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Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für einen Fluidkreislauf eines Fahrzeugs. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Steuervorrichtung und ein Fahrzeug mit einer solchen Steuervorrichtung.
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Zur Steuerung des Fluidkreislauf eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kühl- und Heizungskreislaufs einer Antriebsmaschine des Fahrzeugs sind Thermostate bekannt. Ferner sind getaktete Ventile bekannt, die im Heizungskreislauf die Kühlmittelströme entsprechend vorgegebener Anforderungen schalten.
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Beispielsweise offenbart die
DE 10 2014 014 964 A1 ein Mehrwegeventil zur Steuerung von Flüssigkeitskreisen. Das Mehrwegeventil ist eine Steuervorrichtung mit einem Ventilgehäuse das mehrere Anschlussöffnungen aufweist und einen Ventilkörper enthält, der im Ventilgehäuse mittels eines Drehantriebes um eine Drehachse drehbar gelagert ist. Ferner weist das Mehrwegeventil eine ihn durchdringende Durchflussöffnung auf, wobei zur Abdichtung mindestens einer der Anschlussöffnungen zwischen dieser und dem Ventilkörper mindestens eine Dichtungsanordnung vorgesehen ist. Der Ventilkörper ist als Drehkolben ausgebildet, der in einem zylindrischen Innenraum des Ventilgehäuses angeordnet ist. Der Drehkolben enthält mindestens eine Durchflussöffnung.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine alternative Steuervorrichtung für einen Fluidkreislauf zu schaffen. Insbesondere soll die Steuervorrichtung kostengünstig herstellbar sowie kompakt und gewichtssparend ausgebildet sein. Ferner soll die Steuervorrichtung eine Vielzahl von fluidführenden Leitungen, insbesondere verschiedene Temperaturzonen eines Kühlmittelsystems schalten können. Des Weiteren soll auch ein verbessertes Verfahren zum Betreiben einer Steuervorrichtung sowie ein Fahrzeug mit einer Steuervorrichtung geschaffen werden.
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Diese Aufgaben werden durch eine Steuervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9 und durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
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Eine erfindungsgemäße Steuervorrichtung für einen Fluidkreislauf eines Fahrzeugs umfasst ein Ventilgehäuse mit mehreren Anschlussöffnungen sowie einen ersten im Ventilgehäuse drehbar gelagerten Zylinder, einen zweiten im Ventilgehäuse drehbar gelagerten Zylinder und ein axial zwischen den beiden Zylindern angeordnetes Mitnehmerelement mit zwei Stirnflächen, wobei jeder Zylinder mindestens eine Durchflussöffnung zur zumindest mittelbaren Fluidverbindung von mindestens zwei Anschlussöffnungen in einer jeweiligen Stellposition aufweist, wobei der erste Zylinder dazu eingerichtet ist, von einem Stellmotor um eine Rotationsachse gedreht zu werden, um zumindest die Stellposition des ersten Zylinders im Ventilgehäuse einzustellen, wobei der zweite Zylinder dazu eingerichtet ist, über das Mitnehmerelement und den ersten Zylinder von dem Stellmotor um die Rotationsachse gedreht zu werden, um die Stellposition des zweiten Zylinders im Ventilgehäuse einzustellen.
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Mit anderen Worten sind die beiden Zylinder koaxial zueinander in einem zylindrischen Innenraum des Ventilgehäuses angeordnet, wobei das Ventilgehäuse somit als gemeinsames Gehäuse für die beiden Zylinder ausgebildet ist. Über den Stellmotor, der außerhalb des Ventilgehäuses angeordnet und an dem ersten Zylinder antriebswirksam angebunden ist, wird eine Rotationsbewegung in die Steuervorrichtung eingeleitet, um den jeweiligen Zylinder im Ventilgehäuse zu positionieren. Insbesondere wird die Rotationsbewegung des Stellmotors zumindest mittelbar über weitere Bauteile zunächst auf den ersten Zylinder übertragen, wobei die Rotationsbewegung von dem ersten Zylinder auf das Mitnehmerelement übertragen wird, und wobei die Rotationsbewegung von dem Mitnehmerelement auf den zweiten Zylinder übertragen wird. Mithin sind die beiden Zylinder über das Mitnehmerelement in mindestens einer Rotationsrichtung miteinander verbunden. Insbesondere ist der jeweilige Zylinder als Drehschieber ausgebildet. Jeder Zylinder weist eine Außenumfangsfläche auf, die korrespondierend zu einer Innenumfangsfläche des Ventilgehäuses ausgebildet ist sowie zwei im Wesentlichen ebene Stirnflächen. Insbesondere ist an der Außenumfangsfläche des jeweiligen Zylinders zumindest eine Durchflussöffnung angeordnet, die sich zumindest teilweise als Kanal durch den jeweiligen Zylinder erstreckt und/oder eine Ausnehmung mit variabler Geometrie ausbildet. Beispielsweise kann sich die jeweilige Durchflussöffnung auch von der einen Stirnseite des Zylinders bis zur anderen Stirnseite des Zylinders axial erstrecken. Insbesondere hat die jeweilige Durchflussöffnung einen axialen und radialen Erstreckungsabschnitt. Die Begriffe axial und radial sind insbesondere auf die gemeinsame Rotationsachse der beiden Zylinder bezogen.
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Bevorzugt ist das Mitnehmerelement als Mitnehmerscheibe ausgebildet. Alternativ ist das Mitnehmerelement als Freilaufelement ausgebildet. Das Freilaufelement überträgt eine Drehbewegung in einer ersten Rotationsrichtung zwischen den beiden Zylindern, wobei eine Drehbewegung in einer zweiten, dazu entgegengesetzten Rotationsrichtung freigegeben ist, sodass die beiden Zylinder in der zweiten Rotationsrichtung über das Freilaufelement entkoppelt sind und somit keine Drehbewegung übertragen wird. Die Anordnung und Kopplung der beiden Zylinder über das Mitnehmerelement in mindestens einer Rotationsrichtung ermöglicht eine Positionierung des jeweiligen Zylinders im Ventilgehäuse, also die fluidführende Verbindung oder Trennung von Anschlussöffnungen über den jeweiligen Zylinder mit genau einem Stellmotor. Dadurch werden nicht nur Kosten, sondern auch Bauraum und Gewicht eingespart.
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Der Stellmotor ist bevorzugt als elektrische Maschine ausgebildet und umfasst einen gehäusefesten Stator und einen drehbaren Rotor, wobei der Rotor bzw. die Rotorwelle antriebswirksam mit dem ersten Zylinder verbunden ist. Beispielsweise können zwischen dem ersten Zylinder und der Rotorwelle weitere Wellen und/oder Zahnräder angeordnet sein.
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Insbesondere ist mindestens eine der Anschlussöffnungen als Fluidzulauf eingerichtet, also zum Einleiten eines Fluids in die Steuervorrichtung vorgesehen. Das Fluid ist bevorzugt als Flüssigkeit, insbesondere Kühlflüssigkeit oder Heizflüssigkeit ausgebildet. Ferner ist mindestens eine der Anschlussöffnungen als Fluidablauf eingerichtet, also zum Ausleiten des Fluids aus der Steuervorrichtung vorgesehen. Beispielsweise ist die als Fluidzulauf eingerichtete Anschlussöffnung mit einer Pumpe fluidisch verbunden. Beispielsweise ist die als Fluidablauf eingerichtete Anschlussöffnung mit einem Kühlkreislauf einer Antriebsmaschine fluidisch verbunden. Unter einer fluidischen Verbindung ist eine Verbindung zwischen zwei zur Fluidführung vorgesehenen Leitungselementen zu verstehen, die eine Zirkulation eines Fluids, insbesondere einer Flüssigkeit, ermöglichen. Kühlflüssigkeit wird im Fahrzeug insbesondere zur Kühlung, also zur Wärmeabfuhr verwendet. Insbesondere sind die Steuervorrichtung und die Pumpe ebenso wie ein Wärmetauscher Teil eines Fluidkreislauf des Fahrzeugs. Beispielsweise ist der Fluidkreislauf zur Temperierung einer Antriebsmaschine und/oder anderer Antriebskomponenten des Fahrzeugs eingerichtet. Unter einer Temperierung ist die Einstellung einer vorteilhaften Betriebstemperatur des jeweiligen Bauteils zu verstehen, um eine Effizienz im Betrieb des Fahrzeugs zu erhöhen. Beispielsweise kann die Antriebsmaschine als Elektromotor oder als Brennkraftmaschine ausgebildet sein. Ferner ist es auch denkbar einen Energiespeicher, beispielsweise eine elektrische Batterie, die mit der Elektromaschine verbunden ist, zu temperieren.
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In einer als Durchflussposition ausgebildeten Stellposition des Zylinders wird mindestens eine als Fluidzulauf eingerichtete Anschlussöffnung mit mindestens einer als Fluidablauf eingerichtete Anschlussöffnung fluidisch verbunden, sodass mindestens ein Fluid durch die Steuervorrichtung geleitet wird. Beispielsweise kann das Fluid dabei entweder nur durch den ersten Zylinder strömen oder nur durch den zweiten Zylinder strömen oder durch beide Zylinder strömen. Beispielsweise können zwei Fluide getrennt voneinander durch die Steuervorrichtung geleitet werden, wobei das eine Fluid durch den ersten Zylinder strömt, und wobei das andere Fluid durch den zweiten Zylinder strömt. Ferner ist es auch denkbar, dass zwei Fluide in der Steuervorrichtung gemischt werden. Dazu ist mindestens ein Zylinder als Mischventil ausgebildet und verbindet somit zumindest zwei Fluideingänge mit einem Fluidausgang.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kommt das Mitnehmerelement mit der ersten Stirnfläche an dem ersten Zylinder zur Anlage, wobei das Mitnehmerelement mit der zweiten Stirnfläche an dem zweiten Zylinder zur Anlage kommt. Vorzugsweise sind die beiden Zylinder durch das Mitnehmerelement axial voneinander getrennt. Mithin kommen die beiden Zylinder nicht aneinander zur Anlage, sodass zumindest ein Luftspalt zwischen den beiden Zylindern ausgebildet ist, um eine Rotation unabhängig voneinander zu ermöglichen. Vorteilhafterweise wird ein Verschleiß aufgrund aneinander reibender Stirnflächen verhindert sowie ein leichtes Rotieren des jeweiligen Zylinders ermöglicht.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Mitnehmerelement als Ringscheibe ausgebildet, wobei an beiden Stirnflächen des Mitnehmerelements jeweils eine Erhebung ausgebildet ist, wobei die jeweilige Erhebung in eine teilweise umlaufende Vertiefung an dem jeweiligen Zylinder axial hineinragt. Mithin weist das Mitnehmerelement einen Außenumfang und einen Innenumfang auf. Unter einer Erhebung ist eine lokale Verdickung der Ringscheibe zu verstehen. Insbesondere sind die beiden Erhebungen gegenüberliegend voneinander an der jeweiligen Stirnfläche der Ringscheibe ausgebildet. Mit anderen Worten ist an der ersten Stirnfläche der Ringscheibe eine erste Erhebung in einer ersten axialen Richtung ausgebildet, wobei an der zweiten Stirnfläche der Ringscheibe eine zweite Erhebung in einer zweiten axialen Richtung, die entgegengesetzt zur ersten axialen Richtung angeordnet ist, ausgebildet. Die jeweilige Erhebung weist in beiden Umfangsrichtungen einen Anschlag auf. Die erste Erhebung dringt axial in eine teilweise umlaufende Vertiefung in einer Stirnfläche des ersten Zylinders ein, wobei die zweite Erhebung axial in eine teilweise umlaufende Vertiefung in einer Stirnfläche des zweiten Zylinders eindringt. Die jeweilige Vertiefung in der Stirnfläche des jeweiligen Zylinders ist ringförmig ausgebildet und erstreckt maximal über 95% der Stirnfläche in Umfangsrichtung. Beispielsweise erstreckt sich die jeweilige Vertiefung über 270° in Umfangsrichtung. Alternativ kann sich die jeweilige Vertiefung über einen kleineren oder größeren Bereich an der Stirnfläche des jeweiligen Zylinders in Umfangsrichtung erstrecken. Bevorzugt erstreckt sich die jeweilige Erhebung über 90° in Umfangsrichtung an der jeweiligen Stirnfläche des Mitnehmerelements. Alternativ kann sich die jeweilige Erhebung über einen kleineren oder größeren Bereich an der jeweiligen Stirnfläche des Mitnehmerelements in Umfangsrichtung erstrecken. Die jeweilige Vertiefung bildet in beide Umfangsrichtungen jeweils einen Anschlag für die Erhebung aus. Somit wird auf einfache und kostengünstige Weise ein besonders kompaktes und leichtes Mitnehmersystem gebildet, welches eine relative Positionierung der beiden Zylinder über 360° ermöglicht. Mit anderen Worten kann der erste Zylinder eine Drehposition einnehmen, die unabhängig von der eingestellten Drehposition des zweiten Zylinders ist, wobei über 360° jede Position für jeden Zylinder einstellbar ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist an dem ersten Zylinder ein Antriebsabschnitt, der axial aus dem Ventilgehäuse herausragt, ausgebildet, wobei der Antriebsabschnitt dazu eingerichtet ist, antriebswirksam mit dem Stellmotor verbunden zu sein. Beispielsweise ist der Antriebsabschnitt zylinderförmig ausgebildet sowie einteilig mit dem ersten Zylinder verbunden. An einer Umfangsfläche des Antriebsabschnitts ist vorzugsweise eine Verzahnung angeordnet, wobei die Verzahnung Teil eines Riemenantriebs oder eines Ritzelantriebs ist. Beispielsweise ist ein Zugmittel oder ein weiteres Zahnrad mit der Verzahnung im Eingriff, um die Drehbewegung des Stellmotors auf den ersten Zylinder zu übertragen. Der axial aus dem Ventilgehäuse herausragende Antriebsabschnitt ermöglicht eine kompakte sowie kostengünstige Anbindung des Stellmotors. Alternativ kann der Antriebsabschnitt an dem ersten Zylinder auch radial aus dem Ventilgehäuse herausragen und antriebswirksam mit dem Stellmotor verbunden sein.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der erste Zylinder fluidführend mit dem zweiten Zylinder verbunden. Beispielsweise ist ein axialer Kanalabschnitt am ersten Zylinder mit einem axialen Kanalabschnitt am zweiten Zylinder fluidführend verbunden. Insbesondere verläuft die fluidführende Verbindung zwischen den beiden Zylindern axiale durch das Mitnehmerelement hindurch.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind mindestens zwei Anschlussöffnungen in einer ersten gemeinsamen Ebene, die sich quer zur Rotationsachse erstreckt, an einer Umfangsseite des Ventilgehäuses ausgebildet, wobei mindestens eine Anschlussöffnung in einer zweiten Ebene, die achsparallel zur ersten Ebene angeordnet ist, an einem Umfangsabschnitt des Ventilgehäuses ausgebildet ist. Vorzugsweise ist der erste Zylinder in der ersten gemeinsamen Ebene angeordnet, wobei der zweite Zylinder in der zweiten gemeinsamen Ebene angeordnet ist. Insbesondere wird mindestens eine Anschlussöffnung an der Umfangsseite des Ventilgehäuses durch Rotieren des jeweiligen Zylinders um die Rotationsachse fluidisch mit der jeweiligen Durchflussöffnung im jeweiligen Zylinder verbunden, sodass in der dann eingestellten Durchflussposition das Fluid zwischen der Anschlussöffnung im Ventilgehäuse und der Durchflussöffnung im Zylinder zirkulieren kann. Demgegenüber wird der jeweilige Zylinder zur Einstellung einer als Sperrposition ausgebildeten Stellposition derart verdreht, dass mindestens ein Wandungsabschnitt am jeweiligen Zylinder mindestens eine Anschlussöffnung am Ventilgehäuse abdichtet und somit eine Fluidzirkulation sperrt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist mindestens eine Anschlussöffnung koaxial oder achsparallel zur Rotationsachse an einer Stirnseite des Ventilgehäuses ausgebildet. Vorzugsweise ist genau eine Anschlussöffnung koaxial oder achsparallel zur Rotationsachse sowie entgegengesetzt zum Antriebsabschnitt des ersten Zylinders an der Stirnseite des Ventilgehäuses ausgebildet, wobei die Anschlussöffnung in der Durchflussposition des zweiten Zylinders zur fluidischen Verbindung mit der Durchflussöffnung im zweiten Zylinder eingerichtet ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist mindestens ein Dichtungselement zwischen dem Ventilgehäuse und dem zweiten Zylinder angeordnet, wobei das mindestens eine Dichtungselement neben einer fluidischen Abdichtungsfunktion zur Hemmung einer Drehbewegung des zweiten Zylinders im Ventilgehäuse eingerichtet ist. Somit kommt das Dichtungselement am Ventilgehäuse und am zweiten Zylinder zur Anlage. Vorzugsweise ist das Dichtungselement ringförmig ausgebildet. Durch Hemmung der Drehbewegung des zweiten Zylinders wird eine ungewollte Rotation des zweiten Zylinders verhindert. Bevorzugt ist das Dichtungselement positionsfest am zweiten Zylinder angeordnet. Beispielsweise ist das Dichtungselement um eine Durchflussöffnung herum am zweiten Zylinder angeordnet. Alternativ ist das Dichtungselement positionsfest am Ventilgehäuse angeordnet. Beispielsweise ist das Dichtungselement koaxial zu einer Anschlussöffnung in einer dafür eingerichteten Ausnehmung am Ventilgehäuse angeordnet. Ferner kann die Steuervorrichtung weitere Dichtungselemente aufweisen, wobei die Dichtungselemente zur fluidischen Abdichtung der Fluidleitungen und Anschlüsse eingerichtet sind.
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Gemäß eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung wird zunächst die Stellposition an dem zweiten Zylinder durch Einleiten einer ersten Drehbewegung in die Steuervorrichtung eingestellt, wobei danach die Stellposition an dem ersten Zylinder durch Einleiten einer zweiten, entgegengesetzt zur ersten Drehbewegung ausgebildeten Drehbewegung in die Steuervorrichtung eingestellt wird.
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Ein erfindungsgemäßes Fahrzeug weist einen Fluidkreislauf, einen Stellmotor und eine erfindungsgemäße Steuervorrichtung auf, wobei die Steuervorrichtung antriebswirksam mit dem Stellmotor verbunden ist. Insbesondere ist die Steuervorrichtung Teil des Fluidkreislaufs, wobei der Fluidkreislauf vorzugsweise zum Temperieren einer Hochvoltbatterie und/oder einer Antriebsmaschine des Fahrzeugs eingerichtet ist.
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Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Dabei zeigt
- 1 eine stark vereinfachte schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung für einen Fluidkreislauf,
- 2 eine stark vereinfachte schematische Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung gemäß 1,
- 3 eine stark vereinfachte schematische Perspektivdarstellung einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung gemäß eines alternativen Ausführungsbeispiels,
- 4 eine stark vereinfachte schematische Explosionsdarstellung der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung gemäß 3,
- 5 eine stark vereinfachte schematische Perspektivdarstellung eines Mitnehmerelements der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung gemäß den 3 und 4,
- 6 eine Ausschnitt einer stark vereinfachten schematischen Perspektivdarstellung des ersten Zylinders der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung gemäß den 3 und 4,
- 7a-7c eine jeweilige stark vereinfachte schematische Schnittdarstellung einer Stellposition eines jeweiligen Zylinders einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung, und
- 8a-8c eine jeweilige stark vereinfachte schematische Schnittdarstellung einer Stellposition eines jeweiligen Zylinders einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung.
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Gemäß 1 umfasst ein erfindungsgemäßes Fahrzeug 50 einen Fluidkreislauf 51 mit einer Steuervorrichtung 1 und einem Stellmotor 40, der antriebswirksam mit der Steuervorrichtung 1 verbunden ist. Vorliegend ist der Stellmotor 40 als elektrische Maschine ausgebildet und überträgt über eine Rotorwelle 41 eine Drehbewegung auf einen Antriebsabschnitt 11 der Steuervorrichtung 1.
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Im Ventilgehäuse 2 sind ein erster Zylinder 4.1 und ein zweiter Zylinder 4.2 drehbar gelagert. Axial zwischen den beiden Zylindern 4.1, 4.2 ist ein Mitnehmerelement 5 angeordnet. Der erste Zylinder 4.1 wird von dem Stellmotor 40 um eine Rotationsachse 8 gedreht, um eine Stellposition des ersten Zylinders 4.1 im Ventilgehäuse 2 einzustellen. Der zweite Zylinder 4.2 wird über das Mitnehmerelement 5 und den ersten Zylinder 4.1 von dem Stellmotor 40 um die Rotationsachse 8 gedreht, um eine Stellposition des zweiten Zylinders 4.2 im Ventilgehäuse 2 einzustellen. Der Antriebsabschnitt 11 ist einteilig mit dem ersten Zylinder 4.1 verbunden und ragt axial aus dem Ventilgehäuse 2 heraus. Insbesondere wird zunächst die Stellposition an dem zweiten Zylinder 4.2 durch Einleiten einer ersten Drehbewegung auf den ersten Zylinder 4.1 und das Mitnehmerelement 5 eingestellt, wobei danach die Stellposition an dem ersten Zylinder 4.1 durch Einleiten einer zweiten, entgegengesetzt zur ersten Drehbewegung ausgebildeten Drehbewegung auf den ersten Zylinder 4.1 eingestellt wird. In Abhängigkeit von der jeweiligen Stellposition des jeweiligen Zylinders 4.1, 4.2 wird mindestens eine als Fluideingang ausgebildete Anschlussöffnung im Ventilgehäuse 2 mit mindestens einer als Fluidausgang ausgebildeten Anschlussöffnung im Ventilgehäuse 2 verbunden, also eine Durchflussposition eingestellt. Ferner können auch Anschlussöffnungen gesperrt werden, indem ein Wandungsabschnitt des jeweiligen Zylinders 4.1, 4.2 jeweilige Anschlussöffnungen in einer Sperrposition fluidisch abdichtet.
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Der Fluidkreislauf 51 erstreckt sich durch eine Antriebsmaschine 52 des Fahrzeugs 50, um diese nach Maßgabe einer Steuerungseinheit 53 zu temperieren, insbesondere zu kühlen. Eine Pumpenvorrichtung 54 zum Fördern eines Fluids durch den Fluidkreislauf 51 und ein Wärmetauscher 55 zur Einstellung einer Temperatur des Fluids sind auch Teil des Fluidkreislaufs 51. Vorliegend ist das Fahrzeug 50 als Personenkraftwagen und das Fluid als Flüssigkeit ausgebildet. Die Steuerungseinheit 53 ist über signalübertragende Leitungen mit der Pumpenvorrichtung 54 einerseits und mit dem Stellmotor 40 andererseits verbunden. Das Fahrzeug 50 umfasst beispielsweise ein KFZ-Steuergerät 56, das dazu eingerichtet ist, verschiedene im Fahrzeug 50 eingebaute Bauteile anzusteuern. Das KFZ-Steuergerät 56 ist über eine signalübertragende Leitung mit der Steuerungseinheit 53 verbunden. Insbesondere umfasst das KFZ-Steuergerät 56 und die Steuerungseinheit 53 zur Signalübertragung LIN-Schnittstellen (Local Interconnect Network). Beispielsweise generiert das KFZ-Steuergerät 56 ein Signal zum Betrieb der Steuerungseinheit 53, insbesondere zum Ansteuern des Stellmotors 40 und der Pumpenvorrichtung 54, wobei dieses Signal an die Steuerungseinheit 53 übermittelt wird, und wobei die Steuerungseinheit 53 dementsprechend zumindest den Stellmotor 40 und die Pumpenvorrichtung 54 ansteuert.
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2 zeigt die erfindungsgemäße Steuervorrichtung 1 mit dem Ventilgehäuse 2, das drei Anschlussöffnungen 3.1, 3.2, 3.3 aufweist. Vorliegend ist die Steuervorrichtung 1 geschnitten dargestellt, wobei der erste im Ventilgehäuse 2 drehbar gelagerte Zylinder 4.1 ebenso wie der zweite im Ventilgehäuse 2 drehbar gelagerte Zylinder 4.2 und das axial zwischen den beiden Zylindern 4.1, 4.2 angeordnete Mitnehmerelement 5 dargestellt sind. 3 wird insbesondere zur Visualisierung und Erklärung der Anordnung und Funktionsweise der beiden im Ventilgehäuse 2 drehbar gelagerten Zylinder 4.1, 4.2 und des dazwischen angeordneten Mitnehmerelements 5 verwendet.
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Der erste Zylinder 4.1 weist eine erste Durchflussöffnung 6.1 zur Fluidverbindung mit den Anschlussöffnungen 3.1, 3.2 im Ventilgehäuse 2 und zur mittelbaren Fluidverbindung über den zweiten Zylinder 4.2 mit der Anschlussöffnung 3.3 im Ventilgehäuse 2 auf. Der zweite Zylinder 4.2 weist eine zweite Durchflussöffnung 6.2 zur Fluidverbindung mit der Anschlussöffnung 3.3 im Ventilgehäuse 2 und zur mittelbaren Fluidverbindung über den ersten Zylinder 4.1 mit den Anschlussöffnungen 3.1, 3.2 im Ventilgehäuse 2 auf. Vorliegend sind die beiden Zylinder 4.1, 4.2 über einen jeweiligen axialen Abschnitt der jeweiligen Durchflussöffnung 6.1, 6.2 fluidisch miteinander verbunden. Ein Dichtungselement 12 ist zwischen dem Ventilgehäuse 2 und dem zweiten Zylinder 4.2 angeordnet, wobei das Dichtungselement 12 neben einer fluidischen Abdichtungsfunktion zur Hemmung einer Drehbewegung des zweiten Zylinders 4.2 im Ventilgehäuse 2 eingerichtet ist. Das Dichtungselement 12 ist koaxial zur Anschlussöffnung 3.3 im Ventilgehäuse 2 angeordnet und kommt am zweiten Zylinder 4.2 zur Anlage. Ferner weist die Steuervorrichtung 1 weitere Dichtungselemente auf, die vorliegend zur Vereinfachung nicht dargestellt sind, da die weiteren Dichtungselemente lediglich eine fluidische Abdichtung von fluidführenden Anschlüssen bewirken.
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Das Mitnehmerelement 5 kommt mit einer ersten Stirnfläche 5.1 an dem ersten Zylinder 4.1 zur Anlage. Ferner kommt das Mitnehmerelement 5 mit einer zweiten Stirnfläche 5.2 an dem zweiten Zylinder 4.2 zur Anlage. Die beiden Zylinder 4.1, 4.2 sind durch das Mitnehmerelement 5 axial voneinander getrennt und kommen nicht aneinander zur Anlage. Das Mitnehmerelement 5 ist in 5 vergrößert sowie perspektivisch dargestellt. An dem ersten Zylinder 4.1 ist der Antriebsabschnitt 11, der axial aus dem Ventilgehäuse 2 herausragt, ausgebildet, wobei der Antriebsabschnitt 11 dazu eingerichtet ist, antriebswirksam mit dem Stellmotor 40 gemäß 1 verbunden zu sein. Der Antriebsabschnitt 11 weist eine umfangsseitige Verzahnung auf. Wenn über den Antriebsabschnitt 11 eine Drehbewegung auf den ersten Zylinder 4.1 übertragen wird, rotiert dieser um die Rotationsachse 8. Das Mitnehmerelement 5 ist als Ringscheibe ausgebildet, wobei an beiden Stirnflächen 5.1, 5.2 des Mitnehmerelements 5 jeweils eine Erhebung 9.1, 9.2 ausgebildet ist, wobei die jeweilige Erhebung 9.1, 9.2 in eine teilweise umlaufende Vertiefung 10.1, 10.2 an dem jeweiligen Zylinder 4.1, 4.2 axial hineinragt. Die Erhebung 9.1 an der ersten Stirnfläche 5.1 des Mitnehmerelements 5 wirkt derart mit einem umfangsseitigen Anschlag in der Vertiefung 10.1 bzw. den beiden umfangsseiteigen Enden der Vertiefung 10.1 an dem ersten Zylinder 4.1 zusammen, dass die Drehbewegung des ersten Zylinders 4.1 auf das Mitnehmerelement 5 übertragen wird. Die Erhebung 9.2 an der zweiten Stirnfläche 5.2 des Mitnehmerelements 5 wirkt derart mit einem umfangsseitigen Anschlag in der Vertiefung 10.2 bzw. den beiden umfangsseiteigen Enden der Vertiefung 10.2 an dem zweiten Zylinder 4.2 zusammen, dass die Drehbewegung des Mitnehmerelements 5 auf den zweiten Zylinders 4.2 übertragen wird. Zuerst wird die Stellposition des zweiten Zylinders 4.2 eingestellt, indem der zweite Zylinder 4.2 mittelbar über den ersten Zylinder 4.1 und dem Mitnehmerelement 5 um die Rotationsachse 8 gedreht wird. Dann erfolgt ein Drehrichtungswechsel, um die Stellposition des ersten Zylinders 4.1 im Ventilgehäuse 2 einzustellen. Die beiden Erhebungen 9.1, 9.2 sind in radialer Richtung gegenüberliegend voneinander am Mitnehmerelement 5 angeordnet und ermöglichen zusammen mit den Vertiefungen 10.1, 10.2 in dem jeweiligen Zylinder 4.1, 4.2 eine Freidrehung bzw. Entkopplung zwischen den beiden Zylindern von 360°. Mit anderen Worten kann der erste Zylinder 4.1, nachdem die Stellposition des zweiten Zylinders 4.2 eingestellt wurde, durch den Drehrichtungswechsel in jede beliebige Stellposition gedreht werden.
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3 zeigt eine alternative erfindungsgemäße Steuervorrichtung 1 in einer perspektivischen Darstellung. Die Steuervorrichtung 1 weist ein Ventilgehäuse 2 mit mehreren Anschlussöffnungen 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.5, 3.6, 3.7 auf. Vorliegend sind vier Anschlussöffnungen 3.1, 3.2, 3.3, 3.4 in einer ersten gemeinsamen Ebene gleichmäßig verteilt an einem Umfangsabschnitt des Ventilgehäuses 2 angeordnet, wobei sich die erste Ebene quer zur Rotationsachse 8 der beiden im Ventilgehäuse 2 drehbar angeordneten Zylinder erstreckt. Zwei weitere Anschlussöffnung 3.5, 3.6 sind in einer zweiten gemeinsamen Ebene, die achsparallel zur ersten Ebene angeordnet ist, an einem Umfangsabschnitt des Ventilgehäuses 2 angeordnet. Ferner ist eine weitere Anschlussöffnung 3.7 koaxial zur Rotationsachse 8 an einer Stirnseite des Ventilgehäuses 2 entgegengesetzt zu dem Antriebsabschnitt 11, der axial aus dem Ventilgehäuse 2 herausragt, ausgebildet. Der Antriebsabschnitt 11 weist eine umfangsseitige Verzahnung auf.
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4 zeigt die Steuervorrichtung 1 gemäß 3 in einer Explosionsdarstellung, wobei die beiden Zylinder 4.1, 4.2 und das Mitnehmerelement 5 perspektivisch außerhalb des Ventilgehäuses 2 dargestellt sind. Ein Deckel 15 des Ventilgehäuses 2 ist vorliegend nicht explosiv dargestellt und verbleibt somit an der Stirnseite des Ventilgehäuses 2. Die Steuervorrichtung 1 besteht ohne Dichtungselemente aus genau fünf Bauteilen, nämlich aus den beiden Zylindern 4.1, 4.2, dem Mitnehmerelement 5 und dem Ventilgehäuse 2 mit Deckel 15. Durch diese vereinfachte Konstruktion werden insbesondere Kosten und Montagezeit eingespart.
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5 zeigt das Mitnehmerelement 5 aus 2 und 4 vergrößert in einer Perspektivdarstellung. Aus 5 geht die Geometrie des Mitnehmerelements 5 deutlich hervor, insbesondere die Ausbildung als Ringscheibe mit einem Innenumfang und einem Außenumfang. Ferner sind auch die Erhebung 9.1 an der ersten Stirnflächen 5.1 des Mitnehmerelements 5 und die Erhebung 9.2 an der zweiten Stirnfläche 5.2 des Mitnehmerelements 5, sowie ihre gegenüberliegende Anordnung am Mitnehmerelement 5 dargestellt. Die erste Stirnfläche 5.1 des Mitnehmerelements 5 ist um 180° um die Rotationsachse 8 gedreht, jedoch ansonsten identisch ausgebildet zu der zweiten Stirnfläche 5.2 des Mitnehmerelements 5. Die jeweilige Erhebung kann sich beispielsweise über einen Winkel von 90° an der jeweiligen Stirnflächen 5.1, 5.2 des Mitnehmerelements 5 erstrecken.
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6 zeigt eine zum Mitnehmerelement 5 gerichtete Stirnseite des ersten Zylinders 4.1. Diese Stirnseite des ersten Zylinders 4.1 entspricht im Wesentlichen der Stirnseite des zweiten Zylinders 4.2, die zum Mitnehmerelement 5 gerichtet ist. Mit anderen Worten ist die zum Mitnehmerelement 5 gerichtete Stirnseite des ersten Zylinders 4.1 identisch ausgebildet wie die zum Mitnehmerelement 5 gerichtete Stirnseite des zweiten Zylinders 4.2. Eine teilweise umlaufende Vertiefung 10.1 an dem ersten Zylinder 4.1 kann sich über 75% bis 90% der Stirnseite in Umfangsrichtung erstrecken. Die Vertiefung 10.1 bildet jeweils zwei Anschlagflächen 13.1, 13.2 für die Erhebung 9.1 an der ersten Stirnfläche 5.1 des Mitnehmerelements 5 aus. Das Zusammenwirken zwischen der Erhebung 9.1 an der ersten Stirnfläche 5.1 des Mitnehmerelements 5 und den Anschlagflächen 13.1, 13.2 in der Vertiefung 10.1 an dem ersten Zylinder 4.1 ermöglicht eine Übertragung einer Drehbewegung, wobei eine freie Führung der Erhebung 9.1 zwischen den beiden Anschlagflächen 13.1, 13.2 in der Vertiefung 10.1 als Entkopplung zwischen dem Mitnehmerelement 5 und dem ersten Zylinder 4.1 dient, sodass darüber keine Drehbewegung übertragen wird. Ferner ist an der zum Mitnehmerelement 5 gerichtete Stirnseite des ersten Zylinders 4.1 ein ringförmiger Zentrierabschnitt 14, der zur vereinfachten Montage des Mitnehmerelements 5 und zur axialen Fluidführung durch das Mitnehmerelement 5 dient, ausgebildet.
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Die 7a und 7b zeigen einen erfindungsgemäßen ersten Zylinder 4.1 in unterschiedlichen Stellpositionen, wobei vier Anschlussöffnungen 3.1, 3.2, 3.3, 3.4 gleichmäßig verteilt an der Umfangsfläche des Ventilgehäuses 2 in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind. Eine Anschlussöffnung 3.5 ist koaxial zur Rotationsachse des Zylinders 4.1 an einer Stirnseite des Ventilgehäuses 2 angeordnet. Gemäß 7a ist die Durchflussöffnung 6.1 in dem Zylinder 4.1 als Y-förmiger Kanal ausgebildet, wobei eine radiale Anschlussöffnung 3.1 im Ventilgehäuse 2 mit einer axialen Anschlussöffnung 3.5 im Ventilgehäuse 2 fluidisch verbunden ist. Mithin befindet sich der Zylinder 4.1 in einer Durchflussposition für die Anschlussöffnungen 3.1 und 3.5, wobei die Anschlussöffnungen 3.2, 3.3 und 3.4 durch einen jeweiligen Wandungsabschnitt 7.1, 7.2, 7.3 des Zylinders 4.1 für eine Fluidströmung gesperrt sind. Somit befindet sich der Zylinder 4.1 in einer Sperrposition für die Anschlussöffnungen 3.2, 3.3 und 3.4. Gemäß 7b ist der Zylinder 4.1 derart verdreht, dass zwei radiale Anschlussöffnung 3.1, 3.2 im Ventilgehäuse 2 mit der axialen Anschlussöffnung 3.5 im Ventilgehäuse 2 fluidisch verbunden sind. Mithin befindet sich der Zylinder 4.1 in einer Durchflussposition für die Anschlussöffnungen 3.1, 3.2 und 3.5, wobei die Anschlussöffnungen 3.3 und 3.4 durch einen jeweiligen Wandungsabschnitt 7.1, 7.2 des Zylinders 4.1 für eine Fluidströmung gesperrt sind. Somit befindet sich der Zylinder 4.1 in einer Sperrposition für die Anschlussöffnungen 3.3 und 3.4. Gemäß 7c ist die Durchflussöffnung 6.1 in dem alternativ ausgestalteten Zylinder 4.1 zur fluidischen Kopplung genau einer der vier radialen Anschlussöffnungen 3.1, 3.2, 3.3, 3.4 ausgebildet. Vorliegend ist die radiale Anschlussöffnung 3.1 im Ventilgehäuse 2 mit einer axialen Anschlussöffnung 3.5 im Ventilgehäuse 2 fluidisch verbunden. Mithin befindet sich der Zylinder 4.1 in einer Durchflussposition für die Anschlussöffnungen 3.1 und 3.5, wobei die Anschlussöffnungen 3.2, 3.3 und 3.4 durch einen Wandungsabschnitt 7.1 des Zylinders 4.1 für eine Fluidströmung gesperrt sind. Somit befindet sich der Zylinder 4.1 in einer Sperrposition für die Anschlussöffnungen 3.2, 3.3 und 3.4.
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Die 8a, 8b und 8c zeigen einen erfindungsgemäßen ersten Zylinder 4.1 in unterschiedlichen Stellpositionen, wobei die Durchflussöffnung 6.1 in dem Zylinder 4.1 als Aussparung ausgebildet ist. Die Durchflussöffnung 6.1 erstreckt sich über einen Kreiswinkel von ca. 80° entlang des Umfangs des Zylinders 4.1. Ferner sind vier Anschlussöffnungen 3.1, 3.2, 3.3, 3.4 ungleichmäßig verteilt an der Umfangsfläche des Ventilgehäuses 2 in einer gemeinsamen Ebene angeordnet, wobei eine Anschlussöffnung 3.5 koaxial zur Rotationsachse des Zylinders 4.1 an einer Stirnseite des Ventilgehäuses 2 angeordnet ist. In 8a wird die radiale Anschlussöffnung 3.4 im Ventilgehäuse 2 mit der axialen Anschlussöffnung 3.5 im Ventilgehäuse 2 fluidisch verbunden. Mithin befindet sich der Zylinder 4.1 in einer Durchflussposition für die Anschlussöffnungen 3.4 und 3.5, wobei die Anschlussöffnungen 3.1, 3.2 und 3.3 durch einen Wandungsabschnitt 7.1 des Zylinders 4.1 für eine Fluidströmung gesperrt sind. Somit befindet sich der Zylinder 4.1 in einer Sperrposition für die Anschlussöffnungen 3.1, 3.2 und 3.3. Gemäß 8b ist der Zylinder 4.1 derart verdreht, dass die beiden radialen Anschlussöffnungen 3.1 und 3.2 im Ventilgehäuse 2 mit der axialen Anschlussöffnung 3.5 im Ventilgehäuse 2 fluidisch verbunden werden. Mithin befindet sich der Zylinder 4.1 in einer Durchflussposition für die Anschlussöffnungen 3.1, 3.2 und 3.5, wobei die Anschlussöffnungen 3.3 und 3.4 durch einen Wandungsabschnitt 7.1 des Zylinders 4.1 für eine Fluidströmung gesperrt sind. Somit befindet sich der Zylinder 4.1 in einer Sperrposition für die Anschlussöffnungen 3.3 und 3.4. Gemäß 8c ist der Zylinder 4.1 derart verdreht, dass die beiden radialen Anschlussöffnungen 3.3 und 3.4 im Ventilgehäuse 2 mit der axialen Anschlussöffnung 3.5 im Ventilgehäuse 2 fluidisch verbunden werden, wobei das Fluid aus den beiden radialen Anschlussöffnungen 3.3 und 3.4 insbesondere gemischt wird. Dazu ist die vorliegend dargestellte Winkelstellung des Zylinders 4.1 vorteilhaft. Mithin befindet sich der Zylinder 4.1 in einer Durchflussposition für die Anschlussöffnungen 3.3, 3.4 und 3.5, wobei die Anschlussöffnungen 3.1 und 3.2 durch einen Wandungsabschnitt 7.1 des Zylinders 4.1 für eine Fluidströmung gesperrt sind. Somit befindet sich der Zylinder 4.1 in einer Sperrposition für die Anschlussöffnungen 3.1 und 3.2.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Steuervorrichtung
- 2
- Ventilgehäuse
- 3.1
- Anschlussöffnung
- 3.2
- Anschlussöffnung
- 3.3
- Anschlussöffnung
- 3.4
- Anschlussöffnung
- 3.5
- Anschlussöffnung
- 3.6
- Anschlussöffnung
- 3.7
- Anschlussöffnung
- 4.1
- erster Zylinder
- 4.2
- zweiter Zylinder
- 5
- Mitnehmerelement
- 5.1
- erste Stirnfläche des Mitnehmerelements
- 5.2
- zweite Stirnfläche des Mitnehmerelements
- 6.1
- Durchflussöffnung des ersten Zylinders
- 6.2
- Durchflussöffnung des zweiten Zylinders
- 7.1
- Wandungsabschnitt
- 7.2
- Wandungsabschnitt
- 7.3
- Wandungsabschnitt
- 8
- Rotationsachse
- 9.1
- Erhebung
- 9.2
- Erhebung
- 10.1
- Vertiefung
- 10.2
- Vertiefung
- 11
- Antriebsabschnitt
- 12
- Dichtungselement
- 13.1
- Anschlagfläche
- 13.2
- Anschlagfläche
- 14
- Zentrierabschnitt
- 15
- Deckel des Ventilgehäuses
- 40
- Stellmotor
- 50
- Fahrzeug
- 51
- Fluidkreislauf
- 52
- Antriebsmaschine
- 53
- Steuerungseinheit
- 54
- Pumpenvorrichtung
- 55
- Wärmetauscher
- 56
- KFZ-Steuergerät
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014014964 A1 [0003]
