WO2023169711A1 - Ventilsteuervorrichtung für einen kühlmittelkreislauf eines kraftfahrzeugs - Google Patents

Ventilsteuervorrichtung für einen kühlmittelkreislauf eines kraftfahrzeugs Download PDF

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WO2023169711A1
WO2023169711A1 PCT/EP2022/086535 EP2022086535W WO2023169711A1 WO 2023169711 A1 WO2023169711 A1 WO 2023169711A1 EP 2022086535 W EP2022086535 W EP 2022086535W WO 2023169711 A1 WO2023169711 A1 WO 2023169711A1
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valve
control device
spur gear
locking
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PCT/EP2022/086535
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Sven Dehrmann
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ECO Holding 1 GmbH
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    • F16K5/06—Plug valves; Taps or cocks comprising only cut-off apparatus having at least one of the sealing faces shaped as a more or less complete surface of a solid of revolution, the opening and closing movement being predominantly rotary with plugs having spherical surfaces; Packings therefor
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    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/44—Mechanical actuating means
    • F16K31/53—Mechanical actuating means with toothed gearing
    • F16K31/535—Mechanical actuating means with toothed gearing for rotating valves

Definitions

  • the invention relates to a valve control device for a coolant circuit of a motor vehicle, with a first valve, with an assigned first functional element, a second valve, with an assigned second functional element, wherein the first valve and the second valve can be changed in their switching position by rotating the respective assigned functional element are trained.
  • Numerous devices for handling fluids in electrically powered vehicles are known in the prior art. Such fluid devices are used, for example, to switch or redirect cooling fluids within so-called thermal management modules of electrically operated vehicles. For example, stepper motors are used to move valves from a first switching position to a second switching position.
  • the fluid devices usually consist of numerous components and are extremely complex and therefore very cost-intensive.
  • stronger actuators must be used to be able to move multiple rotary valves and associated seals at the same time.
  • Checking the current switching position of the valve is often problematic. This is very relevant after a power outage, for example.
  • Another disadvantage arises from the fact that valves can be adjusted by parameters such as temperature, fluid pressure or other influences during the operation of a motor vehicle. To prevent this, actuators usually have a holding current that can hold the valves in their switching position. On the one hand, this has an impact on the force and thus on the dimensioning of the actuator. On the other hand, continuous power consumption of the entire device is necessary.
  • the object of the invention is to create a valve control device belonging to the technical field mentioned at the outset, which at least partially overcomes the disadvantages of the prior art.
  • the objects of the present invention are to provide an improved concept for a valve control device that reduces complexity and cost.
  • the valve control device for a coolant circuit of a motor vehicle has a first valve with an assigned first functional element, and a second valve with an assigned second functional element, the first valve and the second valve being changeable in their switching position by rotation of the respective assigned functional element are trained.
  • the valve control device comprises a locking device with a driving device, wherein the locking mechanism is designed to be rotatable by means of a drive, and wherein the locking mechanism is designed to move from a first switching position to a second switching position by means of the driving device engaging in the first functional element and by engaging the driving device in to transfer the second functional element from a first switching position to a second switching position.
  • both valves can be operated with just one locking mechanism.
  • the driving device only includes one driving means, whereby the valves can be switched one after the other but not simultaneously. This in turn reduces the force requirements on the actuator that drives the locking mechanism. Since the force requirements influence the dimensioning of the actuator, the actuator and thus the entire device can be made more compact, lighter and more space-saving. There is also a cost reduction because lower force requirements are associated with lower manufacturing costs.
  • each functional element is designed according to the number of switching positions of the associated valve. This results in the advantage that both symmetrical and asymmetrical switching logics can be implemented in combination with any number of switching positions and connections of the valve control device, which can be operated with only one actuator.
  • the driving device has a first spur gear cutout in order to engage in the first functional element or in the second functional element.
  • each functional element has a corresponding spur gear, which can interact with the spur gear cutout of the driving device.
  • the torque is transmitted by means of a continuous movement because the angular velocity between the locking mechanism and the functional elements is constant. This has an impact on the drive because the maximum power consumption is lower in the case of a constant angular velocity.
  • a spur gear cutout in the sense of this invention is to be understood as a spur gear that only exists in a certain angular interval.
  • the spur gear cutout only includes an angle of 45°, 60° or 90°.
  • the driving device has a second spur gear cutout in order to engage in the first functional element or in the second functional element.
  • the second functional element also has a corresponding spur gear, which can interact with the second spur gear cutout of the driving device.
  • the second spur gear cutout is designed differently than the first spur gear cutout.
  • the angular interval of the first spur gear section deviates from the angular interval of the second spur gear section, as a result of which different functional elements can be actuated.
  • a valve with four switching positions can be operated via the first spur gear cutout and a valve with five switching positions can be operated via the second spur gear cutout. This is therefore possible with just one lock and therefore with just one drive.
  • the first spur gear cutout and the second spur gear cutout are arranged spaced apart from one another in an axial direction of the locking mechanism.
  • a first valve can be actuated via an assigned first functional element and a second valve can be actuated via an assigned second functional element by means of the locking mechanism.
  • the first functional element and the second functional element are also arranged at a distance from one another in the axial direction.
  • the first spur gear cutout and the second spur gear cutout could be arranged offset from one another in a circumferential direction of the locking mechanism.
  • the first functional element and the second functional element each have a spur gear for engaging the first spur gear section or the second spur gear section.
  • the locking mechanism has a first locking contour for contacting a locking surface of the first functional element and/or a locking surface of the second functional element.
  • a locking contour in the sense of the invention is to be understood as a surface which can slide along a corresponding locking surface of a functional element, as a result of which the valve assigned to the functional element cannot rotate. If the driving device of the locking mechanism engages in the first functional element and transfers it from a first switching position to a second switching position, the second functional element is fixed in its switching position by the locking contour. Here, the locking contour of the locking mechanism slides along a locking surface of the second functional element. This achieves the technical advantage that the switching position of the second valve is secured without a holding current or other means. The device therefore has secure self-locking. Without the use of sensors, the switching position of the valves of the valve control device can be clearly ensured at any time.
  • the locking contour of the locking mechanism with the locking surface of each functional element can be achieved, for example, in that both the locking contour and the locking surfaces are at least partially designed as lateral surfaces of a cylinder.
  • the locking mechanism has a second locking contour for contacting a locking surface of the first functional element and/or a locking surface of the second functional element. This achieves, for example, the technical advantage that the second locking contour can slide along a corresponding locking surface of a second functional element, as a result of which the second valve assigned to the functional element also cannot rotate. So, in addition to a first functional element, which can be locked by means of a first locking contour, a second functional element can be fixed in its switching position by the second locking contour at the same time or offset.
  • the second locking contour of the locking mechanism is also designed to slide along a locking surface of the second functional element, whereby the holding position of a second valve is secured without holding current or other means.
  • the device therefore has secure self-locking for at least two valves. Without the use of sensors, the switching position of the valves of the valve control device can be clearly determined at any time. For example, it is also conceivable to provide further blocking contours for further functional elements and their associated valves.
  • the first locking contour and the second locking contour are arranged spaced apart from one another in an axial direction of the locking mechanism.
  • a first valve can be fixed in its switching position via an assigned first functional element and a second valve via an assigned second functional element by means of the first locking contour and the second locking contour of the locking mechanism.
  • the first functional element and the second functional element are also arranged at a distance from one another in the axial direction.
  • the blocking surfaces of the first and second functional elements can also be arranged offset from one another in a circumferential direction.
  • the valve control device comprises a third valve with an associated third functional element, wherein the third valve is designed to be changeable in its switching position by rotating the third functional element, and wherein the locking mechanism is designed for this purpose , to transfer the third valve from a first switching position to a second switching position by engaging the driving device in the third functional element.
  • the actuator and thus the entire device can be made more compact, lighter and more space-saving, even though three valves are assigned to the valve control device.
  • the valve control device includes more than three valves.
  • the valve control device includes four, five, six or even more valves. If the driving device includes a first spur gear cutout and a second spur gear cutout, two valves can be switched at the same time. For example, several valves can be switched at the same time.
  • the first spur gear cutout is designed to engage in the second functional element and the third functional element.
  • the first locking contour is designed to rest on the locking surface of the second functional element and on a locking surface of the third functional element. This achieves, for example, the technical advantage that the first locking surface, depending on the position of the locking mechanism, both the first valve via the assigned first functional element and the second valve via the assigned second functional element can be fixed in their switching position by means of the first locking contour.
  • the second spur gear cutout is designed to engage in the first functional element, and the second locking contour is designed to rest on the locking surface of the first functional element.
  • the first functional element comprises an odd number of switching positions and the second functional element comprises an even number of switching positions. Any number of switching positions and fluid connections to be switched can therefore be achieved in the valve control device, which can be operated with only one actuator.
  • the third functional element preferably comprises an even number of switching positions.
  • the first valve, the second valve and the third valve each have at least one rotary slide valve. This has the technical advantage, for example, that rotary slide valves represent existing standard solutions and are therefore inexpensive and easily available.
  • the rotary slide valves are preferably designed as ball valves.
  • Fig. 1 is a perspective view of a housing
  • Fig. 2 is a perspective view of an embodiment
  • Fig. 3 shows a further representation of an embodiment
  • FIG. 4A shows a top view of a valve control device in a switching position
  • Fig. 4B is a top view of a valve control device in a further switching position.
  • Figure 1 shows a perspective view of a housing 110 of a valve control device 100 for a coolant circuit.
  • the valve control device 100 includes a plurality of fluid connections 102.
  • the valve control device 100 comprises a first valve 120, a second valve 150 and a third valve 190.
  • a functional element 125, 155, 195 is permanently assigned to each of the valves 120, 150, 190 .
  • the first functional element 125 is assigned to the first valve 120, wherein the first valve 120 is designed to be changeable in its switching position by rotating the first functional element 125.
  • the first valve 120 has a total of five switching positions.
  • the second functional element 155 is assigned to the second valve 150, wherein the second valve 150 is designed to be changeable in its switching position by rotating the assigned second functional element 155.
  • the second valve 150 has a total of four switching positions.
  • the third valve 190 is assigned the third functional element 195, wherein the third valve 190 is designed to be changeable in its switching position by rotating the third functional element 195. Like the second valve, the third valve 190 has a total of four switching positions.
  • a locking mechanism 200 is located centrally between the valves 120, 150, 190.
  • the locking mechanism 200 is designed to transfer the valves 120, 150, 190 between their switching positions. The transfer takes place by engaging a driving device 210 in the respective functional elements 125, 155, 195.
  • a spur gear 126, 156, 196 is assigned to each functional element 125, 155, 195.
  • the first functional element 125 includes the first spur gear 126
  • the second functional element 155 includes the second spur gear 156
  • the third functional element 195 includes the third spur gear 196.
  • the driving device 210 of the locking mechanism 200 includes a first one Spur gear cutout 250, which is designed to engage either in the second spur gear 156 or in the third spur gear 196.
  • the locking mechanism 200 itself can be driven centrally with just one drive (not shown), whereby at least two valves 150, 190 can be switched with just one drive.
  • FIG. 3 shows a further representation of an embodiment of a valve control device 100.
  • the valve control device 100 includes the locking mechanism 200 arranged centrally between the functional elements 125, 155, 195.
  • the locking mechanism 200 is designed to hold the functional elements 125, 155, 195, which can be connected by means of valves are to be transferred between their switching positions.
  • the locking mechanism 200 has the driving device 210.
  • the driving device 210 includes the first spur gear cutout 250, which is designed to engage either in the second spur gear 156 or in the third spur gear 196.
  • the driving device 210 has a second spur gear cutout 260 in order to engage in the first spur gear 126 of the first functional element 125.
  • the second spur gear 156 and the third spur gear 196 are located above the second functional element 155 and the third functional element 195.
  • the first functional element 125 includes a first spur gear 126, which is not above but below the functional element 125 is arranged.
  • the locking mechanism 200 includes a first locking contour 220 and a second locking contour 222.
  • the locking contours 220, 222 are designed to rest on locking surfaces 230 of the functional elements 125, 155, 195.
  • the first blocking contour 220 is to be created formed on the locking surfaces 230 of the second functional element 155 and the third functional element 195.
  • the second locking contour 222 is designed to apply the locking surfaces 230 of the first functional element 125.
  • the locking contours 220, 222 are designed as lateral surfaces of a cylinder and slide along a corresponding locking surface 230 of a functional element 125, 155, 195.
  • the valve 120, 150, 190 assigned to the corresponding functional element 125, 155, 195 cannot rotate. So, for example, if the second spur gear cutout 260 engages in the first spur gear 126 and transfers it from a first switching position to a second switching position, the second functional element 155 and the third functional element 195 are fixed in their respective switching position by the first locking contour 220.
  • the first locking contour 220 of the locking mechanism 200 slides along the locking surface 230 of the second functional element 155 and the third functional element 195.
  • first functional element 125 is fixed in its respective switching position by the second locking contour 222.
  • the second locking contour 222 of the locking mechanism 200 slides along the locking surface 230 of the first functional element 125.
  • FIG 4A shows a top view of a valve control device 100 in a switching position.
  • the valve control device 100 includes the locking mechanism 200, which is arranged centrally between the functional elements 125, 155, 195 and is designed to transfer the functional elements 125, 155, 195 between their switching positions.
  • the locking mechanism 200 has the driving device 210 with the first spur gear cutout 250, which is designed to engage either in the second spur gear 156 or in the third spur gear 196.
  • FIG. 4A shows the first spur gear cutout 250 in a position between the first functional element 125 and the second functional element 155.
  • the first valve 120 (not shown) assigned to the first functional element 125 comprises a total of five switching positions. That assigned to the second functional element 155 second valve 150 (not shown) and the third valve 190 (not shown) assigned to the third functional element 195 each include four switching positions.
  • the first spur gear cutout 250 engages with the second spur gear 156 and moves the second valve 150 (not shown) assigned to the second functional element 155 by a switching position.
  • the first locking contour 220 of the locking mechanism 200 slides along the locking surface 230 of the third functional element 195, whereby the third functional element 195 and thus the third valve 190 (not shown) assigned to the third functional element 195 is fixed in its switching position.
  • Figure 4B shows a top view of a valve control device 100 in a further switching position.
  • 4B shows the first spur gear cutout 250 in a position in which the first spur gear cutout 250 engages in the third spur gear 196 in order to transfer the third functional element 195 from a first switching position to a second switching position.
  • the first locking contour 220 of the locking mechanism 200 slides along the locking surface 230 of the second functional element 155, whereby the second functional element 155 and thus the second valve 150 (not shown) assigned to the second functional element 155 is fixed in its switching position.
  • the second locking contour 222 (not shown) of the locking mechanism 200 slides along the locking surface 230 of the first functional element 125, whereby the first functional element 125 and thus the first valve 120 (not shown) assigned to the first functional element 125 is fixed in its switching position.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ventilsteuervorrichtung (100) für einen Kühlmittelkreislauf eines Kraftfahrzeugs mit einem ersten Ventil (120) mit einem zugeordneten ersten Funktionselement (125), einem zweiten Ventil (150) mit einem zugeordneten zweiten Funktionselement (155), wobei das erste Ventil (120) und das zweite Ventil (150) durch Rotation des jeweils zugeordneten Funktionselements (125, 155) in ihrer Schaltstellung veränderbar ausgebildet sind, ein Gesperre (200) umfassend eine Mitnahmeeinrichtung (210), wobei das Gesperre (200) mittels eines Antriebs (300) rotierbar ausgebildet ist, und wobei das Gesperre (200) dazu ausgebildet ist, mittels Eingreifens der Mitnahmeeinrichtung (210) in das erste Funktionselement (125) von einer ersten Schaltstellung in eine zweite Schaltstellung und mittels Eingreifens der Mitnahmeeinrichtung (210) in das zweite Funktionselement (155) von einer ersten Schaltstellung in eine zweite Schaltstellung zu überführen.

Description

Ventilsteuervorrichtung für einen Kühlmittelkreislauf eines Kraftfahrzeugs
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Ventilsteuervorrichtung für einen Kühlmittelkreislauf eines Kraftfahrzeugs, mit einem ersten Ventil, mit einem zugeordneten ersten Funktionselement, einem zweiten Ventil, mit einem zugeordneten zweiten Funktionselement, wobei das erste Ventil und das zweite Ventil durch Rotation des jeweils zugeordneten Funktionselements in ihrer Schaltstellung veränderbar ausgebildet sind.
Stand der Technik
Im Stand der Technik sind zahlreiche Vorrichtungen zur Handhabung von Fluiden in elektrisch angetriebenen Fahrzeugen bekannt. Derartige Fluidvorrichtungen werden beispielsweise verwendet, um Kühlflüssigkeiten innerhalb von sogenannten Thermomanagement-Modulen elektrisch betriebener Fahrzeuge zu schalten oder umzulenken. Beispielsweise werden Schrittmotoren eingesetzt, um Ventile von einer ersten Schaltposition in eine zweite Schaltposition zu überführen.
Meist bestehen die Fluidvorrichtungen aus zahlreichen Bauteilen und sind äußerst komplex aufgebaut und daher sehr kostenintensiv. Zusätzlich besteht die Problematik, dass mit steigender Komplexität eine zunehmende Anzahl an Aktuatoren eingesetzt werden muss, was die Kosten zusätzlich erhöht. Alternativ müssen stärkere Aktuatoren eingesetzt werden, um mehrere Drehschieber und zugehörige Dichtungen gleichzeitig bewegen zu können. Problematisch ist hierbei häufig auch die Überprüfung der aktuellen Schaltposition des Ventils. Dies ist beispielsweise nach einem Stromausfall von großer Relevanz. Ein weiterer Nachteil ergibt sich dadurch, dass sich Ventile durch Parameter wie Temperatur, Fluiddruck oder sonstige Einflüsse im Betrieb eines Kraftfahrzeugs verstellen können. Um dies zu verhindern, verfügen Aktuatoren meist über einen Haltestrom, welcher die Ventile in Ihrer Schaltposition festhalten kann. Dies hat einerseits Auswirkungen auf die Kraft und somit auf die Dimensionierung des Aktuators. Andererseits ist ein kontinuierlicher Stromverbrauch der gesamten Vorrichtung notwendig.
Darstellung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, eine dem eingangs genannten technischen Gebiet zugehörende Ventilsteuervorrichtung zu schaffen, welche die Nachteile aus dem Stand der Technik zumindest teilweise überwindet. Insbesondere ist es die Aufgaben der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Konzept für eine Ventilsteuervorrichtung bereitzustellen, welche die Komplexität und die Kosten reduziert.
Die Lösung der Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 definiert. Gemäß der Erfindung weist die Ventilsteuervorrichtung für einen Kühlmittelkreislauf eines Kraftfahrzeugs, ein erstes Ventil mit einem zugeordneten ersten Funktionselement, und ein zweites Ventil mit einem zugeordneten zweiten Funktionselement auf, wobei das erste Ventil und das zweite Ventil durch Rotation des jeweils zugeordneten Funktionselements in ihrer Schaltstellung veränderbar ausgebildet sind. Zusätzlich umfasst die Ventilsteuervorrichtung ein Gesperre mit einer Mitnahmeeinrichtung, wobei das Gesperre mittels eines Antriebs rotierbar ausgebildet ist, und wobei das Gesperre dazu ausgebildet ist, mittels Eingreifens der Mitnahmeeinrichtung in das erste Funktionselement von einer ersten Schaltstellung in eine zweite Schaltstellung und mittels Eingreifens der Mitnahmeeinrichtung in das zweite Funktionselement von einer ersten Schaltstellung in eine zweite Schaltstellung zu überführen. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass mit nur einem Gesperre, beide Ventile betätigt werden können. In der Konsequenz ist zum Betätigen beider Ventile auch nur noch ein Aktuator notwendig. Beispielsweise umfasst die Mitnahmeeinrichtung lediglich ein Mitnahmemittel, wodurch die Ventile nacheinander aber nicht gleichzeitig geschaltet werden können. Dies wiederrum reduziert die Kraftanforderungen an den Aktuator, welcher das Gesperre antreibt. Da die Kraftanforderungen Einfluss auf die Dimensionierung der Aktuators haben, kann der Aktuator und damit die gesamte Vorrichtung kompakter, leichter und platzsparender realisiert werden. Zudem ergibt sich eine Kostenreduktion, da geringere Kraftanforderungen mit geringeren Herstellungskosten verbunden sind.
Vorzugsweise ist jedes Funktionselement entsprechend der Anzahl der Schaltpositionen des zugeordneten Ventils ausgebildet. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass sich sowohl symmetrische als auch unsymmetrische Schaltlogiken bei beliebiger Anzahl von Schaltpositionen und Anschlüssen der Ventilsteuervorrichtung kombiniert realisieren lassen, die mit nur einem Aktuator betrieben werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Mitnahmeeinrichtung einen ersten Stirnradausschnitt auf, um in das erste Funktionselement oder in das zweite Funktionselement einzugreifen. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass eine optimale Drehmomentübertragung zwischen dem Gesperre und dem jeweiligen Funktionselement erfolgen kann. Beispielsweise verfügt jedes Funktionselement über ein korrespondierendes Stirnrad, welches mit dem Stirnradausschnitt der Mitnahmeeinrichtung wechselwirken kann. In diesem Fall erfolgt die Drehmomentübertragung mittels einer kontinuierlichen Bewegung, weil die Winkelgeschwindigkeit zwischen dem Gesperre und den Funktionselementen gleichbleibend ist. Dies hat Auswirkungen auf den Antrieb, weil der maximale Stromverbrauch im Fall von einer gleichbleibenden Winkelgeschwindigkeit niedriger ist. Ein Stirnradausschnitt im Sinne dieser Erfindung ist als ein Stirnrad zu verstehen, welches lediglich in einem bestimmten Winkelintervall besteht. Beispielsweise umfasst der Stirnradausschnitt nur einen Winkel von 45°, 60° oder 90°.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Mitnahmeeinrichtung einen zweiten Stirnradausschnitt auf, um in das erste Funktionselement oder in das zweite Funktionselement einzugreifen. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass eine optimale Drehmomentübertragung zwischen dem Gesperre und einem zweiten Funktionselement erfolgen kann. Beispielsweise verfügt auch das zweite Funktionselement über ein korrespondierendes Stirnrad, welches mit dem zweiten Stirnradausschnitt der Mitnahmeeinrichtung wechselwirken kann. Beispielsweise ist der zweite Stirnradausschnitt anders ausgestaltet als der erste Stirnradausschnitt. Beispielsweise weicht das Winkelintervall des ersten Stirnradausschnitts von dem Winkelintervall des zweiten Stirnradausschnitts ab, wodurch unterschiedliche Funktionselemente betätigt werden können. So kann beispielsweise ein Ventil mit vier Schaltpositionen über den ersten Stirnradausschnitt und ein Ventil mit fünf Schaltpositionen über den zweiten Stirnradausschnitt betätigt werden. Dies ist somit mit nur einem Gesperre und somit mit nur einem Antrieb möglich.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind der erste Stirnradausschnitt und der zweite Stirnradausschnitt in einer Axialrichtung des Gesperres voneinander beabstandet angeordnet. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass ein erstes Ventil über ein zugeordnetes erstes Funktionselement und ein zweites Ventil über ein zugeordnetes zweites Funktionselement mittels des Gesperres betätigbar sind. Beispielsweise sind das erste Funktionselement und das zweite Funktionselement in axialer Richtung ebenfalls voneinander beabstandet angeordnet. Beispielsweise könnten der erste Stirnradausschnitt und der zweite Stirnradausschnitt in einer Umfangsrichtung des Gesperres versetzt zueinander angeordnet sein. Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform weisen das erste Funktionselement und das zweite Funktionselement jeweils ein Stirnrad zum Eingreifen des ersten Stirnradausschnitts oder des zweiten Stirnradausschnitts auf. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass eine optimale Drehmomentübertragung zwischen dem Gesperre und den beiden Funktionselementen erfolgen kann. Die Drehmomentübertragung erfolgt mittels einer kontinuierlichen Bewegung, weil die Winkelgeschwindigkeit zwischen dem Gesperre und den Funktionselementen gleichbleibend ist. Dies hat Auswirkungen auf den Antrieb, weil der maximale Stromverbrauch im Fall von einer gleichbleibenden Winkelgeschwindigkeit niedriger ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Gesperre eine erste Sperrkontur zum Anlegen an eine Sperrfläche des ersten Funktionselements und/oder an eine Sperrfiäche des zweiten Funktionselements auf.
Eine Sperrkontur im Sinne der Erfindung ist als Fläche zu verstehen, welche entlang einer korrespondierenden Sperrfläche eines Funktionselements gleiten kann, wodurch das dem Funktionselement zugeordnete Ventil keine Rotation vollziehen kann. Wenn die Mitnahmeeinrichtung des Gesperres in das erste Funktionselement eingreift und dieses von einer ersten Schaltposition in eine zweite Schaltposition überführt, so wird das zweite Funktionselement von der Sperrkontur in seiner Schaltposition fixiert. Hierbei gleitet die Sperrkontur des Gesperres entlang einer Sperrfläche des zweiten Funktionselements. Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass die Schaltposition des zweiten Ventils ohne Haltestrom oder andere Mittel gesichert wird. Die Vorrichtung verfügt somit über eine sichere Selbsthemmung. Ohne den Einsatz von Sensoren kann die Schaltposition der Ventile der Ventilsteuervorrichtung jederzeit eindeutig sichergestellt werden.
Das Korrespondieren der Sperrkontur des Gesperres mit der Sperrfläche jedes Funktionselements kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass sowohl die Sperrkontur als auch die Sperrflächen zumindest teilweise als Mantelflächen eines Zylinders ausgebildet sind. Nach einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform weist das Gesperre eine zweite Sperrkontur zum Anlegen an eine Sperrfläche des ersten Funktionselements und/oder an eine Sperrfläche des zweiten Funktionselements auf. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die zweite Sperrkontur entlang einer korrespondierenden Sperrfläche eines zweiten Funktionselements gleiten kann, wodurch das dem Funktionselement zugeordnete zweite Ventil ebenfalls keine Rotation vollziehen kann. So kann also zusätzlich zu einem ersten Funktionselement, welches mittels einer ersten Sperrkontur gesperrt werden kann, gleichzeitig oder versetzt ein zweites Funktionselement von der zweiten Sperrkontur in seiner Schaltposition fixiert werden. Auch die zweite Sperrkontur des Gesperres ist dazu ausgebildet entlang einer Sperrfläche des zweiten Funktionselements zu gleiten, wodurch die Halteposition eines zweiten Ventils ohne Haltestrom oder andere Mittel gesichert wird. Die Vorrichtung verfügt somit über eine sichere Selbsthemmung für mindesten zwei Ventile. Ohne den Einsatz von Sensoren kann die Schaltposition der Ventile der Ventilsteuervorrichtung jederzeit eindeutig festgestellt werden. Beispielsweise ist es auch denkbar, weitere Sperrkonturen für weitere Funktionselemente und deren zugeordnete Ventile vorzusehen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform sind die erste Sperrkontur und die zweite Sperrkontur in einer Axialrichtung des Gesperres voneinander beabstandet angeordnet. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass ein erstes Ventil über ein zugeordnetes erstes Funktionselement und ein zweites Ventil über ein zugeordnetes zweites Funktionselement mittels der ersten Sperrkontur und der zweiten Sperrkontur des Gesperres in ihrer Schaltposition fixierbar ist. Beispielsweise sind das erste Funktionselement und das zweite Funktionselement in axialer Richtung ebenfalls voneinander beabstandet angeordnet. Beispielsweise können die Sperrflächen des ersten und des zweiten Funktionselements auch in einer Umfangsrichtung zueinander versetzt angeordnet sein. Um die Anzahl der Schaltpositionen und die Flexibilität auch für zusätzliche Fluidanschlüsse zu erhöhen, umfasst die Ventilsteuervorrichtung ein drittes Ventil mit einem zugeordneten dritten Funktionselement, wobei das dritte Ventil durch Rotation des dritten Funktionselements in seiner Schaltstellung veränderbar ausgebildet ist, und wobei das Gesperre dazu ausgebildet ist, mittels Eingreifens der Mitnahmeeinrichtung in das dritte Funktionselement das dritte Ventil von einer ersten Schaltstellung in eine zweite Schaltstellung zu überführen. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass mit nur einem Gesperre, insgesamt drei Ventile betätigt werden können. In der Konsequenz ist zum Betätigen der drei Ventile auch nur noch ein Aktuator notwendig. Umfasst die Mitnahmeeinrichtung lediglich einen Stirnradausschnitt, so können die Ventile nacheinander aber niemals gleichzeitig geschaltet werden. Dies wiederrum reduziert die Kraftanforderungen an den Aktuator, welcher das Gesperre antreibt. Da die Kraftanforderungen Einfluss auf die Dimensionierung der Aktuators haben, kann der Aktuator und damit die gesamte Vorrichtung kompakter, leichter und platzsparender realisiert werden obwohl der Ventilsteuervorrichtung drei Ventile zugeordnet sind. Beispielsweise umfasst die Ventilsteuervorrichtung mehr als drei Ventile. Beispielsweise umfasst die Ventilsteuervorrichtung vier, fünf, sechs oder noch mehr Ventile. Umfasst die Mitnahmeeinrichtung einen ersten Stirnradausschnitt und einen zweiten Stirnradausschnitt, so können zwei Ventile gleichzeitig geschaltet werden. Beispielsweise können auch mehrere Ventile gleichzeitig geschaltet werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der erste Stirnradausschnitt dazu ausgebildet, in das zweite Funktionselement und in das dritte Funktionselement einzugreifen. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass mit nur einem Stirnradausschnitt zumindest zwei Funktionselemente geschaltet werden können. So können zwei Ventile mit nur einem Gesperre und damit mit nur einem Aktuator betätigt werden, wobei die Ventile nacheinander geschaltet werden. Dies reduziert die Kraftanforderungen an den Aktuator, welcher das Gesperre antreibt. Geringere Kraftanforderungen reduzieren letztlich den Preis des Aktuators. Die gesamte Vorrichtung kann kompakter, leichter und platzsparender realisiert werden. Nach einer zusätzlich vorteilhaften Ausführungsform ist die erste Sperrkontur zum Anlegen an die Sperrfläche des zweiten Funktionselements und an eine Sperrfläche des dritten Funktionselements ausgebildet. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die erste Sperrfläche in Abhängigkeit der Position des Gesperres sowohl das erste Ventil über das zugeordnetes erstes Funktionselement als auch das zweite Ventil über das zugeordnete zweite Funktionselement mittels der ersten Sperrkontur in ihrer Schaltposition fixierbar sind.
Gemäß einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform ist der zweite Stirnradausschnitt dazu ausgebildet in das erste Funktionselement einzugreifen, und die zweite Sperrkontur ist zum Anlegen an die Sperrfläche des ersten Funktionselements ausgebildet. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass das erste Ventil über das erste Funktionselement von einer ersten Schaltposition in eine zweite Schaltposition überführt werden kann, wobei die zweite Sperrkontur dazu ausgebildet ist das erste Ventil in seiner Position zu blockieren.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst das erste Funktionselement eine ungerade Anzahl an Schaltstellungen und das zweite Funktionselement eine gerade Anzahl an Schaltstellungen. Es lässt sich somit eine beliebige Anzahl von Schaltpositionen und von zu schaltenden Fluidanschlüssen bei der Ventilsteuervorrichtung erreichen, die mit nur einem Aktuator betrieben werden kann.
Vorzugsweise umfasst das dritte Funktionselement eine gerade Anzahl an Schaltstellungen. Gemäß einer weiteren besonders zweckmäßigen Ausführungsform weisen das erste Ventil, das zweite Ventil und das dritte Ventil jeweils zumindest ein Drehschieberventil auf. Dadurch besteht beispielsweise der technische Vorteil, dass Drehschieberventile bestehende Standardlösungen darstellen und somit preiswert und leicht verfügbar sind. Vorzugsweise sind die Drehschieberventile als Kugelventile ausgebildet.
Aus der nachfolgenden Detailbeschreibung und der Gesamtheit der Patentansprüche ergeben sich weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Merkmalskombinationen der Erfindung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die zur Erläuterung des Ausführungsbeispiels verwendeten Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Gehäuses einer
Ventilsteuervorrichtung für einen Kühlmittelkreislauf;
Fig. 2 eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform einer
Ventilsteuervorrichtung;
Fig. 3 eine weitere Darstellung einer Ausführungsform einer
Ventilsteuervorrichtung;
Fig. 4A eine Draufsicht einer Ventilsteuervorrichtung in einer Schaltposition; und
Fig. 4B eine Draufsicht einer Ventilsteuervorrichtung in einer weiteren Schaltposition.
Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Wege zur Ausführung der Erfindung
Die Figur 1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Gehäuses 1 10 einer Ventilsteuervorrichtung 100 für einen Kühlmittelkreislauf. Die Ventilsteuervorrichtung 100 umfasst eine Vielzahl von Fluidanschlüssen 102.
Die Figur 2 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform einer Ventilsteuervorrichtung 100. Die Ventilsteuervorrichtung 100 umfasst ein erstes Ventil 120, ein zweites Ventil 150 und ein drittes Ventil 190. Jedem der Ventile 120, 150, 190 ist ein Funktionselement 125, 155, 195 fest zugeordnet. Dem ersten Ventil 120 ist das erste Funktionselement 125 zugeordnet, wobei das erste Ventil 120 durch Rotation des ersten Funktionselements 125 in seiner Schaltstellung veränderbar ausgebildet ist. Das erste Ventil 120 verfügt über insgesamt fünf Schaltstellungen. Dem zweiten Ventil 150 ist das zweite Funktionselement 155 zugeordnet, wobei das zweite Ventil 150 durch Rotation des zugeordneten zweiten Funktionselements 155 in seiner Schaltstellung veränderbar ausgebildet ist. Das zweite Ventil 150 verfügt über insgesamt vier Schaltstellungen. Dem dritten Ventil 190 ist das dritte Funktionselement 195 zugeordnet, wobei das dritte Ventil 190 durch Rotation des dritten Funktionselements 195 in seiner Schaltstellung veränderbar ausgebildet ist. Das dritte Ventil 190 verfügt wie das zweite Ventil über insgesamt vier Schaltstellungen.
Mittig zwischen den Ventilen 120, 150, 190 befindet sich ein Gesperre 200. Das Gesperre 200 ist dazu ausgebildet, die Ventile 120, 150, 190 zwischen ihren Schaltstellungen zu überführen. Das Überführen erfolgt mittels Eingreifen einer Mitnahmeeinrichtung 210 in die jeweiligen Funktionselemente 125, 155, 195.
Jedem Funktionselement 125, 155, 195 ist ein Stirnrad 126, 156, 196 zugeordnet. Das erste Funktionselement 125 umfasst das erste Stirnrad 126, das zweite Funktionselement 155 umfasst das zweite Stirnrad 156 und das dritte Funktionselement 195 umfasst das dritte Stirnrad 196. Die Mitnahmeeinrichtung 210 des Gesperres 200 umfasst einen ersten Stirnradausschnitt 250, der dazu ausgebildet ist entweder in das zweite Stirnrad 156 oder in das dritte Stirnrad 196 einzugreifen.
Dadurch kann eine optimale Drehmomentübertragung zwischen dem Gesperre 200 und dem jeweiligen Ventil 150, 190 erfolgen, wobei jedes korrespondierendes Stirnrad 156, 196 mit dem ersten Stirnradausschnitt 250 der Mitnahmeeinrichtung 210 wechselwirkt. Die Drehmomentübertragung erfolgt hier mittels einer kontinuierlichen Bewegung, weil die Winkelgeschwindigkeit zwischen dem Gesperre 200 und den Funktionselementen 155, 195 gleichbleibend ist. Das Gesperre 200 selbst ist mit nur einem Antrieb (nicht gezeigt) zentral antreibbar, wodurch mit nur einem Antrieb zumindest zwei Ventile 150, 190 schaltbar sind.
Die Figur 3 zeigt eine weitere Darstellung einer Ausführungsform einer Ventilsteuervorrichtung 100. Die Ventilsteuervorrichtung 100 umfasst das mittig zwischen den Funktionselementen 125, 155, 195 angeordnete Gesperre 200. Das Gesperre 200 ist dazu ausgebildet, die Funktionselemente 125, 155, 195, welche mittels Ventilen verbindbar sind, zwischen ihren Schaltstellungen zu überführen. Zum Überführen der Funktionselemente 125, 155, 195, weist das Gesperre 200 die Mitnahmeeinrichtung 210 auf. Die Mitnahmeeinrichtung 210 umfasst den ersten Stirnradausschnitt 250, der dazu ausgebildet ist entweder in das zweite Stirnrad 156 oder in das dritte Stirnrad 196 einzugreifen. Zusätzlich weist die Mitnahmeeinrichtung 210 einen zweiten Stirnradausschnitt 260 auf, um in das erste Stirnrad 126 des ersten Funktionselements 125 einzugreifen.
Das zweite Stirnrad 156 und das dritte Stirnrad 196 befinden sich oberhalb des zweiten Funktionselements 155 und des dritten Funktionselements 195. Im Unterschied zum zweiten Funktionselement 155 und zum dritten Funktionselement 195 umfasst das erste Funktionselement 125 ein erstes Stirnrad 126, welches nicht oberhalb sondern unterhalb des Funktionselements 125 angeordnet ist.
Zusätzlich umfasst das Gesperre 200 eine erste Sperrkontur 220 und eine zweite Sperrkontur 222. Die Sperrkonturen 220, 222 sind zum Anlegen an Sperrflächen 230 der Funktionselemente 125, 155, 195 ausgebildet. Die erste Sperrkontur 220 ist zum Anlegen an die Sperrflächen 230 des zweiten Funktionselements 155 und des dritten Funktionselements 195 ausgebildet. Die zweite Sperrkontur 222 hingegen ist zum Anlegen die Sperrflächen 230 des ersten Funktionselements 125 ausgebildet.
Die Sperrkonturen 220, 222 sind als Mantelflächen eines Zylinders ausgebildet und gleiten entlang einer korrespondierenden Sperrfläche 230 eines Funktionselements 125, 155, 195. Dadurch kann das dem entsprechenden Funktionselement 125, 155, 195 zugeordnete Ventil 120, 150, 190 keine Rotation vollziehen. Wenn also beispielsweise der zweite Stirnradradausschnitt 260 in das erste Stirnrad 126 eingreift und dieses von einer ersten Schaltposition in eine zweite Schaltposition überführt, so wird das zweite Funktionselement 155 und das dritte Funktionselement 195 von der ersten Sperrkontur 220 in ihrer jeweiligen Schaltposition fixiert. Hierbei gleitet die erste Sperrkontur 220 des Gesperres 200 entlang der Sperrfläche 230 des zweiten Funktionselements 155 und des dritten Funktionselements 195. Wenn hingegen der erste Stirnradradausschnitt 250 in das zweite Stirnrad 156 eingreift und dieses von einer ersten Schaltposition in eine zweite Schaltposition überführt, so wird das erste Funktionselement 125 von der zweiten Sperrkontur 222 in seiner jeweiligen Schaltposition fixiert. Hierbei gleitet die zweite Sperrkontur 222 des Gesperres 200 entlang der Sperrfläche 230 des ersten Funktionselements 125.
Die Figur 4A zeigt eine Draufsicht einer Ventilsteuervorrichtung 100 in einer Schaltposition. Die Ventilsteuervorrichtung 100 umfasst das mittig zwischen den Funktionselementen 125, 155, 195 angeordnete Gesperre 200, welches dazu ausgebildet ist, die Funktionselemente 125, 155, 195 zwischen ihren Schaltstellungen zu überführen. Zum Überführen der Funktionselemente 125, 155, 195, weist das Gesperre 200 die Mitnahmeeinrichtung 210 mit dem ersten Stirnradausschnitt 250 auf, der dazu ausgebildet ist entweder in das zweite Stirnrad 156 oder in das dritte Stirnrad 196 einzugreifen.
Die Figur 4A zeigt den ersten Stirnradausschnitt 250 in einer Position zwischen dem ersten Funktionselement 125 und dem zweiten Funktionselementen 155.
Das dem ersten Funktionselement 125 zugeordnete erste Ventil 120 (nicht gezeigt) umfasst insgesamt fünf Schaltstellungen. Das dem zweiten Funktionselement 155 zugeordnete zweite Ventil 150 (nicht gezeigt) und das dem dritten Funktionselement 195 zugeordnete dritte Ventil 190 (nicht gezeigt) umfassen jeweils vier Schaltstellungen.
Bei einer Rotation des Gesperres 200 im Uhrzeigersinn greift der ersten Stirnradausschnitt 250 in das zweite Stirnrad 156 ein und überführt das dem zweiten Funktionselement 155 zugeordnete zweite Ventil 150 (nicht gezeigt) um eine Schaltposition. Während dieses Überführens gleitet die erste Sperrkontur 220 des Gesperres 200 entlang der Sperrfiäche 230 des dritten Funktionselements 195, wodurch das dritte Funktionselement 195 und damit das dem dritten Funktionselement 195 zugeordnete dritte Ventil 190 (nicht gezeigt) in seiner Schaltposition fixiert wird.
Die Figur 4B zeigt eine Draufsicht einer Ventilsteuervorrichtung 100 in einer weiteren Schaltposition. Die Figur 4B zeigt den ersten Stirnradausschnitt 250 in einer Position in welcher der erste Stirnradausschnitt 250 in das dritte Stirnrad 196 eingreift, um das dritte Funktionselement 195 von eine ersten Schaltposition in eine zweite Schaltposition zu überführen. Während dieses Überführens gleitet die erste Sperrkontur 220 des Gesperres 200 entlang der Sperrfläche 230 des zweiten Funktionselements 155, wodurch das zweite Funktionselement 155 und damit das dem zweiten Funktionselement 155 zugeordnete zweite Ventil 150 (nicht gezeigt) in seiner Schaltposition fixiert wird. Gleichzeitig gleitet die zweite Sperrkontur 222 (nicht gezeigt) des Gesperres 200 entlang der Sperrfläche 230 des ersten Funktionselements 125, wodurch das erste Funktionselement 125 und damit das dem ersten Funktionselement 125 zugeordnete erste Ventil 120 (nicht gezeigt) in seiner Schaltposition fixiert wird.

Claims

Patentansprüche
1. Ventilsteuervorrichtung (100) für einen Kühlmittelkreislauf eines Kraftfahrzeugs, die Folgendes aufweist: ein erstes Ventil (120), mit einem zugeordneten ersten Funktionselement (125), ein zweites Ventil ( 150), mit einem zugeordneten zweiten Funktionselement (155), wobei das erste Ventil (120) und das zweite Ventil (150) durch Rotation des jeweils zugeordneten Funktionselements (125, 155) in ihrer Schaltstellung veränderbar ausgebildet sind, ein Gesperre (200) umfassend eine Mitnahmeeinrichtung (210), wobei das Gesperre (200) mittels eines Antriebs (300) rotierbar ausgebildet ist, und wobei das Gesperre (200) dazu ausgebildet ist, mittels Eingreifens der Mitnahmeeinrichtung (210) in das erste Funktionselement (125) von einer ersten Schaltstellung in eine zweite Schaltstellung und mittels Eingreifens der Mitnahmeeinrichtung (210) in das zweite Funktionselement (155) von einer ersten Schaltstellung in eine zweite Schaltstellung zu überführen.
2. Ventilsteuervorrichtung (100) nach Anspruch 1 , wobei die Mitnahmeeinrichtung (210) einen ersten Stirnradausschnitt (250) aufweist, um in das erste Funktionselement (125) oder in das zweite Funktionselement (155) einzugreifen.
3. Ventilsteuervorrichtung (100) nach Anspruch 2, wobei die Mitnahmeeinrichtung (210) einen zweiten Stirnradausschnitt (260) aufweist, um in das erste Funktionselement ( 125) oder in das zweite Funktionselement ( 155) einzugreifen.
4. Ventilsteuervorrichtung (100) nach Anspruch 2 und 3, wobei der erste Stirnradausschnitt (250) und der zweite Stirnradausschnitt (260) in einer Axialrichtung des Gesperres (200) von einander beabstandet angeordnet sind.
5. Ventilsteuervorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei das erste Funktionselement (125) und das zweite Funktionselement (155) jeweils ein Stirnrad (126, 156) zu Eingreifen des ersten Stirnradausschnitts (250) oder des zweiten Stirnradausschnitts (260) aufweisen.
6. Ventilsteuervorrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Gesperre (200) eine erste Sperrkontur (220) zum Anlegen an eine Sperrfläche (230) des ersten Funktionselements (125) und/oder an eine Sperrfiäche (230) des zweiten Funktionselements (155) aufweist.
7. Ventilsteuervorrichtung (100) nach Anspruch 6, wobei das Gesperre (200) eine zweite Sperrkontur (222) zum Anlegen an eine Sperrfläche (230) des ersten Funktionselements (125) und/oder an eine Sperrfläche (230) des zweiten Funktionselements (155) aufweist.
8. Ventilsteuervorrichtung (100) nach Anspruch 6 und 7, wobei die erste Sperrkontur (220) und die zweite Sperrkontur (222) in einer Axialrichtung des Gesperres (200) voneinander beabstandet angeordnet sind.
9. Ventilsteuervorrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend ein drittes Ventil ( 190) mit einem zugeordneten dritten Funktionselement (195), wobei das dritte Ventil (190) durch Rotation des dritten Funktionselements (195) in seiner Schaltstellung veränderbar ausgebildet ist, und wobei das Gesperre (200) dazu ausgebildet ist, mittels Eingreifens der Mitnahmeeinrichtung (210) in das dritte Funktionselement (195) das dritte Ventil (190) von einer ersten Schaltstellung in eine zweite Schaltstellung zu überführen.
10. Ventilsteuervorrichtung (100) nach Anspruch 9, wobei der erste Stirnradausschnitt (250) dazu ausgebildet ist in das zweite Funktionselement (125) und in das dritte Funktionselement (195) einzugreifen.
1 1. Ventilsteuervorrichtung (100) Anspruch 9 oder 10, wobei die erste Sperrkontur (220) zum Anlegen an die Sperrfläche (230) des zweiten Funktionselements (125) und an eine Sperrfläche (230) des dritten Funktionselements (195) ausgebildet ist.
12. Ventilsteuervorrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der zweite Stirnradausschnitt (260) dazu ausgebildet ist in das erste Funktionselement (125) einzugreifen, und die zweite Sperrkontur (222) zum Anlegen an die Sperrfläche (230) des ersten Funktionselements (125) ausgebildet ist.
13. Ventilsteuervorrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das erste Funktionselement (125) eine ungerade Anzahl an Schaltstellungen und das zweite Funktionselement (155) eine gerade Anzahl an Schaltstellungen umfasst.
14. Ventilsteuervorrichtung (100) nach Anspruch 13, wobei das dritte Funktionselement ( 195) eine gerade Anzahl an Schaltstellungen umfasst.
15. Ventilsteuervorrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das erste Ventil (120), das zweite Ventil (150) und das dritte Ventil (190) jeweils zumindest ein Drehschieberventil (130) aufweisen.
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