DE102018120858A1 - Control valve for a thermal management module - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Steuerventil (1) für ein Wärmemanagementmodul (2) eines Kraftfahrzeugs (3), aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:- einen Ventilteller (4) zum dichtenden Aufsitzen auf einem Ventilsitz (5) in einer Geschlossenstellung;- einen Ventilschaft (6) mit einer axialen Erstreckung, wobei der Ventilschaft (6) mit dem Ventilteller (4) verbunden ist;- ein Schaftlager (7) mit einer Lagerfläche (8), in welchem der Ventilschaft (6) geführt von der Lagerfläche (8) axial bewegbar gelagert ist; und- eine Rückholenergiespeicher (9) zum Aufbringen einer Axialkraft (10), welche den Ventilteller (4) in einer ersten Normalstellung (11) hält;- eine Hubmagnetspule (12) zum, unter Bestromung, Erzeugen einer Magnetkraft (13), mittels welcher der Ventilteller (4) ansteuerbar aus der ersten Normalstellung (11) herausführbar ist. Das Steuerventil (1) ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin ein Permanentmagnet (14) zum dauerhaften Erzeugen einer Permanentkraft (15) vorgesehen ist, wobei der Ventilteller (4) mittels der Permanentkraft (15) in einer zweiten Normalstellung (16) haltbar ist.Hier ist ein kostengünstiges und zuverlässiges Steuerventil vorgeschlagen, welches in ein Kraftfahrzeug einfach einbindbar ist und im Betrieb insgesamt wenig elektrische Energie benötigt.The invention relates to a control valve (1) for a heat management module (2) of a motor vehicle (3), comprising at least the following components: - a valve plate (4) for sealingly seated on a valve seat (5) in a closed position; - a valve stem (6 ) with an axial extension, the valve stem (6) being connected to the valve plate (4); - a stem bearing (7) with a bearing surface (8) in which the valve stem (6) is axially movable guided by the bearing surface (8) is stored; and - a return energy store (9) for applying an axial force (10), which holds the valve disk (4) in a first normal position (11); - a solenoid coil (12) for generating a magnetic force (13) by energization, by means of which the valve disk (4) can be driven out of the first normal position (11). The control valve (1) is primarily characterized in that a permanent magnet (14) is also provided for the permanent generation of a permanent force (15), the valve disk (4) being stable in a second normal position (16) by means of the permanent force (15) A cost-effective and reliable control valve is proposed here, which can be easily integrated into a motor vehicle and requires little electrical energy during operation.
Description
Die Erfindung betrifft ein Steuerventil für ein Kraftfahrzeug, sowie ein Wärmemanagementmodul mit einem solchen Steuerventil für ein Kraftfahrzeug.The invention relates to a control valve for a motor vehicle, and a heat management module with such a control valve for a motor vehicle.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Drehschiebervorrichtungen bekannt, welche für ein Wärmemanagementmodul (WMM), auch als Thermomanagementmodul (TMM) bezeichnet, beispielsweise ein Kühlregelkreis für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, eingerichtet sind. Beispielsweise aus der
Für viele Anwendungen ist es notwendig, nach kostengünstigen Lösungen zu suchen und eine Konstruktion mit einer möglichst geringen Bauraumforderung aufzufinden.For many applications it is necessary to look for cost-effective solutions and to find a construction with the smallest possible space requirement.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Die erfindungsgemäßen Merkmale ergeben sich aus den unabhängigen Ansprüchen, zu denen vorteilhafte Ausgestaltungen in den abhängigen Ansprüchen aufgezeigt werden. Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, welche ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.Proceeding from this, the present invention is based on the object of at least partially overcoming the disadvantages known from the prior art. The features according to the invention result from the independent claims, for which advantageous configurations are shown in the dependent claims. The features of the claims can be combined in any technically sensible manner, the explanations from the following description and features from the figures, which include additional embodiments of the invention, being able to be used for this purpose.
Die Erfindung betrifft ein Steuerventil für ein Wärmemanagementmodul eines Kraftfahrzeugs, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- - einen Ventilteller zum dichtenden Aufsitzen auf einem Ventilsitz in einer Geschlossenstellung;
- - einen Ventilschaft mit einer axialen Erstreckung, wobei der Ventilschaft mit dem Ventilteller verbunden ist;
- - ein Schaftlager mit einer Lagerfläche, in welchem der Ventilschaft geführt von der Lagerfläche axial bewegbar gelagert ist; und
- - eine Rückholenergiespeicher zum Aufbringen einer Axialkraft, welche den Ventilteller in einer ersten Normalstellung hält;
- - eine Hubmagnetspule zum, unter Bestromung, Erzeugen einer Magnetkraft, mittels welcher der Ventilteller ansteuerbar aus der ersten Normalstellung herausführbar ist.
- - A valve plate for sealing seating on a valve seat in a closed position;
- a valve stem with an axial extension, the valve stem being connected to the valve disk;
- - A shaft bearing with a bearing surface, in which the valve stem is axially movably guided by the bearing surface; and
- - A return energy store for applying an axial force, which holds the valve plate in a first normal position;
- - A solenoid for energizing, generating a magnetic force by means of which the valve plate can be controlled to be brought out of the first normal position.
Das Steuerventil ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin ein Permanentmagnet zum dauerhaften Erzeugen einer Permanentkraft vorgesehen ist, wobei der Ventilteller mittels der Permanentkraft in einer zweiten Normalstellung haltbar ist.The control valve is primarily characterized in that a permanent magnet is also provided for the permanent generation of a permanent force, the valve disk being stable in a second normal position by means of the permanent force.
Es wird im Folgenden auf die genannte axiale Erstreckung des Ventilschafts Bezug genommen, wenn ohne explizit anderen Hinweis die axiale Richtung und radiale Richtung und entsprechende Begriffe verwendet werden. In der vorhergehenden und nachfolgenden Beschreibung verwendete Ordinalzahlen dienen, sofern nicht explizit auf das Gegenteilige hingewiesen wird, lediglich der eindeutigen Unterscheidbarkeit und geben keine Reihenfolge oder Rangfolge der bezeichneten Komponenten wieder. Eine Ordinalzahl größer eins bedingt nicht, dass zwangsläufig eine weitere derartige Komponente vorhanden sein muss.In the following, reference is made to the mentioned axial extension of the valve stem if the axial direction and radial direction and corresponding terms are used without explicitly indicating otherwise. Unless explicitly stated otherwise, ordinal numbers used in the preceding and subsequent description serve only to clearly distinguish them and do not reflect the order or ranking of the components identified. An ordinal number greater than one does not necessarily mean that another such component must be present.
Im Unterschied zu vorbekannten Steuerventilen sind eine erste Normalstellung und eine zweite Normalstellung jeweils ohne Zuführung externer Energie haltbar, sodass eine Regelung des mittels des Steuerventils unterbrechbaren Volumenstroms ermöglicht ist, welche einen geringen Energiekonsum aufweist. Zugleich sind Aufbau und Steuerung des Steuerventils sehr einfach und wenig Bauraum fordernd aufgebaut.In contrast to previously known control valves, a first normal position and a second normal position can each be maintained without the supply of external energy, so that regulation of the volume flow that can be interrupted by the control valve is made possible, which has a low energy consumption. At the same time, the structure and control of the control valve are very simple and take up little space.
Das hier vorgeschlagene Steuerventil ist nach Art eines Solenoid-Ventils zum Ausführen eines axialen Hubs entlang der Bewegungsachse gebildet. Der Hub ist mittels einer magnetisierbaren Hubmagnetspule gesteuert ausführbar. Zum Betätigen des Ventiltellers, also zum Abheben des Ventiltellers von dem Ventilsitz und/oder zum Aufpressen des Ventiltellers auf den Ventilsitz, ist ein Ventilschaft vorgesehen, welcher mit dem Ventilteller fest verbunden ist. Der Ventilschaft weist eine axiale Erstreckung auf. Diese axiale Erstreckung definiert die Bewegungsachse des Ventiltellers in dem Schaftlager, welches hierzu eine sich entsprechend axial erstreckende Lagerfläche aufweist. In einer Ausführungsform ist die Lagerfläche nicht zum (dauerhaften) führenden Kontakt eingerichtet, sondern der Ventilschaft wird über das magnetische Feld der Hubmagnetspule beziehungsweise der zugehörigen Magnetwindung stabilisiert, bevorzugt auch in unbestromten Betriebszuständen.The control valve proposed here is designed in the manner of a solenoid valve for performing an axial stroke along the movement axis. The stroke can be carried out in a controlled manner by means of a magnetizable solenoid. A valve stem is provided for actuating the valve plate, that is to say for lifting the valve plate off the valve seat and / or for pressing the valve plate onto the valve seat, which is firmly connected to the valve plate. The valve stem has an axial extension. This axial extension defines the axis of movement of the valve plate in the shaft bearing, which for this purpose has a correspondingly axially extending bearing surface. In one embodiment, the bearing surface is not set up for (permanent) leading contact, but the valve stem is stabilized via the magnetic field of the solenoid coil or the associated magnetic winding, preferably also in de-energized operating states.
Das Steuerventil ist für ein Wärmemanagementmodul eines Kraftfahrzeugs geeignet und ein Volumenstrom eines Kühlmittels, bevorzugt einer Kühlflüssigkeit, mittels dieses Steuerventils steuerbar, bevorzugt abschaltbar und zuschaltbar. Beispielsweise ist das Steuerventil in einer Hauptleitung eines Kühlmittelkreislaufs angeordnet. Alternativ ist das Steuerventil in einer Nebenleitung eines Kühlmittelkreislaufs angeordnet, sodass ein Nebenaggregat (in der Offenstellung) kühlbar ist und (in der Geschlossenstellung) nicht mit Kühlmittel versorgt ist und/oder der Gesamtvolumenstrom in der Hauptleitung um das Strömungsvolumen der Nebenleitung veränderbar ist. Das Steuerventil weist dazu einen Ventilteller auf, welcher die schaltbare Dichtungsfunktion übernimmt und dazu in einer Geschlossenstellung auf einem Ventilsitz aufsitzt und in einer (maximalen) Offenstellung von dem Ventilsitz abgehoben ist. In der Geschlossenstellung ist das Steuerventil für das Kühlmittel nicht mehr oder nur vernachlässigbar gering durchströmbar. Die Geschlossenstellung und die (maximale) Offenstellung stellen jeweils eine Normalstellung dar.The control valve is suitable for a heat management module of a motor vehicle and a volume flow of a coolant, preferably one Coolant, controllable by means of this control valve, preferably can be switched off and switched on. For example, the control valve is arranged in a main line of a coolant circuit. Alternatively, the control valve is arranged in a secondary line of a coolant circuit, so that an auxiliary unit can be cooled (in the open position) and is not supplied with coolant (in the closed position) and / or the total volume flow in the main line can be changed by the flow volume of the secondary line. For this purpose, the control valve has a valve plate, which takes over the switchable sealing function and is seated on a valve seat in a closed position and is lifted off the valve seat in a (maximum) open position. In the closed position, the control valve for the coolant can no longer flow through or can be flowed through only to a negligible extent. The closed position and the (maximum) open position each represent a normal position.
Die Antagonisten zum Halten des Ventiltellers in den beiden Normalstellung sind ein Rückholenergiespeicher und ein Permanentmagnet. Der Rückholenergiespeicher, beispielsweise eine Schraubendruckfeder, ein Gasdruckspeicher oder ähnliches, übt dauerhaft eine Axialkraft hin zu der ersten der beiden Normalstellungen auf den Ventilteller aus, bevorzugt mittelbar über den Ventilschaft, beispielsweise auf einen Kragen des Ventilschafts. In der ersten Normalstellung ist der Ventilteller bevorzugt einzig von dem Rückholenergiespeicher gehalten. In einer Ausführungsform wird der Ventilteller von dem Rückholenergiespeicher gegen den Ventilsitz gepresst, also in die Geschlossenstellung überführt und dort gehalten. Der Permanentmagnet übt dauerhaft eine der Axialkraft entgegengerichtete Permanentkraft hin zu der zweiten der beiden Normalstellungen auf den Ventilteller aus, bevorzugt mittelbar über den Ventilschaft, beispielsweise auf ein (axiales) Ende des Ventilschafts. In der zweiten Normalstellung ist der Ventilteller bevorzugt dann einzig von dem Permanentmagnet gehalten. In einer Ausführungsform wird der Ventilteller von dem Permanentmagnet von dem Ventilsitz maximal beabstandet, also in die Offenstellung überführt und/oder dort gehalten.The antagonists for holding the valve plate in the two normal positions are a return energy store and a permanent magnet. The return energy accumulator, for example a helical compression spring, a gas pressure accumulator or the like, permanently exerts an axial force towards the first of the two normal positions on the valve disk, preferably indirectly via the valve stem, for example on a collar of the valve stem. In the first normal position, the valve disk is preferably held only by the return energy store. In one embodiment, the valve plate is pressed by the return energy store against the valve seat, that is to say transferred to the closed position and held there. The permanent magnet permanently exerts a permanent force opposing the axial force towards the second of the two normal positions on the valve disk, preferably indirectly via the valve stem, for example on an (axial) end of the valve stem. In the second normal position, the valve disk is then preferably held only by the permanent magnet. In one embodiment, the valve disk is maximally spaced from the valve seat by the permanent magnet, that is to say transferred to the open position and / or held there.
Damit das Steuerventil von der einen Normalstellung in die andere Normalstellung überführbar ist, ist eine Hubmagnetspule vorgesehen, welche bei Anlegen einer elektrischen Spannung ein Magnetfeld erzeugt, welches in Wechselwirkung mit einem Joch (axial fixiertes magnetisches Gegenlager, Hubmagnetspule ist an dem Ventilschaft fixiert) oder bei umgekehrtem Aufbau in Wechselwirkung mit einem Anker (Hubmagnetspule ist dann axial fixiert) eine Magnetkraft in axialer Richtung erzeugt. Diese Magnetkraft ist in ihrer axialen Wirkungsrichtung umkehrbar, indem eine über der Hubmagnetspule anliegende Spannung umgekehrt wird. Infolge dieser anschaltbaren und abschaltbaren Magnetkraft ist in der ersten Normalstellung die Axialkraft derart überwindbar, dass der Ventilteller in die zweite Normalstellung überführt wird, beziehungsweise bei umgekehrter Wirkungsrichtung ist in der zweiten Normalstellungen die Permanentkraft derart überwindbar, dass der Ventilteller in die zweite Normalstellung überführt wird. Ist die Hubmagnetspule nicht bestromt, verbleibt der Ventilteller in der vorliegenden Normalstellung beziehungsweise wird von der lageabhängig stärkeren Kraft in die jeweilige Normalstellung überführt und dann dort gehalten. Weil die Axialkraft bei antagonistischer Kraftaufbringung, also Auslenkung des Ventiltellers aus der ersten Normalstellung, beispielsweise aus der Geschlossenstellung hin zu der Offenstellung, in geringerem Maß zunimmt, beispielsweise linear zunimmt, als die Permanentkraft zunimmt, welche mit dem Abstand zu dem Permanentmagnet quadratisch zunimmt, sind der Permanentmagnet und der Rückholenergiespeicher für jeweils stabile, bevorzugt kraftbeaufschlagte, Normalstellungen entsprechend auslegbar. In einer alternativen Ausführungsform nimmt die Axialkraft bei einer Hubbewegung hin zu dem Permanentmagnet, zumindest gegenüber einer maximalen Axialkraft, wieder ab, beispielsweise mittels eines (beispielsweise unstetigen) Knickungseffekts. Alternativ oder ergänzend ist mittels geeigneter Vorspannung eine flache Federkennlinie erzeugt. Damit ist eine höhere Axialkraft bei (relativ) geringer Permanentkraft des Permanentmagneten und/oder bei (relativ) geringer (die Axialkraft überaktuierender) Magnetkraft der Hubmagnetspule einrichtbar; umgekehrt ist bei gleicher Axialkraft eine verringerte Permanentkraft und/oder verringerte (maximale) Magnetkraft einrichtbar.So that the control valve can be transferred from one normal position to the other normal position, a solenoid coil is provided, which generates a magnetic field when an electrical voltage is applied, which in interaction with a yoke (axially fixed magnetic counter bearing, solenoid coil is fixed to the valve stem) or at reverse construction in interaction with an armature (solenoid coil is then axially fixed) generates a magnetic force in the axial direction. This magnetic force is reversible in its axial direction of action by reversing a voltage applied across the solenoid. As a result of this magnetic force that can be switched on and off, the axial force can be overcome in the first normal position in such a way that the valve plate is transferred to the second normal position, or, in the opposite direction of action, the permanent force can be overcome in the second normal position in such a way that the valve plate is transferred to the second normal position. If the solenoid coil is not energized, the valve disk remains in the present normal position or is transferred to the respective normal position by the stronger force depending on the position and then held there. Because the axial force increases with antagonistic force application, i.e. deflection of the valve disk from the first normal position, for example from the closed position to the open position, to a lesser extent, for example increases linearly, than the permanent force increases, which increases quadratically with the distance to the permanent magnet the permanent magnet and the return energy store can be designed accordingly for stable, preferably force-loaded, normal positions. In an alternative embodiment, the axial force decreases again during a stroke movement towards the permanent magnet, at least compared to a maximum axial force, for example by means of a (for example discontinuous) buckling effect. As an alternative or in addition, a flat spring characteristic is generated by means of a suitable preload. A higher axial force can thus be set up with (relatively) low permanent force of the permanent magnet and / or with (relatively) low (overactuating the axial force) magnetic force of the lifting magnet coil; conversely, a reduced permanent force and / or reduced (maximum) magnetic force can be set up with the same axial force.
Somit ist eine bistabile Magnetanordnung geschaffen. Vorteile einer solchen bistabilen Magnetanordnung sind zum einen der geringe Energiebedarf, weil der bistabile Drehmagnet lediglich zum Umschalten in die jeweils andere Endposition bestromt werden muss, die geringe Baugröße des Antriebs im Vergleich zu beispielsweise einem Spindelantrieb, sowie die geringe Baugröße der notwendigen Leistungselektronik und Regelungstechnik zum Betrieb der bistabilen Magnetanordnung. Darüber hinaus sind eine bistabile Magnetanordnung und die zugehörige Regelungstechnik aus vergleichsweise kostengünstigen Bauteilen hergestellt beziehungsweise sind als kostengünstige Baueinheit erwerbbar.A bistable magnet arrangement is thus created. The advantages of such a bistable magnet arrangement are, on the one hand, the low energy requirement, because the bistable rotary magnet only needs to be energized to switch to the other end position, the small size of the drive compared to, for example, a spindle drive, and the small size of the necessary power electronics and control technology Operation of the bistable magnet arrangement. In addition, a bistable magnet arrangement and the associated control technology are produced from comparatively inexpensive components or can be acquired as an inexpensive structural unit.
Ein weiterer Vorteil ist, dass, zum Umschalten, die Hubmagnetspule aggressiv bestrombar ist, weil die Belastung kurzzeitig ist, nämlich lediglich zum Überführen in die jeweils andere Normalstellung. Bei einer aggressiven Bestromung wird eine hohe Stromdichte erzeugt, mit der Folge einer Erwärmung und relativ großen Verlustleistung über den mit der Wärme steigenden Widerstand, aber im Vergleich zu einer thermischen Sicherheitsgrenze für einen Dauerbetrieb oder Langzeitbetrieb der Hubmagnetspule zugleich eine hohe Magnetkraft erzeugbar. Während des Anliegens einer der beiden Normalstellungen kann die Hubmagnetspule wieder abkühlen. Somit ist im Vergleich zu einem Solenoid-Ventil mit nur einer einzigen stabilen Normalstellung, nämlich jener von dem Rückholenergiespeicher gehaltenen ersten Normalstellung, ein sehr schnelles Umschalten möglich und/oder der Materialeinsatz für eine solche Hubmagnetspule (deutlich) verringerbar.Another advantage is that, for switching, the solenoid can be energized aggressively because the load is brief, namely only for transferring to the other normal position. With aggressive energization, a high current density is generated, with the result of heating and a relatively large power loss over the resistance increasing with the heat, but in comparison to a thermal safety limit for continuous or long-term operation of the solenoid coil, a high magnetic force can also be generated. The solenoid coil can cool down again when one of the two normal positions is in contact. Thus, in comparison to a solenoid valve with only a single stable normal position, namely that first normal position held by the return energy store, a very quick switchover is possible and / or the material used for such a solenoid coil can be (significantly) reduced.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Steuerventils ist in einer der Normalstellungen des Ventiltellers das Steuerventil geschlossen und in der anderen Normalstellung des Ventiltellers das Steuerventil maximal geöffnet.According to an advantageous embodiment of the control valve, the control valve is closed in one of the normal positions of the valve plate and the control valve is opened to the maximum in the other normal position of the valve plate.
In einer Ausführungsform wird der Ventilteller von der Permanentkraft des Permanentmagnets gegen den Ventilsitz gepresst, also in die Geschlossenstellung überführt und/oder dort gehalten. Die Geschlossenstellung ist dann die zweite Normalstellung. Dann wird das Steuerventil von der Axialkraft des Rückholenergiespeichers maximal geöffnet, also in die Offenstellung überführt und/oder dort gehalten. Die Offenstellung ist dann die erste Normalstellung.In one embodiment, the valve disk is pressed against the valve seat by the permanent force of the permanent magnet, that is to say transferred to the closed position and / or held there. The closed position is then the second normal position. Then the control valve is opened to the maximum by the axial force of the return energy store, that is to say transferred to the open position and / or held there. The open position is then the first normal position.
In einer alternativen Ausführungsform wird der Ventilteller von der Axialkraft des Rückholenergiespeichers gegen den Ventilsitz gepresst, also in die Geschlossenstellung überführt und/oder dort gehalten. Die Geschlossenstellung ist dann die erste Normalstellung. Dann wird das Steuerventil von der Permanentkraft des Permanentmagnets maximal geöffnet, also in die Offenstellung überführt und/oder dort gehalten. Die Offenstellung ist dann die zweite Normalstellung.In an alternative embodiment, the valve disk is pressed against the valve seat by the axial force of the return energy accumulator, that is to say transferred to the closed position and / or held there. The closed position is then the first normal position. Then the control valve is opened to the maximum by the permanent force of the permanent magnet, that is to say transferred to the open position and / or held there. The open position is then the second normal position.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Axialkraft des Rückholenergiespeicher über einen ersten Abschnitt von mindestens 80 % [achtzig Prozent], bevorzugt 90 % oder mehr, der gesamten Hubstrecke zwischen den beiden Normalstellungen um so viel stärker als die Permanentkraft des Permanentmagnets, dass der Ventilteller in diesem Abschnitt der Hubstrecke sicher in die erste Normalstellung überführt wird. In dem (verbleibenden) zweiten Abschnitt überführt die Permanentkraft des Permanentmagnets entgegen der Axialkraft den Ventilteller sicher in die zweite Normalstellung.In a preferred embodiment, the axial force of the return energy store over a first section of at least 80% [eighty percent], preferably 90% or more, of the entire stroke distance between the two normal positions is so much stronger than the permanent force of the permanent magnet that the valve disk is in it Section of the stroke distance is safely transferred to the first normal position. In the (remaining) second section, the permanent force of the permanent magnet reliably transfers the valve plate into the second normal position against the axial force.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Steuerventils ist die Hubmagnetspule mittels einer H-Brücke mit umkehrbarer Polarität ansteuerbar, indem die Hubmagnetspule in dem Brückenzweig der H-Brücke angeordnet ist.According to an advantageous embodiment of the control valve, the solenoid can be controlled by means of an H-bridge with reversible polarity, in that the solenoid is arranged in the bridge branch of the H-bridge.
Vorteil einer H-Brücke ist, dass die Stromquelle, also das technisch positive Potential, und Stromsenke, also das technisch negative Potential, unverändert bleiben können, wobei bei entsprechender Beschaltung der Leitungszweige, beispielsweise mittels Transistoren, also elektronisch (mit geringen Leistungsströmen) anschaltbaren und ausschaltbaren (nahezu) unendlichen Widerständen, die Stromrichtung in der H-Brücke umkehrbar ist. Mit der Umkehrung der Stromrichtung wird die Polarität des Magnetfelds der Hubmagnetspule umgekehrt. Damit ist eine verlustarme und gleichwertige, also eine gleich starke Magnetkraft erzeugende, Umkehrung der Polarität des Magnetfelds der Hubmagnetspule erreicht. Hierbei ist nur eine einzige magnetische Spule notwendig.The advantage of an H-bridge is that the current source, i.e. the technically positive potential, and current sink, i.e. the technically negative potential, can remain unchanged, and with appropriate wiring of the line branches, for example by means of transistors, i.e. electronically (with low power currents) and can be switched on and switchable (almost) infinite resistors, the current direction in the H-bridge is reversible. With the reversal of the current direction, the polarity of the magnetic field of the solenoid coil is reversed. This results in a low-loss and equivalent reversal of the polarity of the magnetic field of the lifting magnet coil, which generates an equally strong magnetic force. Only a single magnetic coil is required.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Steuerventils umfasst die Hubmagnetspule, angeordnet in dem Brückenzweig einer H-Brücke, zwei einander entgegengesetzt gewickelte Teilspulen, wobei zwischen den Teilspulen zu einem technisch negativen Potential ein Widerstandszweig abgezweigt ist.According to an advantageous embodiment of the control valve, the solenoid coil, arranged in the bridge arm of an H-bridge, comprises two oppositely wound partial coils, a resistance branch being branched off between the partial coils to a technically negative potential.
Mit dieser alternativen Ausführungsform sind die gleichen Vorteile wie in der zuvor beschriebenen H-Brücke erreichbar. Für hohe Stückzahlen ist diese H-BrückenKonfiguration kostengünstiger herstellbar. Die Teilspulen sind derart angeordnet, dass sie ein jeweils einander entgegengesetzt polarisiertes Magnetfeld erzeugen. Bei einer ersten (technischen) Stromrichtung ist aber die Stromstärke in der ersten Teilspule (erheblich) größer als in der zweiten Teilspule, sodass das (erste) Magnetfeld der ersten Teilspule derart überwiegt, dass eine Magnetkraft entsprechend der Polarität des ersten Magnetfelds erzeugt wird. Bei umgekehrter Bestromung ist die Stromstärke in der zweiten Teilspule (erheblich) größer als in der ersten Teilspule, sodass das (zweite) Magnetfeld der zweiten Teilspule derart überwiegt, dass eine Magnetkraft entsprechend der Polarität des zweiten Magnetfelds erzeugt wird. Dies wird über den Widerstandszweig erreicht, über welchen ein Großteil des Stroms umgeleitet wird, sodass die in (technischer) Stromrichtung dahinterliegende Teilspule im Vergleich zu der in technischer Stromrichtung davorliegenden Teilspule (erheblich) unterversorgt ist.With this alternative embodiment, the same advantages as in the H-bridge described above can be achieved. This H-bridge configuration can be manufactured more cost-effectively for large quantities. The sub-coils are arranged in such a way that they generate a magnetic field that is oppositely polarized. With a first (technical) current direction, however, the current intensity in the first partial coil is (considerably) greater than in the second partial coil, so that the (first) magnetic field of the first partial coil predominates in such a way that a magnetic force is generated in accordance with the polarity of the first magnetic field. When the current is reversed, the current intensity in the second coil section is (considerably) greater than in the first coil section, so that the (second) magnetic field of the second coil section predominates in such a way that a magnetic force corresponding to the polarity of the second magnetic field is generated. This is achieved via the resistance branch, through which a large part of the current is diverted, so that the coil lying behind it in the (technical) current direction is (considerably) under-supplied compared to the coil lying in front of it in the technical current direction.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Wärmemanagementmodul für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- - zumindest einen Kühlmittelkreislauf mit einem Kühlmittel,
- - zumindest eine Druckquelle für das Kühlmittel,
- - zumindest eine Wärmeabgabeschnittstelle für eine Wärmesenke,
- - zumindest eine Wärmeaufnahmeschnittstelle für eine Wärmequelle,
- - ein Steuerventil nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung, wobei der Kühlmittelkreislauf mittels des Steuerventils öffenbar und sperrbar ist, sodass mittels Schalten des Steuerventils ein Volumenstrom des Kühlmittels veränderbar ist.
- at least one coolant circuit with a coolant,
- at least one pressure source for the coolant,
- at least one heat emission interface for a heat sink,
- at least one heat absorption interface for a heat source,
- - a control valve according to an embodiment according to the above description, wherein the coolant circuit can be opened and blocked by means of the control valve, so that a volume flow of the coolant can be changed by switching the control valve.
Das hier vorgeschlagene Wärmemanagementmodul ist dazu eingerichtet, die Wärme einer Wärmequelle abzuführen und mithilfe einer Wärmesenke ein Kühlmittel, bevorzugt eine Kühlflüssigkeit, mit einer geeigneten Temperatur und damit Wärmekapazität der Wärmequelle zuzuführen. Hierzu weist das Wärmemanagementmodul einen Kühlmittelkreislauf, bevorzugt mit einem Teilkreislauf auf, beispielsweise einem Bypass, wobei der Kühlmittelkreislauf beispielsweise kennfeldgeregelt betreibbar ist. Weiterhin weist das Wärmemanagementmodul eine Druckquelle auf, mittels welcher das Umlaufen des Kühlmittels, bevorzugt druckgeregelt, also näherungsweise mit einem konstanten Druck, im Kühlmittelkreislauf sichergestellt ist.The heat management module proposed here is set up to remove the heat from a heat source and to use a heat sink to supply a coolant, preferably a coolant, with a suitable temperature and thus heat capacity to the heat source. For this purpose, the heat management module has a coolant circuit, preferably with a partial circuit, for example a bypass, the coolant circuit being able to be operated, for example, in a map-controlled manner. Furthermore, the heat management module has a pressure source, by means of which the circulation of the coolant, preferably pressure-controlled, that is to say approximately with a constant pressure, is ensured in the coolant circuit.
Das Wärmemanagementmodul weist eine Wärmeaufnahmeschnittstelle für eine Wärmequelle auf und eine Wärmeabgabeschnittstelle für eine Wärmesenke auf. Die Wärmesenke ist beispielsweise Umgebungsluft und/oder, in einem Kraftfahrzeug, Fahrtwind.The heat management module has a heat absorption interface for a heat source and a heat emission interface for a heat sink. The heat sink is, for example, ambient air and / or, in a motor vehicle, airflow.
Das Wärmemanagementmodul umfasst ein (bistabiles) Steuerventil wie es oben beschrieben ist. Das Steuerventil ist in den Hauptkreislauf zum Öffnen und Schließen des Hauptkreislaufes beziehungsweise des gesamten Volumenstroms geschaltet. Alternativ ist das Steuerventil oder ein weiteres solches Steuerventil in einen Teilkreislauf geschaltet, sodass der Teilkreislauf vom Kühlmittel beströmt wird, wenn sich das Steuerventil in der Offenstellung befindet und nicht beströmt wird, wenn sich der Ventilteller des Steuerventils in der Geschlossenstellung befindet. Indem der Volumenstrom des Kühlmittels (über ein Zuschalten und Abschalten der Strömung durch den Teilkreislauf oder ein komplettes Abschalten beziehungsweise Zuschalten des Kühlmittelstroms) mittels des (bistabilen) Steuerventils einstellbar ist, ist eine angestrebte Temperaturführung schnell, einfach und sicher gewährleistet. Zugleich verbraucht das (bistabile) Steuerventil wenig Strom und Bauraum und stellt ein kostengünstiges Bauteil dar.The thermal management module includes a (bistable) control valve as described above. The control valve is connected to the main circuit for opening and closing the main circuit or the entire volume flow. Alternatively, the control valve or another such control valve is connected in a partial circuit so that the partial circuit is flowed by the coolant when the control valve is in the open position and is not supplied with current when the valve disk of the control valve is in the closed position. By setting the volume flow of the coolant (by switching the flow through the partial circuit or completely switching off or switching on the coolant flow) by means of the (bistable) control valve, the desired temperature control is ensured quickly, easily and safely. At the same time, the (bistable) control valve consumes little electricity and space and is an inexpensive component.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Wärmemanagementmoduls ist die Druckquelle eine Kühlmittelpumpe und/oder die Wärmesenke ein Kühler und/oder die Wärmequelle ein Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine.According to an advantageous embodiment of the heat management module, the pressure source is a coolant pump and / or the heat sink is a cooler and / or the heat source is a combustion chamber of an internal combustion engine.
Bei dieser Ausführungsform ist das Wärmemanagementmodul Bestandteil eines Kraftfahrzeugs. Ist die Druckquelle eine Kühlmittelpumpe, so ist die Kühlmittelpumpe beispielsweise druckgesteuert betreibbar, wobei ein Volumenstrom über das Steuerventil regelbar oder zumindest abschaltbar ist. Ist die die Wärmesenke ein Kühler und/oder die Wärmequelle ein Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, so ist das Wärmemanagementmodul leicht in eine vorbekannte Kühlarchitektur integrierbar, wobei einzig ein vorbekanntes Steuerventil durch das hier vorgeschlagene (bistabile) Steuerventil zu ersetzen ist.In this embodiment, the thermal management module is part of a motor vehicle. If the pressure source is a coolant pump, the coolant pump can be operated, for example, in a pressure-controlled manner, with a volume flow being controllable or at least switchable via the control valve. If the heat sink is a cooler and / or the heat source is a combustion chamber of an internal combustion engine of a motor vehicle, the heat management module can easily be integrated into a known cooling architecture, with only a previously known control valve being replaced by the (bistable) control valve proposed here.
Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die Zeichnungen nicht maßhaltig sind und zur Definition von Größenverhältnissen nicht geeignet sind. Es wird dargestellt in
-
1 : ein bistabiles Steuerventil; -
2 : ein Wärmemanagementmodul in einem Kraftfahrzeug; -
3 : eine H-Brücke mit einer einzigen Hubmagnetspule; und -
4 : eine H-Brücke mit zwei Teilspulen.
-
1 : a bistable control valve; -
2 : a thermal management module in a motor vehicle; -
3 : an H-bridge with a single solenoid; and -
4 : an H-bridge with two coil sections.
In
In der Darstellung befindet sich der Ventilteller
In
In
In
Hier ist ein kostengünstiges und zuverlässiges Steuerventil vorgeschlagen, welches in ein Kraftfahrzeug einfach einbindbar ist und im Betrieb insgesamt wenig elektrische Energie benötigt.Here, an inexpensive and reliable control valve is proposed, which can be easily integrated into a motor vehicle and requires little electrical energy overall during operation.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Steuerventilcontrol valve
- 22
- WärmemanagementmodulThermal management module
- 33
- Kraftfahrzeugmotor vehicle
- 44
- Ventiltellervalve disc
- 55
- Ventilsitzvalve seat
- 66
- Ventilschaftvalve stem
- 77
- Schaftlagerstem bearing
- 88th
- Lagerflächestorage area
- 99
- RückholenergiespeicherRückholenergiespeicher
- 1010
- Axial kraftAxial force
- 1111
- erste Normalstellungfirst normal position
- 1212
- Hubmagnetspulelift solenoid
- 1313
- Magnetkraftmagnetic force
- 1414
- Permanentmagnetpermanent magnet
- 1515
- Permanentkraftpermanent force
- 1616
- zweite Normalstellungsecond normal position
- 1717
- H-BrückeH-bridge
- 1818
- Brückenzweigbridge branch
- 1919
- erste Teilspulefirst coil section
- 2020
- zweite Teilspulesecond coil section
- 2121
- positives Potentialpositive potential
- 2222
- Widerstandszweigresistive branch
- 2323
- VerbrennungskraftmaschineInternal combustion engine
- 2424
- KühlmittelkreislaufCoolant circuit
- 2525
- Druckquellepressure source
- 2626
- KühlmittelpumpeCoolant pump
- 2727
- WärmeabgabeschnittstelleHeat output interface
- 2828
- Wärmesenkeheat sink
- 2929
- Kühlercooler
- 3030
- WärmeaufnahmeschnittstelleHeat absorption interface
- 3131
- Wärmequelleheat source
- 3232
- Brennraumcombustion chamber
- 3333
- Strömungsöffnungflow opening
- 3434
- Bewegungsachsemotion axis
- 3535
- negatives Potentialnegative potential
- 3636
- Antriebdrive
- 3737
- Ventilkragenvalve collar
- 3838
- Gehäusecasing
- 3939
- GehäusewiderlagerHousing abutment
- 4040
- KühlmittelkanalCoolant channel
- 4141
- statische Dichtungstatic seal
- 4242
- dynamische Dichtungslippedynamic sealing lip
- 4343
- erster Leitungszweigfirst line branch
- 4444
- zweiter Leitungszweigsecond line branch
- 4545
- dritter Leitungszweigthird line branch
- 4646
- vierter Leitungszweigfourth line branch
- 4747
- erster Transistorfirst transistor
- 4848
- zweiter Transistorsecond transistor
- 4949
- dritter Transistorthird transistor
- 5050
- vierter Transistorfourth transistor
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- DE 102013209582 A1 [0002]DE 102013209582 A1 [0002]
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-
2019
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