DE102012111226A1

DE102012111226A1 - Temperierkreislauf für ein Kraftfahrzeug mit einer Druckbegrenzungseinrichtung

Info

Publication number: DE102012111226A1
Application number: DE201210111226
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-11-21
Filing date: 2012-11-21
Publication date: 2014-05-22
Anticipated expiration: 2032-11-22
Also published as: DE102012111226B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen fluidischen Temperierkreislauf (3) für ein Kraftfahrzeug. Erfindungsgemäß findet in dem Temperierkreislauf (3) eine Druckregeleinrichtung (18) Einsatz, welche in Reihenschaltung zwischen eine Pumpe (2) und einen Verbraucher (5) zwischengeschaltet ist. In der Druckregeleinrichtung (18) ist für einen Druck unterhalb eines Mindestdrucks ein maximaler Übertrittsquerschnitt für das Fluid zwischen einer Primärseite (12) und einer Sekundärseite (17) wirksam. Für einen Druck oberhalb des Mindestdrucks ist hingegen die Größe des Übertrittsquerschnitts von dem Druck abhängig, wobei eine Vergrößerung des Drucks eine Verkleinerung des Übertrittsquerschnitts zur Folge hat. Die Erfindung findet vorzugsweise Einsatz in Omnibussen.

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft einen fluidischen Temperierkreislauf für ein Kraftfahrzeug, bei welchem es sich beispielsweise um ein Nutzfahrzeug oder einen Bus handelt. Des Weiteren betrifft die Erfindung die Verwendung einer besonderen Druckbegrenzungseinrichtung für ein neues Verwendungsgebiet.
STAND DER TECHNIK
Temperierkreisläufe dienen der gezielten Temperierung eines Verbrauchers, worunter eine Kühlung, Erwärmung oder ein Konstanthalten einer Temperatur des Verbrauchers verstanden werden kann. Möglich ist, dass der Verbraucher als Kühl- oder Heizeinrichtung für einen Passagierraum des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist. Ebenfalls möglich ist, dass der Temperierkreislauf dem Temperieren eines Aggregats oder einer Temperierkammer dient.
In einem Temperierkreislauf wird üblicherweise das temperierende Fluid, insbesondere ein Kühlmittel, über eine Pumpe umgewälzt, so dass dieses den Verbraucher durchströmt und in Wärmeaustausch mit diesem tritt. Hierzu wird das temperierende Fluid über eine Wärmequelle, beispielsweise das Antriebsaggregat, oder ein Kälteaggregat geleitet, um dieses auf die erforderliche Temperatur zu bringen, welche zur Temperierung des Verbrauchers genutzt werden kann.
In bekannten Temperierkreisläufen ist es gewünscht, dass an dem Verbraucher das temperierende Fluid mit einem vorbestimmten Betriebsdruck oder Betriebsdruckbereich zur Verfügung gestellt wird. Dies wird üblicherweise gewährleistet durch eine Ausbildung eines Temperierkreislaufs, wie dieser schematisch in den 1 und 2 dargestellt ist:
Über einen Motor 1, welcher als Antriebsaggregat des Kraftfahrzeugs oder separat von dem Antriebsaggregat ausgebildet sein kann, erfolgt der Antrieb einer Pumpe 2 zum Umwälzen des Fluids in dem Temperierkreislauf 3. Ein Ausgang 4 der Pumpe 2 ist über einen Verbraucher 5 in einem geschlossenen Kreislauf mit einem Eingang 6 der Pumpe 2 verbunden. Grundsätzlich hängt somit der Druck in dem Temperierkreislauf ab von dem Betriebszustand oder dem "Abnahmeverhalten" des Verbrauchers 5 sowie dem Betriebszustand und der Förderleistung der Pumpe 2. Um zu vermeiden, dass der Druck in dem Temperierkreislauf 3 den gewünschten Betriebsdruck oder Betriebsdruckbereich überschreitet, ist parallel zu dem Verbraucher 5 zwischen einer Verzweigung 7 stromaufwärts des Verbrauchers 5 sowie einer Verzweigung 8 stromabwärts des Verbrauchers 5 eine Bypassleitung 9 vorgesehen. In der Bypassleitung 9 ist ein Druckbegrenzungsventil 10 herkömmlicher Bauart angeordnet. Wie mit gestrichelt dargestellten Steuerleitung 11 in dem Funktionssymbol gemäß DIN des Druckbegrenzungsventils 10 angedeutet, wird das Druckbegrenzungsventil mit dem an einer Primärseite 12 des Druckbegrenzungsventils 10, welche stromaufwärts des Verbrauchers 5 mit dem Temperierkreislauf 3 verbunden ist, anliegenden Druck wie folgt gesteuert: Ist der Druck an der Primärseite 12 und damit stromaufwärts des Verbrauchers 5 und in der Steuerleitung 11 kleiner als der Umschaltdruck des Druckbegrenzungsventils 10, nimmt das Druckbegrenzungsventil 10 eine Sperrstellung ein, so dass die Bypassleitung 9 abgesperrt ist. Sämtliches von der Pumpe 2 gefördertes Fluid durchströmt in diesem Fall den Verbraucher 5, womit auch je nach Betriebsverhalten des Verbrauchers 5 und Förderleistung der Pumpe 2 eine Druckerhöhung erfolgen kann. Überschreitet hingegen der Druck an der Primärseite 12 den Umschaltdruck des Druckbegrenzungsventils 10, nimmt das Druckbegrenzungsventil 10 eine Öffnungsstellung ein, womit die Bypassleitung 9 geöffnet wird. In dieser Öffnungsstellung kann zumindest eine Teilmenge des von der Pumpe 2 geförderten Fluids durch die Bypassleitung 9 hindurchtreten, womit ein weiterer Druckanstieg in dem Temperierkreislauf 3 vermieden ist und unter Umständen auch eine Druckreduzierung in dem Temperierkreislauf 3 erfolgt.
2 zeigt eine konstruktive Ausgestaltung eines im Stand der Technik eingesetzten Druckbegrenzungsventils 10 als Rückschlagventil 13, in welchem ein Rückschlagventilelement 14 in Form einer Kugel über eine Feder 15 entgegen der Strömungsrichtung des Fluids gegen einen Ventilsitz 16 beaufschlagt wird. Der Umschaltdruck des Rückschlagventils 13 wird hierbei vorgegeben durch die wirksamen Flächen des Rückschlagventilelements 14, welche in der Schließstellung einerseits mit dem primärseitigen Druck und andererseits mit dem sekundärseitigem Druck beaufschlagt sind, sowie die Vorspannung der Feder 15. Unterschiedliche Drücke auf der Sekundärseite 17 haben somit unterschiedliche Umschaltdrücke für den Druck an der Primärseite 12 zur Folge. Letztendlich basieren diese bekannten Ausgestaltungen somit auf einer gezielt zu- und abschaltbaren Bypassleitung 9, wobei diese Bypassleitung für kleine Drücke geschlossen ist und erst mit dem Überschreiten des Umschaltdrucks geöffnet wird.
Das Vorsehen einer Bypassleitung für diese bekannten Ausgestaltungsformen führt zu einem erhöhten Leitungsaufwand. Des Weiteren hat die Förderung des Fluids über die Bypassleitung mit Überschreiten des Umschaltdrucks erhöhte Energieverlusten zur Folge, da die Pumpe 2 für geöffnete Bypassleitung 9 einen Teilfluidstrom umwälzt, ohne dass dieser Teilfluidstrom in dem Verbraucher 5 genutzt wird. Im Betrieb kann darüber hinaus der Einsatz des Druckbegrenzungsventils zu einem intermittierenden Öffnungs- und Schließverhalten führen, welches unerwünscht ist, insbesondere infolge einer hierdurch entstehenden Geräuschentwicklung und Druckpulsationen. Soll andererseits der Geräuschentwicklung entgegengewirkt werden dadurch, dass die Umschaltintervalle des Druckbegrenzungsventils verlängert werden, erfordert dies die Ausgestaltung des Druckbegrenzungsventils mit einer Hysterese. Eine etwaige Hysterese hat aber die unerwünschte Folge, dass der Druck auf der Primärseite nicht mehr exakt auf einen Betriebsdruck einstellbar ist, sondern im durch die Hysterese vorgegebenen Betriebsdruckbereich schwanken kann.
AUFGABE DER ERFINDUNG
Der Erfindung liegt vor diesem Hintergrund die Aufgabe zugrunde, einen Temperierkreislauf vorzuschlagen, in welcher eine veränderte Druckbegrenzung erfolgt. Insbesondere sollen erfindungsgemäß eine Verbesserung der Einhaltung des gewünschten Betriebsdruck an einer Primärseite und/oder eine Verringerung der erforderlichen Förderleistung einer Pumpe des Temperierkreislaufs angestrebt werden.
Der Erfindung liegt darüber hinaus die Aufgabe zugrunde, ein neues Anwendungsgebiet für eine besondere Druckbegrenzungseinrichtung vorzuschlagen.
LÖSUNG
Die Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere bevorzugte erfindungsgemäße Ausgestaltungen sind den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft einen fluidischen Temperierkreislauf für ein Kraftfahrzeug, in welchem eine Druckbegrenzungseinrichtung eingesetzt ist. Hierbei ist die Druckbegrenzungseinrichtung allerdings nicht wie für den Eingangs angeführten Stand der Technik dem Verbraucher parallelgeschaltet. Vielmehr ist erfindungsgemäß die Druckbegrenzungseinrichtung zwischen einer Pumpe und einem Verbraucher in Reihenschaltung zwischengeordnet. Folge hiervon ist, dass das Fluid, welches die Druckbegrenzungseinrichtung durchströmt, (abweichend zu dem eingangs genannten Stand der Technik) vollumfänglich dem Verbraucher zugeführt werden kann. Durch erfindungsgemäßen Entfall einer Umwälzung des Fluids durch eine Bypassleitung ohne Nutzung des Fluids in dem Verbraucher kann unter Umständen der Energieverbrauch einer Pumpe reduziert werden.
Darüber hinaus ist erfindungsgemäß die Druckbegrenzungseinrichtung als Druckregeleinrichtung ausgebildet. Diese Druckregeleinrichtung besitzt zwei unterschiedliche, von dem Druck an der Sekundärseite abhängige Betriebsbereiche:

a) Liegt der Druck unterhalb eines Mindestdrucks, so stellt die Druckregeleinrichtung einen maximalen Übertrittsquerschnitt zwischen der Primärseite und der Sekundärseite bereit. Somit kann unterhalb des Mindestdrucks mit minimalen Verlusten die Bereitstellung des Fluids von der Pumpe über die Druckregeleinrichtung zu dem Verbraucher erfolgen. Hierdurch erfolgt eine weitere Reduzierung von Verlusten. Möglich ist auch, dass durch den maximalen Übertrittsquerschnitt ein schneller Druckaufbau an dem Verbraucher gewährleistet werden kann, womit eine schnelle Betriebsbereitschaft und optimale Betriebsbedingungen für den Verbraucher herbeigeführt werden können.
b) Überschreitet der Druck den vorgenannten Mindestdruck, ist die Größe des Übertrittsquerschnitts von dem Druck abhängig, was in Stufen oder vorzugsweise stufenlos der Fall ist. Hierbei hat eine Vergrößerung des Drucks eine Verkleinerung des Übertrittsquerschnitts zur Folge. Dieser Ausgestaltung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass mit Vergrößerung des Drucks auf der Sekundärseite oberhalb des Mindestdrucks Maßnahmen getroffen werden müssen, um eine weitere Druckerhöhung zu vermeiden oder auch eine Druckreduzierung herbeizuführen. Dies geschieht durch eine Anpassung des Übertrittsquerschnitts: Mit einer Vergrößerung des Drucks wird der Übertrittsquerschnitt kleiner, so dass mit Vergrößerung des Drucks letztendlich weniger Fluid zu dem Verbraucher übertreten kann, womit die Druckreduzierung oder eine Vermeidung der weiteren Druckerhöhung bewirkt werden kann.

Ohne dass hierdurch eine Einschränkung der Erfindung auf die folgenden Auslegungen erfolgen soll, gibt es für die Auslegung der Druckregeleinrichtung insbesondere zwei Möglichkeiten:

– Möglich ist, dass der auszuregelnde Betriebsdruck dem Mindestdruck entspricht, so dass mit der Verringerung des Übertrittsquerschnitts mit dem Überschreiten des Mindestdrucks eine Rückführung des Drucks auf den Mindestdruck angestrebt wird.
– Ebenfalls möglich ist, dass der auszuregelnde Betriebsdruck auf der Sekundärseite größer ist als der vorgenannte Mindestdruck. Für eine Betriebsstellung, in welche der Druck an der Sekundärseite dem Betriebsdruck entspricht, ergibt sich in diesem Fall ein "mittlerer" Übertrittsquerschnitt, welcher kleiner ist als der maximale Übertrittsquerschnitt, aber größer ist als ein minimaler Übertrittsquerschnitt, welcher auch eine Schließstellung sein kann. Dieser "mittlere" Übertrittsquerschnitt muss dabei nicht zwingend dem gemittelten Wert des minimalen Übertrittsquerschnitts und des maximalen Übertrittsquerschnitts oder der mittigen Stellposition eines Ventilelements zwischen dessen Endlagen entsprechen. Für diesen mittleren Übertrittsquerschnitt ergibt sich bei einer vorbestimmten Förderleistung der Pumpe und vorbestimmten Betriebsbedingungen des Verbrauchers der gewünschte Betriebsdruck an dem Verbraucher. Kommt es zu einer veränderten Förderleistung der Pumpe und/oder veränderten Betriebsbedingungen des Verbrauchers, wird einer unerwünschten Druckänderung bei dem Verbraucher entgegengewirkt durch eine Anpassung des Übertrittsquerschnitts. Um lediglich ein Beispiel zu nennen, kann die Druckerhöhung bei dem Verbraucher infolge einer Erhöhung des ausgangsseitigen Drucks der Pumpe bei gleichbleibendem Betriebszustand des Verbrauchers verhindert oder verringert werden, indem der Übertrittsquerschnitt verringert wird. Entsprechend kann bei unverändertem Förderbetrieb der Pumpe, aber einem vergrößerten Abnahme-Volumenstrom oder einer verringerten Drosselwirkung des Fluids in dem Verbraucher einer Druckreduzierung in dem Verbraucher entgegengewirkt werden durch eine Vergrößerung des Übertrittsquerschnitts.

Die Erfindung umfasst auch eine Ausgestaltung, bei welcher die erläuterte druckabhängige Anpassung des Übertrittsquerschnitts als eine Art druckabhängige Drosselcharakteristik ausgebildet ist. Aus diesem Grund wird im Rahmen der Erfindung unter einer "Veränderung der Größe des Übertrittsquerschnitts"

– sowohl eine Ausgestaltung verstanden, bei welcher sich die Größe der wirksamen Fläche des Übertrittsquerschnitts verändert,
– als auch eine Ausgestaltung subsumiert, bei welcher sich die Fläche des Übertrittsquerschnitts tatsächlich nicht oder nicht wesentlich ändert, aber sich die Übertritts- oder Drosselcharakteristik verändert, wobei in diesem Fall eine "Verringerung der Größe des Übertrittsquerschnitts" gleichbedeutend mit einer Erhöhung der Drosselwirkung ist.

Für den eingangs erläuterten Stand der Technik ist wie erläutert ein Umschaltdruck abhängig sowohl von dem Druck an der Primärseite der Druckbegrenzungseinrichtung als auch an der Sekundärseite der Druckbegrenzungseinrichtung. Dies ist im Rahmen der Erfindung unter Umständen entsprechend möglich für die Gestaltung des Mindestdrucks. In besonderer Ausgestaltung der Erfindung sind aber der Mindestdruck und die Größe des Übertrittsquerschnitts ausschließlich von einer Druckdifferenz zwischen einer Sekundärseite und der Umgebung abhängig, so dass insbesondere in einer Schließstellung der erfindungsgemäßen Druckregeleinrichtung keine Abhängigkeit von einem Druck an einer Primärseite der Druckregeleinrichtung gegeben ist. Hierdurch kann letztendlich die Regelgüte für den Druck in dem Verbraucher verbessert werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Größe des Übertrittsquerschnitts von der Stellung eines beliebig ausgebildeten Stellkolbens abhängig. Der Stellkolben ist zunächst zur Beeinflussung der Kraftverhältnisse von einer Feder beaufschlagt, wobei diese Beaufschlagung unmittelbar erfolgen kann, indem die Feder unmittelbar an dem Stellkolben abgestützt ist. Ebenfalls eine mittelbare Beaufschlagung des Stellkolbens durch die Feder unter Zwischenschaltung weiterer Bauelemente ist möglich. Der Stellkolben besitzt darüber hinaus eine Kolbenfläche, welche mit einem Umgebungsdruck beaufschlagt ist. Des Weiteren besitzt der Stellkolben eine vorzugsweise gegenüberliegende Kolbenfläche, welche mit dem Druck auf der Sekundärseite beaufschlagt ist. In besonderer Ausgestaltung der Erfindung ist die Stellung des Stellkolbens und die Größe des Übertrittsquerschnitts ausschließlich von den Kräften der Feder sowie den Kräften, die der Umgebungsdruck und der Druck auf der Sekundärseite auf die Kolbenflächen ausüben, abhängig (wobei eine etwaige Reibung bei der Bewegung des Stellkolbens und hiermit gekoppelter Bauelemente vernachlässigt ist).
Für eine besondere Ausgestaltung der Erfindung ist die Kolbenfläche, welche mit dem Druck auf der Sekundärseite beaufschlagt ist, mit einer ersten Teil-Kolbenfläche und einer zweiten Teil-Kolbenfläche ausgebildet, wozu die Kolbenfläche auch als Stufen-Kolbenfläche ausgebildet sein kann. Hierbei ist die erste Teil-Kolbenfläche unabhängig von der Betriebsstellung des Stellkolbens immer von dem Druck auf der Sekundärseite beaufschlagt. Hingegen ist die zweite Teil-Kolbenfläche nur von dem Druck auf der Sekundärseite beaufschlagt, wenn der Druck oberhalb des Mindestdrucks ist. Somit ist für diese Ausgestaltung die zweite Teil-Kolbenfläche nicht für die Dimensionierung des Mindestdrucks verantwortlich – vielmehr erzeugt der Druck auf der Sekundärseite unterhalb des Mindestdrucks lediglich eine Kraft, die proportional zu der ersten Teil-Kolbenfläche ist. Wird dann aber der Mindestdruck überschritten, kommt verstärkend für die Regelungsbewegung des Stellkolbens eine Kraftkomponente hinzu, welche von dem Druck auf der Sekundärseite an der zweiten Teil-Kolbenfläche erzeugt wird. Hierdurch kann eine besonders hohe Sensitivität der Regelung herbeigeführt werden, da oberhalb des Mindestdrucks der Einfluss des Drucks auf der Sekundärseite durch die zusätzlich wirkende zweite Teil-Kolbenfläche gestärkt wird. Unter Umständen kann diese Ausgestaltung auch dazu führen, dass bereits für ein geringes Überschreiten des Mindestdrucks der Stellkolben die Stellposition einnimmt, in welcher der Übertrittsquerschnitt minimal ist. Somit kann auch eine schnelle und/oder feinfühlige Druckbegrenzung erfolgen.
In Weiterbildung der Erfindung ist die Feder vorgespannt, wobei infolge der Vorspannung der Feder eine Beaufschlagung des Stellkolbens in Öffnungsrichtung, also in Richtung des maximalen Übertrittsquerschnitts, erfolgt. Über die Vorspannung der Feder kann insbesondere die Vorgabe des Mindestdrucks erfolgen. Die Feder kann dann den Stellkolben oder ein hiermit gekoppeltes Bauelement gegen einen Anschlag pressen, wobei in dieser Stellung des Stellkolbens der maximale Übertrittsquerschnitt gewährleistet ist. Mit Druckanstieg unterhalb des Mindestdrucks wird die Abstützkraft des Stellkolbens verringert, ohne dass eine Bewegung des Stellkolbens erfolgt. Mit dem Überschreiten des Mindestdrucks kann sich der Stellkolben von dem Anschlag lösten, wobei mit weiterer Erhöhung des Drucks dann eine Verringerung des Übertrittsquerschnitts erfolgen kann.
Für die Bildung des variablen Übertrittsquerschnitts gibt es vielfältige Möglichkeiten. Für einen Vorschlag der Erfindung ist der Übertrittsquerschnitt zwischen einem mit dem Stellkolben bewegten Ventilelement und einem Ventilsitz gebildet.
Auch für die Ausgestaltung des Ventilelements gibt es vielfältige Möglichkeiten. Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung besitzt das Ventilelement eine Durchgangsausnehmung, welche von dem Fluid durchströmt ist. Somit ist das Ventilelement multifunktional genutzt, indem dieses einerseits für die Begrenzung des Übertrittsquerschnitts verwendet ist und andererseits für die Strömungsführung des Fluids genutzt werden kann.
In besonderer Ausgestaltung findet in der Druckregeleinrichtung ein hülsenartiger Ventilkörper Einsatz. In einem Endbereich kann dann der Ventilkörper das Ventilelement, welches den Übertrittsquerschnitt begrenzt, ausbilden. Des Weiteren verfügt der Ventilkörper über eine Art Ringbund, welcher den Stellkolben ausbildet. Eine derartige integrale Ausbildung des Ventilelements einerseits und des Stellkolbens andererseits führt zu einer Reduzierung der Herstellungskosten, einer Reduzierung der Bauelemente der Druckregeleinrichtung, einer Gewichtsreduzierung, einer vereinfachten Montage und/oder einer Vermeidung eines etwaigen Spiels zwischen miteinander verbundenen Bauelementen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen dem Ventilkörper oder Stellkolben und einem Gehäuse der Druckregeleinrichtung ein Steuerraum gebildet, welcher fluidisch mit der Sekundärseite verbunden ist.
Die fluidische Verbindung des Steuerraums mit der Sekundärseite kann im Rahmen der Erfindung auf vielfältige Weise, beispielsweise durch einen in dem Gehäuse verlaufenden Kanal, erfolgen. Für einen besonderen Vorschlag der Erfindung erfolgt die fluidische Verbindung des Steuerraums mit der Sekundärseite durch den Ventilkörper hindurch, wozu dieser einen Kanal, beispielsweise eine radiale Bohrung aufweist. Hierdurch ist eine besonders kompakte Bauweise gebildet, für welche der Ventilkörper eine weitere Funktion, nämlich die Bereitstellung des Drucks auf der Sekundärseite in dem Steuerraum, gewährleistet.
Im Rahmen der Erfindung kann der Stellkolben auf vielfältige Weisen ausgebildet sein. Um lediglich ein Beispiel zu nennen, kann es sich hierbei um einen starren Stellkolben mit gegenüberliegen Kolbenflächen, Ringflächen, Stufenkolbenflächen u. ä. handeln. Gemäß einem anderen Vorschlag der Erfindung ist der Stellkolben mit einer Membran gebildet, wobei in diesem Fall die "Kolbenfläche" von den Membranflächen der Membran ausgebildet sind.
Der mit einer Membran gebildete Stellkolben kann die Stellkraft für die Bewegung des Ventilelements erzeugen, wobei eine unmittelbare Kopplung zwischen Ventilelement und Stellkolben vorhanden sein kann. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der mit der Membran gebildete Stellkolben über ein Koppelelement mit dem Ventilelement gekoppelt, so dass über das Koppelelement die an dem Stellkolben erzeugten Kräfte an das Ventilelement übertragen werden. Durch Einsatz des Koppelelements ist es u. U. auch möglich, das Ventilelement einerseits und den mit der Membran gebildeten Stellkolben andererseits an unterschiedlichen Orten anzuordnen, wobei dann die Überbrückung zwischen diesen Orten über das Koppelelement erfolgt. Hierdurch kann der konstruktive Spielraum erweitert werden.
Möglich ist, dass eine Beeinflussung der Druckverhältnisse und Druckdifferenz zwischen der Primärseite und der Sekundärseite ausschließlich oder vorrangig über die Größe des Übertrittsquerschnitts erfolgt. Möglich ist aber auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung, dass in die Druckregeleinrichtung (zusätzlich) eine permanente Drossel integriert ist, über welche eine weitere Anpassung der Druckverhältnisse erfolgen kann.
In bevorzugter Ausgestaltung ist eine derartige permanente Drossel mit einem bspw. scheibenartigen Drosselkörper ausgebildet. Dieser Drosselkörper kann multifunktional genutzt sein, wenn dieser auch den Ventilsitz ausbildet, welcher gemeinsam mit dem Ventilelement den Übertrittsquerschnitt begrenzt.
Hinsichtlich der konstruktiven Ausgestaltung der Druckregeleinrichtung gibt es vielfältige Möglichkeiten. Um lediglich ein Beispiel zu nennen, kann die Druckregeleinrichtung mit zwei Gehäuseteilen gebildet sein. Die beiden Gehäuseteile können zu einem Gehäuse miteinander verschraubt werden. Das Gehäuse bildet eine Durchgangsausnehmung aus, welche endseitig Anschlüsse einerseits für eine Verbindung mit der Pumpe und andererseits für eine Verbindung mit dem Verbraucher aufweist. Somit kann das Fluid durch die Durchgangsausnehmung durch das Gehäuse hindurchtreten und in den Endbereichen der Durchgangsausnehmung über die Anschlüsse mit einer primärseitigen Leitung und einer sekundärseitigen Leitung gekoppelt werden. In der Durchgangsausnehmung ist ein Innenraum ausgebildet, in welchem Bauelemente der Druckregeleinrichtung angeordnet sind, nämlich die Drossel, der Ventilkörper, die Feder und/oder ein Abstützkörper, wobei auch weitere Bauelemente in dem Innenraum angeordnet sein können. Die genannten Bauelemente sind mit dem Verschrauben der Gehäuseteile axial verspannbar, womit diese auch ihre montierte Stellung einnehmen und in dieser gesichert sein können. Beispielsweise kann dies Verspannen zwischen jeweils von einem Gehäuseteil ausgebildeten Absätzen erfolgen. Für diese Ausgestaltung ergibt sich eine besonders einfache Montage und Demontage der Druckregeleinrichtung, für welche ausschließlich erforderlich ist, dass die Bauelemente in den Innenraum des Gehäuses eingebracht werden (u. U. ohne weitere Befestigungselemente oder Montageschritte) und dann leidlich das Verschrauben der beiden Gehäuseteile miteinander erfolgt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Gehäuse mit einer Entlüftungsbohrung ausgestattet. Diese Entlüftungsbohrung ist fluidisch mit einem dem Stellkolben beaufschlagenden Druckraum verbunden.
Für eine weitere Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe wird erstmals vorgeschlagen, eine Druckregeleinrichtung, in welcher für einen Druck unterhalb eines Mindestdrucks ein maximaler Übertrittsquerschnitt zwischen einer Primärseite und einer Sekundärseite der Druckregeleinrichtung wirksam ist und für einen Druck oberhalb des Mindestdrucks die Größe des Übertrittsquerschnitts von dem Druck abhängig ist, wobei eine Vergrößerung des Drucks eine Verkleinerung des Übertrittsquerschnitts zur Folge hat, für einen Temperierkreislauf der zuvor erläuterten Art einzusetzen.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Ohne dass hierdurch der Gegenstand der beigefügten Patentansprüche verändert wird, gilt hinsichtlich des Offenbarungsgehalts der ursprünglichen Anmeldungsunterlagen und des Patents Folgendes: weitere Merkmale sind den Zeichnungen – insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung – zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen.
Die in den Patentansprüchen und der Beschreibung genannten Merkmale sind bezüglich ihrer Anzahl so zu verstehen, dass genau diese Anzahl oder eine größere Anzahl als die genannte Anzahl vorhanden ist, ohne dass es einer expliziten Verwendung des Adverbs "mindestens" bedarf. Diese Merkmale können durch andere Merkmale ergänzt werden oder die einzigen Merkmale sein, aus denen das jeweilige Erzeugnis besteht.
Die in den Patentansprüchen enthaltenen Bezugszeichen stellen keine Beschränkung des Umfangs der durch die Patentansprüche geschützten Gegenstände dar. Sie dienen lediglich dem Zweck, die Patentansprüche leichter verständlich zu machen.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben.
1 zeigt stark schematisiert einen Temperierkreislauf für ein Fahrzeug mit einem ein einer Bypassleitung angeordneten Druckbegrenzungsventil (Stand der Technik).
2 zeigt eine konstruktive Ausgestaltung des Druckbegrenzungsventils gemäß 1 (Stand der Technik).
3 zeigt stark schematisiert einen erfindungsgemäßen Temperierkreislauf für ein Fahrzeug mit einer Druckregeleinrichtung.
4 zeigt in einem Längsschnitt eine konstruktive Ausgestaltung einer Druckregeleinrichtung, wie diese in einem Temperierkreislauf gemäß 3 eingesetzt werden kann, in einem Öffnungszustand.
5 zeigt die Druckregeleinrichtung gemäß 4 in einem Schließzustand.
6 zeigt in einem Längsschnitt eine alternative konstruktive Ausgestaltung einer Druckregeleinrichtung, wie diese Einsatz finden kann in einem Temperierkreislauf gemäß 3, wobei sich die Druckregeleinrichtung in einem Öffnungszustand befindet.
7 zeigt die Druckregeleinrichtung gemäß 6 in einem Schließzustand.
FIGURENBESCHREIBUNG
Für den erfindungsgemäßen Temperierkreislauf 3 gemäß 3 ist, abweichend zu den Ausgestaltungen gemäß dem Stand der Technik (vgl. 1 und 2), eine Druckregeleinheit 18 in Reihenschaltung zwischen der Pumpe 2 und dem Verbraucher 5 angeordnet. Dies hat zur Folge, dass (ebenfalls abweichend zu 1 und 2) die Primärseite 12 und die Sekundärseite 17 der Druckregeleinheit 18 stromaufwärts des Verbrauchers 5 angeordnet sind. Zu erkennen ist auch, dass erfindungsgemäß eine Steuerung/Regelung der Druckregeleinheit 18 durch Rückführung des Drucks auf der Sekundärseite 17 erfolgt (vgl. die Steuerleitung 11). Eine Bypassleitung 9 mit weiteren Ventilelementen wie dem Druckbegrenzungsventil 10 ist erfindungsgemäß entbehrlich (wobei durchaus möglich ist, dass zusätzlich zu den erfindungsgemäßen erläuterten Maßnahmen ergänzende Maßnahmen wie das Vorsehen einer Bypassleitung 9 mit Druckbegrenzungsventil 10 oder anderer Maßnahmen ergriffen wird, ohne dass hierdurch der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen wird).
Die konstruktive Ausgestaltung der Druckregeleinrichtung 18 ist für ein erstes Ausführungsbeispiel in den 4 und 5 dargestellt:
Die Druckregeleinrichtung 18 besitzt ein Gehäuse 19, welches mit zwei Gehäuseteilen 20, 21 gebildet ist. Das Gehäuse 19 verfügt über einen in Richtung einer Längsachse 22 durchgehenden Durchgangsausnehmung 23, wobei diese zwischen endseitigen Anschlüssen 24, 25 im Bereich einer Ausbauchung einen Innenraum 26 bildet. In dem Innenraum 26 des Gehäuses 19 sind die weiteren Bauelemente angeordnet, nämlich ein hier scheibenförmiger Drosselkörper 27, ein Abstützkörper 28, ein Ventilkörper 29, eine Feder 30 und erforderliche Dichtelemente, die hier als O-Ringe ausgebildet sind.
Die Gehäuseteile 20, 21 sind hülsenartig ausgebildet, wobei sich diese jeweils von den zugeordneten Anschlüssen 24, 25 in Richtung des Innenraums 26 erweitern. Für das Gehäuseteil 20 erfolgt diese Erweiterung über eine konische Erweiterung 31 sowie einen Bund 32, von dem aus sich dann eine hohlzylindrische, den Innenraum 26 radial nach außen begrenzende Wandung 33 erstreckt. In dem dem Gehäuseteil 21 zugewandten Endbereich bildet die Wandung 33 des Gehäuseteils 20 ein Außengewinde 34 aus. Das Gehäuseteil 21 bildet benachbart dem Anschluss 25 eine zylindrische Führungsfläche 35 mit mittig hierin angeordneter Umfangsnut 36 aus. Das Gehäuseteil 21 geht in Richtung des anderen Gehäuseteils 20 von der Führungsfläche 25 über einen nach außen orientierten Bund 37 über in eine weitere Führungsfläche 38 sowie über einen weiteren radial nach außen orientierten Bund 39 in ein Innengewinde 40, über welches das Gehäuseteil 21 mit dem Außengewinde 34 des Gehäuseteils 20 verschraubt ist.
Der Drosselkörper 27 ist scheibenförmig ausgebildet und besitzt eine Blende oder Drossel 41. Der Drosselkörper 27 ist in das Gehäuseteil 20 so eingesetzt, dass dieser an dem Bund 32 anliegt, wobei bei entsprechender Anpressung des Drosselkörpers 27 an den Bund 32 ein möglicher Durchtritt für das Fluid von der Primärseite 12 zur Sekundärseite 17 auf den Querschnitt der Blende oder Drossel 41 beschränkt ist.
Der Abstützkörper 28 ist hülsenartig ausgebildet mit einer hohlzylindrischen Wandung 42. In montiertem Zustand des Gehäuses 19 ist die hohlzylindrische Wandung 42 axial zwischen dem Bund 32 des Gehäuseteils 20 und dem Bund 39 des Gehäuseteils 21 (unter Zwischenordnung des Drosselkörpers 27) axial verspannt und damit fixiert. Eine Abdichtung zwischen Gehäuseteil 20 und Wandung 42 erfolgt über einen in einer Umfangsnut der Wandung 42 angeordnetes Dichtelement 43. Beabstandet von dem dem Drosselkörper 27 zugewandten Endbereich der Wandung 42 bildet der Abstützkörper 28 einen sich radial nach innen erstreckenden Ringbund 44 aus, welcher radial innenliegend eine zylindrische Führungsfläche 45 besitzt, in welche axial mittig eine Umfangsnut 46 eingebracht ist. In der Umfangsnut 46 befindet sich ein Dichtelement 47.
Der Ventilkörper 29 ist ebenfalls mit einer hohlzylindrischen Wandung 48 gebildet. Die Wandung 48 begrenzt radial innenliegend eine durchgängige Ausnehmung 49 für den Durchtritt des Fluids. Radial außenliegend ist der Durchmesser der Wandung 48 derart gewählt, dass der Ventilkörper 29 entlang der Längsachse 22 über die Führungsflächen 35, 45 für eine translatorische Öffnungs- und Schließbewegung geführt ist, wobei im Bereich der Führungsfläche 45 eine Abdichtung über das Dichtelement 47 erfolgt, während im Bereich der Führungsfläche 35 eine Abdichtung über ein Dichtelement 50 erfolgt, welches in der Umfangsnut 36 angeordnet ist.
In dem Gehäuseteil 21 bildet der Ventilkörper 29 beabstandet des Endbereichs der Wandung 48 einen sich radial nach außen von der Wandung 48 erstreckenden Ringbund 51, welcher radial außenliegend eine zylindrische Führungsfläche 52 besitzt mit darin angeordneter Umfangsnut 53. Mit der Führungsfläche 52 ist der Ventilkörper 29 gegenüber der Führungsfläche 38 des Gehäuseteils 21 in Richtung der Längsachse 22 geführt, wobei eine Abdichtung über ein Dichtelement 54 erfolgt, welches in der Umfangsnut 53 angeordnet ist. Ein Steuerraum 55 ist begrenzt durch den Ventilkörper 29 und das Gehäuseteil 21, nämlich die Führungsfläche 38 und den Bund 37 des Gehäuseteils 21 und die äußere Mantelfläche der Wandung 48 sowie eine von dem Ringbund 44 ausgebildete Kolbenfläche 56 des Ventilkörpers 29. Auf der der Kolbenfläche 56 gegenüberliegenden Seite bildet der Ringbund 44 eine weitere Kolbenfläche 57 aus, womit der Ringbund 51 als Stellkolben 58 wirkt. Ein weiterer Druckraum 59 ist begrenzt durch den Abstützkörper 28, das Gehäuseteil 21 und den Ventilkörper 29, nämlich mit einer Innenfläche der Wandung 42 und dem Ringbund 44 des Abstützkörpers 28, der äußeren Mantelfläche der Wandung 48 sowie der Kolbenfläche 57 des Ventilkörpers 29 sowie der Führungsfläche 28 des Gehäuseteils 21. Der Druckraum 59 ist über radial orientierte Entlüftungsbohrungen 60, 61 der Wandung 33 des Gehäuseteils 20 und der Wandung 42 des Abstützkörpers 28 mit der Umgebung verbunden. Die beiden Entlüftungsbohrungen 60, 61 können. wie in 4 und 5 dargestellt, axial und/oder in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordnet sein. In diesem Fall sind die beiden Entlüftungsbohrungen 60, 61 über einen zwischen der Wandung 33 und der Wandung 42 ausgebildeten Spalt 62 oder Nuten oder Kanäle miteinander verbunden. Über die Dichtelemente 43, 47 und 54 ist vermieden, dass zusätzlich zu dem Druckraum 59 weitere Innenräume der Druckregeleinrichtung 18 entlüftet werden und insbesondere dass Fluid führende Bereiche entlüftet werden.
In dem Druckraum 59 ist die Feder 30 angeordnet, welche für das dargestellte Ausführungsbeispiel als spiralförmige Druckfeder ausgebildet ist, welche sich um die Mantelfläche der Wandung 48 des Ventilkörpers 29 herum erstreckt. Ein Federfußpunkt der Feder 30 ist an dem Ringbund 44 des Abstützkörpers 28 abgestützt, während der andere Federfußpunkt der Feder 30 an dem Ringbund 51, hier der Kolbenfläche 57, abgestützt ist. Die Feder ist vorgespannt, so dass sich ohne anliegenden Druck in der Druckregeleinrichtung 18 der Ventilkörper 29 in einer gegenüber 4 nach rechts verschobenen Stellung befindet, in welcher ein Bund des Ventilkörpers 29, insbesondere die Kolbenfläche 56, an dem Bund 37 des Gehäuseteils 21 abstützt. Diese Stellung hat einen maximalen Übertrittsquerschnitt 65 für das Fluid zur Folge.
In dem dem Drosselkörper 27 oder der Primärseite 12 zugewandten Endbereich bildet der Ventilkörper 29 ein Ventilelement 36 aus, welches hier kreisringförmig ausgebildet ist und zusammenwirkt mit einem Ventilsitz 64, der von dem Drosselkörper 27 ausgebildet ist. Zwischen dem Ventilelement 63 und dem Ventilsitz 64 ist der Übertrittsquerschnitt 65 gebildet, dessen Größe abhängig ist von der axialen Stellung des Ventilkörpers 29. Liegt das Ventilelement 63 nicht an dem Ventilsitz 64 an, kann Fluid, wie in 4 mit den Pfeilen dargestellt, von der Primärseite 22 durch die Blende oder Drossel 41 über den Übertrittsquerschnitt 65 durch die Ausnehmung 49 zu der Sekundärseite 17 gelangen. Der Druck an der Primärseite 17 wird hierbei über mindestens eine radiale Ausnehmung oder Bohrung 66 dem Steuerraum 55 zugeführt. Ein hinreichender Druck in dem Steuerraum 55 kann bewirken, dass der Ventilkörper 29 entgegen der Beaufschlagung der vorgespannten Feder 30 nach links bewegt wird, womit sich der Übertrittsquerschnitt 65 von dem maximalen Übertrittsquerschnitt verringert, bis das Ventilelement 63 unter Abdichtung an dem Ventilsitz 64 zur Anlage kommt, womit eine Schließstellung erreicht ist.
Die Funktion der Druckregeleinrichtung 18 gemäß 4 und 5 ist wie folgt:
Sind sowohl die Primärseite 12 als auch die Sekundärseite 17 drucklos, befindet sich der Ventilkörper 29 infolge der vorgespannten Feder 30 bei einem maximalen Abstand von dem Ventilsitz 64, womit ein maximaler Übertrittsquerschnitt 65 geschaffen ist.
Mit einem Druckanstieg auf der Primärseite 12 tritt Druckluft über die Blende oder Drossel 41 und den maximalen Übertrittsquerschnitt 65 sowie die Ausnehmung 49 zu der Sekundärseite 17 über. Obwohl infolge der Verbindung der Sekundärseite 17 über die Bohrung 66 mit dem Steuerraum 55 auch der Druck an der Kolbenfläche 56 steigt, reicht zunächst die hierdurch erzeugte, in Richtung des Ventilsitzes 64 und damit in Schließrichtung wirkende Kraft nicht aus, um den Ventilkörper 29 entgegen der Beaufschlagung durch die Feder 30 in Schließrichtung zu verschieben.
Erst mit dem Erreichen eines konstruktiv vorgegebenen Mindestdrucks auf der Sekundärseite 17 und damit in dem Steuerraum 55 erfolgt eine Lösung der Kolbenfläche 56 von dem Bund 37 und damit eine Bewegung des Ventilkörpers 29 in Schließrichtung. Hierbei ergibt sich je nach Druck in dem Steuerraum 55 eine Gleichgewichtsstellung, in welcher die an der Kolbenfläche 56 bewirkte Kraft des Drucks ausgeglichen ist durch die Kraft in der Feder 30. Für stabile Bedingungen mit einem Betriebsdruck an der Sekundärseite 17 und einem hiermit korrelierenden Druck an der Primärseite 12 ergibt sich eine stabile "mittlere Betriebsstellung" des Ventilkörpers, wie diese beispielhaft in 4 dargestellt ist. Hierbei muss die "mittlere Betriebsstellung" nicht zwingend die axial mittige Position zwischen den beiden Endlagen des Ventilkörpers 29 sein. Es versteht sich, dass angesichts der Drosseleffekte in der Druckregeleinrichtung 18 diese stabile "mittlere Betriebsstellung" auch gegeben sein kann, wenn der Druck auf der Primärseite 12 größer ist als auf der Sekundärseite 17.
Kommt es, beispielsweise infolge Unregelmäßigkeiten des Förderbetriebs der Pumpe 2 und/oder veränderten Drosselbedingungen in dem Verbraucher, zu einem Druckanstieg auf der Primärseite 12, führt dies zunächst zu einem Druckanstieg auch an der Sekundärseite 17, was aber infolge des Druckanstiegs in dem Steuerraum 55 zur Folge hat, dass der Ventilkörper 29 aus der "mittleren Betriebsstellung" weiter nach links verschoben wird, womit der Übertrittsuerschnitt 65 kleiner wird, was die Nachführung von druckbeaufschlagtem Fluid verringert, womit dem Druckanstieg automatisch entgegengewirkt wird. Entsprechend reagiert die Druckregeleinrichtung 18 auf einen Druckabfall an der Primärseite 12, indem der Übertrittsquerschnitt 65 größer wird, womit eine verbesserte Nachführung von druckbeaufschlagtem Fluid (mit verringerter Drosselwirkung im Bereich des Übertrittsquerschnitts 65) erfolgt, womit wiederum eine Druckabsenkung an der Sekundärseite 17 erfolgt.
Für einen Maximaldruck an der Sekundärseite 17 und damit in dem Steuerraum 55 kommt das Ventilelement 63 des Ventilkörpers 29 zur Anlage an den Ventilsitz 64, womit eine Sperrstellung der Druckregeleinrichtung 18 erreicht ist (5). Diese wird unabhängig von dem Druck an der Primärseite 12 beibehalten, bis der Druck an der Sekundärseite 17 abgefallen ist.
Die Höhe des Mindestdrucks, für welche ausgehend von dem maximalen Übertrittsquerschnitt die Bewegung des Ventilkörpers 29 in 4 nach links erfolgen kann, und die Höhe des Drucks an der Sekundärseite 17, für welche die Schließstellung gemäß 5 erreicht wird, kann konstruktiv vorgegeben werden durch die Wahl der Federsteifigkeit der Feder 30, die Vorspannung derselben und die Größe der Kolbenfläche 56. Weitere Beeinflussungsgrößen für das Regelverhalten der Druckregeleinrichtung 18 sind insbesondere die Größe der Blende oder Drossel 41 und die Charakteristik der Größe des Übertrittsquerschnitts 65 in Abhängigkeit von der axialen Position des Ventilkörpers 29, welche beispielsweise vorgegeben werden kann durch die Form, Geometrie und Größe des Ventilelements 63 und des Ventilsitzes 64.
Die Anschlüsse 24, 25 sind geeignet ausgebildet, um hier eine Verbindung mit einer schlauchartigen oder rohrartigen Leitung, beispielsweise mit geeigneten Steckern oder Fittingen, zu ermöglichen. Ebenfalls möglich ist, dass mindestens einer der Anschlüsse 24, 25 derart beschaffen ist, dass diese mit einem plattenartigen Anschlusskörper oder einem Gehäuse oder einer Konsole verbunden, bspw. eingeschraubt werden können. Mischformen der vorgenannten Verbindungsmöglichkeiten sind ebenfalls möglich.
In 6 und 7 ist eine alternative Ausgestaltung der Druckregeleinrichtung 18 dargestellt. Bei der folgenden Beschreibung sind für Bauelemente, welche hinsichtlich der Gestaltung und/oder Funktion beschriebenen Bauelementen der 4 und 5 entsprechen, teilweise dieselben Bezugszeichen verwendet. Für die Ausgestaltung gemäß 6 und 7 ist das Gehäuse 19 mit drei Gehäuseteilen 67, 68, 69 gebildet. Der der Primärseite 12 zugeordnete Anschluss 24 und der der Sekundärseite 17 zugeordnete Anschluss 25 sind hier unter einem rechten Winkel zueinander orientiert. Der Stellkolben 58 ist mit einer Membran 70 gebildet, die randseitig unter Abdichtung zwischen den Gehäuseteilen 67, 68 gehalten ist. Die Membran 70 besitzt auf beiden Seiten Membranflächen 71, 72, wobei die Membranfläche 71 der Kolbenfläche 57 entspricht und die Membranfläche 72 der Kolbenfläche 56 entspricht. Auf die Membranfläche 71 wirkt der Druck des Druckraums 59, welcher über die Entlüftungsbohrung 60 mit der Umgebung verbunden ist. Hingegen wirkt auf die Membranfläche 72 der Druck des Steuerraums 55 (vgl. 7). Der Steuerraum 55 ist in diesem Fall über eine Kanal 73 des Gehäuseteils 68 mit der Sekundärseite 17 fluidisch verbunden.
Die Bewegung der Membran 70 je nach Druckbeaufschlagung des Steuerraums 55 wird über ein Koppelelement 74, welches hier als Koppelstange 75 ausgebildet ist, auf das Ventilelement 63, welches hier als Ventilteller 76 ausgebildet ist, übertragen. Für das dargestellte Ausführungsbeispiel erfolgt die Kopplung des Koppelelements 74 mit der Membran 70 über das Einspannen der Membran 70 zwischen zwei Scheiben 77, 78 über eine stirnseitig in ein Innengewinde des Koppelelements 74 eingeschraubte Schraube 79. Die Koppelstange 75 erstreckt sich durch eine von dem Gehäuseteil 68 ausgebildete führende Hülse 80. Ein Federfußpunkt der Feder 30 ist an dem Gehäuseteil 68 abgestützt, während der andere Federfußpunkt der Feder 30 an dem Ventilteller 76 abgestützt ist. Der Ventilteller 76 wirkt zusammen mit einem Ventilsitz 81, welcher von einem nach innen orientierten Bund des Gehäuseteils 68 ausgebildet ist. Für das dargestellte Ausführungsbeispiel ist der Ventilteller 76 separat von der Koppelstange 75 ausgebildet. Die Befestigung des Ventiltellers 76 an der Koppelstange 75 erfolgt über eine sich durch den Ventilteller 76 hindurch erstreckende und in ein Innengewinde der Koppelstange 75 geschraubte Schraube 82.
Die Funktionsweise der Druckregeleinrichtung 18 gemäß 6 und 7 ist wie folgt:
6 zeigt die Betriebsstellung der Druckregeleinrichtung 18 ohne Druckbeaufschlagung derselben oder für einen Druck, welcher kleiner ist als der Mindestdruck. Für derartige Drücke überwiegt die Vorspannkraft der Feder 30 unabhängig von dem Druck in dem Steuerraum 55, so dass das Volumen des Steuerraums 55 minimal ist und der maximale Öffnungsquerschnitt 65 wirksam ist. Überschreitet der Druck an der Sekundärseite 17 und damit in dem Kanal 73 und dem Steuerraum 55 den Mindestdruck, kann die von dem Steuerraum 55 auf die Membran 70 ausgeübte Kraft die Vorspannkraft der Feder 30 überwinden, so dass sich aus der in 6 dargestellten Betriebsstellung der Ventilteller 76 mit Koppelelement 74 und Membran 70 nach oben bewegen kann, womit der Übertrittsquerschnitt 65 gegenüber dem maximalen Übertrittsquerschnitt verringert wird. Für einen maximalen Druck auf der Sekundärseite 17 wird ein minimaler Übertrittsquerschnitt erreicht, wobei hiermit auch eine Schließstellung herbeigeführt sein kann, für welche der Ventilteller 76 unter Abdichtung zur Anlage an den Ventilsitz 81 kommt. Der Übertrittsquerschnitt 65 ist für dieses Ausführungsbeispiel gebildet zwischen dem Ventilteller 76 und dem Ventilsitz 81. Der Ventilkörper 29 ist hier gebildet mit dem Ventilteller 76, dem Koppelelement 74 und der Membran 70.
Als Besonderheit gegenüber dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 und 5 ist für das Ausführungsbeispiel gemäß 6 und 7 für einen Übertrittsquerschnitt 65 von Null, also in der Schließstellung, der Druck an der Sekundärseite 17, für welchen ein Öffnen des Übertrittsquerschnitts 65 erfolgt, auch abhängig von dem Druck an der Primärseite 12, da dieser auf die unten liegende Seite des Ventiltellers 76 einwirkt. Sofern dies gewünscht ist, kann hierdurch eine gewisse Hysterese herbeigeführt werden. Andererseits ist möglich, dass durch geeignete Dimensionierung der wirksamen, von den Drücken beaufschlagten Membranflächen 71, 72 und der Flächen des Ventiltellers 76, der Feder 30 und des maximal an der Primärseite 12 zur Verfügung gestellten Drucks eine derartige Hysterese reduziert ist oder gänzlich vermieden ist.
Für die erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele erfolgt überhaupt eine Druckregelung erst mit Überschreiten des voreingestellten Mindestdrucks, während unterhalb des Mindestdrucks das Druckregelventil eine unveränderliche Durchströmungs- und Drosselcharakteristik besitzt. Der Durchfluss des Fluids erfolgt bis zu dem voreingestellten Mindestdruck unverändert mit einem möglichst geringen oder einem vorgegebenen Druckverlust. Konstruktiv kann auf einfache Weise der Mindestdruck vorgegeben werden, insbesondere durch Einstellung der Vorspannung der Feder 30 und Dimensionierung der zugeordneten Flächen, auf welche die Drücke wirken.
In dem Ventil erfolgt keine innere Leckage. Insbesondere für das Ausführungsbeispiel gemäß 4 und 5 ist der eingeregelte Betriebsdruck reproduzierbar und ohne (signifikante) Hysterese gewährleistet. Dies ist auch unabhängig von der Temperatur möglich. Die erfindungsgemäßen Druckregeleinrichtungen 18 zeichnen sich durch eine Unempfindlichkeit gegenüber Verschmutzungen in dem Fluid aus. Des Weiteren sind diese Druckregeleinrichtungen 18 nicht anfällig gegenüber Vibrationen, welche in dem Kraftfahrzeug auftreten können oder durch den Betrieb der Pumpe 2 übertragen werden. Vorzugsweise sind einige oder sämtliche Bauelemente der Druckregeleinrichtung 18 aus Aluminium hergestellt.
Ohne Beschränkung hierauf werden im Folgenden beispielhaft mögliche konkrete Auslegungen für den Temperierkreislauf 3 und die Druckregeleinrichtung 18 angegeben:
Bei dem in dem Temperierkreislauf 3 eingesetzten Fluid handelt es sich vorzugsweise um eine Mischung Wasser/Glykol im Mischungsverhältnis von 50:50 Volumenprozent. Es findet beispielsweise Einsatz ein Fluss des Fluids von zumindest 600 l pro Stunde. Als Kv-Wert findet vorzugsweise 16,6 m³/h Einsatz. Die Temperatur des Fluids kann beispielsweise ≤ 120°C sein, wobei insbesondere Betriebstemperaturen von –40°C bis +110°C vorhanden sein können. Der Betriebsdruck, welcher von der Pumpe 2 bereitgestellt werden soll, kann im Bereich von – 9 bis 4,5 bar (relativ) liegen. Die Geräuschentwicklung ist vorzugsweise ≤ 55 dB(A). Die Einbaulage kann beliebig in jede Raumrichtung orientiert sein, wobei auch eine geneigte Einbaulage möglich ist. Das Gewicht der Druckregeleinrichtung ist vorzugsweise ≤ 1 kg. Eine Betriebsbeständigkeit von zumindest 1 Mill. Schaltzyklen kann gewährleistet werden.
Vorzugsweise beträgt der Minimaldruck 2,5 bar, während eine Schließstellung (minimaler Übertrittsquerschnitt von Null) für 3,0 bar erreicht ist. Für eine besondere Ausgestaltung der Erfindung, wie diese in den 4 und 5 dargestellt ist, ist die Kolbenfläche 56, auf welche der Druck an der Sekundärseite 17 wirkt, als Stufen-Kolbenfläche ausgebildet mit einer ersten Teil-Kolbenfläche 83 sowie einer radial innen liegend von der ersten Teil-Kolbenfläche 83 angeordneten zweiten Teil-Kolbenfläche 84. Für das dargestellte Ausführungsbeispiel sind die Teil-Kolbenflächen 83, 84 ringförmig von dem Stellkolben 58 ausgebildet, wobei die Teil-Kolbenfläche 84 wie dargestellt im Bereich der Bohrung 66 eine Ausnehmung besitzt, welche den Übertritt des Fluids von der Sekundärseite 17 zu dem Steuerraum 55 ermöglicht. Unterhalb des Mindestdrucks liegt die Teil-Kolbenfläche 84 vollflächig an dem Bund 37 an, so dass an dieser Teil-Kolbenfläche 84 in der Stellung mit maximalem Übertrittsquerschnitt der Druck auf der Sekundärseite 17 nicht wirkt. In diesem Fall ist der Mindestdruck nicht von der zweiten Teil-Kolbenfläche 84 abhängig – unterhalb des Mindestdrucks wirkt dieser Druck ausschließlich an der Teil-Kolbenfläche 83. Wird aber der Mindestdruck überschritten und bewegt sich der Stellkolben 58 lediglich minimal, erfolgt zusätzlich zu der Beaufschlagung der ersten Teil-Kolbenfläche 83 mit dem Druck auf der Sekundärseite 17 auch die Beaufschlagung der zweiten Teil-Kolbenfläche 84 mit diesem Druck, womit die für die Bewegung des Stellkolbens 58 verantwortliche, durch den Druck auf der Sekundärseite 17 verursachte Kraft "schlagartig" vergrößert wird. Hierdurch kann eine Nichtlinearität, Hysterese oder Beeinflussung der Charakteristik des Regelverhaltens der Druckregeleinrichtung 18 herbeigeführt werden. Eine geringfügige Veränderung des Drucks auf der Sekundärseite 17 hat oberhalb des Mindestdrucks somit eine sehr feinfühlige Einstellbarkeit der Bewegung des Stellkolbens 58 zur Folge. Möglicherweise wird für einen verhältnismäßig geringen Druck oberhalb des Mindestdrucks auch bereits schon die Schließstellung mit einem Übertrittsquerschnitt 65 von Null erreicht.
Für ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel beträgt die Druckdifferenz zwischen dem Mindestdruck und dem Druck, für welchen der minimale Übertrittsquerschnitt 65 oder die Schließstellung erreicht ist, 20–30% des Mindestdrucks. Um zu gewährleisten, dass unterhalb des Mindestdrucks die zweite Teil-Kolbenfläche 84 nicht von dem Druck auf der Sekundärseite 17 beaufschlagt ist, ist eine plane Ausgestaltung der zweiten Teil-Kolbenfläche 84 und des Bunds 37 erforderlich. Möglich ist, dass ergänzende oder alternative Maßnahmen vorgesehen sind, über welche in der erläuterten Stellung eine Abdichtung eines Zwischenraums zwischen der zweiten Teil-Kolbenfläche 84 und dem Bund 37 erfolgt.
Bezugszeichenliste

1: Motor
2: Pumpe
3: Temperierkreislauf
4: Ausgang
5: Verbraucher
6: Eingang
7: Verzweigung
8: Verzweigung
9: Bypassleitung
10: Druckbegrenzungsventil
11: Steuerleitung
12: Primärseite
13: Rückschlagventil
14: Rückschlagventilelement
15: Feder
16: Ventilsitz
17: Sekundärseite
18: Druckregeleinrichtung
19: Gehäuse
20: Gehäuseteil
21: Gehäuseteil
22: Längsachse
23: Durchgangsausnehmung
24: Anschluss
25: Anschluss
26: Innenraum
27: Drosselkörper
28: Abstützkörper
29: Ventilkörper
30: Feder
31: Erweiterung
32: Bund
33: Wandung
34: Außengewinde
35: Führungsfläche
36: Umfangsnut
37: Bund
38: Führungsfläche
39: Bund
40: Innengewinde
41: Drossel
42: Wandung
43: Dichtelement
44: Ringbund
45: Führungsfläche
46: Umfangsnut
47: Dichtelement
48: Wandung
49: Ausnehmung
50: Dichtelement
51: Ringbund
52: Führungsfläche
53: Umfangsnut
54: Dichtelement
55: Steuerraum
56: Kolbenfläche
57: Kolbenfläche
58: Stellkolben
59: Druckraum
60: Entlüftungsbohrung
61: Entlüftungsbohrung
62: Spalt
63: Ventilelement
64: Ventilsitz
65: Übertrittsquerschnitt
66: Bohrung
67: Gehäuseteil
68: Gehäuseteil
69: Gehäuseteil
70: Membran
71: Membranfläche
72: Membranfläche
73: Kanal
74: Koppelelement
75: Koppelstange
76: Ventilteller
77: Scheibe
78: Scheibe
79: Schraube
80: Hülse
81: Ventilsitz
82: Schraube
83: Teil-Kolbenfläche
84: Teil-Kolbenfläche

Claims

Fluidischer Temperierkreislauf (3) für ein Kraftfahrzeug mit einer Druckbegrenzungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckbegrenzungseinrichtung a) zwischen einer Pumpe (2) und einem Verbraucher (5) angeordnet ist, b) als Druckregeleinrichtung (18) ausgebildet ist, in welcher ba) für einen Druck unterhalb eines Mindestdrucks ein maximaler Übertrittsquerschnitt (65) zwischen einer Primärseite (12) und einer Sekundärseite (17) der Druckregeleinrichtung (18) wirksam ist und bb) für einen Druck oberhalb des Mindestdrucks die Größe des Übertrittsquerschnitts (65) von dem Druck abhängig ist, wobei eine Vergrößerung des Drucks eine Verkleinerung des Übertrittsquerschnitts (65) zur Folge hat.
Temperierkreislauf (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mindestdruck und die Größe des Übertrittsquerschnitts (65) ausschließlich von einer Druckdifferenz zwischen der Sekundärseite (17) und der Umgebung abhängig sind.
Temperierkreislauf (3) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe des Übertrittsquerschnitts (65) von der Stellung eines Stellkolbens (58) abhängig ist, wobei der Stellkolben (58) a) von einer Feder (30) beaufschlagt ist, b) eine Kolbenfläche (57) besitzt, welche mit einem Umgebungsdruck beaufschlagt ist, und c) eine Kolbenfläche (56) besitzt, welche mit dem Druck auf der Sekundärseite (17) beaufschlagt ist.
Temperierkreislauf (3) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenfläche (56), welche mit dem Druck auf der Sekundärseite (17) beaufschlagt ist, mit einer ersten Teil-Kolbenfläche (83) und einer zweiten Teil-Kolbenfläche (84) ausgebildet ist, wobei a) die erste Teil-Kolbenfläche (83) unabhängig von der Betriebsstellung des Stellkolbens (58) von dem Druck auf der Sekundärseite (17) beaufschlagt ist, b) während die zweite Teil-Kolbenfläche (83) nur von dem Druck auf der Sekundärseite (17) beaufschlagt ist, wenn der Druck oberhalb des Mindestdrucks ist.
Temperierkreislauf (3) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (30) vorgespannt ist mit Beaufschlagung des Stellkolbens (58) in eine Öffnungsrichtung.
Temperierkreislauf (3) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Übertrittsquerschnitt (65) zwischen einem mit dem Stellkolben (58) bewegten Ventilelement (63) und einem Ventilsitz (64) gebildet ist.
Temperierkreislauf (3) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (63) eine durchgehende Ausnehmung (49) besitzt, welche von dem Fluid des Temperierkreislaufs (3) durchströmt ist.
Temperierkreislauf (3) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein hülsenartiger Ventilkörper (29) a) in einem Endbereich das Ventilelement (63) und b) mit einem Ringbund (51) den Stellkolben (58) ausbildet.
Temperierkreislauf (3) nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Ventilkörper (29) oder Stellkolben (58) und einem Gehäuse (19) ein Steuerraum (55) gebildet ist, welcher fluidisch mit der Sekundärseite (17) verbunden ist.
Temperierkreislauf (3) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (29) einen Kanal oder eine Bohrung (66) aufweist, welcher oder welche den Steuerraum (55) mit der Sekundärseite (17) verbindet.
Temperierkreislauf (3) nach einem der Ansprüche 3 bis 6 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellkolben (58) mit einer Membran (70) gebildet ist, wobei die Kolbenflächen (56, 57) von den Membranflächen (71, 72) der Membran (70) ausgebildet sind.
Temperierkreislauf (3) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der mit der Membran (70) gebildete Stellkolben (58) über ein Koppelelement (74) mit dem Ventilelement (63) gekoppelt ist.
Temperierkreislauf (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in die Druckregeleinrichtung (18) eine permanente Blende oder Drossel (41) integriert ist.
Temperierkreislauf (3) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Blende oder Drossel (41) von einem Drosselkörper (27) ausgebildet ist, welcher auch den Ventilsitz (64) ausbildet.
Temperierkreislauf (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass a) die Druckregeleinrichtung (18) mit zwei Gehäuseteilen (20, 21) gebildet ist, welche miteinander zu einem Gehäuse (19) verschraubbar sind, welches eine Durchgangsausnehmung (23) mit einem Innenraum (26) ausbildet, b) wobei mit dem Verschrauben der Gehäuseteile (20, 21) ba) ein in den Innenraum (26) eingesetzter Drosselkörper (27), bb) ein in den Innenraum (26) eingesetzter Ventilkörper (29), bc) eine in den Innenraum (26) eingesetzte Feder (30) und/oder bd) ein in den Innenraum (26) eingesetzter Abstützkörper (28) axial verspannt ist/sind.
Temperierkreislauf (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (19) eine Entlüftungsbohrung (60, 61) besitzt, welche fluidisch mit einem den Stellkolben (58) beaufschlagenden Druckraum (59) verbunden ist
Verwendung a) einer Druckregeleinrichtung (18), in welcher aa) für einen Druck unterhalb eines Mindestdrucks ein maximaler Übertrittsquerschnitt (65) zwischen einer Primärseite (12) und einer Sekundärseite (17) der Druckregeleinrichtung (18) wirksam ist, und ab) für einen Druck oberhalb des Mindestdrucks die Größe des Übertrittsquerschnitts (65) von dem Druck abhängig ist, wobei eine Vergrößerung des Drucks eine Verkleinerung des Übertrittsquerschnitts (65) zur Folge hat, b) für einen Temperierkreislauf (3) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.