DE102014211641B4

DE102014211641B4 - Wärmemanagementmodul mit Lageregelung des Drehschiebers

Info

Publication number: DE102014211641B4
Application number: DE102014211641.4A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Hurst; Michael Weiss
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2014-06-18
Filing date: 2014-06-18
Publication date: 2021-07-15
Anticipated expiration: 2034-06-19
Also published as: DE102014211641A1

Abstract

Verfahren zur Lageregelung eines Drehschiebers (4) eines Wärmemanagementmoduls als Kühlmittelverteil- und/oder Sperreinheit für den Antriebsstrang und/oder für die Brennkraftmaschine von Kraftfahrzeugen und/oder für Brennkraftmaschinen, wobei der Drehschieber (4) in einem Modulgehäuse (1) angeordnet und mit einer Drehschieberwelle (5) verbunden ist, die von einem Elektromotor angetrieben wird, und am Modulgehäuse (1) Fluidanschlüsse (A, E) und am Drehschieber (4) zumindest ein Steuerquerschnitt (7) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmemanagementmodul einen radialen Fluidanschluss (A) mit einem federbelasteten Dichtungsring (2) oder federbelasteten Dichtelementen aufweist, die mit einem Umfangsmantel des Drehschiebers (4) in Wirkverbindung stehen, und dass an dem Umfangsmantel des Drehschiebers (4) ein erhöhter Sektormantel (8) vorgesehen ist, wobei eine Stromaufnahme des Elektromotors überwacht wird und eine Erhöhung der Stromaufnahme als Positionserkennung des/der Endanschläge oder sonstiger gewünschter Schaltstellungen interpretiert wird und wobei eine sprunghafte Erhöhung (10) der Stromaufnahme durch den Elektromotor dem Beginn des Überfahrens des Dichtungsringes (2) oder Dichtelementes durch einen erhöhten Sektormantel (8) zugeordnet wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Wärmemanagementmodul und ein Verfahren zur Lageregelung des Drehschiebers eines Wärmemanagementmoduls als Kühlmittelverteil- und/oder Sperreinheit für den Antriebsstrang und/oder für die Brennkraftmaschine von Kraftfahrzeugen und/oder für Brennkraftmaschinen, wobei der Drehschieber in einem Modulgehäuse angeordnet und mit einer Drehschieberwelle verbunden ist, die von einem Elektromotor angetrieben wird, und wobei am Modulgehäuse Fluidanschlüsse und am Drehschieber zumindest ein Steuerquerschnitt vorgesehen sind.
Ein derartiges Managementmodul ist allgemein bekannt und wurde der Presse Anfang 2013 von der Anmelderin als Thermomanagement-Modul vorgestellt. Ein derartiges Modul wird in Verbindung mit dem Arbeitsmedium Kühlmittel im Kühlsystem oder mit Öl im Schmiersystem eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges oder den Getrieben eines Kraftfahrzeuges bzw. eines sonstigen Verbrennungsmotors eingesetzt. Es ist möglich, die Endlagen von Drehschieber-Arbeitsbereichen über eine Drehlagensensorik zu ermitteln und entsprechend anzufahren. Über diese voll ausgebildeten Sensoren kann der Drehschieber auch innerhalb seiner Endlagen auf jede beliebige Position gestellt werden. Solche Drehschieber-Sensor-Kombinationen eignen sich für Aufschaltlogiken von Hauptdrehschiebern. Bei Anwendungen, in denen ein Drehschieber lediglich zwei verschiedene Zustände schalten können muss, ist die vorgenannte Sensorik zu kostenaufwendig. Diese Drehschieber können einzeln oder auch in Kombination mit einem Hauptdrehschieber Bestandteil des Wärmemanagementmoduls sein.
Ein gattungsgemäßes Regelverfahren ist aus der US 4644909 A bekannt.
Eine sensorlose Positionserkennung eines von einem Elektromotor angetriebenen Verstellelements ist aus der EP 0099409 B1 und aus der DE 9100504 U1 bekannt.
Aufgabe der Erfindung ist, ein Wärmemanagementmodul der eingangs beschriebenen Gattung zu vereinfachen und ein Verfahren zu entwickeln, bei dem die Endlagen oder andere zu schaltende Schaltstellungen ohne die voll ausgebildete Lagesensorik möglich ist. Dies soll mit einfachen kostengünstigen Mitteln erfolgen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Stromaufnahme des Elektromotors überwacht wird und dass eine Erhöhung der Stromaufnahme als Positionserkennung des/der Anschläge oder sonstiger gewünschter Schaltstellungen interpretiert wird. Die Idee ist, über eine Änderung, insbesondere eine sprunghafte Änderung, der Stromaufnahme des antreibenden DC-Elektromotors die Endlagen oder andere zu stellende Positionen zu definieren. Es handelt sich dabei um ein indirektes Verfahren, bei dem das Managementmodul einen radialen Fluidanschluss mit einem federbelasteten Dichtungsring oder federbelasteten Dichtelementen aufweist, die mit dem Umfangsmantel des Drehschiebers in Wirkverbindung stehen. Dabei ist an dem Umfangsmantel des Drehschiebers ein erhöhter Sektormantel vorgesehen. Die sprunghafte Erhöhung der Stromaufnahme durch den Elektromotor am Beginn des Überfahrens des Dichtungsringes oder des Dichtelementes durch den erhöhten Sektormantel dient als Positionserkennung. Der erhöhte Sektormantel oder auch mehrere erhöhte Sektormäntel sind in Umfangsrichtung des Drehschiebers so positioniert, dass bei Überfahren durch eine Drehschieberdichtung ein Stromanstieg auf die gewünschte Position hinweist. Der Stromanstieg erfolgt deshalb, weil der durch zumindest ein Federelement vorgespannte Dichtungsring oder Dichtelement durch die sprungartige Drehschieberdurchmesservergrößerung weiter vorgespannt werden und dadurch ein höheres Drehmoment vom Elektromotor abverlangt wird, welches zu einer sprunghaften Erhöhung der Stromaufnahme führt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Lage der Stufe oder der Stufen des bzw. der erhöhten Sektormäntel in Umfangsrichtung einer gewünschten Schaltstellung zugeordnet wird.
Außerdem soll der Elektromotor nach sprunghafter Erhöhung der Stromaufnahme abgeschaltet und danach soweit zurück gefahren werden, bis der voreilende Rand des Dichtungsringes oder das voreilende Dichtelement den Umfangsmantel wieder erreicht hat. Gehört zu dem angefahrenen Schaltzustand ein Fluidanschluss, der dicht an einen Steuerquerschnitt am Drehschieber anschließen soll, so ist eine stufenlose Kontur am Drehschieber in Bezug auf den Dichtungsring oder das bzw. die Dichtelement(e) erforderlich. Um dies zu erreichen wird der Zeitpunkt des Stromanstieges in der Aufzeichnung des Motorstromes ermittelt und die Fahrstrecke, die über diesen Zeitpunkt hinaus erfolgt ist, wieder zurück gefahren, und zwar etwas mehr als dieser Stromanstieg vorgibt, um dann wieder vor dem Durchmessersprung zum Stehen zu kommen. Dann ist der Übergang zwischen dem Drehschieberumfangsmantel und der Dichtung wieder dichtend abgeschlossen.
In alternativer Ausgestaltung des Verfahrens wird vorgeschlagen, dass der Elektromotor nach sprunghafter Erhöhung der Stromaufnahme solange oder soweit weiter betrieben wird, bis der nacheilende Rand des Dichtungsringes oder das nacheilende Dichtelement den erhöhten Sektormantel erreicht hat. Dann ist der Drehschieber komplett über dem Ereignis auslösenden Durchmessersprung hinweg gedreht, so dass der Drehschieber definiert auf dem Sektormantel zum Liegen kommt und dort dicht geschlossen ist. Diesen Ausgestaltungen liegt eine Umdrehungsmessung an dem Elektromotor oder an einem schnell drehenden Getriebebauteil zugrunde, welche eine definierte Winkelstrecke über die Anzahl von z.B. Motorumdrehungen weiterführt oder zurücklegt.
Stellt die gewünschte anzufahrende Schaltstellung eine offene/undichte Position zwischen dem Drehschiebermantel und dem Fluidanschluss dar, so kann ein definiertes Vorwärts- bzw. Rückwärtsdrehen entfallen, da der Dichtungsring oder die Dichtelemente nicht glatt am Drehschieber anliegen müssen.
Es sei noch darauf hingewiesen, dass ein Drehschieber zur Durchführung des Verfahrens einen Umfangsmantel aufweist, an dem der erhöhte Sektormantel angeformt ist. Bei einem aus Kunststoff hergestellten Drehschieber ist dies in einfacher Weise durch eine Ausnehmung in der Gießform/Druckform möglich.
Die Erfindung ist in den Zeichnungen beschrieben:

• 1 zeigt einen Längsschnitt durch ein Wärmemanagementmodul mit einem Drehschieber und Fluidanschlüssen,
• 2 zeigt einen Schnitt durch ein Modulgehäuse und den Drehschieber entsprechend der Linie X-X in 1,
• 3 zeigt einen Schnitt durch das Modulgehäuse und den Drehschieber gemäß der Linie X-X in 1 mit gegenüber 2 verdrehtem Drehschieber und
• 4 zeigt ein Diagramm, bei dem über der Drehschieberposition die Stromaufnahme des Elektromotors aufgetragen ist.

In den 1 bis 4 ist, soweit im Einzelnen dargestellt, mit 1 ein Modulgehäuse bezeichnet, an dem Fluidanschlüsse E und A angebaut sind. Bei dem Fluidanschluss E handelt es sich um einen Eingang in das Wärmemanagementmodul und bei dem Fluidanschluss A um einen Ausgang aus dem Modulgehäuse 1. An dem Fluidanschluss A ist ein Dichtungsring 2 eingebaut, der von einem Federelement 3 in Richtung zu einem innerhalb des Modulgehäuses 1 angeordneten Drehschieber 4 belastet ist. Der Drehschieber 4 ist an einer Drehschieberwelle 5 befestigt, die zu einem Antriebsgehäuse 6 führt, in dem, nicht dargestellt, ein Getriebe eingebaut und ein Elektromotor an- oder eingebaut ist. Der Drehschieber 4 weist einen Steuerquerschnitt 7 auf, der das Innere des Drehschiebers 4 bei passender Drehstellung mit dem Fluidanschluss A verbindet, so dass, wie in 2 dargestellt, ein freier Durchgang möglich ist, der über den Dichtungsring 2 dichtend verschlossen ist. Am Umfangsmantel des Drehschiebers 4 ist ein mit 8 bezeichneter erhöhter Sektormantel vorgesehen, der vorzugsweise die komplette Breite des Umfangsmantels des Drehschiebers 4 einnimmt. Der erhöhte Sektormantel weist an beiden Enden je eine Stufe 9 auf. Wird der Drehschieber 4 gemäß 2 im Uhrzeigersinne verdreht, so gelangt die Stufe 9 an den Rand des Dichtungsringes 2 (siehe 3), so dass ein erhöhter Drehmomentbedarf erforderlich ist, um den Dichtungsring 2 in Richtung des Federelements 3 zu bewegen, damit ein Weiterdrehen des Drehschiebers 4 möglich ist. Dies führt zu einem in 4 dargestellten sprunghaften Anstieg der Stromaufnahme am Elektromotor. Die sprunghafte Erhöhung im Diagramm von 4 ist mit 10 bezeichnet.
Bezugszeichenliste

1): Modulgehäuse
2): Dichtring
3): Federelement
4): Drehschieber
5): Drehschieberwelle
6): Antriebsgehäuse
7): Steuerquerschnitt
8): erhöhter Sektormantel
9): Stufe
10): sprunghafte Erhöhung der Stromaufnahme

Claims

Verfahren zur Lageregelung eines Drehschiebers (4) eines Wärmemanagementmoduls als Kühlmittelverteil- und/oder Sperreinheit für den Antriebsstrang und/oder für die Brennkraftmaschine von Kraftfahrzeugen und/oder für Brennkraftmaschinen, wobei der Drehschieber (4) in einem Modulgehäuse (1) angeordnet und mit einer Drehschieberwelle (5) verbunden ist, die von einem Elektromotor angetrieben wird, und am Modulgehäuse (1) Fluidanschlüsse (A, E) und am Drehschieber (4) zumindest ein Steuerquerschnitt (7) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmemanagementmodul einen radialen Fluidanschluss (A) mit einem federbelasteten Dichtungsring (2) oder federbelasteten Dichtelementen aufweist, die mit einem Umfangsmantel des Drehschiebers (4) in Wirkverbindung stehen, und dass an dem Umfangsmantel des Drehschiebers (4) ein erhöhter Sektormantel (8) vorgesehen ist, wobei eine Stromaufnahme des Elektromotors überwacht wird und eine Erhöhung der Stromaufnahme als Positionserkennung des/der Endanschläge oder sonstiger gewünschter Schaltstellungen interpretiert wird und wobei eine sprunghafte Erhöhung (10) der Stromaufnahme durch den Elektromotor dem Beginn des Überfahrens des Dichtungsringes (2) oder Dichtelementes durch einen erhöhten Sektormantel (8) zugeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage einer Stufe (9) des erhöhten Sektormantels (8) in Umfangsrichtung einer gewünschten Schaltstellung des Drehschiebers (4) zugeordnet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor nach sprunghafter Erhöhung (10) der Stromaufnahme abgeschaltet wird und danach soweit zurückgefahren wird, bis ein voreilender Rand des Dichtungsringes (2) oder des Dichtelementes den Umfangsmantel wieder erreicht hat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor nach sprunghafter Erhöhung (10) der Stromaufnahme solange oder soweit weiter betrieben wird, bis ein nacheilender Rand des Dichtungsringes (2) oder des Dichtelementes den erhöhten Sektormantel (8) erreicht hat.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Elektromotor oder an einem schnelldrehenden Getriebebauteil zwischen Elektromotor und Drehschieber (4) eine Umdrehungsmesseinrichtung angebaut ist und dass die Anzahl der Umdrehungen und/oder die zurückgelegte Zeit ab der sprunghaften Erhöhung (10) der Stromaufnahme als Maß für das Zurückfahren oder Weiterfahren genutzt wird.
Drehschieber zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erhöhte Sektormantel (8) am Umfangsmantel des Drehschiebers (4) angeformt ist.