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Gebiet der Erfindung
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Die heute existierenden Lösungen für Thermomanagementmodule sind für einfache Anwendungen, z.B. nur ein zu steuernder Kanal, oder Schaltbarkeit anstelle Regelbarkeit zu aufwendig und kostenintensiv. Derzeit existieren Einzeldrehschieberanwendungen auf dem Markt. Die Vakuumtechnik ist aussterbend, da zukünftig die Vakuumpumpen – die in der Hauptsache dazu dienen den Bremskraftverstärker mit Kraft zu versorgen – durch elektrische Lösungen ersetzt werden. Wachsmotoren sind als zu träge anzusehen. Eine einfach Anwendung zur Regelung eines Kanals kann durch eine Drehschieberanordnung erfolgen. Die Drehschieberanordnung dient zum Einstellen von mindestens einem Durchstroemungsquerschnitt, mittels eines Drehschiebers, der je nach Drehwinkelstellung mit jeweils einem an einem Gehäuse der Drehschieberanordnung ausgebildeten Zulauf und einem Ablauf für ein flüssiges Medium zusammenwirkt.
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Hintergrund der Erfindung
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Eine Drehschieberanordnung gemäß der vorgenannten Gattung ist aus der Druckschrift
DE 10 2008 030 771 A1 bekannt. Die Druckschrift offenbart eine elektromechanische Baugruppe zum Einstellen von mindestens einem Durchströmungsquerschnitt, mit einem Drehschieber, der mindestens ein drehbar gelagertes Querschnittsverstellglied aufweist, dem ein Stellmotor zugeordnet ist.
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Die elektromechanische Baugruppen der Eingangs genannten Art sind bekannt. Sie dienen zum Einstellen von einem oder mehreren Durchströmungsquerschnitten für ein flüssiges und/oder gasförmiges Medium. So werden sie beispielsweise bei einem mehrere Zweige aufweisenden Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine vorgesehen, um die Volumenströme der unterschiedlichen Zweige zu regeln. Dazu weist der Drehschieber in der Mantelfläche des Querschnittsverstellglieds in der Regel mindestens eine Durchströmungsöffnung auf, die je nach Drehwinkelstellung des Querschnittsverstellglieds mit einem an einem Gehäuse des Drehschiebers ausgebildeten Zu- und/oder Ablauf für das Medium zusammenwirkt. Je nach Drehwinkelstellung wird dabei ein Durchstroemungsquerschnitt durch Überschneidung der jeweiligen Durchströmungsöffnung mit dem Zu- oder Ablauf eingestellt.
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Im weiteren ist dem Querschnittsverstellglied eine Rückstellfeder zugeordnet ist, die das aus einer Ausgangsstellung heraus gedrehte Querschnittsverstellglied in die Ausgangsstellung zurückdrängt. Das Querschnittsverstellglied wird also mittels des Stellmotors aus der Ausgangsstellung herausgedreht, wobei beim Herausdrehen der Stellmotor gegen die Federkraft der Rückstellfeder arbeitet. Fällt die Stellkraft des Stellmotors weg, wird das Querschnittsverstellglied durch die gespannte Rückstellfeder in die Ausgangsstellung zurückgedrängt. Zweckmäßigerweise wird die Rückstellfeder derart dimensioniert beziehungsweise ausgelegt, dass ihre Federkraft ausreicht, den ausgefallenen Stellmotor zu verdrehen. Dadurch ist gewährleistet, dass auch bei einem Ausfall des Stellmotors das interne Verlustmoment des Stellmotors überwunden und das Querschnittsverstellglied in eine definierte Stellung, nämlich die Ausgangsstellung, gedreht wird.
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Stellmotoren sind im Allgemeinen teuer. Die Rückstellfeder, welche gegen einen Stellmotor arbeiten muss, muss relativ stark ausgeführt sein, d.h. unter Verwendung einer erhöhten Menge Federstahls. Diese Rückstellfeder verteuert, die Drehschieberanordnung zusätzlich.
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Aufgabe der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drehschieberanordnung bereitzustellen, die ebenfalls Volumenströme regelt jedoch bei gleicher Zuverlässigkeit, kostengünstiger herstellbar ist.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Drehwinkelverstellung indirekt über eine Hubkolbenpumpe erfolgt, welche mittels eines Schaltmagneten betätigt wird. Eine Hubkolbenpumpe besteht normalerweise aus einem Kolben, der in einem Zylinder läuft, kombiniert mit einer Zuleitung und einer Ableitung, die jeweils durch ein Einlass- und ein Auslassventil verschlossen sind. Im ersten Takt, beim Ansaugen, bewegt sich der Kolben vom Einlassventil weg so dass sich auf Grund des entstehenden Unterdrucks das Einlassventil öffnet und das Fördermedium vor den Kolben einströmt. Im zweiten Takt bewegt sich der Kolben in Richtung Ableitung und das Einlassventil schließt sich. Der Kolben drückt das geförderte Medium gegen das Auslassventil, dieses öffnet sich und das Fördermedium wird in eine Druckversorgungsleitung herausgedrückt. Der Kolben wird durch den daran angeschlossenen Schaltmagneten bewegt.
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Ein besonderer Vorteil dabei ist, dass das, für die Pumpe benötigte Arbeitsmedium, aus unmittelbaren Umgebung in Form von Kühlmedium zur Verfügung steht und der Schaltmagnet sehr viel kostengünstiger als ein Stellmotor ist, zudem wird nur eine geringe Menge Strom zur Bedienung des Schaltmagneten benötigt.
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Optional kann es sich bei der Pumpe um eine Schwingankerpumpe handeln, Schwingankerpumpen zeichnen sich durch einen in einer Bewegungsachse hin und her schwingenden Kolben aus, der wenigstens teilweise aus magnetischem oder magnetisierbarem Material besteht und über eine elektromagnetische Spule angetrieben wird.
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Der Kolben einer Schwingankerpumpe verdrängt beim Eintauchen in einen Zylinder ein darin befindliches Fluid, insbesondere Wasser. Beim Ausfahren aus dem Zylinder wird dieser über einen Kolben wieder mit Fluid bzw. Wasser befüllt, so dass zyklische Pumpvorgänge während der Oszillation des Pumpvorgangs erfolgen können. Der Vorteil dieser Anordnung ist ihre kompakte Bauweise, da die Ein- und Auslassventile, sowie der Kolben, bereits in die Pumpeneinheit integriert sind.
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Da beide Pumpenarten zur hydraulischen Druckbeaufschlagung des in der Druckversorgungsleitung gesammelten Fördermediums dienen, wird im folgenden nur noch der Begriff Pumpe gewählt, unter welchen sich die beiden o.g. Arten subsumieren.
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In Konkretisierung der Erfindung ist es vorgeschlagen, dass die Druckversorgungsleitung mit einem Wirkkolben verbunden ist, in welchem eine linear verfahrbare Kolbenstange gelagert ist. Auf Grund der Pumpbewegungen wird Fördermedium in die Druckversorgungsleitung gepumpt um im Weiteren die im Wirkkolben gelagerte Kolbenstange aus dem Wirkkolben zu drücken.
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Der Zusammenschluss aus:
- – Pumpe (Hubkolbenpumpe mit Schaltmagnet oder Schwingankerpumpe),
- – Einlass- und Auslassventil
- – Wirkkolben mit linear verfahrbare Kolbenstange und
- – eine die Pumpe und den Wirkkolben verbindenden Druckversorgungsleitung wird als Pumpenanordnung bezeichnet. Die Pumpenanordnung kann in einem Gehäuse als eine Baueinheit vormoniert werden. Diese Baueinheit ist ein externer Bestandteil der Drehschieberanordnung, so dass vorteilhafterweise eine Wartung der Pumpenanordnung möglich ist, ohne die ganze Drehschieberanordnung aus ihrer Umgebung ausbauen zu müssen.
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Im Weiteren weist der Drehschieber einen Drehschieberhebel auf. Der Drehschieberhebel ist senkrecht auf dem, als Kalotte ausgebildeten Drehschieber angeordnet. Innerhalb des Drehschieberhebels ist eine Aufnahme ausgebildet, in welchen ein an der Kolbenstange ausgebildeter Arm eingreifen kann. Beim Ausfahren der hydraulisch beaufschlagten Kolbenstange wird somit eine translatorische Bewegung in eine rotatorische umgewandelt, da die Kolbenstange mittels des Drehschieberhebels die Drehwinkelverstellung des Drehschiebers bewirkt.
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In Konkretisierung der Erfindung ist es vorgeschlagen, dass am Drehschieberhebel und/oder innerhalb des Wirkkolbens eine Rückstellfeder bzw. eine Failsafefeder angeordnet ist, damit bei einem Motorausfall oder einem defekt am Schaltmagneten, der Drehschieber in die Ausgangsposition (Offen) gedreht werden kann.
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Bei dem Ausführungsbeispiel, in welchem beide Federn zum Einsatz kommen, muss der hydraulische Druck durch die Pumpe ausreichend hoch sein, um gegen die jeweilig Federkraft der beiden Federn anzukommen. Auf Grund dessen, dass beide Federn in die gleiche Richtung wirken können anstelle einer starken Feder zwei dünne Federn gewählt werden. Aus Kostengründen oder Montagezwecken kann auch nur eine Feder verwendet werden. Vorzugsweise sollte dann ein Failsafefeder am Drehschieberhebel angebracht sein. Die als Torsionsfeder ausgebildet Failsafefeder sorgt dafür, dass wenn der hydraulische Druck auf die Kolbenstange abnimmt, sich die Torsionsfeder entspannt und zum einen den Drehwinkel so verändert, dass sich der Drehschieber wieder in seine Ausgangsposition verdreht und zum anderen die Kolbenstange zurück in den Wirkkolben schiebt. Die Ausgangsposition entspricht der Stellung Offen, so dass das flüssige Medium ungehindert durch den Zu- und Ablauf fließen kann, damit eine Kühlung der Aggregate gewährleistet ist.
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Diese Drehschieberanordnung kann alleine oder in Kombination mit einem Thermomanagementmodul verwendet werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Eine Ausführung der Erfindung ist in der einzigen Figur dargestellt, die nachfolgend detailliert beschrieben ist, wobei sich die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiel beschränkt. Die einzige Figur zeigt eine erfindungsgemäße Drehschieberanordnung.
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Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
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Die einzige Figur zeigt eine Drehschieberanordnung 1 zum Einstellen von mindestens einem Durchströmungsquerschnitt, mittels eines Drehschiebers 4, der je nach Drehwinkelstellung mit jeweils einem an einem Gehäuse 10 der Drehschieberanordnung 1 ausgebildeten Zulauf 11 und Ablauf 12 für ein flüssiges Medium, vorzugsweise Kühlwasser, zusammenwirkt. In diesem Ausführungsbeispiel erfolgt die Drehwinkelverstellung indirekt über eine Hubkolbenpumpe 16, welche mittels eines Schaltmagneten 2 betätigt wird. Der Schaltmagnet 2 benötigt lediglich eine Stromversorgung, die hier nicht dargestellt ist. Der bestromte Schaltmagnet 2 führt Pulsbewegungen aus, wodurch ein zumindest teilweise aus magnetischem Material bestehender Kolben, der mit dem Schaltmagneten 2 in Wirkkontakt steht, vor und zurück bewegt wird. Der Kolben verläuft in einem Zylinder, welcher radial mit einer Zuleitung 17 und axial mit einer Ableitung 18 verbunden ist, die jeweils durch ein Einlass- und ein Auslassventil 8, 9 verschlossen werden können. Im ersten Takt, beim Ansaugen, bewegt sich der Kolben vom Einlassventil 8 weg in Richtung des Schaltmagnetes 2, so dass sich auf Grund des entstehenden Unterdrucks das Einlassventil 8 öffnet und das Fördermedium vor dem Kolben einströmt. Im zweiten Takt bewegt sich der Kolben vom Schaltmagnet 2 weg und das Einlassventil 8 verschließt sich und der Kolben drückt das geförderte Medium gegen das Auslassventil 9, dieses öffnet sich und gibt den Weg zur Ableitung 18 frei. Im Weitern wird das Fördermedium in die sich anschließende Druckversorgungsleitung 15 gedrückt. Durch den pulsierenden Schaltmagnet 2 wird dieser Vorgang mehrfach wiederholt, so dass weiter Fördermedium in die Druckversorgungsleitung 15 gepumpt wird und sich der hydraulische Druck darin erhöht. Die Druckversorgungsleitung 15 mündet in einen Wirkkolben 13, in welchem eine linear verfahrbare Kolbenstange 3 gelagert ist. An der Kolbenstange 3 ist ein Arm 14 ausgebildet. Dieser Arm 14 greift in einen am Drehschieber 4 angeordneten Drehschieberhebel 5 ein. Der Drehschieberhebel 5 weist eine als Langloch ausgebildete Aufnahme auf, in welche der Arm 14 eingreifen kann. Wenn die Kolbenstange 3 mit hydraulischem Druck beaufschlagt wird, fährt diese aus dem Wirkkolben aus und betätigt den Drehschieberhebel 5. Wenn der Drehschieberhebel 5 betätigt wird verdreht sich der mit dem Drehschieberhebel 5 verbunden Drehschieber 4. Somit wird eine translatorische in eine rotatorische Bewegung umgewandelt. Durch Veränderung des Drehwinkels des Drehschiebers 4 wir der Fluidfluss zwischen dem Zulauf 11 und dem Ablauf 12 geschlossen. Der Durchfluss wird solange unterbrochen, wie die Kolbenstange 3 ausgefahren ist und den Drehschieberhebel 5 betätigt. Damit der Drehschieber 4 wieder in seine Grundstellung Offen zurückdrehen kann, muss die Kolbenstange 3 wieder in den Wirkkolben 13 absinken.
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Beim Anschalten des Motors sowie bei einem defekt in der Pumpenanordnung 19 (z.B. Ausfall des Schaltmagneten 2 oder eines Ventils 8, 9) muss sichergestellt sein, dass wenn nötig, das Kühlfluid zu den entsprechenden Aggregaten fließen kann. D.h. es muss möglich sein, dass der Drehschieber 4 in die Stellung Offen gelangen kann. Um dies sicher zu stellen, ist eine zusätzliche Failsafefeder 6 an den Drehschieberhebel 5 montiert. Bei der Failsafefeder 6 handelt es sich um eine Torsionsfeder. Beim Ausfahren der Kolbenstange 3 muss der hydraulische Druck im Wirkkolben 13 die Federkraft der Failsafefeder 6 überwinden, damit die Kolbenstange 3 ausfahren und den Drehschieberhebel 5 bewegen kann. Fällt der hydraulische Druck jedoch ab und wird somit kleiner als die Federkraft, sorgt die Failsafefeder 6 dafür, das sich der Drehschieber 4, mittels des Drehschieberhebels 5 wieder in die Grundstellung Offen bewegt, in dem sich die Torsionsfeder zusammenzieht. Das Verdrehen des Drehschieberhebels 5 sorgt dafür, dass auch die Kolbenstange 3 in ihre Ausgansposition zurück in den Wirkkolben 13 geschoben wird.
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Optional kann es auch vorgesehen sein, eine zweite Rückstellfeder 7 zu montieren und zwar innerhalb des Wirkkolbens 13. Diese Rückstellfeder 7 greift direkt an der Kolbenstange 3 an, sobald der hydraulische Druck im Wirkkolben 13 größer als die Federkraft der Rückstellfeder 7 ist, kann die Kolbenstange 3 ausfahren und die Rückstellfeder 7 wird gespannt. Bei einem Abfall des hydraulischen Druckes, entspannt sich die Rückstellfeder 7 und zieht dabei die Kolbenstange 3 zurück in den Wirkkolben 13. Was wiederum dazu führt, dass der mit der Kolbenstange 3 in Wirkkontakt stehende Drehschieber 4 zurück in seine Grundstellung Offen verdreht wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Drehschieberanordnung
- 2
- Schaltmagnet
- 3
- Kolbenstange
- 4
- Drehschieber
- 5
- Drehschieberhebel
- 6
- Failsafefeder
- 7
- Rückstellfeder
- 8
- Einlassventil
- 9
- Auslassventile
- 10
- Gehäuse
- 11
- Zulauf
- 12
- Ablauf
- 13
- Wirkkolben
- 14
- Arm
- 15
- Druckversorgungsleitung
- 16
- Pumpe
- 17
- Zuleitung
- 18
- Ableitung
- 19
- Pumpenanordnung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008030771 A1 [0002]
