DE102016112235A1

DE102016112235A1 - Vorrichtung zur Regelung des Kühlmittelstroms bei Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE102016112235A1
Application number: DE102016112235.1A
Authority: DE
Inventors: Thomas Geffert; Frank Blum
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2016-07-05
Filing date: 2016-07-05
Publication date: 2018-01-11
Also published as: JP2018003843A; KR101980968B1; JP6482607B2; CN107575296A; US20180010509A1; KR20180005137A; CN107575296B; US11162409B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung des Kühlmittelstroms, insbesondere für Brennkraftmaschinen bei Kraftfahrzeugen, mittels eines in einer Ventilvorrichtung (8) zum Öffnen bzw. Schliessen bzw. Teilöffnen bewegbaren Ventilkörpers, wobei der in einer Durchflussöffnung anordenbare Ventilkörper zur Volumenregulierung des Kühlmittelstroms mit einem Bremssystem (1, 2, 3, 4; 11, 12, 13, 14; 21, 22, 23, 24, 25) verbindbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung des Kühlmittelstroms, insbesondere für Brennkraftmaschinen bei Kraftfahrzeugen, mittels eines in einer Ventilvorrichtung bewegbaren Ventilkörpers.
Üblicherweise wird bei Brennkraftmaschinen die Kühlung durch Regelung des Kühlmittelstroms ausgeführt. Die wohl am weitesten verbreitete Regelung erfolgt über thermostatisch gesteuerte Regelventile. Diese lassen in aller Regel nur eine Auf-/Zu-Regelung zu. Eine feinfühligere, den jeweiligen Betriebsbedingungen angepasste Regelung ist mit solchen Ventilkonstruktionen nur mit relativ großem Aufwand machbar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine feinfühligere, möglichst beliebige Kühlmittelstrom-Volumina zulassende, einfach aufgebaute und betriebssichere Vorrichtung zur Regelung des Kühlmittelstroms, vorzugsweise in Brennkraftmaschinen anzubieten.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, dass der bewegbare Ventilkörper einer Ventilvorrichtung zur Durchflussregulierung des Kühlmittelstroms mit einem Bremssystem verbindbar ist.
Bremssysteme, z.B. sogenannte Trommelbremssysteme sind aus dem Stand der Technik in beliebiger Vielzahl bekannt. So zeigt und beschreibt z.B. das Dokument FR 1 331 479 eine Trommelbrems-Anordnung, bei der eine von einem Elektromotor angetriebene Maschine über eine elektromagnetische Vorrichtung abbremsbar ist. Dabei weist die elektromagnetische Vorrichtung eine Bremstrommel, eine mit dieser zusammenwirkende Bremsscheibe und zwei ferromagnetische Systeme auf, die unter der Wirkung von Blattfedern miteinander gekoppelt sind.
Die DE 1 227 287 offenbart eine elektromagnetisch steuerbare Innenbacken-Trommelbremse mit einem ringförmigen Magnetkörper und mehreren, mit diesem Magnetkörper zusammenwirkenden, die Bremselemente tragenden Magnetankern. Diese Magnetanker werden bei entregtem Magnetkörper durch die Kraft von Federn gegen die Bremstrommel gepresst.
In Dokument US 4 029 159 ist eine Bremsvorrichtung für handbetätigte Elektrogeräte mit rotierenden Werkzeugen offenbart. Dabei werden über mit einer elektromagnetischen Spule in Eingriff stehende Nocken gegen eine Bremstrommel oder von ihr weggepresst.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform für ein solches nach der Erfindung aufgebautes Bremssystem in der Anwendung und Regelung des Kühlmittelstroms in einer Ventilvorrichtung ist der Ventilkörper auf einer Achse des Bremssystems in der Ventilvorrichtung drehbar zum Schließen und/oder Öffnen bzw. Teilöffnen mindestens einer Durchflussöffnung für ein Kühlmittel angeordnet. Alternativ denkbar ist es, den Ventilkörper verschiebbar in einer Durchflussöffnung einer Ventilvorrichtung anzuordnen.
Vorzugsweise ist das Bremssystem zur Regelung des Kühlmittelstroms elektro-magnetisch betätigbar. Dazu kann zwischen Rotor und Stator des elektro-magnetisch betätigbaren Bremssystems mindestens ein unter Magnetwirkung bewegbar angeordnetes Bremselement vorgesehen sein. Vorzugsweise sind es in einer einfachen Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes zwei gegeneinander schwenkbeweglich aufgehängte Bremselemente, die Rotor bzw. Stator weitgehend umschließen. Die Bremselemente werden durch Erregung des Magnetsystems zur Positionierung des Ventilkörpers in Bremswirkung gebracht und diese Bremswirkung wirkt direkt bzw. indirekt auf die Positionierung des Ventilkörpers in Bezug auf die Durchflussöffnung und hält diesen vorzugsweise in jeder beliebigen Stellung in der Durchflussöffnung der Ventilvorrichtung, so dass der Volumenstrom an Kühlflüssigkeit von maximaler Öffnungsstellung (Bremssystem ohne Einwirkung auf den Ventilkörper) bis in Schließstellung und in jede Zwischenstellung gebracht werden kann. In der Schließstellung wird das Kühlmittel ausschließlich über den Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine geführt. In der maximalen Öffnungsstellung bzw. in Teil-Öffnungsstellungen des Ventilkörpers wird das Kühlmittel über die zusätzlich angeordneten Kühlvorrichtungen zur Kühlung des Kühlmittels geleitet. In den Zwischenstellungen = Teil-Öffnungsstellungen wird entsprechend lediglich ein mehr oder weniger großer Volumenstrom an Kühlflüssigkeit über die zusätzlich angeordneten Kühlvorrichtungen geführt.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung des Erfindungsgegenstands kann das Bremssystem ein mit dem Ventilkörper verbindbarer Rotationskörper sein, an dessen äußerem Umfang mittels eines Hubmagnets verschwenkbare Bremselemente angeordnet sind.
Alternativ kann ein mit dem Ventilkörper zu dessen Verstellung verbindbarer Rotationskörper mit mindestens einem bewegbaren Bremselement versehen sein, wobei das Bremselement über ein Verstellgetriebe verstellbar ist. Das Verstellgetriebe kann dabei durch ein über einen elektrischen Aktuator direkt oder indirekt angetriebenes Schneckenrad angetrieben werden, das über eine Stirnverzahnung mit dem Rotor für die Verstellung des Ventilkörpers in Eingriff steht.
Zur Sicherstellung der Kühlung und zur Verhinderung von Schäden an der Brennkraftmaschine bei einem Ausfall von Funktionen z.B. im elektrischen System des Fahrzeuges ist es in jedem Fall zweckmäßig, die Bremselemente des Bremssystems z.B. bei Stromausfall unter Wirkung eines Federelements in Nicht-Bremstellung zu bringen, in der der Ventilkörper den Kühlmittelstrom komplett freigibt, um Überhitzung in der Brennkraftmaschine zu vermeiden.
Vorzugsweise wird ein mit den vorstehend beschriebenen Merkmalen aufgebautes Regelungssystem für die Regelung des Kühlmittelstroms bei Brennkraftmaschinen für Kraftfahrzeuge eingesetzt.
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der erfinderischen Lösung bei einer Vorrichtung zur Regelung des Kühlmittelstroms bei Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von mehreren Ausführungsalternativen sowie anhand der schematischen Darstellungen dazu in der Zeichnung. Die beschriebenen Merkmale und Merkmalskombinationen, wie nachfolgend in den Figuren der Zeichnung gezeigt, und die anhand der Zeichnung beschriebenen Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder auch in Alleinstellung verwendbar, ohne dass damit der Rahmen der Erfindung verlassen wird.
Es zeigt:
1 ein Bremssystem nach der Erfindung in einer ersten Variante;
2 Details des Bremssystems in der ersten Variante;
3 Bremselemente, wie sie z.B. beim Bremssystem der ersten Variante Anwendung finden;
4 die Anordnung der Bremselemente im Bremssystem nach den 1–3;
5 und 6 eine zweite Variante eines Bremssystems nach der Erfindung;
7 eine Variante des Bremssystems nach der Erfindung mit Antrieb der Bremselemente über einen auf diese einwirkenden Hubmagneten;
8 eine Explosionsdarstellung eines Bremssystems in einer weiteren Variante mit Antrieb über ein Verstellgetriebe;
9 den Antrieb nach 8 im zusammengebauten Zustand und
10 den Antrieb nach den 8 bzw. 9 im Zusammenbau mit der Ventilvorrichtung.
In den 1–4 ist ein Bremssystem nach der Erfindung gezeigt, bei dem zwischen einem Rotor 1 und einem magnetischen Stator 2 Bremselemente 3 schwenkbeweglich angeordnet sind. Die Bremselemente 3 sind über Drehpunkte 4 schwenkbeweglich gelagert, so dass sie von einer Nicht-Bremswirk-Stellung bei Erregung des Magnetsystems in eine Bremswirk-Stellung gebracht werden können. Unter dieser Bremswirkung wird der mit dem Bremssystem in Verbindung stehende Ventilkörper (nicht gezeigt) in jeder beliebigen Position in der Durchflussöffnung der Ventilvorrichtung (hier nicht gezeigt) festgehalten. Damit kann der Kühlmittelstrom feinfühlig reguliert werden.
2 zeigt in einer perspektivischen Darstellung die Anordnung der Bremselemente 3 in Bezug auf Rotor 1 und Stator 2. In 3 sind die Bremselemente 3 separat dargestellt. 4 zeigt die Anordnung der Bremselemente 3 gegenüber dem Stator 2.
Die in den 5 und 6 dargestellte Variante des Bremssystems nach der Erfindung unterscheidet sich vom System nach den 1–4 lediglich darin, dass ein Rotor 11 einen magnetischen Stator 12 außen ringsumlaufend umschließt. Zwischen Rotor 11 und Stator 12 sind wiederum Bremselemente 13 angeordnet, die unter Magnetwirkung in eine Bremsfunktion gebracht werden können. Dabei verschwenken sie unter der Magnetwirkung um die Drehpunkte 14, in denen sie schwenkbeweglich aufgehängt sind.
Die Funktion des Bremssystems nach den 5 bzw. 6 entspricht im Wesentlichen der Funktion, wie sie vorstehend anhand der 1–4 bereits beschrieben worden ist.
Eine weitere alternative Ausgestaltung eines Bremssystems nach der Erfindung ist in der 7 schematisch gezeigt. Dabei sind nur die für die Funktion des Bremssystems wesentlichen Komponenten dargestellt. Mit 21 ist ein Rotationselement bezeichnet, mit dem ein Ventilkörper zur Durchflussregulierung von Kühlflüssigkeit gekoppelt ist. Das Rotationselement 21 ist umschlossen von Bremselementen 22, die in Drehpunkten 23 bzw. 24 gegen das Rotationselement 21 zur Erzeugung einer Bremswirkung schwenkbeweglich gelagert sind. Die Schwenkbewegung wird in diesem Ausführungsbeispiel mittels eines Hubmagnets 25 ausgeführt, über den die Bremselemente 22 bis zum pressenden Anliegen an das Rotationselement 21 verschwenkbar sind.
8 zeigt in Explosionsdarstellung eine weitere alternative Ausgestaltung eines Bremssystems zur Regelung des Kühlmittelstroms in einer Ventilvorrichtung. Der zusammengebaute Zustand dieser Erfindungsalternative ist in den 9 bzw. 10 dargestellt. Das Bremssystem nach den 8–10 ist aufgebaut aus einem Aktuator = Motor 5, mit dem ein Schneckenrad 6 direkt oder indirekt angetrieben werden kann. Das Schneckenrad 6 treibt ein Zahnrad 7 mit Stirnverzahnung in einem Bremssystem in der Ausgestaltung entsprechend der vorstehend beschriebenen Konstruktionen anhand der 1–7 an, um in einer Ventilvorrichtung 8 einen Ventilkörper (nicht dargestellt) durch Verdrehen bzw. Verschieben von einer Öffnungs- in eine Schließposition bzw. in beliebige Positionen dazwischen bringen zu können. Das Bremssystem ist aufgebaut aus den schwenkbeweglichen Bremselementen 3, 13 bzw. 22, die in Drehpunkten 4 schwenkbeweglich gelagert sind, einem Stator 2 und einem Rotor 1 eines elektro-magnetischen Systems. Diese Bauteile sind eingebaut in ein Bremssystemgehäuse 9. In diesem Zusammenbauzustand wird das Bremssystem an die Ventilvorrichtung 8 zur Verstellung des Ventilkörpers – im gezeigten Ausführungsbeispiel über die Achse 10 des Rotors 1 – angebaut.
Lediglich in 9 darstellt, aber in entsprechender Weise auch für die Funktion der insgesamt in den 1 bis 10 gezeigten und beschriebenen Bremssysteme in dieser bzw. in abgewandelter Form erforderlich, ist die Anordnung einer Rückstellfeder 15, die an den freien Enden der Bremselemente (3, 13, 22) jeweils angreift, um diese unter Verschwenken um die Drehpunkte (4, 14, 23, 24) aus einer unter Magneteinwirkung in Bremsposition verschwenkten Stellung in die Nicht-Bremsstellung zurückzubringen. Die Rückstellfeder 15 ist aufgehängt an einem Trageösen 16 bzw. 17.
Ebenfalls nur in 9 dargestellt, aber sinnvollerweise bei allen anderen Ausführungen des Bremssystems nach der Erfindung ebenfalls angewendet, ist eine Sicherheitsfeder 18, mit der z.B. bei einem Stromausfall oder einer sonstigen Fehlfunktion des Systems die Bremselemente 3, 13, 22 in Nicht-Bremsstellung gebracht werden, bei der der Ventilkörper komplett in Offenstellung mit maximalem Durchfluss an Kühlflüssigkeit steht. Damit ist ein Schaden an der Brennkraftmaschine durch Überhitzung vermeidbar.
Bezugszeichenliste

1: Rotor
2: Stator
3: Bremselement
4: Drehpunkt
5: Aktuator / Motor
6: Schneckenrad
7: Zahnrad
8: Ventilvorrichtung
9: Bremssystemgehäuse
10: Achse
11: Rotor
12: Stator
13: Bremselement
14: Drehpunkt
15: Rückstellfeder
16: Trageöse
17: Trageöse
18: Sicherheitsfeder
21: Rotationselement
22: Bremselement
23, 24: Drehpunkt
25: Haltemagnet

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

FR 1331479 [0005]
DE 1227287 [0006]
US 4029159 [0007]

Claims

Vorrichtung zur Regelung des Kühlmittelstroms , insbesondere für Brennkraftmaschinen bei Kraftfahrzeugen, mittels eines in einer Ventilvorrichtung (8) bewegbaren Ventilkörpers, dadurch gekennzeichnet, dass der in mindestens einer Durchflussöffnung einer Ventilvorrichtung anordenbare Ventilkörper zur Volumenregulierung des Kühlmittelstroms mit einem Bremssystem (1, 2, 3, 4; 11, 12, 13, 14; 21, 22, 23, 24, 25) verbindbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper auf einer Achse (10) des Bremssystems (1, 2, 3, 4; 11, 12, 13, 14; 21, 22, 23, 24, 25) drehbar in der Ventilvorrichtung (8) bzw. im Bremssystemgehäuse (9) anordenbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper über eine Achse (10) des Bremssystems (1, 2, 3, 4; 11, 12, 13, 14; 21, 22, 23, 24, 25) verschiebbar in der Ventilvorrichtung (8) bzw. im Bremssystemgehäuse (9) anordenbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bremssystem (1, 2, 3, 4; 11, 12, 13, 14; 21, 22, 23, 24, 25) elektro-magnetisch betätigbar ausgeführt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Rotor (1, 11, 21) und Stator (2, 12) des elektro-magnetischen Bremssystems (1, 2, 3, 4; 11, 12, 13, 14; 21, 22, 23, 24, 25) mindestens ein unter Magneteinwirkung bewegbares Bremselement (3, 13, 22) anordenbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das bzw. die Bremselement(e) (3, 13, 22) durch Erregung des Magnetsystems zur Positionseinstellung des Ventilkörpers in Bremswirkung bringbar ist/sind.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bremssystem (1, 2, 3, 4; 11, 12, 13, 14; 21, 22, 23, 24, 25) ein mit dem Ventilkörper verbindbares Rotationselement (21) aufweist, an dessen äußerem Umfang mittels eines Haltemagnets (25) verschwenkbare Bremselemente (22) zur Erzeugung einer Bremswirkung anlegbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit dem Ventilkörper zu dessen Verstellung verbindbarer, mit mindestens einem bewegbaren Bremselement versehenes Rotationselement (1) über ein Verstellgetriebe (6, 7) verstellbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionseinstellung des Ventilkörpers über ein mit diesem verbindbares Zahnrad (7) erfolgt, das über einen Aktuator/Motor (5) über ein direkt oder indirekt angetriebenes Schneckenrad (6) antreibbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den freien Enden (Trageöse 16, 17) der verschwenkbar angeordneten Bremselemente (3, 13, 22) eine Rückstellfeder (15) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das bzw. die Bremselemente (3, 13, 22) unter Wirkung einer Sicherheitsfeder (18) z.B. bei einem Stromausfall in eine Nicht-Bremsstellung bringbar sind, in der der Ventilkörper den maximalen Kühlmitteldurchfluss freigibt.
Vorrichtung zur Regelung des Kühlmittelstroms mittels eines bewegbaren Ventilkörpers in einer Ventilvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der bewegbare Ventilkörper in mindestens einer Durchflussöffnung der Ventilvorrichtung für eine Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug anwendbar ist.