DE102016218924A1 - Tubular rotary valve to minimize hydraulic pressure losses in high-flow thermal management modules - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Drehschieber (1) für ein Thermomanagementmodul, das zum Leiten und/oder Verteilen von wärmeführenden Flüssigkeiten in einem Kraftfahrzeug ausgelegt ist, mit einem teilkugelförmigen Drehschieberkörper (2), wobei der Drehschieberkörper (2) auf seiner Mantelfläche (3) wenigstens eine Durchgangsöffnung (4) aufweist, um die Fluidversorgung von angeschlossenen Leitungen zu regeln, und mit einem den Drehschieberkörper (2) beweglich lagernden Gehäuse (5), wobei der Drehschieberkörper (2) von der Durchgangsöffnung (4) abgehend ein strömungsführendes Rohrteil (6) besitzt. Die Erfindung umfasst auch ein Thermomanagementmodul mit einem erfindungsgemäßen Drehschieber (1).The invention relates to a rotary valve (1) for a thermal management module, which is designed for conducting and / or distributing heat-conducting fluids in a motor vehicle, with a part-spherical rotary valve body (2), wherein the rotary valve body (2) on its lateral surface (3) at least one Through opening (4) to regulate the fluid supply of connected lines, and with a rotary valve body (2) movably overlapping housing (5), wherein the rotary valve body (2) of the passage opening (4) outgoing a flow-carrying pipe part (6) , The invention also includes a thermal management module with a rotary valve (1) according to the invention.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Drehschieber für ein Thermomanagementmodul/Wärmemanagementmodul, das zum Leiten und/oder Verteilen von wärmeführenden Flüssigkeiten in einem Kraftfahrzeug ausgelegt ist, mit einem teilkugelförmigen/kugelkalottenartigen Drehschieberkörper, wobei der Drehschieberkörper auf seiner Mantelfläche wenigstens eine Durchgangsöffnung, etwa nach Art eines Langlochs, eines runden, ovalen oder eckigen Lochs, aufweist, um die Fluidversorgung von angeschlossenen Leitungen zu regeln/steuern und mit einem den Drehschieberkörper beweglich lagernden Gehäuse. Ferner betrifft die Erfindung auch ein Thermomanagementmodul mit einem solchen Drehschieber.The present invention relates to a rotary valve for a thermal management module / thermal management module, which is designed for conducting and / or distribution of heat-conducting fluids in a motor vehicle, with a part-spherical / kugelkalottenartigen rotary valve body, wherein the rotary valve body on its lateral surface at least one through hole, such as a long hole , a round, oval or square hole, to regulate the fluid supply from connected lines / control and with the rotary valve body movably supported housing. Furthermore, the invention also relates to a thermal management module with such a rotary valve.
Wärmemanagementmodule bzw. Thermomanagementmodule sind Drehschiebereinheiten, welche in Verbrennungsmotoren im Kühlkreislauf bzw. Ölkreislauf eingesetzt werden und dort bedarfsgerecht den von einer Pumpe erzeugten Volumenstrom völlig oder teilweise abdrosseln bzw. an die relevanten Wärmequellen und -senken in Subkreisläufen verteilen. Hierbei sind Verbrennungsmotoren für Fahrzeuge, aber auch andere Anwendungen wie Flugzeuge, Landmaschinen, Stationäranwendungen etc. denkbar.Thermal management modules or thermal management modules are rotary slide units, which are used in internal combustion engines in the cooling circuit or oil circuit and where appropriate, completely or partially throttle the volume flow generated by a pump or distribute it to the relevant heat sources and sinks in sub-circuits. This internal combustion engines for vehicles, but also other applications such as aircraft, agricultural machinery, stationary applications, etc. conceivable.
Aus dem Stand der Technik sind diverse Ausführungsformen für Wärmemanagementmodule hinlänglich bekannt.Various embodiments of thermal management modules are well known in the art.
So offenbart bspw. die
Aus der
Aus der
Weitere Varianten eines Wärmemanagementmoduls sind bspw. aus der
Die aus dem Stand der Technik bisher bekannten Wärmemanagementmodule sind so aufgebaut, dass ein axial einfließender Volumenstrom, welcher, von der Wasserpumpe kommend den Zylinderkopf/Zylinderblock bereits passiert hat, im Inneren des Wärmemanagementmoduls zentral vereint wird und von dort aus über die zu schaltenden Ausgänge/Verbraucher anteilig abgeführt wird. Dabei wird der abfließende Volumenstrom, welcher speziell an den größeren Verbrauchern, wie bspw. einem Bypass oder einem Kühler, hohe Werte betragen kann, nicht wirklich geometrisch geführt. Dies hat zur Folge, dass das Fluid aus dem zentralen Raum im Inneren des Wärmemanagementmoduls heraus radial nach außen abfließt und dabei eine undefinierte Strömungsumlenkung und daraus resultierende Strömungsabrisse erfährt, welche speziell bei Vollöffnung der Ausgänge, insbesondere der Ausgänge für die großen Verbraucher, wie den Bypass und/oder den Kühler, mit großen Volumenstromwerten, zu unerwünscht hohen Druckverlusten führt.The heat management modules hitherto known from the prior art are constructed in such a way that an axially flowing volume flow, which has already passed the cylinder head / cylinder block from the water pump, is centrally combined in the interior of the heat management module and from there via the outputs to be switched. Consumers will be paid proportionately. In this case, the outflowing volume flow, which can be high, especially at the larger consumers, such as, for example, a bypass or a cooler, is not really performed geometrically. This has the consequence that the fluid flows out of the central space inside the thermal management module out radially outward and experiences an undefined flow deflection and resulting stalls, which especially at full opening of the outputs, especially the outputs for the large consumers, such as the bypass and / or the cooler, with large volume flow values, leads to undesirably high pressure losses.
Ein Großteil des Druckverlusts wird beim Ausströmen des Fluids aus dem Innenraum des Wärmemanagementmoduls durch die geöffneten Ausgänge in die Stutzen generiert.Much of the pressure loss is generated as the fluid flows out of the interior of the thermal management module through the open ports into the ports.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu vermeiden oder wenigstens zu mildern, und insbesondere ein Wärmemanagementmodul vorzusehen, welches die Druckverluste aufgrund von Umlenkung der Fluidströmungen auf ein Minimum reduziert.The object of the invention is to avoid or at least mitigate the disadvantages of the prior art, and in particular to provide a thermal management module which reduces the pressure losses due to deflection of the fluid flows to a minimum.
Die Aufgabe der Erfindung wird bei einem gattungsgemäßen Wärmemanagementmodul erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Drehschieberkörper von der Durchgangsöffnung abgehend ein strömungsführendes Rohrteil besitzt/aufweist. The object of the invention is achieved in a generic thermal management module according to the invention in that the rotary valve body has a flow-carrying pipe part outgoing from the passage opening / has.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend erläutert. Advantageous embodiments are claimed in the subclaims and are explained below.
So ist es von Vorteil, wenn das Gehäuse eine Fluidzuführöffnung besitzt. Über diese strömt der (axiale) Volumenstrom, welcher bspw. von der Wasserpumpe kommt, in den Drehschieber ein.Thus, it is advantageous if the housing has a fluid supply opening. About this flows of (axial) flow, which, for example, comes from the water pump, in the rotary valve.
Für die Volumenstromführung ist es von Vorteil, wenn das Rohrteil zur Fluidzuführöffnung führt und/oder dort gelagert ist. Dadurch wird der von der Fluidzuführöffnung kommende Fluidstrom mithilfe des Rohrteils zum entsprechenden Ausgang/Verbraucher geführt umgelenkt, wodurch es weitaus weniger ausgeprägt zu Strömungsabrissen kommt und der Druckverlust durch Umlenken des Fluidstroms minimiert werden kann.For the volume flow guide, it is advantageous if the pipe part leads to the fluid supply opening and / or is stored there. As a result, the fluid flow coming from the fluid feed opening is deflected by means of the tube part to the corresponding outlet / consumer, whereby the flow loss is much less pronounced and the pressure loss due to deflection of the fluid flow can be minimized.
Besonders strömungsfreundlich ist es, wenn das Rohrteil als Rohrbiegungsteil mit gleichmäßiger Krümmung ausgebildet ist. Dadurch wird die Fluidströmung besonders sanft umgelenkt, wodurch Strömungsabrisse aufgrund der Fluidstromumlenkung quasi vermieden werden können.It is particularly flow-friendly if the pipe part is designed as a pipe bending part with a uniform curvature. As a result, the fluid flow is deflected particularly gently, whereby stalls due to the fluid flow deflection can be virtually avoided.
Zur Abdichtung zwischen dem Gehäuse und dem Drehschieberkörper ist es von Vorteil, wenn im Bereich der Durchgangsöffnung eine Primärdichtung vorhanden/angeordnet ist. Dadurch werden das Gehäuse und der Drehschieberkörper gegen Fluidaustritt an ihrem Verbindungsbereich abgedichtet.For sealing between the housing and the rotary valve body, it is advantageous if a primary seal is present / arranged in the region of the passage opening. As a result, the housing and the rotary valve body are sealed against fluid leakage at their connection area.
Weiter von Vorteil ist es, wenn an einem der Fluidzuführöffnung zugewandten Ende des Rohrteils eine solche Geometrie vorhanden ist, das eine Strömungseinschnürung erzwungen ist. Insbesondere von Vorteil ist es hierbei, wenn die Geometrie nach Art einer Düse beschaffen ist. Durch eine solche düsenartige Ausführung des Rohrteils kann die Strömung sanft und stetig auf einen Durchmesser reduziert werden, den der Stutzen, welcher im weiteren Strömungsverlauf liegt, aufweist. Dadurch kann eine Druckverlustminderung erzeugt werden.It is also advantageous if such a geometry is present at one of the fluid supply opening facing the end of the pipe part, which is forced a flow constriction. It is particularly advantageous in this case if the geometry is designed in the manner of a nozzle. By such a nozzle-like design of the pipe part, the flow can be gently and steadily reduced to a diameter, which has the nozzle, which lies in the further course of flow. As a result, a pressure loss reduction can be generated.
Eine andere beispielhafte Ausführungsform sieht vor, dass das Rohrteil als ein Rohrbiegungsteil mit unregelmäßiger Krümmung ausgebildet ist. Ferner kann hier die Fluidzuführöffnung im Gehäuse auch außermittig, d.h. abweichend von der Drehachse des Drehschieberkörpers, angeordnet sein.Another exemplary embodiment provides that the tube part is designed as a pipe bending part with irregular curvature. Furthermore, here the fluid supply opening in the housing can also be off-centered, i. deviating from the axis of rotation of the rotary valve body, be arranged.
Die Erfindung betrifft auch ein Thermomanagementmodul mit einem erfindungsgemäßen Drehschieber.The invention also relates to a thermal management module with a rotary valve according to the invention.
Mit anderen Worten besteht die Erfindung darin, dass die Druckverlustminimierung über das Führen und vor allem das geführte Umlenken des Fluids aus dem Inneren des Wärmemanagementmoduls (Axialströmung) durch den geschalteten Ausgang hindurch (Radialströmung) in den Bereich eines Stutzens geschieht. Hierzu werden entsprechend gebogene, das Fluid führende Geometrien am Drehschieberkörper umgesetzt.In other words, the invention is that the pressure loss minimization on the guiding and especially the guided redirecting of the fluid from the interior of the thermal management module (axial flow) through the switched output (radial flow) in the area of a nozzle happens. For this purpose, corresponding curved, fluid-carrying geometries are implemented on the rotary valve body.
Man kann also sagen, dass die Erfindung umfasst, den Strömungspfad fortschreitend entlang der Strömung im Inneren des Wärmemanagementmoduls leicht zu bündeln (Düse), um die Strömung auf einen Strömungspfaddurchmesser zu bringen, auf welchem sie dann in einer 90°-Biegung innerhalb des Wärmemanagementmoduls bzw. des Drehschiebers bereits kontrolliert umgelenkt werden kann und dann bei Verlassen des Drehschieberbereichs bereits den korrekten Geschwindigkeitsvektor besitzt.It can therefore be said that the invention comprises easily bundling the flow path along the flow inside the thermal management module (nozzle) in order to bring the flow to a flow path diameter on which it is then deflected in a 90 ° bend within the thermal management module ., the rotary valve can already be deflected controlled and then already has the correct velocity vector when leaving the rotary valve area.
Ein solcher Drehschieber muss demnach aus einer düsenartigen Geometrie, welche im vorderen Bereich auch gleich die Aufgabe der Drehschieberverlagerung zum Wärmemanagementmodul-Gehäuse übernehmen kann, einem umlenkenden Rohrbereich, welcher für die Optimierung der Druckverluste verantwortlich ist, und einen das Rohrende umgebenden Bereich aufgebaut sein, der, wie bereits aus dem Stand der Technik bekannt, als umgebende Kugel/Teilkugel ausgeführt ist.Such a rotary valve must therefore be constructed of a nozzle-like geometry, which can also take over the task of the rotary valve shift to thermal management module housing in the front area, a deflecting pipe area, which is responsible for the optimization of the pressure losses, and an area surrounding the pipe end, the , as already known from the prior art, is designed as a surrounding ball / part ball.
Bedeutsam für die industrielle Umsetzung ist hier die Ausführung der Düse bzw. des Rohrteils mit umgebenden Kugelteil, welche beide zueinander positioniert und abschließend gefügt werden müssen, beispielsweise mittels Kunststoffschweißen.Significant for industrial implementation here is the execution of the nozzle or the pipe part with surrounding ball part, which both must be positioned to each other and finally joined, for example by means of plastic welding.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe von Figuren näher erläutert, in denen unterschiedliche Ausführungsformen dargestellt sind. Es zeigen:The invention will be explained in more detail with the aid of figures, in which different embodiments are shown. Show it:
Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.The figures are merely schematic in nature and are only for the understanding of the invention. The same elements are provided with the same reference numerals.
Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele können auch in anderen Ausführungsbeispielen realisiert werden. Sie sind also untereinander austauschbar.Features of the individual embodiments can also be realized in other embodiments. So they are interchangeable.
Der Drehschieberkörper
Ferner sind in der Figur noch zwei Primärdichtungen
Die
Anhand von
Jedoch kann die Schaltlogik sowie die Anzahl an vorhandenen Öffnungen im Gehäuse
Die hierin beschriebene Ausführungsform, bei der der Fluidstrom als eine Axialströmung in den Drehschieberkörper einströmt und als ein oder mehrere Radialströmung(en) aus diesem ausströmt, ist lediglich bespielhaft und für die Erfindung nicht einschränkend. So können beispielsweise die Strömungsrichtungen auch umgekehrt sein, d.h. der Fluidstrom strömt als Radialströmung in den Drehschieberkörper ein und als Axialströmung aus dem Drehschieberkörper aus.The embodiment described herein, in which the fluid flow as an axial flow flows into the rotary valve body and flows out of it as one or more radial flow (s), is merely illustrative and not restrictive of the invention. For example, the flow directions may be reversed, i. the fluid stream flows as a radial flow in the rotary valve body and as an axial flow from the rotary valve body.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Drehschieber rotary vane
- 22
- Drehschieberkörper Rotary valve body
- 33
- Mantelfläche lateral surface
- 44
- Durchgangsöffnung Through opening
- 55
- Gehäuse casing
- 66
- Rohrteil pipe part
- 77
- Stirnfläche face
- 88th
- Fluidzuführöffnung fluid supply
- 99
- Primärdichtung primary seal
- 1010
- Primärdichtung primary seal
- 1111
- radiale Durchgangsöffnung radial passage opening
- 1212
- radiale Durchgangsöffnung radial passage opening
- 1313
- Verteileröffnung distributor opening
- 1414
- Anschluss connection
- 1515
- kreuzartige Geometrie cruciform geometry
- 1616
- Einschnürungsbereich constricted
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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