DE102021109739A1

DE102021109739A1 - Zentralventileinrichtung mit drehbarem Verstellelement für ein Kühlsystem eines Kraftfahrzeugs, Kühlsystem und Elektrofahrzeug mit einem solchen Kühlsystem

Info

Publication number: DE102021109739A1
Application number: DE102021109739.8A
Authority: DE
Inventors: Philipp Grießl
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2021-04-19
Filing date: 2021-04-19
Publication date: 2022-10-20
Anticipated expiration: 2041-04-20
Also published as: DE102021109739B4

Abstract

Beschrieben wird ein Zentralventileinrichtung (12) für ein Kühlsystem (100) eines Kraftfahrzeugs (200), insbesondere eines Elektrofahrzeugs oder Hybridfahr-zeugs, mit einem ersten im Wesentlichen kreisförmig ausgebildeten Anschlusselement (50); einem zweiten im Wesentlichen kreisförmig ausgebildeten Anschlusselement (52); einem im Wesentlichen kreisförmig ausgebildeten Verstellelement (54), das zwischen dem ersten Anschlusselement (50) und dem zweiten Anschlusselement (52) angeordnet ist und das relativ zu dem ersten Anschlusselement (50) und zu dem zweiten Anschlusselement (52) um eine Verstellachse (VA) drehbar ist; wobei das erste Anschlusselement (50), das zweite Anschlusselement (52) und das Verstellelement (54) topologisch Ebenen der Zentralventileinrichtung (12) bilden; wobei das erste Anschlusselement (50) und das zweite Anschlusselement (52) jeweils mehrere Anschlussabschnitte (50a, 52a) aufweisen, die innerhalb des jeweiligen Anschlusselements (50, 52) strömungs-technisch voneinander getrennt sind; wobei das Verstellelement (54) mehrere voneinander getrennte Verteilabschnitte (54a) aufweist; wobei das Verstellelement (54) relativ zu den Anschlusselementen (50, 52) in mehrere Schaltstellungen (I-VIII) einstellbar ist, in denen wenigstens einer der Verteilabschnitte (54a) strömungstechnisch wenigstens zwei getrennte Anschlussabschnitte (50a 52a) des gleichen Anschlusselements (50, 52) verbindet oder/und wenigstens einen Anschlussabschnitt (50a) des ersten Anschlusselements (50) mit wenigstens einem Anschlussabschnitt (52a) des zweiten Anschlusselements (52) verbindet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zentralventileinrichtung für ein Kühlsystem eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Elektrofahrzeugs oder Hybridfahrzeugs, mit einem ersten im Wesentlichen kreisförmig ausgebildeten Anschlusselement; einem zweiten im Wesentlichen kreisförmig ausgebildeten Anschlusselement; und mit einem im Wesentlichen kreisförmig ausgebildeten Verstellelement, das zwischen dem ersten Anschlusselement und dem zweiten Anschlusselement angeordnet ist und das relativ zu dem ersten Anschlusselement und zu dem zweiten Anschlusselement um eine Verstellachse drehbar ist; wobei das erste Anschlusselement, das zweite Anschlusselement und das Verstellelement topologisch Ebenen der Zentralventileinrichtung bilden. Ferner betrifft die Erfindung ein Kühlsystem mit einer solchen Zentralventileinrichtung und ein Elektrofahrzeug mit einem solchen Kühlsystem.
Aus der DE 10 2019 107 190 A1 ist eine zylindrische Zentralventileinrichtung bekannt, bei der mehrere entlang einer Verstellachse übereinander angeordnete Eingänge und Ausgänge in einem Hohlzylinder vorgesehen sind, die sich nach radial außen erstrecken. Die Zentralventileinrichtung umfasst ein konzentrisch zu dem Hohlzylinder angeordnetes zylindrisches Stellglied. In dem Stellglied sind mehrere Verbindungskanäle ausgebildet, die jeweils für eine spezielle Schaltstellung ein Verbindung zwischen einem Eingang und einem Ausgang herstellen. Dabei sind für jede Schaltstellung alle erforderlichen Verbindungskanäle in dem Stellelement von Anfang an konstruktiv vorzusehen, so dass eine Erweiterung von Verschaltungen oder/und Anschlüssen nur schwer möglich ist. Mittels der bekannten Zentralventileinrichtung sind bis zu vier Schaltstellungen ermöglicht, was insbesondere dadurch bedingt ist, dass sich die Verbindungskanäle innerhalb des Stellglieds strömungstechnisch nicht kreuzen dürfen.
Weitere Kühlsysteme für insbesondere elektrisch angetriebene Kraftfahrzeuge sind beispielsweise aus der DE 11 2013 004 227 T5 oder der EP 3 121 040 A1 bekannt.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird darin gesehen, eine Zentralventileinrichtung anzugeben, welche die obigen Nachteile vermeidet und insbesondere mehr Anschlüsse und Schaltstellungen ermöglicht als bislang bekannte Ventileinrichtungen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Zentralventileinrichtung, ein Kühlsystem und ein Elektrofahrzeug mit den Merkmalen der jeweiligen unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Vorgeschlagen wird also eine Zentralventileinrichtung für ein Kühlsystem eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Elektrofahrzeugs oder Hybridfahrzeugs, mit
einem ersten im Wesentlichen kreisförmig ausgebildeten Anschlusselement; einem zweiten im Wesentlichen kreisförmig ausgebildeten Anschlusselement;
einem im Wesentlichen kreisförmig ausgebildeten Verstellelement, das zwischen dem ersten Anschlusselement und dem zweiten Anschlusselement angeordnet ist und das relativ zu dem ersten Anschlusselement und zu dem zweiten Anschlusselement um eine Verstellachse drehbar ist;
wobei das erste Anschlusselement, das zweite Anschlusselement und das Verstellelement topologisch Ebenen der Zentralventileinrichtung bilden. Dabei weisen das erste Anschlusselement und das zweite Anschlusselement jeweils mehrere Anschlussabschnitte auf, die innerhalb des jeweiligen Anschlusselements strömungstechnisch voneinander getrennt sind, wobei das Verstellelement mehrere voneinander getrennte Verteilabschnitte aufweist, und wobei das Verstellelement relativ zu den Anschlusselementen in mehrere Schaltstellungen einstellbar ist, in denen wenigstens einer der Verteilabschnitte strömungstechnisch wenigstens zwei getrennte Anschlussabschnitte des gleichen Anschlusselements verbindet oder/und wenigstens einen Anschlussabschnitt des ersten Anschlusselements mit wenigstens einem Anschlussabschnitt des zweiten Anschlusselements verbindet.
Durch die vorgeschlagenen Zentralventileinrichtung mit den drei topologisch benachbart bzw. übereinander angeordneten Ebenen der beiden Anschlusselemente und des Verstellelements ist es möglich, eine Vielzahl von unterschiedlichen Verschaltungen zu ermöglichen. Dabei ist der innere Aufbau des Verstellelements vereinfacht, insbesondere erübrigen sich für jede Schaltstellung seprarat im Verstellelement ausgebildete Verbindungskanäle. Vielmehr können mittels des Verstellelements unter Nutzung der gleichen Verteilabschnitte unterschiedliche Verschaltungen erreicht werden.
Bei der Zentralventileinrichtung kann ein jeweiliger Anschlussabschnitt ringförmig oder ringsektorförmig oder kreissektorförmig ausgebildet sein.
Ein jeweiliger Verteilabschnitt kann ringförmig oder ringsektorförmig oder kreissektorförmig ausgebildet sein.
Die hier beschriebene Ausgestaltung der Anschlussabschnitte bzw. der Verteilabschnitte als ringförmig oder ringsektorförmig oder kreissektorförmig trifft für jeden Anschlussabschnitt bzw. Verteilabschnitt zumindest in einer jeweiligen, zur Verstellachse orthogonalen Schnittebene zu.
Bei der Zentralventileinrichtung können zwischen dem Verstellelement und einem jeweils benachbarten Anschlusselement Dichtmittel angeordnet sein, derart dass Kühlmittel innerhalb der Zentralventileinrichtung in den Anschlussabschnitten und Verteilabschnitten gehalten ist. Hierdruch ist sichergestellt, dass Kühlmittel jeweils nur in strömungstechnisch miteinander verbundenen Anschlussabschnitten und Verteilabschnitten strömen bzw. zirkulieren kann. Die Dichtmittel können beispielsweise als Beschichtung auf dem Anschlusselement oder/und dem Verstellelement ausgebildet sein.
Bei der Zentralventileinrichtung können die Anschlussabschnitte des ersten und zweiten Anschlusselements in mehreren konzentrisch angeordneten Ringbereichen um die Verstellachse herum angeordnet sein. Dabei können das erste Anschlusselement und das zweite Anschlusselement jeweils einen inneren Ringbereich, einen äußeren Ringbereich und einen zwischen diesen beiden angeordneten mittleren Ringbereich aufweisen.
In diesem Zusammenhang kann die Zentralventileinrichtung wenigstens ein Überbrückungselement aufweisen, das den inneren Ringbereich mit dem äußeren Ringbereich des gleichen Anschlusselements strömungstechnisch verbindet unter Umgehung des mittleren Ringbereichs.
Bei der Zentralventileinrichtung kann das Verstellelement mehrere Verteilabschnitte aufweisen, die wenigstens zwei benachbarte Ringbereiche von wenigstens einem Anschlusselement überlappen. Dabei kann ein Verteilabschnitt insbesondere Ringbereiche des gleichen Anschlusselements überlappen, so dass hierdurch eine strömungstechnische Verbindung zwischen den beiden Ringbereichen gebildet werden kann.
Bei der Zentralventileinrichtung können die Verteilabschnitte einen jeweiligen Sektorwinkel aufweisen, der etwa 20° bis 90°, insbesondere 20° bis 50°, beträgt. Die Verteilabschnitte erstrecken sich also nur über einen Teil des kreisförmigen Verstellelements und bilden verteilt und getrennt voneinander angeordnete Verbindungen zwischen den Anschlussabschnitten der Anschlusselemente.
Bei der Zentralventileinrichtung kann das Verstellelement eine die Verstellachse bildende Drehwelle aufweisen, die mit einem Stellantrieb verbindbar oder verbunden ist. Hierdruch kann das Verstellelement mittels des Stellantriebs in eine gewünschte Schaltstellung der Zentralventileinrichtung eingestellt werden. Der Stellantrieb kann steuerungstechnisch bzw. regelungstechnisch beispielsweise mit einer Steuereinheit des Kühlsystems bzw. des Fahrzeugs verbunden sein, so dass die Zentralventileinheit basierend auf Steuerbefehlen von der Steuereinheit eingestellt werden kann.
Bei der Zentralventileinrichtung kann das Verstellelement so ausgeführt sein, dass es in mehr als vier Schaltstellungen positionierbar ist. Insbesondere sind fünf bis zehn oder bedarfsweise auch mehr Schaltstellungen möglich.
Bei der Zentralventileinrichtung kann das Verstellelement innerhalb eines Drehwinkelbereichs von etwa 240° bis 330°, insbesondere von etwa 270° bis 300° verstellbar sein. Mit anderen Worten kann das Verstellelement von einer Ausgangsstellung, die beispielsweise als 0° definiert wird, um bis zu 330° relativ zu den Anschlusselementen gedreht werden. Dabei ist die Verdrehung des Verstellelements in zwei Drehrichtungen möglich.
Ein Kühlsystem für ein Elektrofahrzeug oder ein Hybridfahrzeug mit
einem ersten Kühlmittelkreislauf zur Kühlung von wenigstens einer elektrischen oder/und mechanischen Komponente;
einem zweiten Kühlmittelkreislauf zur Kühlung eines elektrischen Energiespeichers; und
einem dritten Kühlmittelkreislauf zur Konditionierung des elektrischen Energiespeichers;
kann eine oben beschriebene Zentralventileinrichtung aufweisen, die mit jedem Kühlmittelkreislauf in Wirkverbindung steht.
Bei einem solchen Kühlsystem kann jeder Kühlmittelkreislauf wenigstens einen jeweiligen Kühlmittelvorlauf aufweisen, der an einem Anschlussabschnitt eines der Anschlusselemente der Zentralventileinrichtung beginnt, und wenigstens einen jeweiligen Kühlmittelrücklauf aufweist, der an einem anderen Anschlusselement eines der Anschlusselement der Zentralventileinrichtung endet, wobei die Zentralventileinrichtung mittels des Verstellelements in mehrere Schaltstellungen einstellbar ist, wobei in jeder Schaltstellung wenigstens ein Kühlmittelrücklauf von jedem Kühlmittelkreislauf mit wenigstens einem der Kühlmittelvorläufe in Verbindung steht.
Ein Elektrofahrzeug kann mit einem oben beschriebenen Kühlsystem ausgerüstet sein.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Figuren. Dabei zeigt:

1 ein vereinfachtes und schematisches Prinzipschaltbild eines Kühlsystems mit Zentralventileinrichtung;
2 eine Vergrößerung der Zentralventileinrichtung der 1 mit nummerierten Anschlüssen;
3 eine vereinfachte und schematische Schnittansicht einer Ausführungsform der Zentralventileinrichtung;
4 eine Ausführungsform des ersten Anschlusselements der Zentralventileinrichtung in zwei schematischen und vereinfachten Schnittansichten;
5 eine Ausführungsform des zweiten Anschlusselements der Zentralventileinrichtung in zwei schematischen und vereinfachten Schnittansichten;
6 in den Teilfiguren A) und B) eine Ausführungsform des Verstellelements der Zentralventileinrichtung in zwei schematischen und vereinfachten Schnittansichten; und in den 6C und 6D Schaltstellungen für das Verstellelement;
7 eine mittels der Zentralventileinrichtung einstellbare Schaltstellung des Kühlsystems;
8 vereinfachte und schematische Überlagerungen des Verstellements mit den Anschlusselementen des Zentralventils in der Schaltstellung der 7;
9 eine mittels der Zentralventileinrichtung einstellbare Schaltstellung des Kühlsystems;
10 vereinfachte und schematische Überlagerungen des Verstellements mit den Anschlusselementen des Zentralventils in der Schaltstellung der 9;
11 in den Teilfiguren A) bis E) verschiedene weitere Schaltstellungen anhand des Schaltbilds für die Zentralventileinrichtung aus der 2.

In 1 ist vereinfacht und schematisch ein Kühlsystem 100 für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug 200 dargestellt. Das Kraftfahrzeug 200, insbesondere Elektrofahrzeug, ist dabei in 1 lediglich als schematisches Rechteck um das Kühlsystem 100 herum angedeutet.
Das Kühlsystem 100 bildet insgesamt einen Gesamtkreislauf für Kühlmittel zum Kühlen bzw. Konditionieren bzw. Temperieren von Komponenten des Kraftfahrzeugs 200. Das Kühlsystem weist eine Zentralventileinrichtung 12 auf, die nachfolgend auch alternativ als Zentralventil 12 angesprochen wird.
Das Kühlsystem 100 weist einen ersten Kühlmittelkreislauf KK1 zur Kühlung von wenigstens einer elektrischen oder/und mechanischen Komponente 14 des Kraftfahrzeugs 200 auf. Dabei weist der erste Kühlmittelkreislauf KK1 eine erste Kühlmittelpumpe 16 und einen Kühler 18 auf. Unter dem Begriff elektrische oder/und mechanische Komponente 14 sind hier verschiedene Bauteile zusammengefasst, wie beispielsweise ein hier nicht dargestellter Elektromotor oder/und ein Stromwandler, wie etwa DC/DC-Wandler, ein Getriebe oder dergleichen.
Das Kühlsystem 100 weist ferner einen zweiten Kühlmittelkreislauf KK2 auf zur Kühlung eines elektrischen Energiespeichers 20, insbesondere einer Hochvolt-Batterie, wobei der zweite Kühlmittelkreislauf KK2 eine zweite Kühlmittelpumpe 22 aufweist.
Das Kühlsystem 100 umfasst ferner einen dritten Kühlmittelkreislauf KK3 zur Konditionierung des elektrischen Energiespeichers 20, wobei der dritte Kühlmittelkreislauf KK3 einen Wärmeübertrager 24, insbesondere Chiller, aufweist, der mit einer hier nur vereinfacht als Rechteck dargestellten Kälteanlage 26 des Elektrofahrzeugs in thermischer Wirkverbindung steht. Ferner kann im dritten Kühlmittelkreislauf KK3 ein Zusatzheizmodul 28 vorgesehen sein Das Zusatzheizmodul 28 kann beispielsweise eine elektrischer Zusatzheizer bzw. eine Hochvolt-Heizer sein.
Der zweite Kühlmittelkreislauf KK2 und der dritte Kühlmittelkreislauf KK3 können gemeinsam auch als sogenannter Batteriekreislauf bezeichnet werden.
Das Kühlsystem 100 weist einen Ausgleichsbehälter 30 auf. Mittels des Ausgleichsbehälters 30 kann das Kühlsystem 100 mit Kühlmittel befüllt werden. Der Ausgleichsbehälter 30 steht über einen Leitungsabschnitt 32 mit einer Luftabscheidungsvorrichtung 34 in Verbindung die im ersten Kühlmittelkreislauf KK1 angeordnet ist. Die Luftabscheidungsvorrichtung 32 ist im gezeigten Beispiel stromaufwärts von der ersten Kühlmittelpumpe 16 angeordnet. Wird mit dem Kühlsystem eine Entlüftungsroutine durchgeführt, kann Luft bzw. können Luftblasen über den Leitungsabschnitt 32 in den Ausgleichsbehälter 30 entweichen.
Der erste Kühlmittelkreislauf KK1 kann einen stromabwärts von der ersten Kühlmittelpumpe 16 und stromaufwärts von dem Kühler 18 abzweigenden Bypassabschnitt 36 aufweisen. Der Bypassabschnitt 36 beginnt an einer Abzweigung 38 und endet an der Zentralventileinrichtung 12. Somit bildet der Bypassabschnitt 36 einen sogenannten Bypass-Kühlmittelrücklauf KRB des ersten Kühlmittelkreislaufs KK1 zu der Zentralventileinrichtung 12.
Der erste Kühlmittelkreislauf KK1 kann weiter einen stromabwärts von der ersten Kühlmittelpumpe 16 und stromaufwärts von der zu kühlenden antriebsseitigen Komponente 14 abzweigenden Zusatzabschnitt 40 aufweisen. Der Zusatzabschnitt 40 beginnt an einer Abzweigung 42 und endet an der Zentralventileinrichtung 12. Somit bildet der Zusatzabschnitt 40 einen Zusatz-Kühlmittelrücklauf KRZ des ersten Kühlmittelkreislaufs KK1.
Wie sich aus der obigen Beschreibung des ersten Kühlmittelkreislaufs KK1 ergibt, weist dieser im gezeigten Beispiel ausgehend von der Zentralventileinrichtung 12 einen Kühlmittelvorlauf KV1 und einen den Kühler 18 aufweisenden Kühlmittelrücklauf KR1 auf. Ferner kann Kühlmittel im ersten Kühlmittelkreislauf KK1 auch über den Bypass-Kühlmittelrücklauf KRB oder/und den Zusatz-Kühlmittelrücklauf KRZ wieder zurück zum Zentralventil 12 geführt werden.
Der zweite Kühlmittelkreislauf KK2 weist ausgehend von dem Zentralventil 12 einen Kühlmittelvorlauf KV2 und einen den elektrischen Energiespeicher 20 aufweisenden Kühlmittelrücklauf KR2 auf. Zusätzlich kann der zweite Kühlmittelkreislauf KK2 einen Lade-Kühlmittelvorlauf KVL aufweist, der strömungstechnisch parallel zur zweiten Kühlmittelpumpe 22 angeordnet ist. der Lade-Kühlmittelvorlauf KVL beginnt beim Zentralventil 12 und endet an einem Abzweig 44, der stromabwärts von der zweiten Kühlmittelpumpe 22 angeordnet ist.
Ferner zweigt im zweiten Kühlmittelkreislauf KK2 stromaufwärts von der zweiten Kühlmittelpumpe 22 eine Ausgleichsleitung 46 ab, die strichpunktiert dargestellt ist. Die Ausgleichsleitung 46 mündet in den Ausgleichsbehälter 30, so dass auf diese Weise ein Kühlmittelausgleich bzw. Druckausgleich in dem Kühlsystem 100 erfolgen kann. Über die Ausgleichsleitung 46 kann auch Luft in den Ausgleichsbehälter 30 entweichen.
Der dritte Kühlmittelkreislauf KK3 weist ausgehend von dem Zentralventil 12 einen Kühlmittelvorlauf KV3 und einen Kühlmittelrücklauf KR3 auf. Im gezeigten Beispiel umfasst der dritte Kühlmittelkreislauf KK3 einen Chiller-Kühlmittelvorlauf KVC und einen Zusatzheizer-Kühlmittelvorlauf KVH auf, die strömungstechnisch parallel zueinander angeordnet sind. Die beiden strömungstechnisch parallelen Vorläufe KVC und KVH münden in einem Abzweig 48.
Bei dem oben unter Bezugnahme auf die 1 beschriebenen Kühlsystem 100 stellt die Zentralventileinrichtung 12 ein zentrales Element dar, das als Ausgangspunkt für die Topologie des Kühlsystems bzw. der Kühlmittelkreisläufe KK1, KK2, KK3 dient. Dabei ist das Zentralventil 12 insbesondere so ausgeführt bzw. ausgestaltet, dass alle Verschaltungen der Kühlmittelkreisläufe KK1, KK2, KK3 einzig mittels Verstellung der Zentralventileinrichtung 12 einstellbar sind. Dabei kann die Zentralventileinrichtung 12 je nach Schaltstellung als Mischventil oder/und Umschaltventil für einen betreffenden Kühlmittelkreislauf KK1, KK2, KK3 wirken.

2 zeigt das Zentralventil 12 in einer vergrößerten schematischen Darstellung mit nummerierten Anschlüssen. In dem dargestellten Beispiel sind Anschlüsse der Zentralventileinrichtung 12 wie folgt den Vorläufen KVx bzw. Rückläufen KRx der jeweiligen Kühlmittelkreisläufe KKn zugeordnet:

Anschluss	Kühlmittelkreislauf KKn	Vorlauf KVx	Rücklauf KRx
1	KK2	KV2	---
2	KK2	KVL	---
3	KK2	---	KR2
4	KK1	---	KR1
5	KK1	---	KRB
6	KK1	KV1	---
7	KK1	---	KRZ
8	KK3	KVC/KV3
9	KK3	KVH	---
10	KK3	---	KR3

Die hier beispielhaft verwendete Nummerierung der Anschlüsse 1 bis 10 kann natürlich auch eine andere sein. Ferner kann die Zentralventileinrichtung 12 auch mehr oder weniger als die hier beispielhaft gezeigten zehn Anschlüsse aufweisen.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 3 bis 10 eine Ausführungsform einer Zentralventileinrichtung 12 beschrieben, die in einem oben beschriebenen Kühlsystem 100 eingesetzt werden kann. Es wird darauf hingewiesen, dass das oben beschriebene Kühlsystem 100 eine beispielhafte Ausführungsform eines Kühlsystems mit Zentralventileinrichtung 12 darstellt. Die nachfolgend beschriebene Ausführungsform einer Zentralventileinrichtung 12 kann bei entsprechender Anpassung von Anschlüssen auch für Kühlsysteme mit anderer Topologie oder/und anderen Funktionen eingesetzt werden. Die Zentralventileinrichtung 12 ist also nicht auf den alleinigen Einsatz bzw. die Verwendung in dem oben beschriebenen Kühlsystem 100 eingeschränkt.
3 zeigt in einer vereinfachten und schematischen Prinzipdarstellung, die einen vereinfachten Querschnitt darstellt, einen möglichen Aufbau der Zentralventileinrichtung 12. Die Zentralventileinrichtung bzw. das Zentralventil 12 umfasst ein erstes im Wesentlichen kreisförmig ausgebildetes Anschlusselement 50. Ferner weist das Zentralventil 12 ein zweites im Wesentlichen kreisförmig ausgebildetes Anschlusselement 52 auf. Zwischen dem ersten Anschlusselement 50 und dem zweiten Anschlusselement 52 ist ein im Wesentlichen kreisförmig ausgebildetes Verstellelement 54 angeordnet. Das Verstellelement 54 ist relativ zu dem ersten Anschlusselement 50 und zu dem zweiten Anschlusselement 52 um eine Verstellachse VA drehbar.
An den Anschlusselementen 50, 52 können mit den oben beschriebenen Kühlmittelkreisen verbundene, hier nicht weiter dargestellte Kopplungselemente bzw. Verbindungsstücke angeschlossen bzw. angebracht werden.
Das Verstellelement 54 ist mit einer Drehwelle 56 drehfest gekoppelt, wobei die Drehwelle 56 die Verstellachse VA bildet bzw. aufweist. Wie sich aus der Ansicht der 3 ergibt, bilden das erste Anschlusselement 50, das zweite Anschlusselement 52 und das Verstellelement 54 topologisch Ebenen der Zentralventileinrichtung 12.
Mittels des Verstellelements 54 ist es möglich, Kühlmittel innerhalb der Zentralventileinrichtung 12 in unterschiedlicher Weise strömen zu lassen, was durch die verschiedenen Doppelpfeile illustriert ist. Durch gestrichelte vertikale Linien ist angedeutet, dass die Anschlusselemente 50, 52 und das Verstellelement 54 in mehrere, im Beispiel drei, Ringbereiche RI, RM, RA aufgeteilt sind. Die Ringbereiche RI, RM, RA sind insbesondere konzentrisch um die Verstellachse VA herum angeordnet. Die Ringbereiche RI, RM und RA können auch als innerer (RI), mittlerer (RM) und äußerer (RA) Ringbereich bezeichnet werden.
Mittels des Verstellelements 54 ist es möglich, Kühlmittel innerhalb des gleichen Ringbereichs vom ersten Anschlusselement 50 zum zweiten Anschlusselement 52 oder umgekehrt zu leiten, was beispielhaft durch den vertikalen Doppelpfeil für den Ringbereich RA links in 3 illustriert ist. Ferner kann Kühlmittel von einem Ringbereich des ersten Anschlusselements 50 zu einem anderen Ringbereich des zweiten Anschlusselements 52 oder umgekehrt geleitet werden, was beispielhaft durch den stufenartigen Doppelpfeil für die Ringbereiche RM und RI links in 3 illustriert ist. Zusätzlich ist es auch möglich, dass mittels des Verstellelements 54 Kühlmittel von einem Ringbereich in einen anderen Ringbereich innerhalb des gleichen Anschlusselements 50, 52 geleitet wird, was beispielhaft durch die U-förmigen Doppelpfeile für die Ringbereiche RI, RM des ersten Anschlusselements 50 und für die Ringbereiche RM, RA des zweiten Anschlusselements 52 rechts in 3 illustriert ist.
3 zeigt also vereinfacht das Grundprinzip des Aufbaus des Zentralventils 12, wobei nachfolgend der Aufbau der Anschlusselemente 50, 52 und des Verstellelements 54 und ihr Zusammenwirken noch im Detail erklärt wird.
4A zeigt eine beispielhafte Ausgestaltung des ersten Anschlusselements 50 in einer Schnittdarstellung orthogonal zur Verstellachse VA. 4B zeigt hierzu die vereinfachte Schnittansicht etwa entsprechend der Schnittlinie B-B der 4A. Das erste Anschlusselement 50 weist mehrere Anschlussabschnitte 50a auf, die innerhalb des Anschlusselements 50 strömungstechnisch voneinander getrennt sind. In der 4 sind die Anschlussabschnitte 50a jeweils auch mit der Zahl des jeweiligen Anschlusses und dem Kürzel des angeschlossenen Kühlmittelvorlaufs KVx bzw. Kühlmittelrücklaufs KRx gemäß der oben zur 2 aufgestellten Tabelle gekennzeichnet, wobei die Zahl des Anschlusses und die angeschlossenen Kühlmittelleitung durch einen Schrägstrich voneinander getrennt und eingerahmt sind.
Die Anschlussabschnitte 50a können dabei ringförmig oder ringsektorförmig oder kreissektorförmig ausgebildet sein. Beispielsweise ist der Anschlussabschnitt 50a für den Anschluss 6 bzw. den Kühlmittelvorlauf KV1 des ersten Kühlmittelkreislaufs KK1 (1) ringförmig ausgebildet und im inneren Ringbereich RI vorgesehen. Der Anschlussabschnitt 50a für den Anschluss 10 bzw. den Kühlmittelrücklauf KR3 des dritten Kühlmittelkreislaufs KK3 (1) ist beispielsweise als Ringsektor ausgebildet. Dieser Ringsektor 50a (10/KR3) weist beispielsweise einen Sektorwinkel von etwa 180° auf. Der Anschlussabschnitt 50a für den Anschluss 5 bzw. den Bypass-Kühlmittelrücklauf KRB ist ebenfalls als Ringsektor ausgeführt. Dieser Ringsektor 50a (5/KRB) weist einen Sektorwinkel von etwa 70° auf. Ferner weist dieser Anschlussabschnitt 50a (5/KRB) auch eine Ausgestaltung auf, durch die der mittlere Ringbereich RM mit dem äußeren Ringbereich in radialer Richtung verbunden ist. Wie aus der 4 ersichtlich, gibt es noch weitere Anschlussabschnitte 50a, die ebenfalls ringsektorförmig bzw. kreissektorförmig ausgebildet sind, deren prinzipielle Eigenschaften sich aus der Figur ergeben unter entsprechender Anwendung der oben beispielhaft detaillierter beschriebenen Anschlussabschnitte 50a 6/KV1, 10/KR3 und 5/KRB.
Aus den Darstellungen der 4 ist im Übrigen auch die Drehwelle 56 der Zentralventileinrichtung 12 ersichtlich die relativ zu dem ersten Anschlusselement 50 drehbar um die Verstellachse VA ausgebildet ist.
5A zeigt eine beispielhafte Ausgestaltung des zweiten Anschlusselements 52 in einer Schnittdarstellung orthogonal zur Verstellachse VA. Die 5B und 5C zeigen hierzu vereinfachte Schnittansichten etwa entsprechend den Schnittlinie B-B und C-C der 5A. Das zweite Anschlusselement 52 weist mehrere Anschlussabschnitte 52a auf, die innerhalb des Anschlusselements 52 strömungstechnisch voneinander getrennt sind. In der 5 sind die Anschlussabschnitte 52a jeweils auch mit der Zahl des jeweiligen Anschlusses und dem Kürzel des angeschlossenen Kühlmittelvorlaufs KVx bzw. Kühlmittelrücklaufs KRx gemäß der oben zur 2 aufgestellten Tabelle gekennzeichnet, wobei die Zahl des Anschlusses und die angeschlossenen Kühlmittelleitung durch einen Schrägstrich voneinander getrennt und eingerahmt sind.
Die Anschlussabschnitte 52a können dabei ringförmig oder ringsektorförmig oder kreissektorförmig ausgebildet sein. Beispielsweise ist der Anschlussabschnitt 52a für den Anschluss 1 bzw. den Kühlmittelvorlauf KV2 des zweiten Kühlmittelkreislaufs KK2 (1) ringförmig ausgebildet und im inneren Ringbereich RI vorgesehen. Der Anschlussabschnitt 52a für den Anschluss 8 bzw. den Chiller-Kühlmittelvorlauf KVC des dritten Kühlmittelkreislaufs KK3 (1) ist beispielsweise ringsektorförmig ausgebildet. Anhand des Chiller-Kühlmittelvorlaufs KVC ist auch ersichtlich, dass ein Kühlmittelvorlauf KVx bzw. ein Kühlmittelrücklauf KRX auch an zwei voneinander getrennten Anschlussabschnitten 52a angeschlossen sein kann. Die in diesem Beispiel für den Chiller-Kühlmittelvorlauf KVC vorgesehenen Ringsektoren 52a (8/KVC) im äußeren Ringbereich RA weisen beispielsweise einen Sektorwinkel von etwa 140° bzw. etwa 60° auf. Der Anschlussabschnitt 52a für den Anschluss 3 bzw. den Kühlmittelrücklauf KR2 des zweiten Kühlmittelkreislaufs KK2 ( 1) ist beispielsweise ringförmig ausgeführt und im mittleren Ringbereich RM angeordnet. Wie aus der 5 ersichtlich, gibt es noch weitere Anschlussabschnitte 52a, die ebenfalls ringsektorförmig bzw. kreissektorförmig ausgebildet sind, deren prinzipielle Eigenschaften sich aus der Figur ergeben unter entsprechender Anwendung der oben beispielhaft detaillierter beschriebenen Anschlussabschnitte 52a 1/KV2, 3/KR2 und 8/KVC.
Wie aus den 5A und 5C ersichtlich, kann ein Anschlusselement, hier beispielhaft das zweite Anschlusselement 52, wenigstens ein Überbrückungselement 58 aufweisen. Das Überbrückungselement 58 ist hier ebenfalls kreissektorförmig ausgebildet. Es stellt innerhalb des gleichen Anschlusselements 52 eine strömungstechnische Verbindung zwischen dem äußeren Ringbereich RA und dem inneren Ringbereich RI her. Dabei wird der mittlere Ringbereich RM strömungstechnisch überbrückt.
Die in den 4 und 5 beispielhaft gezeigten Anschlusselemente 50, 52 können vereinfacht auch als plattenartige, kreisförmige Scheiben bezeichnet werden, in denen die Anschlussabschnitte 50a, 52a als eine Art Ringkanal ausgebildet sind. An den jeweiligen Anschlussabschnitten 50a, 52a können passende Verbindungsstücke angebracht werden, die dann den Übergang zu der entsprechenden Kühlmittelleitung KVx, KRx bilden. Es wird darauf hingewiesen, dass die Anschlusselemente 50, 52 der 4 und 5 auch in den weiteren Figuren gleich orientiert sind. Dies soll verdeutlichen, dass die Anschlusselemente 50, 52 relativ zum Verstellelement 54 feststehen und nur das Verstellelement verdreht werden kann, was nachfolgend noch genauer erläutert wird.
6A zeigt eine beispielhafte Ausgestaltung des Verstellelements 54 in einer Schnittdarstellung orthogonal zur Verstellachse VA. Die 6B zeigt hierzu eine vereinfacht Schnittansicht etwa entsprechend den Schnittlinie VI-VI der 6A. Das Verstellelement 54 weist mehrere Verteilabschnitte 54a auf, die innerhalb des Verstellelements 54 strömungstechnisch voneinander getrennt sind. In der 6 sind die Verteilabschnitte 54a jeweils auch mit den Ringbereichen RA, RM und RI gefolgt vom Bezugszeichen 50 bzw. 52 gekennzeichnet. Hierdurch wird ausgedrückt, welche strömungstechnische Verbindung zwischen Ringbereichen RA, RM, RI der beiden Anschlusselemente 50, 52 herstellbar sind bzw. hergestellt sind.
Bezogen auf die beiden im Bereich der Schnittlinie B-B gelegenen Verteilabschnitte 54a ist beispielsweise der in 6A linke Verteilabschnitt 54a mit der zusätzlichen Kennzeichnung RM50-RI52 so ausgestaltet, dass eine Kühlmittelverbindung vom mittleren Ringbereich RM des ersten Anschlusselements 50 (4) zum inneren Ringbereich RI des zweiten Anschlusselements 52 (5) herstellbar oder hergestellt ist. Mit anderen Worten kann mittels des Verteilabschnitts 54a (RM50-RI52) eine Verbindung sowohl in radialer als auch in axialer Richtung zwischen zwei Ringabschnitten RM, RI unterschiedlicher Anschlusselemente 50, 52 hergestellt werden.
Der in der 6A entlang der Schnittlinie B-B rechte Verteilabschnitt 54a mit der zusätzlichen Kennzeichnung RI50-RM50 ist so ausgestaltet, dass eine Kühlmittelverbindung vom mittleren Ringbereich RM des ersten Anschlusselements 50 zum inneren Ringbereich RI des ersten Anschlusselements 50 (also des gleichen Anschlusselements) herstellbar oder hergestellt ist.
Mit anderen Worten kann das Verstellelement 54 auch als plattenartige, kreisförmige Scheibe bezeichnet werden. Dabei können die Verteilabschnitte 54a entweder als durchgehende Öffnungen (beispielsweise Verteilabschnitt RM50-RI52 in 4) in dem Verstellelement 54 vorgesehen sein oder als Ausnehmungen (beispielsweise Verteilabschnitt RI50-RM50 in 4). In der Form einer Durchgangsöffnung kann eine strömungstechnische Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Anschlusselement 50, 52 hergestellt werden bzw. sein. In der Form einer Ausnehmung kann eine strömungstechnische Verbindung zwischen Ringbereichen RA, RM, RI des gleichen Anschlusselements 50 bzw. 52 hergestellt werden bzw. sein.
Das Verstellelement 54 ist relativ zu den Anschlusselementen 50, 52 drehbar. Insbesondere ist das Verstellelement 54 drehfest mit der Drehwelle 56 verbunden. Das Verstellelement 54 ist in mehrere Schaltstellungen einstellbar, in denen wenigstens einer der Verteilabschnitte 54a strömungstechnisch wenigstens zwei getrennte Anschlussabschnitte 50a, 52a des gleichen Anschlusselements 50, 52 verbindet oder/und wenigstens einen Anschlussabschnitt 50a des ersten Anschlusselements 50 mit wenigstens einem Anschlussabschnitt 52a des zweiten Anschlusselements 52 verbindet.
In 6 ist auch ein Pfeil SP dargestellt, der kein Bauteil bzw. Element des Verstellelements 54 darstellt, sondern lediglich die Einstellung bzw. Schaltstellung illustrieren soll. In der Darstellung der 6 zeigt der Pfeil SP beispielhaft auf eine Schaltstellung VI, was nachfolgend noch genauer beschrieben wird.
In 6C ist das Verstellelement 54 der 6A nochmals dargestellt, ohne alle Bezugszeichen erneut zu weiderholen. Entlang des Umfangs des Verstellelements 54 sind weitere einstellbare bzw. mögliche Schaltstellungen mit römischen Ziffern (I-VII) in Konturpfeilen bezeichnet. Wird das Verstellelement 54 um die Verstellachse VA verdreht bis der Pfeil SP im Wesentlichen auf eine der römischen Ziffern für die Schaltstellungen bzw. den entsprechenden Konturpfeil zeigt, ist hierdurch die entsprechende Verschaltung innerhalb des Zentralventils 12 erreicht.
Rein beispielhaft ist in 6D das Verstellelement 54 auf die Schaltstellung IV eingestellt. Ausgehend von der Situation gemäß 6C ist das Verstellelement 54 um etwa 50° im Uhrzeigersinn verdreht. Diese Schaltstellung ist nicht nur punktuell einstellbar, sondern stellt sich entlang des Drehwinkels ein, der zwischen den beiden mit IV bezeichneten Konturpfeilen gebildet ist. Ein solcher Schaltstellungsbereich ist beispielsweise auch für die Schaltstellung II vorhanden. Für beide 6C und 6D wird noch darauf hingewiesen, dass die dickere Linie, die sich zwischen den Konturpfeilen II und III erstreckt, einen blockierten Bereich BB bezeichnet. Mit anderen Worten gibt es innerhalb des Drehwinkelbereichs des blockierten Bereichs BB keine einstellbare Schaltstellung. Das Verstellelement 54 kann also mit seinem Stellungspfeil SP nur von der Schaltstellung II im Uhrzeigersinn zur Schaltstellung III bzw. dazwischen liegenden Schaltstellungen gedreht werden. Selbstverständlich kann das Verstellelement 54 auch im Gegenuhrzeigersinn zwischen den Schaltstellungen III und II bewegt werden. Von dem Konturpfeil der Schaltstellung II zu dem Konturpfeil der Schaltstellung III kann das Verstellelement 54 also in einem Drehwinkelbereich von etwa 240° bis 330°, insbesondere von etwa 270° bis 300°, verstellt werden.
Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die 7 bis 10 beispielhaft zwei Schaltstellungen der Zentralventileinrichtung bzw. des Zentralventils 12 beschrieben. Dabei wird jeweils eine zur 1 ähnliche 7 bzw. 9 verwendet, wobei jeweils in der oberen Figur, die mit A) gekennzeichnet ist, die aktiv durchströmten Leitungen durchgezogen und die nicht durchströmten Leitungen punktiert dargestellt sind. Leitungen bzw. Leitungsabschnitte, die optional durchströmt werden können, sind gestrichelt dargestellt. In der jeweils unteren Figur B) sind die mittels der Zentralventileinrichtung 12 in der jeweiligen Schaltstellung hergestellten Verbindungen zwischen Vorläufen und Rückläufen der verschiedenen Kühlmittelkreisläufe KK1, KK2, KK3 dargestellt. Dabei ist zu beachten, dass sich kreuzende Linien keine fluidtechnische Verbindung darstellen. Eine in der Zentralventileinrichtung 12 vorgesehene bzw. einstellbare Verbindung ist mittels eines schwarzen Punkts dargestellt. Die Schaltstellungen sind mit römischen Ziffern bezeichnet. In einer zusätzlichen Figur sind zu jeder Schaltstellung die relative Stellung des Verstellelements 54 zu dem ersten Anschlusselement 50 und dem zweiten Anschlusselement 52 dargestellt, um das Funktionsprinzip der Zentralventileinrichtung 12 detaillierter beschreiben zu können.
7 zeigt beispielhaft eine Schaltstellung VI des Zentralventils 12. Diese Schaltstellung VI kann auch als Wärmepumpenbetrieb bezeichnet werden. In dieser sechsten Schaltstellung VI sind folgende Verbindungen hergestellt:

a) Bypass-Kühlmittelrücklauf KRB des ersten Kühlmittelkreislaufs KK1 mit dem (Chiller-)Kühlmittelvorlauf KV3/KVC des dritten Kühlmittelkreislaufs KK3; im Zentralventil 12 stehen also die Anschlüsse 5 und 8 miteinander in Verbindung;
b) Kühlmittelrücklauf KR2 des zweiten Kühlmittelkreislaufs KK2 mit dem Kühlmittelvorlauf KV2 des zweiten Kühlmittelkreislaufs KK2; im Zentralventil 12 stehen also die Anschlüsse 3 und 1 miteinander in Verbindung;
c) Kühlmittelrücklauf KR3 des dritten Kühlmittelkreislaufs KK3 mit dem Kühlmittelvorlauf KV1 des ersten Kühlmittelkreislaufs KK1; in dem Zentralventil 12 stehen also die Anschlüsse 10 und 6 miteinander in Verbindung.

In der sechsten Schaltstellung VI sind die Anschlüsse 2, 4, 7 und 9 geblockt bzw. gesperrt, so dass das Kühlmittel in den entsprechenden Leitungsabschnitten KVL, KR1, KRZ und KVH steht bzw. nicht einströmt.
In der Schaltstellung VI nimmt das Kühlmittel im Bereich der elektrischen oder/und mechanischen Komponente(n) 14 im ersten Kühlmittelkreislauf KK1 Wärme auf. Das erwärmte Kühlmittel strömt unter Umgehung des Kühlers 18 mittels des Bypass-Kühlmittelrücklaufs KRB in den dritten Kühlmittelkreislauf KK3 und dort in den Chiller 24. Im Chiller 24 gibt das Kühlmittel Wärme an das Kältemittel der Kälteanlage 26 des Kraftfahrzeugs 200 ab. Der Chiller 24 arbeitet folglich als Wasser-Wärmpumpe für die Kälteanlage 26. In dieser Schaltstellung VI ist der erste Kühlmittelkreislauf KK1 von dem zweiten Kühlmittelkreislauf KK2 getrennt, so dass die beiden Kühlmittelpumpen 16, 22 jeweils autonome Kühlmittelkreisläufe betreiben.
8 zeigt in der Teilfigur A) die Überlagerung von Verstellelement 54 und erstem Anschlusselement 50 in der Schaltstellung VI. In der Teilfigur B) ist die Überlagerung des Verstellelements 54 mit dem zweiten Anschlusselement 52 in der gleichen Schaltstellung VI dargestellt. Dabei sind die Bereiche der Verteilabschnitte 54a des Verstellelements 54 und der Anschlussabschnitte 50a, 52a der Anschlusselemente 50, 52, in denen Kühlmittel strömen bzw. vorhanden sein kann, schraffiert dargestellt. Durch sich kreuzende Schraffuren ist daher ersichtlich, wo eine strömungstechnische Verbindung zwischen Anschlussabschnitten 50a, 52a der Anschlusselemente 50, 52 und Verteilabschnitten 54a des Verstellelements 54 hergestellt sind.
Wie bereits oben unter Bezugnahme auf die 7 beschrieben, sind in der Schaltstellung VI die Anschlüsse 10 und 6 miteinander verbunden. Die strömungstechnische Verbindung wird mittels des Verteilabschnitts RI50-RM50 hergestellt, der in dieser Stellung den im inneren Ringbereich RI liegenden Kühlmittelvorlauf KV1 mit dem im mittleren Ringbereich RM liegenden Kühlmittelrücklauf KR3 innerhalb des ersten Anschlusselements 50 verbindet.
Der Verteilabschnitt 54a, der in 6 mit RM50-RI52 bezeichnet ist, steht in der Schaltstellung VI mit keinem Anschlussabschnitt des ersten Anschlusselements 50 in Verbindung. Durch den Verteilabschnitt RA50-RA52 wird die strömungstechnische Verbindung zwischen dem Bypass-Kühlmittelrücklauf KRB bzw. dem Anschluss 5 und dem Chiller-Kühlmittelvorlauf KVC bzw. dem Anschluss 8 hergestellt.
Die strömungstechnische Verbindung zwischen den Anschlüssen 3 bzw. KR2 und 1 bzw. KV2 erfolgt mittels des Verteilabschnitts RM52-RA52. Dabei wird Kühlmittel vom mittleren Ringberiech RM bzw. dem Anschluss 3 bzw. KR2 in einen Ringkanalabschnitt im äußeren Ringbereich RA geleitet. Vom äußeren Ringbereich RA im Anschlusselement 52 kann das Kühlmittel über das Überbrückungselement 58 in den inneren Ringbereich RI strömen, wo der Kühlmittelvorlauf KV2 angeschlossen ist. Dass Kühlmittel in diesem Fall durch das Überbrückungselement 58 strömt ist durch die beiden gestrichelten und geknickten Pfeile zwischen dem äußeren Ringabschnitt RA52 und diem inneren Ringabschnitt RI52 angedeutet. Es wird hierzu ergänzend auch nochmals auf die Schnittdarstellung der 5C verwiesen.
8C zeigt eine Schnittdarstellung entsprechend der Schnittlinien C-C der 8A und 8B. Dabei sind die Anschlusselemente 50, 52 und das Verstellelement 54 übereinander angeordnet.
Aus dieser Darstellung ist auch ersichtlich, dass zwischen dem Verstellelement 54 und einem jeweils benachbarten Anschlusselement 50, 52 Dichtmittel 60 angeordnet sind, derart dass Kühlmittel innerhalb der Zentralventileinrichtung 12 in den Anschlussabschnitten 50a, 52a und Verteilabschnitten 54a gehalten ist. Die Dichtmittel 60 können beispielsweise als Beschichtung auf dem Verstellelement 54 ausgeführt sein. Mit anderen Worten kann das Verstellelement 54 auch als Dichtscheibe bezeichnet werden, die zwischen den beiden Anschlusselement 50, 52 angeordnet ist. Dabei weist das Verstellelement bzw. die Dichtscheibe mehrere als Durchgangsöffnungen oder Aussparungen ausgebildete Verteilabschnitte 54 auf, durch die Kühlmittel in gewünschter Weise verteilt bzw. geleitet werden kann.
9 zeigt eine Schaltstellung IV des Zentralventils 12. Diese Schaltstellung IV kann auch als kombinierte Kreise bezeichnet werden. In dieser Schaltstellung IV sind folgende Verbindungen hergestellt:

a) Kühlmittelrücklauf KR1 des ersten Kühlmittelkreislaufs KK1 mit dem Kühlmittelvorlauf KV2 des zweiten Kühlmittelkreislaufs KK2; im Zentralventil 12 stehen also die Anschlüsse 4 und 1 miteinander in Verbindung;
b) Kühlmittelrücklauf KR2 des zweiten Kühlmittelkreislaufs KK2 mit dem Kühlmittelvorlauf KV3/KVC des dritten Kühlmittelkreislaufs KK3; im Zentralventil 12 stehen also die Anschlüsse 3 und 8 miteinander in Verbindung;
c) Kühlmittelrücklauf KR3 des dritten Kühlmittelkreislaufs KK3 mit dem zu dem Kühlmittelvorlauf KV1 des ersten Kühlmittelkreislaufs KK1; in dem Zentralventil 12 stehen also die Anschlüsse 10 und 6 miteinander in Verbindung;
d) Optional: Bypass-Kühlmittelrücklauf KRB des ersten Kühlmittelkreislaufs KK1 mit dem Kühlmittelvorlauf KV2 des zweiten Kühlmittelkreislaufs KK2, wobei Kühlmittel aus dem Kühlmittelrücklauf KR1 des ersten Kühlmittelkreislaufs KK1 und dem Bypass-Kühlmittelrücklauf KRB gemischt werden oder wobei Kühlmittel nur über den Bypass-Kühlmittelrücklauf KRB geleitet wird.

In der vierten Schaltstellung IV sind die Anschlüsse 2, 7 und 9 geblockt bzw. gesperrt, so dass das Kühlmittel in den entsprechenden Leitungsabschnitten KVL, KRZ und KVH steht bzw. nicht einströmt.
In dieser Schaltstellung IV ist der erste Kühlmittelkreislauf KK1 strömungstechnisch mit dem zweiten Kühlmittelkreislauf KK2 verbunden.
10 zeigt in der Teilfigur A) die Überlagerung von Verstellelement 54 und erstem Anschlusselement 50 in der Schaltstellung IV. In der Teilfigur B) ist die Überlagerung des Verstellelements 54 mit dem zweiten Anschlusselement 52 in der gleichen Schaltstellung IV dargestellt. Dabei sind die Bereiche der Verteilabschnitte 54a des Verstellelements 54 und der Anschlussabschnitte 50a, 52a der Anschlusselemente 50, 52, in denen Kühlmittel strömen bzw. vorhanden sein kann, schraffiert dargestellt. Durch sich kreuzende Schraffuren ist daher ersichtlich, wo eine strömungstechnische Verbindung zwischen Anschlussabschnitten 50a, 52a der Anschlusselemente 50, 52 und Verteilabschnitten 54a des Verstellelements 54 hergestellt sind. Es wird nochmals darauf hingewiesen, dass die Schaltstellung IV mittels des drehbaren Verstellelements 54 im gesamten Drehwinkelbereich zwischen den Konturpfeilen IV-IV eingestellt werden kann.
Wie bereits oben unter Bezugnahme auf die 9 beschrieben, sind in der Schaltstellung IV die Anschlüsse 6 und 10 miteinander verbunden. Die strömungstechnische Verbindung im Zentralventil 12 wird mittels des Verteilabschnitts RI50-RM50 hergestellt, der in dieser Stellung den im inneren Ringbereich RI liegenden Kühlmittelvorlauf KV1 mit dem im mittleren Ringbereich RM liegenden Kühlmittelrücklauf KR3 innerhalb des ersten Anschlusselements 50 verbindet.
Der Verteilabschnitt 54, der in 10 mit RM50-RI52 bezeichnet ist, steht in der Schaltstellung IV mit dem Anschlussabschnitt 4/KR1 oder/und dem Anschlussabschnitt 5/KRB des ersten Anschlusselements 50 in Verbindung. Wie aus der 10B ersichtlich steht der Verteilabschnitt RM50-RI52 im zweiten Anschlusselement 52 mit dem Anschlussabschnitt 1/KV2 in Verbindung. Mit anderen Worten stehen durch den Verteilabschnitt RM50-RI52 die Anschlüsse 6 und 4 oder/und 5 miteinander in Verbindung. Dabei hängt die Verbindung mit den Anschlüssen 4/KR1 oder/und 5/KRB von der eingestellten Drehstellung des Verstellelements 54 ab. In 10A ist die Schaltstellung gezeigt, in der Kühlmittel vom Kühlmittelrücklauf KR1 und vom Bypass-Kühlmittelrücklauf KRB gemischt werden. Wenn das Verstellelement 54 zu dem einen oder dem anderen der beiden Konturpfeile IV bewegt bzw. gedreht wird, kann entweder nur der Kühlmittelrücklauf KR1 oder nur der Bypass-Kühlmittelrücklauf aktiv ein. Dies ist in 10A durch die Anschlussnummer 4 bzw. 5 neben dem betreffenden Konturpfeil IV illustriert.
Durch den Verteilabschnitt RI50-RM50 wird die strömungstechnische Verbindung zwischen dem Kühlmittelrücklauf KR3 bzw. dem Anschluss 10 und dem Kühlmittelvorlauf KV1 bzw. dem Anschluss 6 hergestellt.
Die strömungstechnische Verbindung zwischen den Anschlüssen 3 bzw. KR2 und 8 bzw. KVC erfolgt mittels des Verteilabschnitts RA52-RM52. Dabei wird Kühlmittel vom mittleren Ringbereich RM bzw. dem Anschluss 3 bzw. KR2 in den Anschlussabschnitt 8/KVC im äußeren Ringbereich RA geleitet. Die Verteilabschnitte RA50-RA50 und RA50-RA52 haben in der Schaltstellung IV keine strömungstechnisch verbindende Funktion.
In den 11A bis 11E sind die in Bezug auf die 6C und 6D bereits erwähnten beispielhaft möglichen Schaltstellungen I bis VII, jedoch ohne die bereits vorgestellten Schaltstellungen VI (7 und 8) und IV (9 und 10) als vereinfachtes Schaltbild des Zentralventils 12 dargestellt. Es ist für den Fachmann aus diesen 11A bis 11E in Kombination mit den konkret erläuterten Beispielen für die Schaltstellungen VI und IV in einfacher Weise ersichtlich und offenbart, dass durch relative Verdrehung des Verstellelements 54 zu den Anschlusselementen 50 und 52 eine gewünschte Schaltstellung für das hier vorgestellte Zentralventil 12 einstellbar ist. Hinsichtlich weiterer Erläuterungen zu den in einem solchen Kühlsystem 100 mittels des Zentralventils 12 möglichen Schaltstellungen wird zusätzlich auf den Inhalt der von der Anmelderin gleichzeitig eingereichten Anmeldung mit dem Titel „Kühlsystem mit Zentralventileinrichtung für ein Elektrofahrzeug und Elektrofahrzeug mit einem solchen Kühlsystem“ hingewiesen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102019107190 A1 [0002]
DE 112013004227 T5 [0003]
EP 3121040 A1 [0003]

Claims

Zentralventileinrichtung (12) für ein Kühlsystem (100) eines Kraftfahrzeugs (200), insbesondere eines Elektrofahrzeugs oder Hybridfahrzeugs, mit einem ersten im Wesentlichen kreisförmig ausgebildeten Anschlusselement (50); einem zweiten im Wesentlichen kreisförmig ausgebildeten Anschlusselement (52); einem im Wesentlichen kreisförmig ausgebildeten Verstellelement (54), das zwischen dem ersten Anschlusselement (50) und dem zweiten Anschlusselement (52) angeordnet ist und das relativ zu dem ersten Anschlusselement (50) und zu dem zweiten Anschlusselement (52) um eine Verstellachse (VA) drehbar ist; wobei das erste Anschlusselement (50), das zweite Anschlusselement (52) und das Verstellelement (54) topologisch Ebenen der Zentralventileinrichtung (12) bilden; wobei das erste Anschlusselement (50) und das zweite Anschlusselement (52) jeweils mehrere Anschlussabschnitte (50a, 52a) aufweisen, die innerhalb des jeweiligen Anschlusselements (50, 52) strömungstechnisch voneinander getrennt sind; wobei das Verstellelement (54) mehrere voneinander getrennte Verteilabschnitte (54a) aufweist; wobei das Verstellelement (54) relativ zu den Anschlusselementen (50, 52) in mehrere Schaltstellungen (I-VIII) einstellbar ist, in denen wenigstens einer der Verteilabschnitte (54a) strömungstechnisch wenigstens zwei getrennte Anschlussabschnitte (50a 52a) des gleichen Anschlusselements (50, 52) verbindet oder/und wenigstens einen Anschlussabschnitt (50a) des ersten Anschlusselements (50) mit wenigstens einem Anschlussabschnitt (52a) des zweiten Anschlusselements (52) verbindet.
Zentralventileinrichtung (12) nach Anspruch 1, wobei ein jeweiliger Anschlussabschnitt (50a, 52a) ringförmig oder ringsektorförmig oder kreissektorförmig ausgebildet ist.
Zentralventilvorrichtung (12) nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein jeweiliger Verteilabschnitt (54a) ringförmig oder ringsektorförmig oder kreissektorförmig ausgebildet ist.
Zentralventileinrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen dem Verstellelement (54) und einem jeweils benachbarten Anschlusselement (50, 52) Dichtmittel (60) angeordnet sind, derart dass Kühlmittel innerhalb der Zentralventileinrichtung (12) in den Anschlussabschnitten (50a, 52a) und Verteilabschnitten (54) gehalten ist.
Zentralventileinrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anschlussabschnitte (50a. 52a) des ersten und zweiten Anschlusselements (50, 52) in mehreren konzentrisch angeordneten Ringbereichen (RI, RM, RA) um die Verstellachse (VA) herum angeordnet sind.
Zentralventileinrichtung (12) nach Anspruch 5, wobei das erste Anschlusselement (50) und das zweite Anschlusselement (52) jeweils einen inneren Ringbereich (RI), einen äußeren Ringbereich (RA) und einen zwischen diesen beiden angeordneten mittleren Ringbereich (RM) aufweisen.
Zentralventileinrichtung (12) nach Anspruch 5 oder 6, wobei sie wenigstens ein Überbrückungselement (58) aufweist, das den inneren Ringbereich (RI) mit dem äußeren Ringbereich (RA) des gleichen Anschlusselements (52) strömungstechnisch verbindet unter Umgehung des mittleren Ringbereichs (RM).
Zentralventileinrichtung (12) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei das Verstellelement (54) mehrere Verteilabschnitte (54a) aufweist, die wenigstens zwei benachbarte Ringbereiche (RI, RM, RA) von wenigstens einem Anschlusselement (50, 52) überlappen.
Zentralventileinrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verteilabschnitte (54a) einen jeweiligen Sektorwinkel aufweisen, der etwa 20° bis 90°, insbesondere 20° bis 50°, beträgt.
Zentralventileinrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verstellelement (54) eine die Verstellachse (VA) bildende Drehwelle (56) aufweist, die mit einem Stellantrieb verbindbar oder verbunden ist.
Zentralventileinrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verstellelement (54) in mehr als vier Schaltstellungen (I-VIII) positionierbar ist.
Zentralventileinrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verstellelement (54) innerhalb eines Drehwinkelbereichs von etwa 240° bis 330°, insbesondere von etwa 270° bis 300° verstellbar ist.
Kühlsystem (100) für ein Elektrofahrzeug (200) oder ein Hybridfahrzeug mit einem ersten Kühlmittelkreislauf (KK1) zur Kühlung von wenigstens einer elektrischen oder/und mechanischen Komponente (14); einem zweiten Kühlmittelkreislauf (KK2) zur Kühlung eines elektrischen Energiespeichers (20); und einem dritten Kühlmittelkreislauf (KK3) zur Konditionierung des elektrischen Energiespeichers (20); und einer Zentralventileinrichtung (12) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, die mit jedem Kühlmittelkreislauf (KK1, KK2, KK3) in Wirkverbindung steht.
Kühlsystem (100) nach Anspruch 13, wobei jeder Kühlmittelkreislauf (KK1, KK2, KK3) wenigstens einen jeweiligen Kühlmittelvorlauf (KVx) aufweist, der an einem Anschlussabschnitt (50a, 52a) eines der Anschlusselemente (50, 52) der Zentralventileinrichtung (12) beginnt, und wenigstens einen jeweiligen Kühlmittelrücklauf (KRx) aufweist, der an einem anderen Anschlusselement (50a, 52a) eines der Anschlusselemente (50, 52) der Zentralventileinrichtung (12) endet, wobei die Zentralventileinrichtung (12) mittels des Verstellelements (54) in mehrere Schaltstellungen (I-VII) einstellbar ist, wobei in jeder Schaltstellung (I-VII) wenigstens ein Kühlmittelrücklauf (KRx) von jedem Kühlmittelkreislauf (KK1, KK2, KK3) mit wenigstens einem der Kühlmittelvorläufe (KVx) in Verbindung steht.
Elektrofahrzeug (200) mit einem Kühlsystem (100) gemäß Anspruch 13 oder 14.