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Die Erfindung betrifft eine Massenstromsteuerungseinrichtung zum Steuern von Massenströmen in einem Mediumverteilsystem, wobei die Massenstromsteuerungseinrichtung zumindest einen Ventilkörper mit einer Anzahl von Anschlüssen umfasst, wobei der zumindest eine Ventilkörper zumindest einen zentralen Hohlraum und zumindest zwei äußere Kanäle aufweist, die zumindest zwei äußeren Kanäle mit jeweils zumindest einem der Anschlüsse versehen sind und eine Anzahl von Steuerelementen zum Steuern von Strömungswegen innerhalb des Ventilkörpers vorgesehen sind.
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Massenstromsteuerungseinrichtungen sind im Stand der Technik in unterschiedlichsten Ausgestaltungen bekannt. Diese dienen zum Steuern von Massenströmen, beispielsweise in Kühlkreisläufen oder Heizkreisläufen in Fahrzeugen. In der
DE 10 2015 201 246 A1 ist beispielsweise ein solches Regelmittel zur Steuerung von Kühlmittelkreisläufen eines Split-Kühlsystems einer Brennkraftmaschine mit einem Gehäuse mit zumindest zwei Eingängen und drei Ausgängen bekannt. In dem Gehäuse ist drehbar gelagert und zwischen mehreren Regelstellungen rotierbar ein Drehkörper angeordnet, der zumindest eine umfangsseitige und/oder durch diesen hindurch angeordnete Öffnung aufweist. Die Ausgänge sind mit unterschiedlichen Ausrichtungen um den Drehkörper herum angeordnet. Der Drehkörper ist derart dichtend innerhalb einer Kammer des Gehäuses angeordnet, dass ein in das Gehäuse eintretender Kühlmittelstrom in Abhängigkeit von der jeweiligen Regelstellung des Drehkörpers zumindest teilweise durch einen der Ausgänge austreten kann oder gegenüber seinem Austritt gesperrt ist. Die Ausgänge sind in einer gemeinsamen Ebene um die Längsachse des Drehkörpers angeordnet. Der Drehkörper ist dazu ausgebildet, in der zugehörigen Regelstellung durch die Eingänge eintretende Kühlmittelströme gemeinsam zu einem der Ausgänge zu leiten und den jeweils anderen Ausgang gleichzeitig zu sperren. Die beiden Kammern des Gehäuses weisen jeweils eine Kugelform auf, wobei beide Kammern ineinander übergehen und in diesen Kammern der Drehkörper angeordnet ist. Der Drehkörper ist als Hohlkörper ausgebildet, dessen Wandung mehrere Öffnungen in Form von Durchgangsöffnungen aufweist.
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Aus der
DE 10 2021 000 262 A1 ist ferner eine Massenstromsteuerungseinrichtung zum Steuern von Massenströmen in einem Mediumverteilsystem bekannt, das zumindest ein Gehäuse mit zumindest einem Gehäuseteil, zumindest einen Aktuator, zumindest ein innerhalb des zumindest einen Gehäuseteils drehbar angeordnetes Ventilelement und zumindest zwei Strömungsdurchlässe aufweist, von denen zumindest einer zum Einströmen von Medium in die Massenstromsteuerungseinrichtung dient und zumindest einer zum Ausströmen des Mediums aus dieser. Der zumindest eine Aktuator kann an das zumindest eine Ventilelement angekoppelt werden zum drehenden Positionsverstellen des Ventilelements. Das Gehäuse oder der zumindest eine Gehäuseteil ist in Richtung seiner Längserstreckung mit zumindest einer Sammelleitung versehen, die mit zumindest einem der Strömungsdurchlässe versehen oder strömungsverbunden ist oder werden kann, wobei die Sammelleitung zumindest eine Übergabekontur in Richtung des zumindest einen Ventilelements aufweist. Das zumindest eine Ventilelement ist mit zumindest einer außenseitigen Strömungskontur und mit zumindest einer mit dieser strömungsverbinbaren oder strömungsverbundenen Steuerkontur versehen, wobei die außenseitige Strömungskontur in Strömungsverbindung mit einem der Strömungsdurchlässe gebracht werden kann oder steht, und wobei die zumindest eine Steuerkontur des zumindest einen Ventilelements mit der zumindest einen Übergabekontur in Strömungsverbindung gebracht werden kann oder steht.
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Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Massenstromsteuerungseinrichtung zum Steuern von Massenströmen in einem Mediumverteilsystem, insbesondere in einem Fluidsystem mit einer Anzahl von Fluidkreisläufen, wie beispielsweise Kühlkreisläufen und/oder Heizkreisläufen, beispielsweise in einem Thermomanagementsystem eines Fahrzeugs vorzusehen, bei dem eine große Anzahl von Anschlüssen, die einerseits Eingänge und andererseits Ausgänge sind, miteinander verschaltet werden können, die Mediumströmung in den verschiedenen daran angeschlossenen Mediumkreisläufen anwendungsspezifisch optimal gesteuert und verteilt werden kann, wobei unterschiedliche Schaltzustände im Hinblick auf das in die Massenstromsteuerungseinrichtung einströmende Medium, wie Fluid, und das aus dieser ausströmende Medium, wie Fluid, durch die Massenstromsteuerungseinrichtung ermöglicht werden kann, insbesondere ein Trennen und Koppeln einer großen Anzahl von Mediumkreisläufen, und wobei die Massenstromsteuerungseinrichtung eine vergleichsweise kleine Bauform aufweisen soll.
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Die Aufgabe wird für eine Massenstromsteuerungseinrichtung zum Steuern von Massenströmen in einem Mediumverteilsystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass die Steuerelemente über Wellen antreibbar oder angetrieben sind. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Dadurch wird eine Massenstromsteuerungseinrichtung zum Steuern von Massenströmen in einem Mediumverteilsystem, wie beispielsweise einem Fluidverteilsystem mit Kühlkreisläufen und/oder Heizkreisläufen, geschaffen, die zumindest einen Ventilkörper aufweist, der zumindest einen zentralen Hohlraum mit zumindest einer diesen umgebenden Wandung und zumindest zwei äußere Kanäle aufweist, die sich insbesondere in Längsrichtung des Ventilkörpers außerhalb des zentralen Hohlraums erstrecken. Die äußeren Kanäle weisen jeweils einen inneren Durchströmungsraum auf. Beispielsweise kann der Ventilkörper in der Frontansicht etwa sternförmig ausgebildet sein, wobei der zentrale Hohlraum mit seiner zumindest einen diesen umgrenzenden Wandung den inneren Bereich des Sterns bildet, während die zumindest zwei äußeren Kanäle sich auf der Außenseite der zumindest einen bzw. der äußersten, den zentralen Hohlraum umgebenden Wandung erstrecken. Die zumindest zwei äußeren Kanäle weisen jeweils zumindest einen Anschluss zum Anschließen von mediumzuführenden bzw. medienableitenden Komponenten, wie Medienleitungen, auf. Die Anschlüsse ragen insbesondere radial von den sich in Axial- bzw. Längsrichtung des Ventilkörpers erstreckenden äußeren Kanälen von diesen nach außen, also radial in Richtung weg von dem zentralen Hohlraum.
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Die zumindest eine den zentralen Hohlraum umgebende Wandung weist vorteilhaft zumindest eine jeweilige Durchgangsöffnung zum Strömungsverbinden des zentralen Hohlraums und der zumindest zwei äußeren Kanäle bzw. mit deren innerem Durchströmungsraum und von deren Anschlüssen auf.
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Um die Strömungswege innerhalb des Ventilkörpers zu steuern, ist eine Anzahl von Steuerelementen vorgesehen. Diese werden über Wellen angetrieben bzw. können über Wellen angetrieben werden. Hierdurch ist es möglich, die Massenstromsteuerungseinrichtung sehr kleinbauend auszubilden und zugleich eine große Anzahl von Strömungswegen innerhalb der Massenstromsteuerungseinrichtung verschalten zu können. Die als Einlässe ausgebildeten Anschlüsse können somit mit einer großen Anzahl von als Auslässe ausgebildeten Anschlüssen verschaltet werden. Beispielsweise kann die Massenstromsteuerungseinrichtung 21 Anschlüsse aufweisen, die in 8, 10 oder mehr Schaltbildern verschaltet werden können. Von den 21 Anschlüssen können beispielsweise vier Anschlüsse als Eingänge zum Einströmen von Medium in das Innere der Massenstromsteuerungseinrichtung ausgebildet werden, während die übrigen Anschlüsse als Auslässe ausgebildet werden. Der Unterschied zwischen Einlässen und Auslässen besteht lediglich darin, dass die als Einlässe ausgebildeten Anschlüsse so an das zumindest eine Mediumverteilsystem bzw. Medienleitungen von diesem angeschlossen werden, dass ein Einströmen von Medium erfolgt oder erfolgen kann, während die als Auslässe ausgebildeten Anschlüsse dementsprechend an Medienleitungen des Mediumverteilsystems angeschlossen werden, die zum Ableiten von Medium aus der Massenstromsteuerungseinrichtung dienen und Medium ableiten. Es ist somit nicht erforderlich, dass die Anschlüsse, die als Einlässe dienen, sich von denen unterscheiden, die als Auslässe dienen. Es kann jedoch vorgesehen werden, dass die als Einlässe dienenden Anschlüsse ein größeres Durchströmungslumen aufweisen als die als Auslässe dienenden Anschlüsse, um eine ausreichende Menge an Medium in die Massenstromsteuerungseinrichtung einströmen lassen zu können.
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Beispielsweise kann der Ventilkörper entlang zumindest einer seiner äußeren Kanäle und in einem Zwischenraum zwischen zwei äußeren Kanälen jeweils zumindest einen Anschluss aufweisen. Der zumindest eine Anschluss im Zwischenraum zwischen zwei äußeren Kanälen kann beispielsweise als Einlass verschaltet werden, während die Anschlüsse an den äußeren Kanälen als Auslässe verschaltet werden. Die als Einlässe dienenden Anschlüsse können direkt auf der zumindest einen den zentralen Hohlraum des Ventilkörpers umgrenzenden Wandung angeordnet sein, während die als Auslässe dienenden bzw. verschalteten Anschlüsse an oder auf den äußeren Kanälen angeordnet sind. Die auf oder an den äußeren Kanälen angeordneten Anschlüsse stehen mit deren jeweiligen inneren Durchströmungsraum insbesondere über eine oder mehrere Durchlassöffnungen in Strömungsverbindung.
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In dem zentralen Hohlraum des Ventilkörpers kann vorteilhaft zumindest ein Umströmungskörper mit zumindest einem Umströmungsbereich angeordnet sein oder werden. Der zumindest eine Umströmungsbereich des Umströmungskörpers ist die zumindest eine Durchgangsöffnung in der zumindest einen den zentralen Hohlraum des Ventilkörpers umgebenden Wandung überdeckend positioniert. Die Steuerelemente können über die Wellen so angetrieben oder antreibbar sein, dass sie den Durchtritt von Medium von dem zumindest einen Umströmungsbereich in die zumindest eine Durchgangsöffnung in der den zentralen Hohlraum umgebenden zumindest einen Wandung in den oder die äußeren Kanäle vollständig oder teilweise freigegeben oder verschließen. Der oder die Umströmungskörper werden in den zentralen Hohlraum eingesetzt, wobei der zumindest eine Umströmungsbereich des zumindest einen Umströmungskörpers im Bereich der zumindest einen Durchgangsöffnung durch die zumindest eine den zentralen Hohlraum umgebende oder umgrenzende Wandung liegt. Somit kann eine Strömungsverbindung zwischen dem Umströmungsbereich des zumindest einen Umströmungskörpers und dem jeweiligen äußeren Kanal des Ventilkörpers und somit dem zumindest einen Anschluss an diesem geschaffen bzw. vollständig oder teilweise geöffnet oder verschlossen werden. Um ein Abdichten des zumindest einen Umströmungsbereichs des zumindest einen Umströmungskörpers innerhalb des zentralen Hohlraums bzw. gegenüber der zumindest einen diesen umgrenzenden Wandung zu schaffen, ist vorteilhaft zumindest ein Dichtelement vorgesehen. Hierdurch kann ein Austritt von Medium innerhalb des zentralen Hohlraums verhindert werden, so dass Medium lediglich durch die zumindest eine Durchgangsöffnung in der zumindest einen den zentralen Hohlraum umgrenzenden Wandung hindurchtreten kann.
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Die Steuerelemente dienen dazu, den Durchtritt von Medium von dem zumindest einen mediumumströmten Umströmungskörper bzw. dessen zumindest einen Umströmungsbereich in Richtung des zumindest einen äußeren Kanals freizugeben oder zu verhindern. Auch ein teilweises Freigeben oder Verschließen des oder der Strömungswege ist möglich.
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Die die Steuerelemente antreibenden Wellen können um den zentralen Hohlraum herum, insbesondere jeweils eine Welle innerhalb eines äußeren Kanals, angeordnet sein oder werden. Weiter vorteilhaft kann eine jeweilige Welle endseitig mit einem Zahnrad versehen und über dieses angetrieben werden oder sein. Ein mit einer jeweiligen Welle verbundenes Zahnrad kann über ein Ritzel oder ein anderes, insbesondere ein zentral angeordnetes Antriebszahnrad, angetrieben werden. Zum Antreiben der Wellen kann somit ein zentral bezüglich des Ventilkörpers angeordnetes Antriebszahnrad vorgesehen sein. Dieses kann weiter vorteilhaft mit zumindest einem Aktuator verbunden sein oder werden. Das zentral angeordnete Antriebszahnrad dient zum Auslösen der verschiedenen Schaltpositionen der Steuerelemente, da es die Wellen und über diese die mit diesen verbundenen Steuerelemente entsprechend antreibt bzw. betätigt. Zwischen dem zentralen Antriebszahnrad und zumindest einem der den Wellen zugeordneten Zahnräder kann ferner eine Übersetzung vorgesehen sein oder werden, so dass unterschiedliche Drehgeschwindigkeiten der Wellen und somit unterschiedliche Änderungsgeschwindigkeiten der Schaltpositionen der einzelnen Steuerelemente, die mit den Wellen verbunden sind, erzeugt werden können. Gegebenenfalls können einige der Wellen auch außer Eingriff mit dem zentralen Antriebszahnrad gebracht werden, um bei dessen Rotation lediglich einige der Wellen anzutreiben
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Das zentral angeordnete Antriebszahnrad kann von zumindest einem Aktuator angetrieben bzw. betätigt sein, um nachfolgend die einzelnen Wellen drehantreiben zu können über die diesen zugeordneten Zahnräder. Der zumindest eine Aktuator kann dementsprechend im Innern des zentralen Hohlraums und/oder außen an dem Ventilkörper oder außerhalb der Massenstromsteuerungseinrichtung angeordnet sein. Das Anordnen im Innern des zentralen Hohlraums des Ventilkörpers der Massenstromsteuerungseinrichtung eignet sich besonders zur platzsparenden Aufnahme des zumindest einen Aktuators. Hierbei kann der zumindest eine Aktuator beispielsweise im Innern des zumindest einen Umströmungskörpers, der im Innern des zentralen Hohlraums angeordnet ist, angeordnet werden. Ferner ist ein Anordnen des zumindest einen Aktuators außen an dem Ventilkörper möglich. Hierbei kann der zumindest eine Aktuator ebenfalls direkt an dem zentral angeordneten Antriebszahnrad angreifen und über dieses die einzelnen Wellen drehantreiben über die jeweiligen diesen zugeordneten Zahnräder. Es ist ebenso möglich, den zumindest einen Aktuator außerhalb der Massenstromsteuerungseinrichtung anzuordnen, wobei der zumindest eine Aktuator in diesem Falle beispielsweise nur dann mit dem zentralen Antriebszahnrad gekoppelt wird, wenn Schaltpositionen innerhalb der Massenstromsteuerungseinrichtung geändert werden sollen. Selbstverständlich ist auch ein permanentes Koppeln des zumindest einen außerhalb der Massenstromsteuerungseinrichtung angeordneten Aktuators mit dem zentralen Antriebszahnrad der Massenstromsteuerungseinrichtung möglich. Bei einem Anordnen des zumindest einen Aktuators außerhalb der Massenstromsteuerungseinrichtung können beispielsweise mehrere Massenstromsteuerungseinrichtungen durch ein und denselben zumindest einen Aktuator angetrieben werden.
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Als weiter vorteilhaft erweist es sich, innerhalb zumindest eines äußeren Kanals zumindest eine Wandung anzuordnen zum Verhindern einer Strömung im Innern des äußeren Kanals zwischen zwei insbesondere benachbarten Anschlüssen an diesen. Der oder die äußeren Kanäle können mehr als einen Anschluss aufweisen, wobei die Anschlüsse an unterschiedliche Kreisläufe angeschlossen werden können, so dass unterschiedliche Medienströmungen durch beispielsweise zwei benachbarte Anschlüsse eines äußeren Kanals ermöglicht werden sollen. Dementsprechend eignet sich das Vorsehen einer solchen Wandung zwischen zwei benachbarten Anschlüssen, um genau diese Trennung der Anschlüsse bzw. der an diese angeschlossenen Medienkreisläufe vornehmen zu können.
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Das oder die Steuerelemente können unterschiedlichste Ausgestaltungen aufweisen, beispielsweise zumindest einen Schieber und/oder zumindest einen Nocken umfassen. Zum Verstellen des zumindest einen Schiebers kann zumindest ein außenseitig mit zumindest einer Steuernut versehenes Kulissenelement vorgesehen sein. Zum Verstellen zumindest einen Nockens kann zumindest eine axial bezüglich des Ventilkörpers angeordnete Kulissenscheibe vorgesehen sein. Über das Kulissenelement bzw. die Kulissenscheibe ist somit ein gezieltes Verstellen des zumindest einen Schiebers bzw. des zumindest eines Nockens zum vollständigen oder teilweisen Verschließen oder Freigeben einer jeweiligen Durchgangsöffnung zwischen dem inneren Durchströmungsraum des äußeren Kanals und dem Umströmungsbereich des jeweiligen Umströmungskörpers im zentralen Hohlraum des Ventilkörpers möglich. Durch das Vorsehen einer solchen Führungs- bzw. Steuerungskulisse des zumindest einen Kulissenelements bzw. der zumindest einen Kulissenscheibe kann eine stufenlose Einstellung von Volumenströmen, die von zumindest einem der Einlässe zu zumindest einem der Auslässe der Massenstromsteuerungseinrichtung strömen sollen, erfolgen. Insbesondere können das zumindest eine Kulissenelement bzw. die zumindest eine Kulissenscheibe direkt auf einer jeweiligen Welle angeordnet werden, so dass über das der Welle zugeordnete Zahnrad ein Verstellen des Kulissenelements bzw. der Kulissenscheibe möglich ist und über diese dementsprechend ein Verstellen des zumindest einen Schiebers bzw. des zumindest einen Nockens zum teilweisen oder vollständigen Freigeben oder Verschließen von Durchgangsöffnungen bzw. Durchströmungsöffnungen innerhalb der zumindest einen den zentralen Hohlraum umgebenden Wandung.
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Die Massenstromsteuerungseinrichtung ist somit modular für jede gewünschte Anwendung und Anforderung aufbaubar, da je nach Anforderung bzw. gewünschten Strömungswegen und Anzahl von Einlässen und Auslässen eine entsprechende Verschaltung von diesen innerhalb des Ventilkörpers der Massenstromsteuerungseinrichtung durch zumindest teilweises Öffnen und Schließen der Durchgangsöffnungen in der zumindest einen den zentralen Hohlraum umgebenden Wandung in Richtung des inneren Durchströmungsraums eines jeweiligen äußeren Kanals, möglich ist. Die einzelnen Anschlüsse des Ventilkörpers der Massenstromsteuerungseinrichtung können anwendungsspezifisch als Einlässe und als Auslässe belegt werden, wobei über die Wellen und die mit diesen verbundenen Steuerelemente unterschiedlichste Strömungswege innerhalb des Ventilkörpers freigegeben, teilweise freigegeben, geschlossen oder teilweise geschlossen werden können. Hierbei können auch die Umströmungskörper mit ihrem jeweiligen zumindest einen Umströmungsbereich in unterschiedlichster Art und Weise ausgebildet werden, ebenso wie die Durchlassöffnungen innerhalb der zumindest einen Wandung, die den inneren bzw. zentralen Hohlraum des Ventilkörpers der Massenstromsteuerungseinrichtung umgrenzt. Es können somit auch unterschiedlichste Durchflussmengen beispielsweise für verschiedene an der Massenstromsteuerungseinrichtung angeschlossene Kühlkreisläufe gezielt eingestellt werden.
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Die Massenstromsteuerungseinrichtung eignet sich insbesondere zur Verwendung in Elektrofahrzeugen, jedoch auch für unterschiedlichste andere Anwendungen. Da die Massenstromsteuerungseinrichtung sehr kleinbauend ausgebildet werden kann, wobei eine große Anzahl von Anschlüssen vorgesehen werden kann, über ein Verteilen von Medium auf verschiedenste an die Massenstromsteuerungseinrichtung angeschlossene Mediumkreisläufe möglich ist, kann die Massenstromsteuerungseinrichtung besonders dort eingesetzt werden, wo ein Mediumverteilsystem eine große Anzahl von Mediumkreisläufen umfasst.
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Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird im Folgenden ein Ausführungsbeispiel von dieser näher anhand der Zeichnungen beschrieben. Diese zeigen in:
- 1 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Massenstromsteuerungseinrichtung,
- 2 eine Explosionsansicht der Massenstromsteuerungseinrichtung gemäß 1,
- 3 eine perspektivische, teilweise geschnittene Ansicht der Massenstromsteuerungseinrichtung gemäß 1,
- 4 eine weitere perspektivische, teilweise geschnittene Ansicht der Massenstromsteuerungseinrichtung gemäß 1,
- 5 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen außenseitig mit einer Steuernut versehenen Kulissenelements als Teil eines erfindungsgemäßen Steuerelements,
- 6 eine perspektivische Ansicht des Kulissenelements gemäß 5 in Kombination mit einem erfindungsgemäßen Schieber zum Ausbilden eines erfindungsmäßen Steuerelements, wobei der Schieber über einen vorkragenden Nocken in die Steuernut des Kulissenelements eingreift,
- 7 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Umströmungskörpers mit einem Umströmungsbereich, und
- 8 eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Ventilkörpers der Massenstromsteuerungseinrichtung gemäß 1.
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In den 1 bis 4 ist eine Massenstromsteuerungseinrichtung 1 gezeigt, die einen Ventilkörper 2 mit einem zentralen Hohlraum 20, der von einer Wandung 21 umgrenzt ist, aufweist (siehe auch 8). Die Wandung 21 weist eine Anzahl von Durchgangsöffnungen 22 auf. Auf der Außenseite 23 der Wandung 21 sind hier sechs äußere Kanäle 24, 25, 26, 27, 28, 29 angeordnet. Diese weisen jeweils von der Außenseite 23 der den zentralen Hohlraum 20 umgrenzenden Wandung 21 radial nach außen. Die Durchgangsöffnungen 22 sind jeweils entlang der Längserstreckung der äußeren Kanäle 24 bis 29 in der Wandung 21 angeordnet. Außenseitig auf den äußeren Kanälen 24 bis 29 sind Anschlüsse 30a, 30b, 30c angeordnet. Die Anzahl der auf den äußeren Kanälen 24 bis 29 angeordneten Anschlüsse 30a, 30b, 30c ist von äußerem Kanal zu äußerem Kanal unterschiedlich. Die äußeren Kanäle 24 und 25 weisen in dem in 8 gezeigten Ausführungsbeispiel jeweils zwei Anschlüsse 30a, 30b auf, während die äußeren Kanäle 26, 27, 28 und 29 jeweils nur einen Anschluss 30c aufweisen. In einer anderen Ausgestaltung können jedoch auch mehr oder weniger Anschlüsse auf der jeweiligen Außenseite 240, 250, 260, 270, 280, 290 der äußeren Kanäle 24 bis 29 vorgesehen werden. Ferner ist es möglich, weniger oder mehr äußere Kanäle auf der Außenseite 23 der den zentralen Hohlraum 20 umgebenden Wandung 21 vorzusehen.
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Auf der Außenseite 23 der Wandung 21 des zentralen Hohlraums 20 sind ferner zwischen dem äußeren Kanal 24 und dem äußeren Kanal 29 weitere Anschlüsse 31, 32, 33, 34 angeordnet, die direkt aufgesetzt sind auf die Außenseite 23 der Wandung 21, die den zentralen Hohlraum 20 umgrenzt. Die Anschlüsse 31 bis 34 können beispielsweise als Einlässe zum Zuströmen von Medium in das Innere des zentralen Hohlraums 20 und die Anschlüsse 30a, 30b, 30c auf den äußeren Kanälen 24 bis 29 als Auslässe zum Ausströmen von Medium aus diesen, somit aus der Massenstromsteuerungseinrichtung 1, verwendet werden.
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Wie ferner insbesondere 8 entnommen werden kann, sind innerhalb der äußeren Kanäle 24 bis 29, etwa parallel zur Wandung 21 sich erstreckend, geschlitzte Wandungen 35 mit jeweiligen Durchgangsöffnungen 36 vorgesehen. Ferner ist innerhalb einiger der äußeren Kanäle, wie in 8 für den Kanal 24 angedeutet, zumindest eine radiale Wandung 37 angeordnet. Über eine solche radiale Wandung 37 im Innern des äußeren Kanals, der mit zwei oder mehr Anschlüssen 30a, 30b versehen ist, können Teildurchströmungsräume innerhalb des äußeren Kanals 24, 25, 26, 27, 28, 29 bzw. von dessen jeweiligem inneren Durchströmungsraum 39 abgegrenzt werden. Wie bei dem Ausführungsbeispiel in 8 gezeigt, weist die radiale Wandung 37 eine Durchgangsöffnung 38 auf, um dort eine Welle hindurchführen zu können. Dies ist beispielhaft auch der teilweisen Schnittansicht in 3 zu entnehmen. Die Welle 4 erstreckt sich dort in Längsrichtung des äußeren Kanals 24 und durch die Durchgangsöffnung 38 in der radialen Wandung 37 hindurch. In der Durchgangsöffnung 38 ist sie vorteilhaft gegen einen Mediumdurchtritt abgedichtet, jedoch in der Wandung 37 drehbar gelagert.
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Wie nicht nur den 3 und 4, sondern insbesondere auch der 2 zu entnehmen ist, sind der Anzahl an äußeren Kanälen 24 bis 29 entsprechend sechs Wellen 4, 5, 6, 7, 8, 9 vorgesehen, die sich jeweils in Längsrichtung eines jeweiligen Kanals 24 bis 29 durch diesen hindurch erstrecken. Jede der Wellen 4 bis 9 ist jeweils an einem Ende mit einem Zahnrad 40, 50, 60, 70, 80, 90 versehen. Dieses dient zum Drehantreiben der jeweiligen Welle 4 bis 9. Zum Antreiben der Zahnräder 40, 50, 60, 70, 80, 90 der Wellen 4 bis 9 ist ein zentral zwischen diesen angeordnetes Antriebszahnrad 10 vorgesehen. Dieses kann von einem in den Figuren nicht gezeigten Aktuator angetrieben werden, wie beispielsweise einem Elektromotor. Durch Drehen des zentralen Antriebszahnrads 10 können somit die mit diesem kämmenden Zahnräder 40, 50, 60, 70, 80, 90 ebenfalls angetrieben werden. Hierdurch ist ein Verstellen von Steuerelementen 11 möglich, die zum Steuern von Massenströmen innerhalb der Massenstromsteuerungseinrichtung 1 dienen.
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Die Steuerelemente 11 sind auf den Wellen 4 bis 9 angeordnet, wie den 2 bis 4 und im Detail den 5 und 6 entnommen werden kann. Sie umfassen in der gezeigten Ausführungsform jeweils ein Kulissenelement 110 bzw. 110a, 110b, 110c, 110d mit einer Steuernut 111 und einen Schieber 112 bzw. 112a, 112b, 112c, 112d, der über einen Nocken 113 in die jeweilige Steuernut 111 des Kulissenelements 110 bzw. 110a, 11 0b, 110c, 110d eingreift. Das Kulissenelement ist in der Ausführungsform als zylindrisches Kulissenelement 110 bzw. 110a, 110b, 110c, 110d ausgebildet. In einer anderen Ausgestaltung kann das Kulissenelement jedoch auch z.B. als Kulissenscheibe ausgebildet werden, mit der anstelle eines Schiebers ein entsprechend ausgebildeter Nocken zusammenwirkt. Das Steuerelement 11 kann somit unterschiedliche Ausgestaltungen aufweisen.
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In jeder der Ausgestaltungen wirkt das Steuerelement 11 mit einem Umströmungskörper 12 zusammen. Umströmungskörper 12 sind in 2 bis 4 und im Detail in 7 gezeigt. Ein jeweiliger Umströmungskörper 12 bzw. 12a, 12b, 12c, 12d weist einen nutartig ausgebildeten Umströmungsbereich 120 bzw. 120a, 120b, 120c, 120d auf, der in Axialrichtung jeweils von zwei vorkragenden Flanschabschnitten 121, 122 begrenzt ist. Die beiden Flanschabschnitte 121, 122 weisen jeweils selbst eine umlaufende Nut 123 bzw. 124 auf, in der jeweils ein Dichtelement 125, 126 angeordnet ist, wie beispielsweise ein O-Ring. Die Umströmungskörper 12 sind jeweils ringförmig oder nach Art eines Rohrabschnitts mit abschnittsweise unterschiedlichen Wandstärken und Außendurchmessern ausgebildet, wie 7 gut entnommen werden kann. Die Umströmungskörper 12 bzw. 12a, 12b, 12c, 12d werden in den zentralen Hohlraum 20 des Ventilkörpers 2 eingesetzt, wie beispielsweise den 3 und 4 besonders gut entnommen werden kann. Dort und auch in 2 ist erkennbar, dass die Umströmungskörper 12 bzw. 12a, 12b, 12c, 12d unterschiedliche Ausgestaltungen aufweisen können. Alle in den 2 bis 4 und 7 gezeigten Umströmungskörper weisen jeweils an einem Ende einen stutzenförmigen Abschnitt mit gegenüber dem restlichen Umströmungskörper reduziertem Außendurchmesser auf. Bei den 2 bis 4 sind jeweils die beiden links bzw. benachbart zum dort beispielhaft gezeigten Zahnrad 40 bzw. 70 angeordneten Umströmungskörper 12a und 12b, ebenso wie der in 7 im Detail gezeigte Umströmungskörper 12, an einem Ende mit einem vergleichsweise langen stutzenförmigen Abschnitt 127 versehen, der einen gegenüber den Außendurchmessern d2, d3 des übrigen Umströmungskörpers 12 reduzierten Außendurchmesser d1 aufweist (siehe insbesondere 7). Die beiden rechts bzw. entfernt von den Zahnrädern 40, 70 in den 2 bis 4 angeordneten Umströmungskörper 12c und 12d weisen jeweils einen gegenüber dem stutzenförmigen Abschnitt 127 der beiden Umströmungskörper 12a, 12b kürzeren stutzenförmigen Abschnitt 128 mit reduzierten Außendurchmesser d4 auf. Dies kann besonders gut den 3 und 4 entnommen werden.
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Hierdurch ist es möglich, eine Anpassung der Abstände der Umströmungsbereiche 120a, 120b, 120c, 120d der einzelnen Umströmungskörper 12a, 12b, 12c, 12d an die Position der außenseitig auf der den zentralen Hohlraum 20 umgebenden Wandung 21 angeordneten Anschlüsse 31, 32, 33, 34, die insbesondere als Einlassanschlüsse zum Einleiten von Medium in das Innere der Massenstromsteuerungseinrichtung dienen, vorzunehmen. Wie insbesondere 4 entnommen werden kann, sind hier die Abstände der Umströmungskörper 12a bis 12d an die Abstände bzw. Positionen der Anschlüsse 31 bis 34 auf der Außenseite der den zentralen Hohlraum 20 umgebenden Wandung 21 angepasst. Die jeweilige Durchgangsöffnung 22 in der Wandung 21, die von dem jeweiligen Anschluss 31 bis 34 überdeckt bzw. umgeben wird, liegt somit jeweils über dem jeweiligen Umströmungsbereich 120a, 120b, 120c, 120d der Umströmungskörper 12a bis 12d, in möglicher Strömungsverbindung mit diesem. Auch dies kann insbesondere 4 entnommen werden. Bei einer anderen Anordnung der Anschlüsse 31 bis 34 bzw. weiterer zum Einlass von Medium vorgesehener Anschlüsse kann auch die Anordnung der Umströmungskörper 12 im Innern des zentralen Hohlraums 20 des Ventilkörpers 2 entsprechend angepasst und somit eine im Vergleich zu der in 4 gezeigten Anordnung andere Anordnung vorgesehen werden.
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Wie insbesondere den 3 und 4 besonders gut entnommen werden kann, liegen die Schieber 112 bzw. 112a, 112b, 112c, 112d jeweils im Zwischenraum 135 zwischen der Wandung 21 und der jeweiligen geschlitzten Wandung 35 im jeweiligen äußeren Kanal 24 bis 29, während die Kulissenelemente 110 bzw. 110a, 110b, 110c, 110d im inneren Durchströmungsraum 39 der jeweiligen Kanäle 24 bis 29 angeordnet sind. Die Kulissenelemente 110 bzw. 110a, 110b, 110c, 110d sind auf den jeweiligen Wellen 4 bis 9 fixiert. Der jeweilige Nocken 113 eines jeweiligen Schiebers 112 bzw. 112a, 112b, 112c, 112d greift in die jeweilige Steuernut 111 des jeweiligen Kulissenelements 110 bzw. 110a, 110b, 110c, 110d ein (siehe insbesondere 6), so dass die Schieber 112 bzw. 112a, 112b, 112c, 112d beim Drehen der Wellen 4 bis 9 durch Antreiben von deren jeweiligen Zahnrädern 40, 50, 60, 70, 80, 90 entsprechend verstellt werden können. Dadurch, dass die Schieber 112 bzw. 112a, 112b, 112c, 112d im Zwischenraum 135 zwischen der Wandung 21 und der jeweiligen geschlitzten Wandung 35 liegen, werden diese beim Drehen des jeweiligen Kulissenelements 110 bzw. 110a, 110b, 110c, 110d in diesem Zwischenraum 135 geführt so verschoben, dass sie entweder vollständig oder teilweise die zueinander fluchtenden Durchgangsöffnungen 22 und 36 in der Wandung 21 bzw. der geschlitzten Wandung 35 freigeben oder verschließen. Auch dies kann insbesondere den 3 und 4 besonders gut entnommen werden.
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In der Position in 3 verschließt der den Durchströmungsbereich 120a des Umströmungskörpers 12a überdeckende Schieber 112a die Durchgangsöffnungen 22 und 36 vollständig, der Schieber 112b, der dem Umströmungskörper 12b zugeordnet ist, die Durchgangsöffnungen 22 und 36 dort und den Umströmungsbereich 120b jedoch nicht, sondern gibt diese vielmehr vollständig frei. Somit ist ein Durchströmen von Medium umlaufend um den Umströmungskörper 12b in Richtung des Anschlusses 30a auf der Außenseite 240 des äußeren Kanals 24 durch die dort vorgesehene Durchgangsöffnung 241 möglich. Bei der in 4 gezeigten Position wird umgekehrt der Umströmungsbereich 120a des Umströmungskörpers 12a von dem zugeordneten Schieber 112a freigegeben, während der Schieber 112b die Durchgangsöffnungen 22 und 36 im Bereich des Umströmungsbereichs 120b des Umströmungskörpers 12b vollständig verschließt. Dort ist somit kein Durchtritt von Medium möglich.
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Im Hinblick auf die Umströmungskörper 12c und 12d wird in der Position in 3 über den Schieber 112c die jeweilige Durchgangsöffnung 22 bzw. 36 verschlossen, so dass kein Medium über den Umströmungsbereich 120c in Richtung des Anschlusses 30b strömen kann. Ein Strömen von Medium ist jedoch über den Umströmungsbereich 120d des Umströmungskörpers 12d und durch die beiden Öffnungen 22 und 36 im Bereich des Schiebers 112d möglich, so dass Medium von dort durch die Durchgangsöffnung 242 in den Anschluss 30b und über diesen z.B. nach draußen in Richtung eines am Anschluss 30b angeschlossenen Mediumkreislaufs gelangen kann. Ein Einströmen von Medium in den Durchströmungsraum 39 des äußeren Kanals 27 gemäß 4 ist ferner über den Umströmungsbereich 120c des Umströmungskörpers 12c möglich, da der Schieber 112c dort die beiden Durchgangsöffnungen 22 und 36 freigibt, während dies beim Schieber 112d nicht der Fall ist, so dass Medium nicht vom Umströmungsbereich 120d des Umströmungskörpers 12d in Richtung der beiden Durchgangsöffnungen 22 und 36 in den inneren Durchströmungsraum 39 des äußeren Kanals 25 gelangen kann. Aus dem inneren Durchströmungsraum 39 kann Medium durch die Durchgangsöffnung 271 des äußeren Kanals 27 und den Anschluss 30c nach außen aus der Massenstromsteuerungseinrichtung 1 z.B. in einen nicht gezeigten Mediumkreislauf gelangen.
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Somit können für jeden der äußeren Kanäle und jedes der auf den Wellen positionierten Steuerelemente 11 unterschiedliche Öffnungs- und Schließpositionen bezüglich der Durchgangsöffnungen 22 und 36 zwischen zentralem Hohlraum 20 und innerem Durchströmungsraum 39 der äußeren Kanäle 24 bis 29 zum Ermöglichen und Verhindern eines Durchtritts von Medium dort von den Umströmungskörpern 12, 12a, 12b, 12c, 12d in Richtung der Anschlüsse 30a, 30b, 30c teilweise oder vollständig zugelassen oder verhindert werden.
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Zum frontseitigen und endseitigen Verschließen der äußeren Kanäle 24 bis 29 und zum Lagern der Wellen 4 bis 9 sind endseitig auf den Ventilkörper 2 zwei deckelförmige Verschlusselemente 13, 14 aufgefügt. Die Wellen 4 bis 9 sind in Öffnungen in den Verschlusselementen 13, 14 gelagert. Diese Verschlusselemente 13, 14 weisen ferner jeweils Verschlusslaschen 130, 140 auf, mit denen sie auf der Außenseite des Ventilkörpers 2 im Bereich von dessen äußeren Kanälen 24 bis 29 angeordnete Rastnasen, die allerdings in den Figuren nicht gezeigt sind, übergreifen und daran verrasten können. Ferner ist auch ein stoffschlüssiges Verbinden der deckelförmigen Verschlusselemente 13, 14 mit dem Ventilkörper 2 möglich.
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Es können beliebig viele Schaltkombinationen bzw. Strömungswege innerhalb des Ventilkörpers 2 über das Verstellen der Steuerelemente 11 mittels der Wellen 4 bis 9 mit deren endseitig angeordneten Zahnrädern 40, 50, 60, 70, 80, 90 erzeugt werden, so dass eine große Anzahl von Anschlüssen 30a, 30b, 30c am Ventilkörper 2 mit einer großen Anzahl von Mediumkreisläufen eines oder mehrerer Mediumverteilsysteme verbunden und diese in jeweils geeigneter Form miteinander verschaltet werden können. Die Massenstromsteuerungseinrichtung kann aufgrund der Verwendung der Wellen in Kombination mit den Steuerelementen dabei besonders kleinbauend ausgebildet werden, so dass sie insbesondere in Mediumverteilsystemen in Elektrofahrzeugen optimal eingesetzt werden kann.
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Neben den im Vorstehenden beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsvarianten von Massenstromsteuerungseinrichtungen zum Steuern von Massenströmen in einem Mediumverteilsystem können noch zahlreiche weitere gebildet werden, insbesondere auch beliebige Kombinationen der einzelnen genannten Merkmale von dieser, wobei die Massenstromsteuerungseinrichtung jeweils zumindest einen Ventilkörper mit einer Anzahl von Anschlüssen umfasst, wobei der zumindest eine Ventilkörper zumindest einen zentralen Hohlraum und zumindest zwei äußere Kanäle aufweist, die zumindest zwei äußeren Kanäle mit jeweils zumindest einem der Anschlüsse versehen sind und eine Anzahl von Steuerelementen zum Steuern von Strömungswegen innerhalb des Ventilkörpers vorgesehen ist, wobei die Steuerelemente über Wellen angetrieben werden oder sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Massenstromsteuerungseinrichtung
- 2
- Ventilkörper
- 4
- Welle
- 5
- Welle
- 6
- Welle
- 7
- Welle
- 8
- Welle
- 9
- Welle
- 10
- zentrales Antriebszahnrad
- 11
- Steuerelement
- 12
- Umströmungskörper
- 12a
- Umströmungskörper
- 12b
- Umströmungskörper
- 12c
- Umströmungskörper
- 12d
- Umströmungskörper
- 13
- deckelförmiges Verschlusselement
- 14
- deckelförmiges Verschlusselement
- 20
- zentraler Hohlraum
- 21
- Wandung
- 22
- Durchgangsöffnung
- 23
- Außenseite
- 24
- äußerer Kanal
- 25
- äußerer Kanal
- 26
- äußerer Kanal
- 27
- äußerer Kanal
- 28
- äußerer Kanal
- 29
- äußerer Kanal
- 30a
- Anschluss
- 30b
- Anschluss
- 30c
- Anschluss
- 31
- Anschluss
- 32
- Anschluss
- 33
- Anschluss
- 34
- Anschluss
- 35
- geschlitzte Wandung
- 36
- Durchgangsöffnung
- 37
- radiale Wandung
- 38
- Durchgangsöffnung
- 39
- innerer Durchströmungsraum
- 40
- Zahnrad
- 50
- Zahnrad
- 60
- Zahnrad
- 70
- Zahnrad
- 80
- Zahnrad
- 90
- Zahnrad
- 110
- Kulissenelement
- 110a
- Kulissenelement
- 110b
- Kulissenelement
- 110c
- Kulissenelement
- 110d
- Kulissenelement
- 111
- Steuernut
- 112
- Schieber
- 112a
- Schieber
- 112b
- Schieber
- 112c
- Schieber
- 112d
- Schieber
- 113
- Nocken
- 120
- Umströmungsbereich
- 120a
- Umströmungsbereich
- 120b
- Umströmungsbereich
- 120c
- Umströmungsbereich
- 120d
- Umströmungsbereich
- 121
- Flanschabschnitt
- 122
- Flanschabschnitt
- 123
- umlaufende Nut
- 124
- umlaufende Nut
- 125
- Dichtelement/O-Ring
- 126
- Dichtelement/O-Ring
- 127
- stutzenförmiger Abschnitt mit reduziertem Außendurchmesser
- 128
- stutzenförmiger Abschnitt mit reduziertem Außendurchmesser
- 130
- Verschlusslasche
- 135
- Zwischenraum
- 140
- Verschlusslasche
- 240
- Außenseite
- 241
- Durchgangsöffnung
- 242
- Durchgangsöffnung
- 250
- Außenseite
- 260
- Außenseite
- 270
- Außenseite
- 271
- Durchgangsöffnung
- 280
- Außenseite
- 290
- Außenseite
- d1
- Außendurchmesser von 127
- d2
- Außendurchmesser im Bereich des Umströmungsbereichs
- d3
- Außendurchmesser im Bereich der umlaufenden Flansche
- d4
- Außendurchmesser von 128
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015201246 A1 [0002]
- DE 102021000262 A1 [0003]
