über Schlauch- bzw. Rohrleitungssysteme mit all den damit verbundenen Dichtheitsproblemen bis zur jeweiligen Regelvorrichtung ”transportiert” werden muss. Doch gerade im Hochtemperatureinsatz, d. h. bei Umgebungstemperaturen von über 120°C bis ca. 950°C müssen derartige ”Beschwernisse” in Kauf genommen werden, da die in elektrischen Antrieben, wie in den Schrittmotoren, im allgemeinen eingesetzten, kostengünstigen, nicht für den Heißbereich konzipierten, und daher keramisch auch nicht gekapselten, elektrischen Bauteile und elektronischen Komponenten bereits bei Temperaturen von über 120°C, d. h. auch im Heißbereich eines KFZ-Motors durch Überhitzung versagen. Im Stand der Technik sind beispielsweise in der EP 1 420 158 A2 und der EP 1 426 589 A2 spezielle für den Hochtemperatureinsatz konzipierte elektrischen Antriebe, wie Schrittmotore, zur Regelung von Abgasklappen, vorbeschrieben. Diese speziell für den Hochtemperatureinsatz konzipierten elektrischen Antriebe erfordern eine sehr kostenintensive Herstellung, sind zumeist mittels keramischer Werkstoffen gegen Hitze abgeschirmt, und müssen dann, wie in der EP 1 420 158 A2 und der EP 1 426 589 A2 vorbeschrieben, zudem noch durch teure Gehäusekonstruktionen aufwendig gekapselt werden. Darüber hinaus werden im Stand der Technik auch Gehäusekonstruktionen von Abgasklappenregelvorrichtungen mit integrierten elektrischen Antriebe vorbeschrieben, bei denen die mittels keramischer Werkstoffen gegen Hitze abgeschirmten, für den Hochtemperatureinsatz konzipierten elektrischen Antriebe zudem von separaten zur Abgasklappenregelvorrichtungung hin geführten Kühlkreisläufen gekühlt werden. Derartige Lösungen werden beispielsweise in der WO 2010/123899 A1 und der DE 10 2012 103 374 A1 vorbeschrieben. Bei diesen das Heißgas von bis zu 1000°C regelnden Abgasklappen, werden die kostenintensiven hitzebeständigen, keramisch abgeschirmten elektrischen Antriebe zudem noch von einem flüssigen Kühlmedium gekühlt. Zur Gewährleistung der Betriebssicherheit des gesamten Motors ist hierbei zudem hier eine unter allen Umständen zuverlässige Medientrennung zu gewährleisten, die neben einem hohen Fertigungs- und Montageaufwand zudem einen hohen Instandhaltungsaufwand erfordert. Wesentlich weniger Aufwand erfordert die in der DE 197 29 648 A1 vorbeschriebene, mit pneumatischem Unterdruck angetriebene Vorrichtung zum Verstellen einer Ventilklappe im Ansaugsystem eines Verbrennungsmotors. Bei dieser Anordnung wird in Abhängigkeit von einem, an einer rückstellfederbelasteten Membraneinrichtung anliegenden Unterdruck, von der Membraneinrichtung eine Längsbewegung ausgeführt, welche über eine einseitig gelagerte Koppelstange wegübersetzt auf eine Traverse übertragen wird, wobei das der Koppelstange gegenüberliegende Ende der Traverse gelenkig mit einem, an einer drehbar gelagerten Ventilklappe angeordneten Hebel so verbunden ist, dass eine durch die Verschiebung der Membraneinrichtung hervorgerufene Längsbewegung, in Folge der vorgeschlagenen Anordnung, eine Drehung der Ventilklappe um 90° bewirkt. Bei dieser Vorrichtung zum Verstellen einer Ventilklappe handelt es sich um eine Vorrichtung, die auf Grund ihres konstruktiven Aufbaus recht große Verstellkräfte benötigt, und die die einzelnen Bauteile dementsprechend hoch beansprucht. Auf Grund des konstruktiven Aufbaus lässt diese Vorrichtung keine Regelung zu, sondern bewirkt lediglich das Verstellen der Ventilklappe aus einer vollständig geöffneten Stellung in eine vollständig geschlossene Stellung. Aus der DE 10 2006 044 897 A1 ist eine andere Lösung bekannt, bei der das Klappenventil in einer Abgasanlage, alternativ zu einer Unterdruckdose, mittels eines elektromotorischen Schrittmotors geregelt wird. An Stelle der herkömmlichen Betätigung des im Hochtemperaturbereich befindlichen Stellventils, der Abgasklappe des Klappenventils einer Abgasanlage mittels einer Unterdruckdose wird bei dieser Lösung die Abgasklappe alternativ, mit Hilfe zweier Bowdenzüge von einem elektrischen Antrieb, einem Schrittmotor, betätigt, der durch den Einsatz der Bowdenzüge weit genug vom Heißbereich entfernt, d. h. an einer temperaturgeschützten Stelle, angeordnet werden kann. Die zwischen dem Stellventil und dem Schrittmotor angeordneten Bowdenzüge erfordern neben einem erhöhten, zusätzlichen Bauraum insbesondere einen zusätzlichen Fertigungs- und Montageaufwand und bedingen zwangsläufig einen zusätzlichen Instandhaltungsaufwand. Der Einsatz des Schrittmotors hat jedoch dabei auch den Vorteil, dass sich dieser sehr einfach mit dem Motorsteuergerät koppeln lässt, und so eine einfache Rückkopplung (Rückmeldung über die aktuelle ”Ventilstellung”) zum Motorsteuergerät (TCU) realisiert werden kann. Neben den vorgenannten Lösungen wird im Stand der Technik eine weitere hochtemperaturtaugliche Lösung in der DE 10 2006 038 213 B4 vorgestellt. In dieser Anordnung wird ein Dehnstoffelement, wie beispielsweise eine Wachspatrone oder ein Bimetallstreifen zur Verstellung eines kugelschalenförmigen Ventilelementes/Drehschiebers eingesetzt. Bei Einsatz von Dehnstoffelementen, wie Bimetallstreifen oder Wachspatronen, ist jedoch eine aktive, bedarfsabhängige Regelung nicht möglich, da die von der Regeltemperatur abhängigen, „physikalischen Veränderungen” in der Wachspatrone bzw. am Bimetallstreifen erst nach Abkühlung des Motors wieder in den „Ursprungszustand zurück geführt” werden, woraus zwangsläufig eine sehr träge Regelung resultiert. Eine andere hochtemperaturtaugliche Lösung ist aus der DE 10 2009 012 923 B3 bekannt. Hierbei handelt es sich um eine in der Praxis bewährte frühere Lösung der Anmelderin, in der in Verbindung mit einer mechanisch angetriebenen, mit einem Axialschaufelrad ausgestatteten Kühlmittelpumpe ein als Stellventil ausgebildeter Schieber vorbeschrieben wird, welcher in Strömungsrichtung nach der Kühlmittelpumpe angeordnet ist und mittels einer Unterdruckregelung linear verschiebbar ist.
Diese hochtemperaturtaugliche Anordnung bewirkt jedoch stets die Regelung des gesamten, von der Kühlmittelpumpe bereitgestellten Kühlmittelvolumenstromes. Sie ist für eine individuellen Regelung der Volumenströme einzelner Verbraucher entsprechend ihres momentanen ”Bedarfes” nicht optimal geeignet. Eine weitere Lösung zum Einsatz im Hochtemperaturbereich wurde von der Anmelderin in der DE 10 2011 008 305 A1 vorbeschriebenen Lösung angemeldet. Bei dieser ebenfalls praxisbewährten Lösung handelt es sich um ein wiederum mittels Unterdruck betätigtes Stellventils, welches auch in heißen Einbauräumen angeordnet werden kann. Doch auch diese Lösung weist die vorgenannten Nachteile auf, wobei der benötigte pneumatische Unterdruck nicht in allen KFZ-Bauformen zur Verfügung steht, und falls dieser bereitgestellt ist, so steht er oftmals (in Abhängigkeit vom aktuellen Bedarf der anderen Verbraucher) nicht zu allen Betriebszeitpunkten in vollem (d. h. im gegebenenfalls aktuell benötigten) Umfang zur Verfügung um die gewünschte Regelung schnell zu bewirken. Allen pneumatischen und hydraulischen Regelungen ist dabei gemeinsam, dass diese stets einen ”zusätzlichen” Druckerzeuger benötigen. Zudem erfordern die pneumatischen Regelungen/Schaltungen stets ”Kraft- und Momentübertragungselenemte” wie Hebel, Kolben, Kulissenscheiben usw. um die Betätigungskraft bzw. das Betätigungsmoment auf das Stellglied zu übertragen. Da diese Kraftübertragungen zwangsläufig stets reibungsbehaftet sind, ist eine hystereseverlustfreie Regelung mit einer hohen Qualität in der Wiederholgenauigkeit der Regelung nicht realisierbar. Demgegenüber benötigen die für Regelungen eingesetzten hydraulischen Schaltungen eine aufwendige Ventiltechnik. Auch diese ist mit zusätzlichen ”Reibstellen” verbunden. Daher sind auch bei hydraulischen Regelungen Hystereseverluste unvermeidbar, so dass eine hohe Qualität in der Wiederholgenauigkeit der Regelung auch mit hydraulischen Baugruppen kaum realisierbar ist. Zudem gestaltet sich sowohl bei den pneumatischen, wie auch den hydraulischen Regelungen eine gerade im KFZ-Bereich oftmals zwingend erforderliche Rückkopplung (Rückmeldung über die aktuelle ”Ventilstellung”) zum Motorsteuergerät (TCU) des Kraftfahrzeuges recht schwierig, da eine derartige Rückmeldung nur mit Hilfe zusätzlicher Sensoren und den diesen zugeordneten elektrischen Leitungen realisiert werden kann. Elektrische Schrittmotore hingegen können punktgenau und reproduzierbar mit hoher Regelgenauigkeit (d. h. mit kaum messbaren Hystereseverlusten) angesteuert werden. Dabei sind die hohen Kräfte bzw. hohen Drehmomente auf die solche Schrittmotore ausgelegt werden können, sehr vorteilhaft im Bezug auf den direkten Antrieb des jeweiligen Stellgliedes, wodurch eine reibungsarme Kraftübertragung gewährleistet werden kann. Dabei können die zur Verfügung stehenden Kraftreserven auch noch zu Gunsten der Bauteilauslegung (d. h. größere Toleranzen erfordern geringere Herstellungskosten) verwendet werden. Den Schrittmotoren ist jedoch gemeinsam, dass diese nur bei Umgebungstemperaturen bis maximal 120°C eingesetzt werden können. Aus der DE 10 2005 013 861 A1 ist eine Schrittmotor Kühleinrichtung bekannt, bei der die vom Schrittmotor durch Eigenerwärmung erzeugte Wärme abgeführt werden soll. Zum Zeitpunkt der Anmeldung waren derartige Lösungen zur Wärmeabfuhr der Eigenwärme selbst im Temperaturbereich bis 120°C, sowohl bei den Schrittmotoren wie auch bei den Motorsteuergeräten u. ä. zwingend erforderlich. Der heutige Entwicklungsstand bei den Schrittmotoren ermöglicht jedoch Temperaturbelastungen des Schrittmotors bis 120°C ohne dass eine zusätzliche Abschirmung oder Kühlung der Elektronik erforderlich wird. Im Heißbereich hingegen, d. h. bei Umgebungstemperaturen ab 120°C bis 950°C, sind derartige Schrittmotoren und ähnliche elektrische oder elektronische Aktuatoren, auch unter Einsatz der in der DE 10 2005 013 861 A1 vorgestellte Lösung keinesfalls mehr einsetzbar. Ein weiterer Nachteil der in der DE 10 2005 013 861 A1 vorgestellten Lösung besteht auch darin, dass der dort eingesetzte Schrittmotor kostenintensiv gekapselt werden muss. Im Stand der Technik ist es üblich elektrische Schrittmotore gegen die Einwirkung von Wasser und/oder Chemikalien, wie Kühlmittel, Scheibenwaschmittel, Hydrauliköl, Motorenöl, Kraftstoff, Kaltreiniger, Wachslöser, Konservierungsmittel, Blow by Gase und Ozon kostenaufwendig zu kapseln. Dennoch kann selbst bei ”gekapselten” Schrittmotoren die Alterungsbeständigkeit und Zuverlässigkeit unter Einwirkung der vorgenannten Medien nur begrenzt gewährleistet werden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Regelvorrichtung zur Betätigung eines einen fluiden Kühlmittelvolumenstrom regelnden Stellventils zu entwickeln, welches als Schieber-, Klappen-, Kugel-, Drehschieber-, Walzen-, Tellerventil o. ä. ausgebildet sein kann und der Steuerung oder Regelung von druckbeaufschlagten Medien, in unmittelbarer Nähe zu heißen Einbauräumen, d. h. in Verbindung mit Umgebungstemperaturen von über 120°C bis 950°C, so beispielsweise bei den Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen, z. B. in der Nähe der Turbolader, in der Nähe der Abgasanlage, oder auch im Bereich des Ölkreislaufes, wie aber auch in Verbindung mit industriellen Anwendungen, so beispielsweise in Stahlwerken, oder Gießereien, in Schmieden, in Härterein, in Sinteranlagen oder auch in Verbindung mit zu temperierenden Werkzeugen, unter ungünstigsten thermischen Randbedingungen einsetzbar ist, welche zudem eine sehr feinfühlige, Regelung mit hoher Regelgüte in Verbindung mit einer in Weg und Kraft exakt reproduzierbaren punktgenauen Rückmeldung der Ventileinstellung ohne zusätzliche Sensoren ermöglicht, sich dabei stets durch eine fertigungs- und montagetechnisch einfache, kostengünstige, den vorhandenen Bauraum optimal ausnutzende robuste Bauform auszeichnet, dabei stets eine hohe Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit bei hoher Alterungsbeständigkeit selbst unter Einwirkung aggressiven Medien gewährleistet, dabei gleichzeitig kostengünstig herstellbar ist, und den Einsatz von kostengünstigen nicht speziell für den Heißbereich konzipierten elektrischen/elektronischen Baugruppen ermöglicht, und die bei Einsatz zur Regelung von Kühlmittelvolumenströmen, mit nur geringem Zusatzaufwand eine im KFZ-Bereich erforderliche „Fail-safe” Funktion des zu regelnden Ventils bei Ausfall der Regelung zu gewährleisten vermag.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Regelvorrichtung zur Betätigung eines einen fluiden Kühlmittelvolumenstrom regelnden Stellventils nach den Merkmalen des unabhängigen Anspruches der Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausführungen Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung der erfindungsgemäßen Lösung in Verbindung mit den Zeichnungen zur erfindungsgemäßen Lösung.
Nachfolgend wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit drei dem Ausführungsbeispiel zugeordneten Darstellungen näher erläutert.
Es zeigen dabei:
1: die erfindungsgemäße Regelvorrichtung zur Betätigung eines Stellventils zur Regelung eines Kühlmittelvolumenstromes in der Explosionsdarstellung;
2: zeigt die erfindungsgemäße Regelvorrichtung zur Betätigung eines Stellventils, gemäß 1, im Endmontagezustand, in der Seitenansicht im Schnitt;
3: zeigt die erfindungsgemäße Regelvorrichtung zur Betätigung eines Stellventils, gemäß 2 in der Draufsicht, im Schnitt bei A-A.
Diese erfindungsgemäße, in den 1 bis 3 dargestellte Regelvorrichtung zur Betätigung eines Stellventils 1 mit einem Strömungsgehäuse 2 und einem diesen benachbart angeordneten Anschlussstutzen 3, die entsprechend der vorgesehenen Strömungsrichtung im Strömungsgehäuse 2 entweder dem Strömungseintritt 4 oder dem Strömungsaustritt 5 dienen, wobei am Stellventil 1 ein Betätigungselement 6 angeordnet ist, welches aus dem Strömungsgehäuse 2 herausragt und gegenüber dem Strömungsgehäuse 2 flüssigkeitsdicht abgedichtet ist, so dass ein im flüssigkeitsfreien Raum außerhalb des Strömungsgehäuses 2 an diesem lagefixiert angeordneter elektrischer Aktuator 7 auf das am Stellventil 1 angeordnete Betätigungselement 6 einzuwirken vermag, zeichnet sich dadurch aus, dass an dem vom Kühlmittelvolumenstrom durchströmten Strömungsgehäuse 2 ein vom zu regelnden fluiden Kühlmittelvolumenstrom gekühltes Aktuatorgehäuse 8 angeordnet ist, in dem der Aktuator 7 trocken und lagepositioniert angeordnet ist. Diese erfindungsgemäße, thermisch gekühlte und zugleich mechanisch geschützte Unterbringung des elektrischen Aktuators ermöglicht erstmals die „direkte” elektrische Betätigung eines Schieber-, Klappen-, Kugel-, Drehschieber-, Walzen-, Tellerventils o. ä. zur der Steuerung oder Regelung von druckbeaufschlagten Medien, in unmittelbarer Nähe zu heißen Einbauräumen, d. h. in Verbindung mit Umgebungstemperaturen von über 120°C, so beispielsweise bei den Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen, z. B. in der Nähe der Turbolader, in der Nähe der Abgasanlage, oder auch im Bereich des Ölkreislaufes, aber auch in Verbindung mit industriellen Anwendungen, so beispielsweise in Stahlwerken oder Gießereien, in Schmieden, in Härterein, in Sinteranlagen oder auch in Verbindung mit zu temperierenden Werkzeugen, unter ungünstigsten thermischen Randbedingungen, mittels kostengünstiger nicht speziell für den Heißbereich konzipierten elektrischer/elektronischer Baugruppen, beispielsweise mittels eines unter ”allgemein üblichen” Randbedingungen eingesetzten, kostengünstigen elektrischen Schrittmotors. Der Einsatz eines solchen elektrischen Aktuators gewährleistet dabei nicht nur eine sehr feinfühlige, Regelung mit hoher Regelgüte sondern ermöglicht gleichzeitig ohne den Einsatz von zusätzlich anzuordnenden Sensoren auch eine in Weg und Kraft exakt reproduzierbare, einfache Rückmeldung, beispielsweise in Verbindung mit dem Einsatz der erfindungsgemäßen Anordnung im Kraftfahrzeugen, der aktuellen „punktgenauen Ventilstellung” des erfindungsgemäß angeordneten Regelventils an das Motorsteuergerät (TCU). Erfindungswesentlich ist auch, dass in der Gehäusewandung 9 des Aktuatorgehäuses 8 ein oder mehrere Kühlmitteleintritt/e 10 und ein oder mehrere Kühlmittelaustritt/e 11 mit zwischen diesen in der Gehäusewandung 9 des Aktuatorgehäuses 8 angeordneten Kühlkanälen 12 angeordnet sind, die eine optimale thermische Abschirmung bei gleichzeitiger Kühlung des Aktuatorgehäuseinnenraumes 14, und damit des im Gehäuseinnenraum angeordneten Aktuators 7, des hier in den 1 bis 3 dargestellten Schrittmotors gewährleisten. Wesentlich ist in diesem Zusammenhang, dass wie in der 2 dargestellt, der/die Kühlmitteleintritt/e 10 direkt mit dem, dem Stellventil 1 strömungseintrittsseitig, benachbarten Strömungsgehäuseinnenraum 17 und der/die Kühlmittelaustritt/e 11 separat mit dem Kühlmittelkreislauf verbunden ist/sind. Dadurch wird der Fertigungs-, Montage-, und Instandhaltungsaufwand bei Einsatz dieser erfindungsgemäßen Lösung zur Regelung von Kühlmittelvolumenströmen deutlich reduziert.
Kennzeichnend ist weiterhin, dass am Aktuatorgehäuse 8 ein ebenfalls mit Kühlkanälen 12 versehener Aktuatorgehäusedeckel 13 angeordnet ist, der die mit Kühlkanälen 12 versehene Gehäusewandung 9 gegenüber dem Aktuatorgehäuseinnenraum 14 wie auch gegenüber dem Außenraum 15 flüssigkeitsdicht verschließt, so dass die Kühlflüssigkeit weder in den Aktuatorgehäuseinnenraum 14 eintreten, noch in den Außenraum 15 austreten kann. Vorteilhaft ist auch, wenn am Strömungsgehäuse 2 ein Strömungsgehäusedeckel 20, mit einer zwischen dem Strömungsgehäuse 2 und dem Strömungsgehäusedeckel 20 angeordneten Deckeldichtung 21 angeordnet ist. Dadurch wird einerseits eine einfache und kostengünstige Montage und Instandhaltung des Stellventils 1 ermöglicht, und gleichzeitig eine zuverlässige Abdichtung zwischen dem Strömungsgehäuseinnenraum 17 und dem Außenraum 15 gewährleistet. Erfindungsgemäß ist, wie in den 1 bis 3 dargestellt, dass der elektrische Aktuator 7 im „trockenen” Aktuatorgehäuseinnenraum angeordnet ist. Diese erfindungsgemäße „trockene” Anordnung der Aktuatoren 7, der eingesetzten elektrischen Schrittmotore, in einem wassergekühlten Aktuatorgehäuse 8 bewirkt, selbst bei Einsatz von ungekapselten, sehr kostengünstig herstellbaren Schrittmotoren, einerseits eine hohe Alterungsbeständigkeit und Zuverlässigkeit, selbst unter Einwirkung von Wasser und/oder aggressiven Medien wie Kühlmittel, Scheibenwaschmittel, Hydrauliköl, Motorenöl, Kraftstoff, Kaltreiniger, Wachslöser, Konservierungsmittel, Blow by Gase und Ozon im Außenraum 15 des Aktuatorgehäuses 8, und zudem andererseits, dass gleichzeitig im Hochtemperaturbereich, d. h. bei Umgebungstemperaturen vom 120°C bis 950°C, die für elektrische Schrittmotore geltenden oberen Grenzwerte der Temperaturbelastung von maximal 120°C sicher und zuverlässig durch die erfindungsgemäße thermische Abschirmung bei gleichzeitiger Kühlung eingehalten werden können.
Die vorgestellte erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich dabei durch eine fertigungs- und montagetechnisch einfache, kostengünstige, den vorhandenen Bauraum optimal ausnutzende robuste Bauform aus, die unter Betriebsbedingungen stets eine hohe Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit gewährleistet und dabei zudem „standardisierbar” herstellbar ist. Vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang, wenn das wassergekühlte Aktuatorgehäuse 8 aus Aluminiumspritzguss hergestellt wird, dadurch ist eine kostengünstige allen Anforderungen des Hochtemperaturbetriebseinsatzes gerecht werdende kostengünstige Fertigung gewährleistet. Im KFZ-Bereich bietet der Einsatz von elektrischen Schrittmotoren zudem auch den Vorteil einer einfachen Rückkopplung (Rückmeldung über die aktuelle „Ventilstellung”), bspw. über den Elektroanschluss 22 des Aktuators 7 (Schrittmotors), zum Motorsteuergerät (TCU) des Kraftfahrzeuges, und ermöglicht zudem selbst nach einem „Stromausfall” eine „Fail-safe” Funktion, d. h. ein Folgeschäden vermeidendes „Weiterfunktionieren der von einem elektrischen Schrittmotor angesteuerten Ventilbaugruppe”. Hierfür sind im Stand der Technik spezielle Bauformen von elektrischen Schrittmotoren vorbeschrieben die über eine elektrische Rückstellung mittels eines Pufferkondensator verfügen, der so ausgelegt ist, dass er bei Stromausfall den Schrittmotor solange mit elektrischer Energie versorgt, bis dieser in seine Ausgangsposition zurückgefahren ist. In anderen Bauformen des Standes der Technik sind federnde Maschinenelemente (Spiralfedern, Schlingerfedern, Formfedern usw.) in den elektrischen Schrittmotoren derart integriert, dass nach einem Stromausfall diese „Schrittmotore” von den federnden Maschinenelementen in ihre Ausgangsstellung zurückgefahren werden. Vorteilhaft ist auch, wenn die Achse 16 des Stellventils 1 im Strömungsgehäuse 2 in Gleitlagern 18 gelagert ist. Dadurch kann eine zuverlässige, leichtgängige Betätigung des Stellventils 1 durch den Aktuator 7 gewährleistet werden. Kennzeichnend ist weiterhin, dass neben dem Betätigungselement 6 zwischen dem Stellventil 1 und dem Strömungsgehäuse 2 eine Flüssigkeitsdichtung 19 angeordnet ist, die eine reibungsarme Betätigung des Stellventils 1 durch den Aktuator 7 ermöglicht und gleichzeitig das Eindringen von zu regelndem, druckbeaufschlagtem Medium aus dem Strömungsgehäuseinnenraum 17 in den Aktuatorgehäuseinnenraum 14 vermeidet. Zusammenfassend bewirkt die erfindungsgemäße Lösung neben einem mechanischen Schutz bei trockener Lagerung des Aktuators gleichzeitig eine thermische Abschirmung des Aktuators (Hitzeschild gegen Hitze von außen) bei gleichzeitiger optimaler Wärmeabfuhr eventuell auftretender Eigenerwärmung des Aktuators (Wärme von innen). Mittels der erfindungsgemäßen Lösung ist es gelungen, eine Regelvorrichtung zur Betätigung eines einen fluiden Kühlmittelvolumenstrom regelnden Stellventils zu entwickeln, welches als Schieber-, Klappen-, Kugel-, Drehschieber-, Walzen-, Tellerventil o. ä. ausgebildet sein kann und der Steuerung oder Regelung von druckbeaufschlagten Medien, in unmittelbarer Nähe zu heißen Einbauräumen, d. h. in Verbindung mit Umgebungstemperaturen von über 120°C bis 950°C, so beispielsweise bei den Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen, z. B. in der Nähe der Turbolader, in der Nähe der Abgasanlage, oder auch im Bereich des Ölkreislaufes, wie aber auch in Verbindung mit industriellen Anwendungen, so beispielsweise in Stahlwerken, oder Gießereien, in Schmieden, in Härterein, in Sinteranlagen oder auch in Verbindung mit zu temperierenden Werkzeugen, unter ungünstigsten thermischen Randbedingungen einsetzbar ist, welche zudem eine sehr feinfühlige, Regelung mit hoher Regelgüte in Verbindung mit einer in Weg und Kraft exakt reproduzierbaren punktgenauen Rückmeldung der Ventileinstellung ohne zusätzliche Sensoren ermöglicht, sich dabei stets durch eine fertigungs- und montagetechnisch einfache, kostengünstige, den vorhandenen Bauraum optimal ausnutzende robuste Bauform auszeichnet, dabei stets eine hohe Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit bei hoher Alterungsbeständigkeit selbst unter Einwirkung aggressiven Medien gewährleistet, dabei gleichzeitig kostengünstig herstellbar ist, und den Einsatz von kostengünstigen nicht speziell für den Heißbereich konzipierten elektrischen/elektronischen Baugruppen ermöglicht, und die bei Einsatz zur Regelung von Kühlmittelvolumenströmen, mit nur geringem Zusatzaufwand eine im KFZ-Bereich erforderliche „Fail-safe” Funktion des zu regelnden Ventils bei Ausfall der Regelung zu gewährleisten vermag
Bezugszeichenliste

1: Stellventil
2: Strömungsgehäuse
3: Anschlussstutzen
4: Strömungseintritt
5: Strömungsaustritt
6: Betätigungselement
7: Aktuator
8: Aktuatorgehäuse
9: Gehäusewandung
10: Kühlmitteleintritt
11: Kühlmittelaustritt
12: Kühlkanal
13: Aktuatorgehäusedeckel
14: Aktuatorgehäuseinnenraum
15: Außenraum
16: Achse
17: Strömungsgehäuseinnenraum
18: Gleitlager
19: Flüssigdichtung
20: Strömungsgehäusedeckel
21: Deckeldichtung
22: Elektrosteckanschluss

Claims

Regelvorrichtung zur Betätigung eines einen fluiden Kühlmittelvolumenstrom regelnden Stellventils (1) mit einem vom Kühlmittelvolumenstrom durchströmten Strömungsgehäuse (2) mit am Strömungsgehäuse (2) angeordneten Anschlussstutzen (3), die entsprechend der vorgesehenen Strömungsrichtung im Strömungsgehäuse (2) entweder dem Strömungseintritt (4) oder dem Strömungsaustritt (5) dienen, wobei am Stellventil (1) ein Betätigungselement (6) angeordnet ist, welches aus dem Strömungsgehäuse (2) herausragt und gegenüber dem Strömungsgehäuse (2) flüssigkeitsdicht abgedichtet ist, so dass ein im flüssigkeitsfreien Raum außerhalb des Strömungsgehäuses (2) an diesem lagefixiert angeordneter elektrischer Aktuator (7) auf das am Stellventil (1) angeordnete Betätigungselement (6) einzuwirken vermag, dadurch gekennzeichnet, – dass an dem vom Kühlmittelvolumenstrom durchströmten Strömungsgehäuse (2) ein vom zu regelnden fluiden Kühlmittelvolumenstrom gekühltes Aktuatorgehäuse (8) angeordnet ist, in dem der Aktuator (7) trocken und lagepositioniert angeordnet ist, wobei in der Gehäusewandung (9) des Aktuatorgehäuses (8) ein oder mehrere Kühlmitteleintritt/e (10) und ein oder mehrere Kühlmittelaustritt/e (11), mit zwischen diesen in der Gehäusewandung (9) des Aktuatorgehäuses (8) angeordneten Kühlkanälen (12) so angeordnet sind, dass der/die Kühlmitteleintritt/e (10) direkt mit dem, dem Stellventil (1) strömungseintrittsseitig, benachbarten Strömungsgehäuseinnenraum (17) und der/die Kühlmittelaustritt/e (11) separat mit dem Kühlmittelkreislauf verbunden ist/sind, und – dass am Aktuatorgehäuse (8) ein Aktuatorgehäusedeckel (13) angeordnet ist, der die mit Kühlkanälen (12) versehene Gehäusewandung (9) gegenüber dem Aktuatorgehäuseinnenraum (14) wie auch gegenüber dem Außenraum (15) flüssigkeitsdicht verschließt.
Regelvorrichtung zur Betätigung eines Stellventils (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als elektrischer Aktuator (7) ein Schrittmotor eingesetzt wird.
Regelvorrichtung zur Betätigung eines Stellventils (1) nach Anspruch 1 und/oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Aktuatorgehäuse (8) aus Aluminiumspritzguss hergestellt ist.
Regelvorrichtung zur Betätigung eines Stellventils (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse (16) des Stellventils (1) im Strömungsgehäuse (2) in Gleitlagern (18) gelagert ist.
Regelvorrichtung zur Betätigung eines Stellventils (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass neben dem Betätigungselement (6) zwischen Stellventil (1) und Strömungsgehäuse (2) eine Flüssigkeitsdichtung (19) angeordnet ist.
Regelvorrichtung zur Betätigung eines Stellventils (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass am Strömungsgehäuse (2) ein Strömungsgehäusedeckel (20), mit einer zwischen dem Strömungsgehäuse (2) und dem Strömungsgehäusedeckel (20) angeordneten Deckeldichtung (21) angeordnet ist.