DE102022114176A1

DE102022114176A1 - Thermomanagementmodul und Drehschieberventil mit Drehschieber mit schneidungsfrei überkreuzten Kanälen in einer Axialebene sowie dazu axialversetztem Zusatzkanal

Info

Publication number: DE102022114176A1
Application number: DE102022114176.4A
Authority: DE
Inventors: Fumito Kusakabe
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2022-06-03
Filing date: 2022-06-03
Publication date: 2023-12-14

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Drehschieberventil (1) mit einem Drehschieber (2), der in einem Ventilgehäuse (3) angeordnet ist, mit wenigstens zwei voneinander getrennten Kanälen (5, 6) in dem Drehschieber (2), die zum einen in derselben, ersten Axialebene (4) in je einen Eingang und einen Ausgang münden und zum anderen sich radial überkreuzen, wobei wenigstens ein dritter Kanal (8) in dem Drehschieber (2) in einer zur ersten Axialebene (4) versetzten zweiten Axialebene (7) verläuft.

Description

Die Erfindung betrifft ein Drehschieberventil mit einem Drehschieber, der drehbar / rotierbar in einem Ventilgehäuse angeordnet ist.
Solche Drehschieberventile werden üblicherweise in Thermomanagementmodulen eingesetzt und finden Anwendung im Kraftfahrzeugbereich, insbesondere bei Elektrofahrzeugen, beispielsweise zum Steuern / Regeln von Kühlfluidströmen, insbesondere Kühlmittel- / Kühlflüssigkeitsströmen.
Aus dem Stand der Technik, etwa der US 10,344,877 B2 sind bereits zahlreiche Multi-Port-Drehschieberventile mit multiplen Operationsmodi bekannt.
Solche Drehschieberventile werden eingesetzt, um bei Verdrehung durch einen einzigen Aktor / Aktuator eine Vielzahl unterschiedlicher Modi, beispielsweise wenigstens vier Modi, zu schalten. Dabei werden häufig zwei Lagen an Kanälen / (Flüssigkeits-)Passagen vorgehalten. In letzter Zeit musste ein Kühlsystem eines Fahrzeugs ein ausgeklügeltes Wärmemanagementsystem sein, um den Kraftstoffverbrauch und den Stromverbrauch effizienter zu gestalten. Daher sind die bestehenden Systeme durch immer mehr Komponenten immer komplexer geworden. Insbesondere ist die Anzahl der Anschlüsse / Wasserdurchlässe / Kanäle immer größer geworden und es wurden auch immer mehr Schaltventile mit komplexeren Betriebsanforderungen benötigt. Je komplexer die Systeme jedoch wurden, desto höher wurde das Gewicht. Dies war u.a. getrieben durch eine Vielzahl von Schläuchen. Auch war zu beklagen, dass der Bauraum immer enger wurde / immer kleiner wurde.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile abzustellen oder wenigstens zu mildern.
Diese Aufgabe wird bei einem Drehschieberventil mit einem Drehschieber, der in einem Ventilgehäuse (drehbar) angeordnet ist, dadurch gelöst, dass wenigstens zwei voneinander getrennte Kanäle zum Leiten von Fluid in dem Drehschieber enthalten sind, die zum einen in derselben, ersten Axialebene, welche durch die Drehachse festgelegt ist, um die der Drehschieber drehbar ist, in je einen Eingang / Anschluss und einen Ausgang / Anschluss münden und zum anderen sich radial, schneidungsfrei / getrennt verbleibend überkreuzen, wobei wenigstens ein dritter Kanal zum Leiten von Fluid in dem Drehschieber in einer zur ersten Axialebene versetzten zweiten Axialebene von einem dort vorhandenen Eingang / Anschluss zu einem dort vorhandenen Ausgang / Anschluss verläuft.
Auf diese Weise wird somit ein Zweischicht-Thermomanagementmodul möglich, aufweisend zwei Schichten an Kanälen / Wassertunneln im Drehschieber / Drehventil, resultierend in einer Minimierung des Systemgewichts, einer besseren Ausnutzung des Bauraums und einer Reduktion der Anzahl der Komponenten, umfassend Anschlussmittel, wie Schläuche, etwa Gummischläuche. Der Montageaufwand wird reduziert, der Entwicklungsaufwand verringert und die Systemkosten verkleinert.
Im Besonderen werden übliche 3/3-Wegeventile in Kombination mit 2/2-Wegeventilen nun vermieden.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
So ist es von Vorteil, wenn das Drehschieberventil als 5/4-Wegeventil ausgebildet ist, wobei der Drehschieber in der ersten Axialebene drei Anschlüsse und in der zweiten Axialebene zwei Anschlüsse besitzt. Komplexe Regelungen / Steuerungen lassen sich dann kostengünstig, etwa mit nur einem einzigen Aktor realisieren.
Auch hat es sich bewährt, wenn die Geometrie des Drehschiebers so gestaltet ist, dass beim Wechsel von einer ersten Schaltstellung in eine zweite Schaltstellung, während eines Verbindungswechsels, andere Anschlüsse, das heißt Eingänge bzw. Ausgänge, in der zweiten Axialebene miteinander verbunden werden, jedoch in der ersten Axialebene die in der ersten Schaltstellung verbundenen Anschlüsse verbunden bleiben.
Eine besondere Ausführungsform ist auch dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Schaltstellung in der ersten Axialebene ein Anschluss D mit einem Anschluss E verbunden ist und ein Anschluss B in der zweiten Axialebene mit einem Anschluss C in der ersten Axialebene verbunden ist, wobei in der zweiten Schaltstellung in der ersten Axialebene der Anschluss D mit dem Anschluss E verbunden ist und ein Anschluss A in der zweiten Axialebene mit dem Anschluss C in der ersten Axialebene verbunden ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Schaltstellung in der ersten Axialebene der Anschluss D mit dem Anschluss C verbunden ist und der Anschluss B in der zweiten Axialebene mit dem Anschluss E in der ersten Axialebene verbunden ist, wobei in der zweiten Schaltstellung in der ersten Axialebene der Anschluss D mit dem Anschluss C verbunden ist und der Anschluss A in der zweiten Axialebene mit dem Anschluss E in der ersten Axialebene verbunden ist.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Drehschieberventils in einer Längsschnittdarstellung entlang der Rotationsachse eines in einem Ventilgehäuse drehbar angeordneten Drehschiebers, aufweisend einen (unteren) Abschnitt mit zwei voneinander getrennten Kanälen in einer ersten Axialebene, die sich schneidungsfrei überkreuzen und einem (oberen) Abschnitt mit einem dritten (Zusatz-)Kanal in einer zur ersten Axialebene versetzten weiteren / zweiten Axialebene,
2 eine perspektivische Darstellung des Drehschieberventils aus 1,
3 und 4 jeweils eine Querschnittsdarstellung durch den oberen (3) und unteren (4) Abschnitt des Drehschiebers der 1 und 2, und
5 bis 8 unterschiedliche Schaltstellungen (5 und 7; Schaltstellung 1 sowie 6 und 8; Schaltstellung 2) mit darüber dargestellter resultierender Schaltlogik, abbildend die Modi I (5), II (6), III (7) und IV (8).

Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
In der 1 ist eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Drehschieberventils 1 dargestellt. Es besitzt einen Drehschieber 2, der drehbar in einem Ventilgehäuse 3 gelagert ist. In einer ersten Axialebene 4 gibt es einen ersten Kanal 5 und einen zweiten Kanal 6.
In einer zweiten Axialebene 7 gibt es einen dritten Kanal 8. Die zweite Axialebene 7 ist von der ersten Axialebene 4 um die doppelten Durchmesser eines der Kanäle 5 oder 6 an deren dünnsten Stelle axial beabstandet.
Es gibt in Summe fünf Anschlüsse 9. Wie in den 3 und 4 gut zu erkennen, sind die Anschlüsse 9 in der ersten Axialebene 4 als Anschlüsse C, D, E gekennzeichnet. In der zweiten Axialebene 7 sind diese Anschlüsse 9 als Anschlüsse A und B gekennzeichnet. Eine Verbindung des dritten Kanals 8 mit einem der Anschlüsse 9 der ersten Axialebene 4 ist mit einer strichlierten Linie in den 3 und 4 gekennzeichnet.
Jeder Anschluss 9 kann als Eingang oder Ausgang fungieren. In der 2 ist die Axialrichtung mit dem Bezugszeichen 10 referenziert und die Radialrichtung mit dem Bezugszeichen 11. Die Axialrichtung 10 wird durch eine in der 1 eingezeichnete Drehachse 12 festgelegt, um die sich der Drehschieber 2 bei Aktuierung durch einen (einzigen) Aktor dreht.
Zwischen dem Drehschieber 2 und dem Ventilgehäuse 3 gibt es im Bereich der Anschlüsse 9 Dichtelemente, nämlich Dichtringe 13.
In den 5 bis 8 sind die Modi I, II, III und IV des Drehschieberventils 1 dargestellt. Es werden bei einem Thermomanagementmodul die Anschlüsse A bis E in unterschiedlicher Art geschalten. Während in den 5 und 7 die erste Schaltstellung eingenommen ist, ist in den 6 und 8 die zweite Schaltstellung eingenommen. Der Anschluss A ist in der Schaltstellung der 5 geschlossen. Die Anschlüsse B und C sind miteinander verbunden, genauso wie D mit E. In der Schaltstellung der 6 sind noch die Anschlüsse D und E miteinander verbunden, jedoch der Anschluss B verschlossen und der Anschluss A mit dem Anschluss C verbunden.
In der Schaltstellung der 7 ist der Anschluss A verschlossen, jedoch der Anschluss D mit dem Anschluss E verbunden. Auch ist der Anschluss D mit dem Anschluss C verbunden.
Die Verbindung zwischen dem Anschluss D und dem Anschluss C wird auch in der Schaltstellung der 8 beibehalten, wobei jedoch dort der Anschluss D verschlossen und der Anschluss A mit dem Anschluss E verbunden ist.
Bezugszeichenliste

1: Drehschieberventil
2: Drehschieber
3: Ventilgehäuse
4: erste Axialebene
5: erster Kanal
6: zweiter Kanal
7: zweite Axialebene
8: dritter Kanal
9: Anschluss / Eingang / Ausgang
10: Axialrichtung
11: Radialrichtung
12: Drehachse
13: Dichtring

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 10344877 B2 [0003]

Claims

Drehschieberventil (1) mit einem Drehschieber (2), der in einem Ventilgehäuse (3) angeordnet ist, mit wenigstens zwei voneinander getrennten Kanälen (5, 6) in dem Drehschieber (2), die zum einen in derselben, ersten Axialebene (4) in je einen Eingang und einen Ausgang münden und zum anderen sich radial überkreuzen, wobei wenigstens ein dritter Kanal (8) in dem Drehschieber (2) in einer zur ersten Axialebene (4) versetzten zweiten Axialebene (7) verläuft.
Drehschieberventil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehschieberventil (1) als 5/4-Wegeventil ausgebildet ist, wobei der Drehschieber (2) in der ersten Axialebene (4) drei Anschlüsse (9) und in der zweiten Axialebene (7) zwei Anschlüsse (9) besitzt.
Drehschieberventil (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Geometrie des Drehschiebers (2) so gestaltet ist, dass beim Wechsel von einer ersten Schaltstellung in eine zweite Schaltstellung während eines Verbindungswechsels andere Anschlüsse (9) in der zweiten Axialebene (7) miteinander verbunden werden, jedoch in der ersten Axialebene (4) die in der ersten Schaltstellung verbundenen Anschlüsse (9) verbunden bleiben.
Drehschieberventil (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Schaltstellung in der ersten Axialebene (4) ein Anschluss D mit einem Anschluss E verbunden ist und ein Anschluss B in der zweiten Axialebene (7) mit einem Anschluss C in der ersten Axialebene (4) verbunden ist, wobei in der zweiten Schaltstellung in der ersten Axialebene (4) der Anschluss D mit dem Anschluss E verbunden ist und ein Anschluss A in der zweiten Axialebene (7) mit dem Anschluss C in der ersten Axialebene (4) verbunden ist.
Drehschieberventil (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Schaltstellung in der ersten Axialebene (4) der Anschluss D mit dem Anschluss C verbunden ist und der Anschluss B in der zweiten Axialebene (7) mit dem Anschluss E in der ersten Axialebene (4) verbunden ist, wobei in der zweiten Schaltstellung in der ersten Axialebene (4) der Anschluss D mit dem Anschluss C verbunden ist und der Anschluss A in der zweiten Axialebene (7) mit dem Anschluss E in der ersten Axialebene (4) verbunden ist.