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AUFNAHME DURCH VERWEIS
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Die folgenden Dokumente sind hierin durch Verweis aufgenommen, als ob sie in vollem Umfang angeführt wurden: vorläufige US-Anmeldung Nr. 61/858,153, eingereicht am 25. Juli 2013.
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft Wärmemanagementsysteme, die dazu verwendet werden, Kühlmittelströme in Fahrzeugen zu leiten, und insbesondere zur Leitung von Kühlmittelströmen in Verbindung mit dem Motor und verschiedenen anderen Systemen in Kraftfahrzeugen.
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HINTERGRUND
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In Anwendungen für Automobile herrscht ein ständiger Drang zur Energieeffizienz. Ein Weg, die Effizienz von Kraftfahrzeugen zu erhöhen, besteht darin, die Kühlmittelströme zu und von dem Verbrennungsmotor so zu steuern, dass der Motor bei einer Spitzenbetriebstemperatur läuft. Es ist bereits bekannt, schaltbare Kühlmittelpumpen zu verwenden, so dass der Kühlmittelfluss ausgeschaltet wird, während sich der Motor von einem Kaltstart aus rascher erwärmt. Zusätzlich ist auch das Drosseln der Kühlmittelströme unter Verwendung eines Wärmemanagement-Moduls bekannt; diese bekannten Wärmemanagement-Modulventile umfassen jedoch nur eine einzelne Auslasstemperatur.
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Ein bekanntes Ventil nach dem Stand der Technik, das in Verbindung mit einem Wärmemanagementsystem verwendet wird, ist in der
DE 10 2006 055 536 offenbart. In diesem Fall wird ein Drehventil mit zwei koaxialen Drehventilkörpern bereitgestellt, die innerhalb eines Gehäuses angeordnet sind. Hier befindet sich der Einlass in einer axialen Richtung, und in Abhängigkeit von der Position der koaxialen Ventilkörper wird der Kühlmittelfluss zu einem ersten oder zweiten Auslass geleitet, der separat aus- oder eingeschaltet werden kann, um den Fluss von Kühlmittel von der Wasserpumpe zu verschiedenen Wärmetauschern zu steuern, die in Verbindung mit dem Motor und verschiedenen anderen Systeme, wie etwa einem Ölkühler, verwendet werden. Es gibt jedoch keine Möglichkeit, unterschiedliche Auslasstemperaturen von der Vorrichtung bereitzustellen.
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Es wäre wünschenswert, einen Weg bereitzustellen, der es erlaubt, dass Kühlmittel mit unterschiedlichen Temperaturen für unterschiedliche Kraftfahrzeugsysteme und Motorkomponenten verfügbar ist.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Kurz zusammengefasst wird ein Wärmemanagement-Ventilmodul bereitgestellt, das ein Gehäuse umfasst, mit einer isolierenden Wand, die in dem Gehäuse angeordnet ist und das Gehäuse in eine erste Strömungskammer und eine zweite Strömungskammer trennt, die voneinander isoliert sind. Ein erster Einlass ist an dem Gehäuse angeordnet und schließt an die erste Strömungskammer an, und ein erster Auslass ist an dem Gehäuse angeordnet und schließt an die erste Strömungskammer an. Auch ein zweiter Einlass ist an dem Gehäuse angeordnet und schließt an die zweite Strömungskammer an, und ein zweiter Auslass ist an dem Gehäuse angeordnet und schließt an die zweite Strömungskammer an. Ein erster Ventilkörper ist drehbar in der ersten Strömungskammer positioniert. Der erste Ventilkörper umfasst einen Fluidpfad, der in einer ersten Drehstellung den ersten Einlass mit dem ersten Auslass verbindet, in einer zweiten Drehstellung eine Strömung von dem ersten Auslass verhindert, und in einer Zwischenstellung die Strömung von dem ersten Einlass zu dem ersten Auslass drosselt. Ein zweiter Ventilkörper ist drehbar in einer zweiten Strömungskammer positioniert. Der zweite Ventilkörper umfasst einen Fluidpfad, der in einer ersten Drehstellung des zweiten Ventilkörpers den zweiten Einlass und den zweiten Auslass verbindet, in einer zweiten Drehstellung des zweiten Ventilkörpers eine Strömung von dem zweiten Auslass verhindert, und in einer Zwischenstellung des zweiten Ventilkörpers die Strömung von dem zweiten Einlass zu dem zweiten Auslass drosselt. Zumindest ein Aktuator steuert die Stellungen des ersten und zweiten Ventilkörpers.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist ein zusätzlicher Einlass an dem Gehäuse angeordnet und schließt an die erste Strömungskammer an, und der erste Ventilkörper ist drehbar in der ersten Strömungskammer in eine dritte Drehstellung beweglich, in der der Fluidpfad den zusätzlichen Einlass und den ersten Auslass verbindet, und der erste Ventilkörper ist drehbar in eine zweite Zwischenstellung beweglich, um einen Strömungspfad von dem ersten Einlass und dem zusätzlichen Einlass bereitzustellen, der es erlaubt, dass sich die Einlassströme in der ersten Kammer mischen und der gemischte Strom an den ersten Auslass geliefert wird. Dies erlaubt das gesteuerte Mischen zum Beispiel von Kühlmittelfluid mit unterschiedlichen Temperaturen, so dass die Temperatur des Kühlmittelfluids, das von dem ersten Auslass geliefert wird, eine erste Temperatur aufweisen kann.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist ebenfalls ein zusätzlicher Einlass an dem Gehäuse angeordnet und schließt an die zweite Strömungskammer an. Der zweite Ventilkörper ist in der zweiten Kammer drehbar in eine dritte Drehstellung beweglich, in der der Fluidpfad den zusätzlichen Einlass der zweiten Strömungskammer und den zweiten Auslass verbindet. Der zweite Ventilkörper ist auch drehbar in eine zweite Zwischenstellung beweglich, um einen Strömungspfad von dem zweiten Einlass und dem zusätzlichen Einlass der zweiten Strömungskammer bereitzustellen, der es erlaubt, dass sich die Einlassströme in der zweiten Kammer mischen und der gemischte Strom an den zweiten Auslass geliefert wird. Dies erlaubt das gesteuerte Mischen zum Beispiel von Kühlmittelfluid mit unterschiedlichen Temperaturen, so dass die Temperatur des Kühlmittelfluids, das von dem zweiten Auslass geliefert wird, eine zweite Temperatur aufweisen kann, die unabhängig von der ersten Temperatur gesteuert wird.
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Gemäß einem bevorzugten Aspekt der Erfindung erstreckt sich eine Aktuatorwelle durch das Gehäuse und ist durch die Ventilkörper verbunden, um die Ventilkörper durch die erste und zweite Drehstellung sowie die zusätzlichen Drehstellungen zu bewegen. In einer weiteren Anordnung ersteckt sich die Aktuatorwelle durch das Gehäuse und ist an einem der Ventilkörper fixiert, um den einen der Ventilkörper zwischen der ersten und zweiten Drehstellung sowie den zusätzlichen Drehstellungen zu bewegen, und ist freigebbar mit dem anderen der Ventilkörper verbunden, um den anderen der Ventilkörper unabhängig zwischen der ersten und zweiten Drehstellung sowie den anderen Stellungen des anderen Ventilkörpers zu verstellen.
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In einer Anordnung umfasst das Gehäuse eine innere Schulter an einer medialen Position, und die isolierende Wand ist als eine Scheibe ausgebildet, die an der Schulter anliegt. Alternativ ist die innere Wand einteilig mit dem Gehäuse ausgebildet. Die innere Wand kann mit isolierendem Material versehen sein, um die erste und zweite Strömungskammer noch weiter thermisch zu isolieren. Es ist auch möglich, das Gehäuse in zwei separaten Teilen vorzusehen, die die jeweiligen Strömungskammern definieren, und diese Teile werden dann miteinander verbunden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt sind der erste und zweite Ventilkörper kugelförmige Körper, und die Einlass- und Auslassöffnungen in dem Gehäuse, die mit den kugelförmigen Körpern in Eingriff gelangen, weisen einen komplementären Dichtsitz auf, der um die jeweiligen Einlass- und Auslassöffnungen herum angeordnet ist, die mit den kugelförmigen Körpern in Eingriff gelangen. Gemäß einem bevorzugten Aspekt haben die kugelförmigen Körper hohle Zentren und dienen als die Fluidpfade innerhalb der jeweiligen Strömungskammern.
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Gemäß einem bevorzugten Aspekt ist der erste Auslass ein axialer Auslass, der in Fluidverbindung mit dem hohlen Zentrum des ersten Ventilkörpers steht. Der Fachmann wird aus der vorliegenden Offenbarung schließen, dass in Abhängigkeit von der gewünschten Steuerung und Mischung eine Vielzahl von Einlässen und/oder Auslässen für eine oder beide der Strömungskammern bereitgestellt werden kann.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung erstreckt sich die Aktuatorwelle durch eine Öffnung in der isolierenden Wand, und eine Dichtung ist um diese Öffnung herum angeordnet. Die Dichtung kann ein Lager umfassen, um die Aktuatorwelle zu tragen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst das Gehäuse eine Endscheibe an einem oder an beiden Enden, mit sich nach innen erstreckenden Armen oder Trägern, die sich zu einem jeweiligen zentralen Träger für ein oder beide Enden der Aktuatorwelle erstrecken. Vorzugsweise sind in dem zentralen Träger für die Aktuatorwelle Dichtungen vorgesehen und können ein Lagermerkmal oder ein separates Lager aufweisen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Gehäuse eine integrale Basis mit einem Zentriermerkmal, und ein Lager für die Aktuatorwelle ist in dem integrierten Zentriermerkmal angeordnet.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein separater Aktuator mit jedem der Ventilkörper zur separaten Steuerung des Flusses durch die erste und zweite Strömungskammer verbunden.
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In ein bevorzugten Anordnung weisen die Einlässe und die Auslässe Montageflansche zur Verbindung mit der Wand des Gehäuses auf.
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Gemäß einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung ein Wärmemanagementsystem für ein Kraftfahrzeug bereit, das eine Wärmequelle, ein Kühlfluidsystem zum Transport von Fluid von der Wärmequelle zu einem Wärmetauscher, sowie ein Wärmemanagement-Ventilmodul gemäß der Erfindung umfasst. Hier ist der Aktuator des Wärmemanagement-Ventilsteuermoduls mit einem Motorsteuerungsmodul für das Kraftfahrzeug verbunden. Der erste Einlass ist direkt mit einem Fluidpfad von der Wärmequelle verbunden. Der zusätzliche Einlass der ersten Strömungskammer ist mit einer Rückleitung von dem Wärmetauscher verbunden, die gekühltes Fluid bereitstellt, wobei der Wärmetauscher auch einen Einlass umfasst, der mit der Wärmequelle verbunden ist. Der erste Auslass ist mit einer Kühlfluidpumpe verbunden. Der erste Ventilkörper ist so beweglich, dass das von dem Ventilmodul zurück an die Pumpe geleitete Fluid, um zur Wärmequelle zurückgeleitet zu werden, eines der folgenden ist: direkt umgewälztes Fluid von der Wärmequelle; Kühlfluid, das durch den Wärmetauscher gekühlt wurde; oder ein Gemisch aus dem Fluid direkt von der Wärmequelle und dem Fluid, das durch den Wärmetauscher gekühlt wurde, so dass Fluid mit einer Temperatur, die durch das Steuermodul gesteuert wird, über die Pumpe an die Wärmequelle rückgeführt wird.
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Vorzugsweise ist der zweite Einlass durch das Kühlfluidsystem auch direkt mit der Wärmequelle oder einer zusätzlichen Wärmequelle verbunden, und der zusätzliche Einlass der zweiten Strömungskammer ist mit einer Rückleitung von dem Wärmetauscher verbunden, der das Fluid kühlt. Der zweite Auslass ist mit einem zusätzlichen Wärmetauscher verbunden. Der zweite Ventilkörper ist so beweglich, dass das Fluid, das zu dem zusätzlichen Wärmetauscher über das Ventilmodul geleitet wird, eines der folgenden ist: direkt umgewälztes Fluid von der Wärmequelle; Kühlfluid, das durch den Wärmetauscher gekühlt wurde; oder ein Gemisch aus dem Fluid direkt von der Wärmequelle und dem Fluid, das durch den Wärmetauscher gekühlt wurde, so dass Fluid mit einer Temperatur, die durch das Steuermodul gesteuert wird, an den zusätzlichen Wärmetauscher rückgeführt wird, wobei das Fluid eine Temperatur aufweisen kann, die sich von der Temperatur des Fluids von der ersten Strömungskammer unterscheidet.
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Diese Anordnung ist insbesondere in Verbindung mit Verbrennungsmotoren nützlich, so dass Wärme von dem Motorblock direkt über die Wasserpumpe umgewälzt werden kann, wenn der Motor auf Betriebstemperatur kommt, um ihm zu erlauben, schneller eine Betriebstemperatur zu erreichen. Danach kann Fluid von der ersten Strömungskammer, das auf eine gewünschte Temperatur eingestellt ist, erhalten werden, indem das direkt umgewälzte, erwärmte Fluid von dem Motor mit Fluid von dem Radiator gemischt wird, um den Motor auf einer gewünschten Betriebstemperatur zu halten. Gleichzeitig kann Fluid von der zweiten Strömungskammer unabhängig gemischt werden, um Fluid von dem Kühlsystem mit einer unterschiedlichen Temperatur an einen zusätzlichen Wärmetauscher zu liefern, der zum Beispiel ein Wärmetauscher im Fahrgastraum, ein Ölkühler-Wärmetauscher, ein Getriebefluidkühler-Wärmetauscher, ein AGR-Kühler, etc. sein kann.
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Dieses System kann auch für ein elektrisches Fahrzeug oder ein Hybridfahrzeug verwendet werden, bei dem die Wärmequelle das Batteriepaket sein kann, das ebenfalls Kühlung benötigt, und Kühlfluid mit unterschiedlichen Temperaturen kann zur Kühlung des Batteriepakets und an den Wärmetauscher im Fahrgastraum bereitgestellt werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die vorangehende Zusammenfassung sowie die folgende detaillierte Beschreibung sind am besten in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen zu verstehen, die eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung veranschaulichen. In den Zeichnungen ist:
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1 eine Aufrissansicht einer ersten Ausführungsform eines Wärmemanagement-Ventilmoduls gemäß der Erfindung.
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2 ist eine Querschnittsansicht durch das Wärmemanagement-Ventilmodul von 1.
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3 ist eine perspektivische Ansicht, zum Teil im Querschnitt, durch das Wärmemanagement-Ventilmodul von 1 und 2.
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4 ist eine perspektivische Ansicht von oben auf die isolierende Wand, die die erste und zweite Strömungskammer in dem Wärmemanagement-Ventilmodul in 1 bis 3 voneinander trennt.
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5 ist eine alternative Anordnung der Aktuatorwelle, die zur Steuerung der Bewegung des ersten und zweiten Ventilkörpers verwendet wird.
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6 ist eine zweite alternative Ausführungsform der Aktuatorwellen, die zur Steuerung der Bewegung des ersten und zweiten Ventilkörpers verwendet werden.
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7 ist eine dritte alternative Ausführungsform einer Aktuatorwellenanordnung zur Steuerung der Bewegung des ersten und zweiten Ventilkörpers.
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8 ist eine Querschnittsansicht einer zweiten Ausführungsform eines Wärmemanagement-Ventilmoduls gemäß der Erfindung.
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9 ist eine schematische Ansicht des Wärmemanagement-Ventilmoduls von 8 und zeigt eine geteilte Gehäusekonfiguration.
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10 ist eine schematische Ansicht des Wärmemanagement-Ventilmoduls von 8 und zeigt eine Einzelgehäusekonfiguration.
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11 ist eine schematische Ansicht eines Wärmemanagementsystems für ein Kraftfahrzeug, das das Wärmemanagement-Ventilmodul gemäß der Erfindung einsetzt.
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12 ist eine schematische Ansicht einer alternativen Ausführungsform eines Wärmemanagementsystems unter Verwendung des Wärmemanagement-Ventilmoduls von 1 oder 8, wobei der Auslass der ersten Kammer Fluid an den Einlass der zweiten Kammer leitet.
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13 ist eine schematische Ansicht einer zweiten alternativen Ausführungsform eines Wärmemanagementsystems unter Verwendung des Wärmemanagement-Ventilmoduls von 1 oder 8, wobei der Auslass der zweiten Kammer Fluid zu dem Einlass in die erste Kammer leitet.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Bestimmte Begriffe werden in der folgenden Beschreibung rein der Einfachheit halber und nicht einschränkend verwendet. Die Worte ”vorne” bzw. ”vorder/er”, ”hinten” bzw. ”hinter/er”, ”ober/er” und ”unter/er” bezeichnen Richtungen in den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. Die Worte ”nach innen” und ”nach außen” beziehen sich auf Richtungen zu bzw. von den Teilen weg, auf die in den Zeichnungen Bezug genommen wird. ”Axial” bezieht sich auf eine Richtung entlang der Achse einer Welle. Ein Verweis auf eine Aufzählung von Elementen, die als ”zumindest ein a, b, oder c” aufgeführt sind (wobei a, b und c die aufgezählten Elemente darstellen), bedeuten jedes einzelne der Elemente a, b oder c, oder beliebige Kombinationen davon. Diese Begriffe umfassen die oben speziell angeführten Begriffe, sowie davon abgeleitete oder solche mit ähnlichem Zweck.
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Nun Bezug nehmend auf die 1 bis 3 wird dort eine erste Ausführungsform eines Wärmemanagement-Ventilmoduls 10 gezeigt. Wie in 1 dargestellt, umfasst das Ventilmodul 10 ein Ventilgehäuse 12, das mit einer vorzugsweise zylindrischen Gehäusewand 20 ausgebildet ist, die eine Basis 21 mit einem Zentriermerkmal aufweist. Ein oberes Ende des Ventilgehäuses 12 wird durch eine Endabdeckung 14 abgeschlossen, die Arme 15 aufweist, die einen zentralen Träger 91 für eine Aktuatorwelle 90 tragen; diese werden in den 2 und 3 im Detail gezeigt, die im Folgenden noch detailliert besprochen werden. Das Gehäuse 12 ist durch eine isolierende Wand 24 in eine erste Strömungskammer 16 und eine zweite Strömungskammer 18 geteilt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die isolierende Wand 24 eine separate Scheibe, die an einer Schulter 22 anliegt, die an einer Innenseite der Gehäusewand 20 ausgebildet ist. Die isolierende Wand 24 kann falls gewünscht mit einer Dichtung eingesetzt sein. Zusätzlich kann sie aus einem isolierenden Material gebildet sein, um eine thermische Isolierung zwischen der ersten und zweiten Strömungskammer 16, 18 vorzusehen.
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Wie in den 2 und 3 dargestellt, umfasst die isolierende Wand 24 eine Öffnung 25, durch die sich die Aktuatorwelle 90 erstreckt. Eine Dichtung 26 kann in die Öffnung 25 eingepresst sein, um eine Abdichtung gegen die Aktuatorwelle 90 bereitzustellen. Die Dichtung 26 kann auch als ein Lager wirken, um die Welle 90 zu tragen.
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Wie im Detail in 1 dargestellt, ist eine Vielzahl von Einlässen und Auslässen mit dem Gehäuse 12 verbunden. Ein erster Einlass 28 ist an dem Gehäuse 12 angeordnet und schließt an die erste Strömungskammer 16 an. Vorzugsweise ist der erste Einlass 28 mit dem Gehäuse 12 über einen Montageflansch 29 verbunden. Dieser kann an das Ventilgehäuse 12 angeschweißt, angeschraubt, angeklebt oder auf andere Weise damit verbunden sein. Ein zusätzlicher Einlass 30 (auch als ein dritter Einlass 30 bezeichnet) ist vorzugsweise an dem Ventilgehäuse 12 angeordnet und schließt an die erste Strömungskammer 16 an. Dieser zusätzliche Einlass 30 ist auch mit dem Ventilgehäuse 12 über einen Montageflansch 31 verbunden. Ein erster Auslass 36 ist vorzugsweise ebenfalls an dem Ventilgehäuse 12 angeordnet und schließt an die erste Strömungskammer 16 an. Diese ist über einen Flansch 37, der in 1 dargestellt ist, verbunden, der über die Endscheibe 14 platziert und in seiner Stellung durch eine Dichtung oder Dichtmaterial eingedichtet sein kann. Die Montageflansche 29, 31, 37 können durch Schrauben, Verschweißen, Klebstoff oder beliebige andere geeignete Mittel verbunden sein.
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Ein zweiter Einlass 32 ist an dem Ventilgehäuse 12 angeordnet und schließt an die zweite Strömungskammer 18 an. Vorzugsweise ist auch ein zusätzlicher Einlass 34 (auch als ein vierter Einlass 34 bezeichnet) an dem Ventilgehäuse 12 angeordnet und schließt an die zweite Strömungskammer 18 an. Ein zweiter Auslass 38 ist an dem Ventilgehäuse 12 angeordnet und schließt an die zweite Strömungskammer 18 an. Der zweite Einlass 32, der zusätzliche Einlass 34 sowie der zweite Auslass 38 sind vorzugsweise über jeweilige Montageflansche 33, 35, 39 mit der Gehäusewand 20 des Ventilgehäuses 12 verbunden. Die Montageflansche 33, 35, 39 können durch Schrauben, Verschweißen, Klebstoff oder beliebige andere geeignete Mittel verbunden sein.
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Unter Bezugnahme auf 2 und 3, ist ein erster Ventilkörper 40 drehbar in der ersten Strömungskammer 16 positioniert. Der erste Ventilkörper 40 ist vorzugsweise ein kugelförmiger Körper mit einer Außenfläche 42, die im Querschnitt durch eine gekrümmte Gestalt definiert wird, die konstant bleibt, während sie sich in einer Umfangsrichtung um eine Drehachse herum erstreckt. Die Einlass- und Auslassöffnungen in dem Gehäuse 12, die mit dem kugelförmigen Körper in Eingriff gelangen, der den ersten Ventilkörper 40 bildet, weisen einen komplementären Dichtsitz auf, der um die jeweiligen Einlass- und Auslassöffnungen angeordnet ist, die mit dem kugelförmigen Körper in Eingriff gelangen. Der Ventilkörper 40 weist vorzugsweise ein hohles Zentrum 44 auf. Ein Fluidpfad wird durch den ersten Ventilkörper 40 definiert, der in einer ersten Drehstellung des ersten Ventilkörpers 40 den ersten Einlass 28 und den ersten Auslass 36 verbindet, und der in einer zweiten Drehstellung des ersten Ventilkörpers 40 die Strömung von dem ersten Auslass 36 verhindert. Vorzugsweise drosselt der erste Ventilkörper 40 in einer Zwischenstellung die Strömung von dem ersten Einlass 28 zu dem ersten Auslass 36. Der erste Ventilkörper 40 weist eine Fluidöffnung 46 auf, die durch die Ventilkörperwand zu dem hohlen Zentrum 44 definiert wird. Wie in 3 dargestellt, erstreckt sich vorzugsweise zumindest eine Tragstrebe 50 von der äußeren Wand des Ventilkörpers 40 zu einer Zentralwellenverbindung 52, die dazu geeignet ist, an der Welle 90 getragen oder damit verbunden zu werden. Die Öffnung 46 in dem Ventilkörper 40 kann einen oder beide der ersten und dritten Fluideinlässe 28, 30 mit dem ersten Auslass 36 über das hohle Zentrum 44 und die Zwischenräume zwischen den Armen 15 der Endscheibe 14 verbinden. Der erste Ventilkörper 40 ist in der ersten Strömungskammer drehbar in eine dritte Drehstellung beweglich, in der der Fluidpfad den zusätzlichen Einlass 30 und den ersten Auslass 36 verbindet, sowie in eine zweite Zwischenstellung, in der die Strömung von dem ersten Einlass 28 und dem zusätzlichen Einlass 30 in der ersten Strömungskammer 16 gemischt und zu dem ersten Auslass geliefert wird. Die zweite Zwischenstellung ist durch drehende Bewegung des ersten Ventilkörpers 40 steuerbar, so dass der Anteil der Strömung von dem ersten Einlass 28 und dem zusätzlichen Einlass 30 so gesteuert wird, dass zum Beispiel ein Strömungsvolumen an Fluid mit einer ersten Temperatur von dem ersten Einlass 28 proportional relativ zu einem Strömungsvolumen an Fluid mit einer zweiten Temperatur von dem zusätzlichen Einlass 30 einstellbar ist, so dass Fluid mit einer gewünschten Temperatur an den ersten Auslass 36 geliefert wird.
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Noch immer Bezug nehmend auf 2 und 3, ist ein zweiter Ventilkörper 60 drehbar in der zweiten Kammer 18 positioniert. Der zweite Ventilkörper 60 umfasst einen Fluidpfad, der in einer ersten Drehstellung des zweiten Ventilkörpers 60 den zweiten Einlass 32 und den zweiten Auslass 38 verbindet. Der zweite Ventilkörper 60 ist in eine zweite Drehstellung drehbar, die eine Strömung von dem zweiten Auslass 38 verhindert. Zusätzlich ist der zweite Ventilkörper 60 in eine Zwischenstellung beweglich, in der die Strömung von dem zweiten Einlass 32 zu dem zweiten Auslass 38 gedrosselt ist. Vorzugsweise ist der zweite Ventilkörper 60 ebenfalls als ein kugelförmiger Körper ausgebildet, und die Einlass- und Auslassöffnungen in dem Gehäuse 12, die mit dem zweiten Ventilkörper 60 in Eingriff gelangen, weisen einen komplementären Dichtsitz auf, der um die jeweiligen Einlass- und Auslassöffnungen herum angeordnet ist, die mit dem kugelförmigen Körper in Eingriff gelangen. Wie in den 2 und 3 im Detail dargestellt, umfasst der zweite Ventilkörper 60 eine erste kugelförmige äußere Teilfläche 64 und eine zweite kugelförmige Teilfläche 66, wobei die erste kugelförmige Teilfläche 64 mit der Öffnung in dem Ventilgehäuse für den zweiten und vierten Einlass 32, 34 ausgerichtet ist, und eine zweite kugelförmige Teilfläche mit dem zweiten Auslass 38 ausgerichtet ist. Der Ventilkörper 60 weist vorzugsweise ein hohles Zentrum 62 auf und die Wand des Ventilkörpers 60 umfasst eine längliche Einlassöffnung 78 sowie eine Auslassöffnung 80. Vorzugsweise erstreckt sich eine Tragstrebe 74 von der Ventilkörperwand zu einem zentralen Bereich für den Eingriff mit der oder den Halt an der Aktuatorwelle 90.
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Vorzugsweise ist der zweite Ventilkörper 60 in der zweiten Kammer 18 drehbar in eine dritte Drehstellung beweglich, in der der Fluidpfad den zusätzlichen Einlass 34 der zweiten Strömungskammer 18 und den zweiten Auslass 38 verbindet. Zusätzlich ist der zweite Ventilkörper 60 in eine zweite Zwischenstellung des zweiten Ventilkörpers 60 beweglich, in der die Strömung von dem zweiten Einlass 32 und dem zusätzlichen Einlass 34 der zweiten Strömungskammer 18 in der zweiten Strömungskammer 18 gemischt und zu dem zweiten Auslass 38 geliefert wird. Dies erlaubt ein Mischen der Ströme von dem zweiten Einlass 32 und dem vierten Einlass 34, das unabhängig von einer Drehstellung des zweiten Ventilkörpers 60 erfolgt, was zum Beispiel erlaubt, dass eine bestimmte Temperatur der Fluide, die durch das Wärmemanagement-Ventilmodul 10 übertragen werden, auf ähnliche Weise gesteuert werden, wie dies oben in Verbindung mit dem ersten Ventilkörper 40 in der ersten Strömungskammer 16 erläutert wurde.
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Auf Grund der isolierten Anordnung der ersten Strömungskammer 16 und der zweiten Strömungskammer 18 können zwei unterschiedliche Auslasstemperaturen von den Auslässen 36 und 38 der ersten und zweiten Strömungskammern 16, 18 bereitgestellt werden.
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Der Fachmann wird einsehen, dass falls gewünscht eine Vielzahl von isolierten Strömungskammern 16, 18, etc. vorgesehen werden kann. Jede dieser Strömungskammern kann eine Vielzahl von Einlässen und/oder Auslässen aufweisen, um unterschiedliche Strömungssteuerungen zu erlauben.
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Noch immer Bezug nehmend auf 2 und 3, erstreckt sich die Aktuatorwelle 90 axial durch das Ventilgehäuse 12 und wird über ein oberes Stützlager 91, einen Zwischenträger über das Lager/die Dichtung 26 in der isolierenden Wand 24, und ein unteres Lager 94 getragen. Das untere Lager 94 kann auch eine Dichtfunktion gegen den Antrieb für die Aktuatorwelle 90 erfüllen. Auch separate Dichtungen können vorgesehen werden, etwa die Dichtung 96. Ein Drehaktuator 98 ist mit der Aktuatorwelle 90 verbunden. Beide Ventilkörper 40, 60 können direkt mit der Welle 90 verbunden werden, was dann nur die gleichzeitige Einstellung der beiden Ventilkörper im selben Ausmaß erlauben und damit die Funktionalität des Wärmemanagement-Ventilmoduls 10 begrenzen würde. Um eine unabhängige Steuerung der Stellung des ersten und zweiten Ventilkörpers 40, 60 vorzusehen, ist in einer ersten bevorzugten Ausführungsform der erste Ventilkörper 40 an der Aktuatorwelle 90 über die Wellenverbindung 52 an der Tragstrebe 50 fixiert. Der zweite Ventilkörper 60 wird drehbar zur Bewegung um die Aktuatorwelle 90 über die Tragstrebe 74 getragen. Wie in 4 dargestellt, ist ein Vorschubarm 100 an der Aktuatorwelle 90 angebracht. Eine gegenüberliegende Positioniersicherung 102 ist innerhalb des hohlen Zentrums 62 des zweiten Ventilkörpers 60 angeordnet. In diesem Fall steuert die Drehung der Welle 90 direkt die Stellung des ersten Ventilkörpers 40. Um eine Stellung des zweiten Ventilkörpers 60 zu steuern, so dass er in die erste Drehstellung, die zweite Drehstellung, die Zwischenstellung, die dritte Drehstellung oder die zweite Zwischenstellung versetzt werden kann, sowie um die proportionale Strömungssteuerung von einem oder beiden der Einlässe 32, 34 zu drosseln oder zu erlauben, wird die Aktuatorwelle 90 gedreht, bis der Vorschubarm 100 mit der Positioniersicherung 102 in Kontakt gelangt. Der zweite Ventilkörper 60 wird dann in die gewünschte Drehstellung gedreht, um die gewünschte Strömung, Mischung oder Blockierung der Strömung von dem zweiten Auslass 38 zu erreichen. Der zweite Ventilkörper 60 wird vorzugsweise durch die Reibung mit den Dichtelementen an den Einlässen 32, 34 und dem Auslass 38 in Stellung gehalten, die durch Oberflächenbeschichtungen oder die Oberflächenbearbeitung erhöht oder verringert werden kann. Die Aktuatorwelle 90 kann dann in die entgegengesetzte Richtung um bis zu etwa 355° gedreht werden, um den ersten Ventilkörper 40 direkt in seine erste Drehstellung, zweite Drehstellung, Zwischenstellung, dritte Drehstellung, oder zweite Zwischenstellung zu versetzen, sowie um die proportionale Strömungssteuerung von einem oder beiden der Einlässe 28, 30 zu drosseln oder zu erlauben, um die gewünschte Strömung durch die erste Strömungskammer 16 zu erreichen. Durch diese Anordnung, bei der die Aktuatorwelle 90 freigebbar mit dem zweiten Ventilkörper 60 verbunden werden kann, ist eine unabhängige Stellung der beiden Ventilkörper 40, 60 möglich.
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Nun Bezug nehmend auf 5 wird dort eine alternative Ausführungsform zur voneinander unabhängigen Betätigung der Ventilkörper 40 und 60 dargestellt. Hier sind zwei separate Aktuatorwellen 90', 90'' vorgesehen, die jeweils mit einem separaten Drehaktuator 98', 98'' verbunden sind. Die isolierende Wand 24' umfasst Sackbohrungen 25', 25'', die Stumpfenden 91', 91'' der jeweiligen Aktuatorwellen 90', 90'' aufnehmen. Dies erlaubt, dass die Aktuatorwellen 90', 90'' separat betätigt werden können, indem der erste Ventilkörper 40 direkt mit der ersten Aktuatorwelle 90' verbunden ist, und der zweite Ventilkörper 60 direkt mit der zweiten Aktuatorwelle 90'' verbunden ist, um die Ventilkörper 40, 60 direkt und separat zu verstellen.
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Unter Bezugnahme auf 6 wird eine zweite alternative Ausführungsform zur Betätigung der Ventilkörper 40, 60 unter Verwendung zweier Wellen 190', 190'' dargestellt. Hier umfasst die erste Welle 190' ein Zapfenende 191, das sich durch eine Haltedichtung bzw. ein Haltelager 126 erstreckt, die bzw. das in der isolierenden Wand 124 angeordnet ist (die ähnlich der oben erläuterten isolierenden Wand 24 ist). Das Zapfenende 191 erstreckt sich in eine Sackbohrung 193, die in dem zu ihr weisenden Ende der zweite Welle 190'' angeordnet ist. Der erste Ventilkörper 40 ist direkt mit der ersten Welle 190' verbunden, und der zweite Ventilkörper 60 ist direkt mit der zweiten Aktuatorwelle 190'' verbunden, um die direkte Dreheinstellung zu ermöglichen. Hier sind Drehantriebe 198', 198'' mit jeder der Aktuatorwellen 190', 190'' verbunden.
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Unter Bezugnahme auf 7 wird eine dritte Ausführungsform einer Aktuatoranordung zur separaten Steuerung einer Stellung des ersten Ventilkörpers 240 und des zweiten Ventilkörpers 260 innerhalb des Ventilgehäuses 212 dargestellt. Hier ist die Anordnung des Ventilgehäuses 212 und der Einlässe und Auslässe ähnlich der Anordnung, die oben in Verbindung mit der ersten Ausführungsform des Ventilmoduls 10 beschrieben wurde. Ähnliche Elemente wurden daher mit ähnlichen Bezugszeichen versehen, die mit ”200” beginnen, so dass eine weitere detaillierte Beschreibung dieser ähnlichen Elemente nicht mehr notwendig ist. Wie gezeigt ist der zweite Ventilkörper 260 direkt mit der Aktuatorwelle 290 verbunden, um eine direkte Verstellung des zweiten Ventilkörpers 260 in eine gewünschte Drehstellung zu erlauben. Der erste Ventilkörper 240 ist vorzugsweise so montiert, dass er um die Aktuatorwelle 290 über eine Gleitsitzöffnung 252 drehbar ist. Die Innenseite des ersten Ventilkörpers 240 um einen Umfang des hohlen inneren Raums 244 umfasst Zähne 243. Planetenräder 286, die an einem Planetenträgerkörper 225 mit sich nach oben erstreckenden Planetenachsen angeordnet sind, greifen in die Zähne 243 ein. Ein Sonnenrad 284 steht mit der Aktuatorwelle 290 in Eingriff und greift in die Zähne der Planetenräder 286 ein. Unter Verwendung dieser Anordnung führt eine vollständige Drehung der Aktuatorwelle 290 mit einer entsprechenden vollständigen Drehung des zweiten Ventilkörpers 260 nur zu einer teilweisen Drehung, zum Beispiel von 45°, des ersten Ventilkörpers 240, und zwar auf Grund des Untersetzungsgetriebes, das durch das Sonnenrad 284 und die Planetenräder 286 vorgesehen wird. Somit kann ein einzelner, mit der Aktuatorwelle 290 verbundener Drehaktuator 298 verwendet werden, um eine Stellung des ersten Ventilkörpers 240 relativ zu dem zweiten Ventilkörper 260 im Wesentlichen unabhängig einzustellen.
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Der Fachmann wird verstehen, dass in jeder der obigen Ausführungsformen Stellungssensoren an der Welle 90, 290 oder den Wellen 90', 90''; 190', 190'' eingesetzt werden können, um eine Stellung der Ventilkörper 40, 60; 240, 260 präzise zu bestimmen.
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Nun Bezug nehmend auf 8, wird dort eine zweite Ausführungsform des Wärmemanagement-Ventilmoduls 310 gezeigt. Die zweite Ausführungsform des Wärmemanagement-Ventilmoduls 310 ist ähnlich der ersten Ausführungsform 10, die oben beschrieben wurde; daher sind ähnliche Elemente mit ähnlichen Bezugszeichen gekennzeichnet, die jeweils mit ”300” beginnen. In dem Ventilmodul 310 sind erste und zweite Strömungskammern 316, 318 vorgesehen. Der erste Einlass 328 und der zusätzliche Einlass 330 (auch als der dritte Einlass 330 bezeichnet) sind mit der ersten Strömungskammer 316 verbunden, und ein zweiter Einlass und der zweite zusätzliche Einlass (nicht dargestellt) sind mit der zweiten Strömungskammer 318 verbunden. Der erste Strömungsauslass 336 ist schematisch von dem axialen Ende der ersten Strömungskammer 316 dargestellt, und der zweite Auslass 338 von der zweiten Kammer 318 ist ebenfalls dargestellt. Hier ist das Ventilgehäuse 312 mit einer integrierten isolierenden Wand 324 zwischen der ersten und zweiten Strömungskammer 316, 318 ausgebildet. Die isolierende Wand 324 umfasst eine Ausnehmung für ein(e) Lager/Dichtung 326. Der erste Ventilkörper 340 umfasst eine integrierte Welle 390'' und umfasst eine Aufnahmebohrung 393, die ein Zapfenende 391 der Aktuatorwelle 390' aufnimmt. Das Ende der Aktuatorwelle 390'' wird durch ein integriertes Lager 392 getragen, das in einer oberen Endscheibe 314 ausgebildet ist, die mit dem Ventilgehäuse 312 verbunden ist und ein oberes Ende der ersten Strömungskammer 316 abschließt.
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Das untere Ende des Ventilgehäuses 312 ist über ein Aktuatorgehäuse 313 verschlossen, das den Drehaktuator 398 sowie die erforderlichen Stellungssensoren für die Ventilkörperstellungen enthält. Diese Anordnung verzichtet auf die separate isolierende Scheibe 24, die in der ersten Ausführungsform vorgesehen ist, und verschließt den Boden mit dem Aktuatorgehäuse 313 für den Aktuator 398, der die Aktuatorwelle 390' antreibt. In dieser Anordnung könnten auch separate Aktuatoren für den ersten und zweiten Ventilkörper 340, 360 eingesetzt werden, oder das Stumpfende 391 der Welle 390' kann mit der Aufnahmebohrung 393 durch formschlüssigen Eingriff in Eingriff stehen, so dass der erste Ventilkörper 340 durch die Aktuatorwelle 390' gedreht wird, und der zweite Ventilkörper 360 kann auf ähnliche Weise wie der Ventilkörper 60 der ersten Ausführungsform des Ventilmoduls 10 verstellt werden, wie oben erläutert.
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Unter Bezugnahme auf 9 und 10 werden dort schematische Diagramme der zweiten Ausführungsform des Ventilmoduls 310, 310' gezeigt. Der Unterschied zwischen der 9 zu 10 besteht hier darin, dass das in 9 dargestellte Wärmemanagement-Ventilmodul 310' zwei separate Gehäuseteile 312', 312'' umfasst, die miteinander verbunden sind, während die in 10 dargestellte Ausführungsform ein einzelnes Ventilgehäuse 312 umfasst. In beiden schematischen Diagrammen sind die Ventilkörper 340, 360 zusammen mit den Einlässen mit E bezeichnet, die Auslässe mit A, die Lager für die Welle mit L1, L2, die Gehäusedichtungen mit DR, die Wellendichtungen mit WDR, die radialen Wellendichtungen mit RWDR, und die Stellungssensoren mit GSR.
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Nun Bezug nehmend auf 11 wird eine schematische Ansicht eines Wärmemanagementsystems für ein Kraftfahrzeug unter Verwendung des Wärmemanagement-Ventilmoduls 10, 310 dargestellt. Hier ist der Verbrennungsmotor 2 als die Wärmequelle dargestellt, und eine Wasserpumpe 4 ist mit dem Verbrennungsmotor 2 verbunden dargestellt. Ein Radiator 6 ist als der primäre Wärmetauscher dargestellt, zusammen mit einem Kabinenwärmetauscher 8 zur Beheizung eines Fahrgastraums. Obwohl der Kabinenwärmetauscher dargestellt ist, wird dem Fachmann klar sein, dass es auch ein Ölkühlerwärmetauscher, ein Getriebefluidwärmetauscher, ein AGR-Wärmetauscher etc. sein könnte. In diesem Fall ist die Wasserpumpe 4 mit einem Kühlkreis verbunden, der Kühlfluid durch die Wassermäntel in dem Motorblock zu dem Radiator 6 oder dem ersten Einlass 28 des Ventilmoduls 10, 310 verschiebt. Fluid kann von dem Radiator 6 zu der ersten Strömungskammer 16 über den dritten Einlass 30 geleitet werden. In Abhängigkeit von einer Stellung des ersten Ventilkörpers wird heißes Fluid von dem Motor entweder über den ersten Einlass 28 zu dem ersten Auslass 36 und zurück zur Wasserpumpe 4 zur Umwälzung geleitet, um ein rascheres Aufheizen des Motorblocks zu erreichen, oder, nach Erreichen der gewünschten Temperatur in dem Motorblock, wird nur Kühlfluid, das durch den Radiator 6 geführt wurde, um Wärme abzugeben, über den dritten Einlass 30 zu der ersten Strömungskammer 16 und zurück durch den Auslass 36 zu der Wasserpumpe 4 geführt. Wenn gewünscht wird, eine präzise Temperatur aufrecht zu erhalten, wird der erste Ventilkörper in eine Stellung gestellt, in der die Ströme von dem ersten und dritten Einlass 28, 30 in gewünschten Anteilen in der ersten Strömungskammer gemischt werden.
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Die zweite Strömungskammer, die von der ersten Strömungskammer isoliert ist, umfasst auch den zweiten Einlass 32 für heißes Wasser von dem Motorblock, sowie den vierten Einlass 34 für den Erhalt von Kühlfluid, das durch den Radiator 6 geströmt ist. In Abhängigkeit von der Stellung des zweiten Ventilkörpers kann Fluid mit einer gewünschten Temperatur dann über den zweiten Auslass 38 an den Wärmetauscher 8 des Fahrgastraums geleitet werden, bevor es zurück zu der Wasserpumpe 4 geleitet wird. Diese Anordnung erlaubt die unabhängige Steuerung der Auslasstemperaturen des Kühlfluids durch den ersten und zweiten Auslass 30, 38.
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Nun Bezug nehmend auf die 12 und 13, werden alternative Ausführungsformen eines Wärmemanagementsystems unter Verwendung des Wärmemanagement-Ventilmoduls 10, 310 dargestellt. Hier leitet in der alternativen Ausführungsform von 12 der Auslass 36 der ersten Kammer 16 Fluid zu dem ersten Einlass 32 der zweiten Kammer 18. Dies ist nützlich, um eine Mischung auf eine bestimmte Temperatur in der einen Kammer 16 vorzunehmen und dann zu steuern, wie dieses temperaturgesteuerte Kühlmittel an andere Wärmetauscher unter Verwendung einer zweiten Kammer 18 verteilt wird. Eine zweite Alternative ist in 13 dargestellt, wobei der Auslass 38 der zweiten Kammer 18 Fluid zu dem ersten Einlass 28 der ersten Kammer 18 leitet, was dieselben Vorteile bietet.
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Nachdem nun die vorliegende Erfindung detailliert beschrieben wurde, wird sich verstehen bzw. dem Fachmann klar sein, das zahlreiche physische Modifikationen, von welchen nur einige wenige in der obenstehenden detaillierten Beschreibung beispielhaft dargestellt sind, vorgenommen werden könnten, ohne von den hierin verkörperten erfinderischen Konzepten und Prinzipien abzuweichen. Es sollte auch klar sein, dass zahlreiche Ausführungsformen möglich sind, die nur einen Teil der bevorzugten Ausführungsform einbeziehen, die jedoch in Bezug auf diese Teile die darin verkörperten erfinderischen Konzepte und Prinzipien nicht verändern. Die vorliegende Ausführungsform und optionale Konfigurationen sind daher in allen Belangen als rein beispielhaft und/oder veranschaulichend, aber nicht einschränkend zu betrachten, wobei der Umfang der Erfindung durch die folgenden Ansprüche, und nicht durch die vorstehende Beschreibung angegeben wird; alle alternativen Ausführungsformen und Veränderungen an dieser Ausführungsform, die innerhalb der Bedeutung und des Äquivalenzbereichs der Ansprüche fallen, sind daher darin enthalten.
