DE102013212493B3 - Switchable locking device, which includes an actuator and a rotary valve - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine schaltbare Sperrvorrichtung (1) für ein Kühlsystem oder ein Schmiersystem einer Brennkraftmaschine, bestehend aus einem Gehäuse (4), in dem mittels einer Aktuatorik (2) ein als Drehschieber (3) ausgebildetes Stellorgan verstellbar ist. Die Aktuatorik (2) umfasst einen oszillierenden Magnet (6), der einen Pumpkolben (7) aktuiert, der über ein Ansaugventil (10) ein Arbeitsmedium ansaugt und in einem Druckraum (12) komprimiert. Nach Überschreiten eines Öffnungsdrucks von einem Überschiebeventil (11) wird ein Arbeitskolben (14) beaufschlagt, dessen Hubbewegung von einem Getriebeelement (18) in eine Drehbewegung des in dem Gehäuse (4) drehbar gelagerten Drehschiebers (3) umgesetzt wird, der mit zumindest zwei vom Arbeitsmedium durchströmbaren Anschlüssen, einem Eingang (21) und einem Ausgang (22) der Sperrvorrichtung (1), verbunden ist.The invention relates to a switchable locking device (1) for a cooling system or a lubrication system of an internal combustion engine, consisting of a housing (4) in which an actuator designed as a rotary slide valve (3) can be adjusted by means of an actuator (2). The actuator system (2) comprises an oscillating magnet (6) which actuates a pump piston (7) which sucks in a working medium via a suction valve (10) and compresses it in a pressure chamber (12). After an opening pressure of a slide valve (11) is exceeded, a working piston (14) is acted upon, the stroke movement of which is converted by a gear element (18) into a rotary movement of the rotary slide valve (3), which is rotatably mounted in the housing (4) and which with at least two of the Working medium flow through connections, an input (21) and an output (22) of the locking device (1) is connected.

Description

Die Erfindung betrifft eine schaltbare Sperrvorrichtung für ein Kühlsystem oder ein Schmiersystem einer Brennkraftmaschine, bestehend aus einem Gehäuse, in dem ein oszillierender Magnet einen Pumpkolben aktuiert, der ein über ein Ansaugventil angesaugtes Arbeitsmedium in einem Druckraum komprimiert und nach Überschreiten eines Öffnungsdrucks von einem Rückschlagventil das Arbeitsmedium einen Arbeitskolben beaufschlagt, dessen Hubbewegung von einem Getriebeelement in eine Drehbewegung eines in dem Gehäuse drehbar gelagerten Drehschiebers umgesetzt wird, der mit zumindest zwei vom Arbeitsmedium durchströmbaren Anschlüssen, einem Eingang und einem Ausgang, der Sperrvorrichtung verbunden ist.The invention relates to a switchable locking device for a cooling system or a lubrication system of an internal combustion engine, comprising a housing in which an oscillating magnet actuates a pump piston, which compresses a suctioned via a suction working fluid in a pressure chamber and after exceeding an opening pressure of a check valve, the working fluid a working piston is acted upon, the lifting movement is converted by a transmission element in a rotational movement of a rotatably mounted in the housing rotary valve, which is connected to at least two of the working fluid flow-through terminals, an input and an output of the locking device.

Schaltbare Sperrvorrichtungen sind in Kühlsystemen oder Ölkreisläufen von Brennkraftmaschinen für Pkw und Lkw einsetzbar, die einen von einer Pumpe geförderten Volumenstrom bedarfsabhängig sperren. Bei flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschinen wird das Arbeitsmedium, insbesondere ein Kühlmittel, mit Hilfe einer Kühlmittelpumpe in einem bevorzugt geschlossenen Kreislauf durch Kühlkanäle im Bereich der Zylinder und des Zylinderkopfes zum Kühlen der Brennkraftmaschine gepumpt. Eine Rückkühlung des erwärmten Mediums erfolgt insbesondere in einem Luft-Wasser-Wärmetauscher mittels eines Ventilators. Zum Antrieb der Kühlmittelpumpe ist eine direkte Antriebverbindung zur Kurbelwelle der Brennkraftmaschine üblicherweise vorgesehen, die eine Abhängigkeit der Pumpendrehzahl von der Drehzahl der Brennkraftmaschine bewirkt. Dies hat zur Folge, dass im hohen Drehzahlbereich des Motors ein entsprechend großer Volumenstrom der Pumpe zur Verfügung steht, der in diesem Ausmaß nicht zur Kühlung der Brennkraftmaschine benötigt wird. Beim Kaltstart des Motors tritt dagegen das Problem auf, dass das bereits durch die Kühlkanäle zirkulierende Kühlmittel die Erwärmung der Brennräume verzögert und sich somit die Zeit bis zum Erreichen einer optimalen Betriebstemperatur verlängert.Switchable locking devices can be used in cooling systems or oil circuits of internal combustion engines for cars and trucks, which lock a volume flow pumped by a pump as needed. In liquid-cooled internal combustion engines, the working medium, in particular a coolant, is pumped by means of a coolant pump in a preferably closed circuit through cooling channels in the region of the cylinder and the cylinder head for cooling the internal combustion engine. A re-cooling of the heated medium takes place in particular in an air-water heat exchanger by means of a fan. To drive the coolant pump, a direct drive connection to the crankshaft of the internal combustion engine is usually provided, which causes a dependence of the pump speed of the rotational speed of the internal combustion engine. This has the consequence that in the high speed range of the engine, a correspondingly large volume flow of the pump is available, which is not needed to this extent for cooling the internal combustion engine. When cold starting the engine, however, the problem occurs that the already circulating through the cooling channels coolant delays the heating of the combustion chambers and thus extends the time to reach an optimal operating temperature.

Zur Vermeidung dieser Problematik ist es bekannt, regelbare Kühlmittelpumpen für Brennkraftmaschinen einzusetzen, deren geförderter Volumenstrom entsprechend dem Bedarf geregelt werden kann. Dazu offenbart die DE 10 2005 004 315 A1 eine regelbare Kühlmittelpumpe, deren Flügelrad auf einer in einem Pumpengehäuse gelagerten Pumpenwelle positioniert ist. Dem Flügelrad ist zur Beeinflussung des Fördervolumens der Kühlmittelpumpe ein Schiebeelement zugeordnet, das über einen Elektromagneten und entgegen einer Feder axial zu dem Flügelrad verschiebbar ist und dabei einen Außenbereich des Flügelrades übergreift.To avoid this problem, it is known to use controllable coolant pumps for internal combustion engines, whose funded volume flow can be regulated according to demand. This reveals the DE 10 2005 004 315 A1 a controllable coolant pump whose impeller is positioned on a pump shaft mounted in a pump housing. The impeller is assigned to influence the delivery volume of the coolant pump, a sliding element which is axially displaceable via an electromagnet and against a spring to the impeller and thereby engages over an outer region of the impeller.

Weiterhin sind Kühlsysteme bekannt, die ein Thermomanagementmodul einschließen, bestehend aus einer Kühlmittelpumpe, einem Stellantrieb sowie einem Drehschieber. Der drehbar in einem Gehäuse eingesetzte Drehschieber regelt einen Kühlmittelstrom, indem ein Durchflussquerschnitt in Abhängigkeit der Drehwinkelposition des Drehschiebers verändert wird. Aus der DE 198 49 492 A1 ist ein Drehschieber für ein Kühlsystem einer Brennkraftmaschine bekannt, der wahlweise in eine Sperrstellung oder in eine geöffnete Stellung gebracht werden kann. Darüber hinaus ist es möglich, einen Mischbetrieb herzustellen, um gleichzeitig unterschiedliche Kühlerkreise des Kühlsystems mit Kühlmittel zu beaufschlagen.Furthermore, cooling systems are known which include a thermal management module consisting of a coolant pump, an actuator and a rotary valve. The rotary valve rotatably inserted in a housing regulates a coolant flow by changing a flow cross-section as a function of the rotational angular position of the rotary valve. From the DE 198 49 492 A1 a rotary valve for a cooling system of an internal combustion engine is known, which can be selectively brought into a blocking position or in an open position. In addition, it is possible to produce a mixed operation in order to apply coolant to different cooling circuits of the cooling system at the same time.

Die DE 10 2008 022 354 A1 offenbart ein Verfahren Verfahren zur Regelung einer Kuehlmittelpumpe, wobei durch Variation der Stromstaerke und/oder der Zeitdauer von an einer Magnetspule angelegten Stromimpulsen die im Magnetfeld auf einen Magnetanker einwirkenden Kraft variiert wird, so dass in Verbindung mit der Einwirkung der Druckfeder auf den Magnetanker die Frequenz und/oder der Hub (die Amplitude) der Schwingungen einers Arbeitskolbens definiert variiert werden, so dass der Arbeitskolben mittels des am gegenueberliegenden Ende einer Kolbenstange im Magnetfeld der Magnetspule angeordneten Magnetankers (wiederholt/periodisch) verschoben und in definierte translatorische Schwingungen versetzt wird.The DE 10 2008 022 354 A1 discloses a method for controlling a coolant pump, wherein by varying the current intensity and / or the duration of applied to a solenoid coil current pulses in the magnetic field acting on a magnet armature force is varied, so that in conjunction with the action of the compression spring on the armature frequency and / or the stroke (the amplitude) of the oscillations of a working piston can be varied so that the working piston is displaced (repeatedly / periodically) by means of the magnet armature arranged in the magnetic field of the magnet coil at the opposite end of a piston rod and set in defined translational oscillations.

Die WO 2012/141667 A2 zeigt eine kontinuierlich arbeitende Pumpe. Die Kühlmittelzirkulation wird mittels einer hydraulisch oder pneumatisch betätigten ein/aus Absperrung blockiert, die am Wasserpumpeneinlass (Ansaugseite) oder Wasserpumpenauslass (Druckleitung) angeordnet ist. Der benötigte hydraulische Druck wird von einer Schmierölpumpe des Motors oder einer hydraulischen Servolenkungspumpe abgegriffen, die bereits in Standardmotoren vorhanden sind, oder, falls dies im Fahrzeug vorhanden ist, kann auch ein Unterdruck verwendet werden. Ein geschlossenes Drehventils erlaubt selbst dann keine Kühlmittelzirkulation, wenn die Pumpe arbeitet. Ein Rotationskolben wird für die Drehung des Ventils im Uhrzeigersinn und gegen den Urzeigersinn verwendet. Der benötigte hydraulische Druck sollte zu den Anschlüssen des Drehventils über ein Solenoidventil gelleitet werden, das von der Motorsteuerung gesteuert wird. Anstelle des Drehventils kann auch ein Absperrventil verwendet werden und anstelle des Rotationskolbens wird ein einfachwirkender Zylinderkolben zum betätigen des Absperrventils verwendet.The WO 2012/141667 A2 shows a continuous pump. The coolant circulation is blocked by means of a hydraulically or pneumatically operated on / off shut-off located at the water pump inlet (suction side) or water pump outlet (pressure line). The required hydraulic pressure is taken from a lubricating oil pump of the engine or a hydraulic power steering pump, which are already present in standard engines, or, if present in the vehicle, a negative pressure can be used. A closed rotary valve does not allow coolant circulation even when the pump is operating. A rotary piston is used to turn the valve clockwise and counterclockwise. The required hydraulic pressure should be routed to the ports of the rotary valve via a solenoid valve controlled by the engine controller. Instead of the rotary valve and a shut-off valve may be used instead of the rotary piston, a single-acting cylinder piston is used to actuate the shut-off valve.

Die DE 11 2006 000 628 T5 offenbart ein Steuerventil einer Ölpumpe welches ein Hauptgehäuse umfasst, in dem sich eine Kammer befindet, die hydraulisch an eine Ausgangsleitung sowie an eine Versorgungsleitung angeschlossen ist, und in der ein Ventilschieber angeordnet ist, der der Wirkung eines elastischen Mittels unterworfen ist, wobei die Position des Ventilschiebers in der Kammer eine leitende Verbindung zwischen der Versorgungsleitung und der Ausgangsleitung zur Abgabe des Öls erlaubt; und – eine elektronische Einrichtung zum Einstellen der Position des Ventilschiebers entlang einer im Wesentlichen symmetrischen Achse des Ventilschiebers. Im Weiteren weist der Ventilschieber auf einer Seite eine Aussparung auf, die hydraulisch mit der Versorgungsleitung kommuniziert, und auf der anderen Seite einen Raum, der ebenfalls mit Mitteln kommuniziert, die in der Lage sind, den hierin enthaltenen Öldruck zu justieren, wobei die Aussparung und der Raum hydraulisch miteinander verbunden sind durch Mittel, die dazu in der Lage sind, einen örtlichen Verlust an hydraulischer Belastung auszuführen, und die im Ventilschieber angeordnet sind.The DE 11 2006 000 628 T5 discloses a control valve of an oil pump comprising a main housing in which there is a chamber which is hydraulically connected to an output line and to a supply line, and in the a valve spool is arranged, which is subjected to the action of an elastic means, wherein the position of the valve spool in the chamber allows a conductive connection between the supply line and the output line for discharging the oil; and an electronic device for adjusting the position of the valve spool along a substantially symmetrical axis of the valve spool. In addition, the valve spool has on one side a recess which communicates hydraulically with the supply line, and on the other side a space which also communicates with means capable of adjusting the oil pressure contained therein, the recess and the space are hydraulically interconnected by means capable of carrying out a local loss of hydraulic load and arranged in the valve spool.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Sperrvorrichtung für ein Kühlsystem oder Schmiersystem einer Brennkraftmaschine anzugeben, die in einer hochintegrierten Art und Weise bauraumoptimiert aufgebaut, kostengünstig realisierbar ist.The object of the present invention is to provide a locking device for a cooling system or lubrication system of an internal combustion engine, which is constructed space-optimized in a highly integrated manner, can be realized inexpensively.

Diese Problemstellung wird durch eine schaltbare Sperrvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angeführt.This problem is solved by a switchable locking device with the features of claim 1. Preferred embodiments of the invention are recited in the subclaims.

Gemäß der Erfindung ist eine schaltbare Sperrvorrichtung vorgesehen, die zum Sperren oder Steuern eines von einer Pumpe erzeugten Volumenstroms bestimmt ist, der als Arbeitsmedium ein Kühl- oder Schmiersystem einer Brennkraftmaschine beaufschlagt. Dazu ist die Sperrvorrichtung mit integrierter Drehschiebertechnik und in Kombination mit einer hydraulischen, kreislaufinternen Aktuierung bevorzugt dem Pumpenausgang zugeordnet. Die Sperrvorrichtung umfasst ein Gehäuse, in dem mittels einer Aktuatorik ein Stellorgan einen Volumenstrom von einem Arbeitsmedium beeinflusst. Dazu wird ein Pumpkolben von einem oszillierenden Magnet aktuiert. Das über ein Ansaugventil in einen Druckraum eintretende Arbeitsmedium, insbesondere ein Kühlmittel, wird von dem Pumpkolben komprimiert, bis ein Öffnungsdruck von einem Überschiebe-Rückschlagventil erreicht ist. Das anschließend aus dem Druckraum austretende Arbeitsmedium beaufschlagt einen Arbeitskolben, dessen Hubbewegung von einem Getriebeelement in eine Drehbewegung des in dem Gehäuse drehbar gelagerten, als Drehschieber ausgebildeten Stellorgans umgesetzt wird. Der insbesondere als ein Kugeldrehschieber ausgeführte Drehschieber, der als Sperrdrehschieber eingesetzt ist, weist zumindest zwei vom Arbeitsmedium durchstrombare, mit der Sperrvorrichtung verbundene Anschlüsse auf, einen Eingang und einen Ausgang.According to the invention, a switchable locking device is provided, which is intended to block or control a volume flow generated by a pump, which acts as a working fluid to a cooling or lubricating system of an internal combustion engine. For this purpose, the locking device with integrated rotary valve technology and in combination with a hydraulic, in-circuit actuation is preferably assigned to the pump outlet. The blocking device comprises a housing in which an actuator influences a volume flow of a working medium by means of an actuator system. For this purpose, a pump piston is actuated by an oscillating magnet. The entering via a suction valve in a pressure chamber working fluid, in particular a coolant is compressed by the pump piston until an opening pressure is reached by a push-check valve. The working medium subsequently emerging from the pressure chamber acts on a working piston, the lifting movement of which is converted by a gear element into a rotational movement of the actuating element rotatably mounted in the housing and designed as a rotary slide. The designed especially as a rotary ball valve rotary valve, which is used as a locking rotary valve, has at least two flow-through from the working medium, connected to the locking device ports, an input and an output.

Das erfindungsgemäße Konzept kombiniert somit eine magnetgetriebene Kolben- insbesondere Axialkolbenpumpe mit einem Drehschieber. Der Pumpkolben der Pumpe saugt ein flüssiges Arbeitsmedium direkt aus dem geschlossenen Kreislauf an, verdichtet es in einem Druckraum und überschiebt das Medium nach Erreichen eines definierten Drucks zur Beaufschlagung eines Arbeitskolbens. Eine sich daraus ergebende Stellbewegung des Arbeitskolbens wird über ein Getriebeelement in eine Drehverstellung des Drehschiebers umgesetzt. Die Erfindung gliedert sich somit in zwei grundlegende Subsysteme, eine Aktuatorik bzw. Kolbenaktuatorik, sowie ein Drehschieberkonzept. Bis zum Erreichen eines mechanischen Endanschlags des Drehschiebers sowie zum Halten einer aktiven Sperrposition ist ein andauernder Betrieb des oszillierenden Pumpkolbens der antreibenden Pumpe bzw. des antreibenden Magneten nötig.The inventive concept thus combines a magnet-driven piston, in particular axial piston pump with a rotary valve. The pump piston of the pump draws in a liquid working fluid directly from the closed circuit, compressing it in a pressure chamber and overshadows the medium after reaching a defined pressure for acting on a working piston. A resulting adjusting movement of the working piston is converted via a transmission element into a rotational adjustment of the rotary valve. The invention is thus divided into two basic subsystems, an actuator or Kolbenaktuatorik, and a rotary valve concept. Until a mechanical end stop of the rotary valve is reached and an active blocking position is maintained, continuous operation of the oscillating pump piston of the driving pump or of the driving magnet is necessary.

Vorteilhaft kann mit der Erfindung kostengünstig und auf einfache und hochintegrierte Art und Weise eine schaltbare Sperrvorrichtung in Form eines schaltbaren Elements zur Verfügung gestellt werden, welches in beliebig aufgebauten Kühlmittel- oder Ölkreisläufen von Kühl- oder Schmiersystemen einsetzbar ist. Gemäß einer bevorzugten Anordnung ist die erfindungsgemäße Sperrvorrichtung am Ausgang der jeweiligen Pumpe angeordnet, wodurch der Volumenstrom bei Bedarf dicht abgesperrt werden kann. Hierbei spielt die Größe des Radialspiels zwischen dem Außendurchmesser des Arbeitskolbens und dem Innendurchmesser des Gehäuses sowie die sich daran anschließende Austrittsöffnung eine entscheidende Rolle in Bezug auf die Rückstellgeschwindigkeit. Das Leistungsvermögen des Magneten und der Öffnungsdruck des als Rückschlagventil ausgeführten Überschiebeventils definieren zusammen mit der wirksamen Fläche des Pumpkolbens das Axialkraftniveau, welches über ein Getriebeelement in ein Drehmoment am Drehschieber umgewandelt wird.Advantageously, with the invention, a switchable locking device in the form of a switchable element can be provided in a cost-effective and simple and highly integrated manner, which can be used in coolant or oil circuits of cooling or lubrication systems of any design. According to a preferred arrangement, the locking device according to the invention is arranged at the outlet of the respective pump, whereby the volume flow can be tightly shut off when needed. Here, the size of the radial clearance between the outer diameter of the working piston and the inner diameter of the housing and the adjoining outlet opening plays a decisive role in relation to the return speed. The capacity of the magnet and the opening pressure of the check valve designed as a check valve define, together with the effective area of the pump piston, the axial force level, which is converted via a transmission element into a torque on the rotary valve.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst das auch als Stellelement zu bezeichnende Getriebeelement eine mittelbar oder unmittelbar mit dem Arbeitskolben verbundene Zahnstange, die mit einem Zahnelement des Drehschiebers formschlüssig in Eingriff steht. Bevorzugt ist der Drehschieberkörper über eine mittige Achse verdrehbar gelagert, wobei gleichzeitig das auch als Zahnkranz zu bezeichnende Zahnelement zu der Drehachse zentriert angeordnet ist. Über das Getriebeelement kann der von einer Pumpe geförderte, das Kühl- oder das Schmiersystem beaufschlagende Volumenstrom mittels einer Verstellung des als Kugelkörper mit zumindest einem Steuerquerschnitt ausgeführten Drehschiebers zwischen zwei Endstellungen, einer maximal geöffneten und einer geschlossenen Position, stufenlos eingestellt werden.According to a preferred embodiment of the invention, the transmission element to be designated as an actuating element comprises a rack connected directly or indirectly to the working piston, which rack engages positively with a toothed element of the rotary valve. Preferably, the rotary valve body is rotatably supported via a central axis, wherein at the same time as the toothed ring to be designated toothed element is arranged centered to the axis of rotation. By means of the transmission element, the volumetric flow supplied by a pump and acting upon the cooling or lubricating system can be adjusted continuously by means of an adjustment of the rotary slide designed as a spherical body with at least one control cross section between two end positions, a maximum open position and a closed position.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung besteht die Möglichkeit, das Ansaugventil bzw. das Ansaugrückschlagventil der Aktuatorik auf einer Staudruckseite, d. h. in einem dem Drehschieber vorgelagerten Raum oder auf einer Gegenseite, einem in Strömungsrichtung dem Drehschieber nachgeordneten Raum einzubringen. Bei vollaktuiertem Sperrdrehschieber nimmt die Einbaulage des Ansaugventils unmittelbar Einfluss auf das Druckniveau bzw. Staudruckniveau im Ansaugbereich und kann somit für die Aktuierungshydraulik funktionsentscheidend sein. Außerdem kann die Austrittsöffnung der Aktuatorik unterschiedlich angeordnet werden. Funktionsentscheidend kann es sein, in welchem Druckbereich die Austrittsöffnung nach Arbeitskolben zum selbsttätigen Entspannen des Systems mündet. Auch hier gibt es die prinzipielle Möglichkeit, diesen Übergang in den Bereich vor dem Drehschieber auf der Staudruckseite oder in den Bereich nach dem Drehschieber, der Gegenseite zu platzieren. Durch die Anordnung der Austrittsöffnung kann die Aktuierungsfunktion und Rückstellfunktion beeinflusst werden, da sich die Druckniveaus zwischen den Drehschieberseiten speziell im vollaktuierten Betrieb unterscheiden. According to a development of the invention, it is possible to introduce the intake valve or the intake check valve of the actuator on a ram pressure side, ie in a space upstream of the rotary valve or on a counterpart, a downstream in the flow direction of the rotary valve space. With vollaktuiertem lock rotary valve, the mounting position of the intake valve directly affects the pressure level or dynamic pressure level in the intake and thus can be functionally crucial for the Aktuierungshydraulik. In addition, the outlet opening of the actuator can be arranged differently. It may be functionally decisive in which pressure range the outlet opening opens into working pistons for the automatic release of the system. Again, there is the principle possibility to place this transition in the area in front of the rotary valve on the back pressure side or in the area after the rotary valve, the opposite side. The arrangement of the outlet opening, the Aktuierungsfunktion and reset function can be influenced, since the pressure levels between the sides of the rotary valve, especially in vollaktuierten operation differ.

Ferner umfasst die Erfindung eine Failsafe-Einrichtung. Dazu weist der Arbeitskolben ein Federelement auf, mit dem sich dieser nach einer aktiven Sperraktuierung eigenständig und passiv wieder auf eine Ausfallposition stellt, die einer vollständig geöffneten Stellung des Drehschiebers entspricht. Als bevorzugtes Federelement ist zwischen dem Arbeitskolben und dem Gehäuse der Sperrvorrichtung eine Druckfeder eingesetzt. Alternativ dazu kann zur Failsafe-Rückstellung eine Torsionsfeder vorgesehen werden, welche zwischen dem Drehschieber und dem Gehäuse der Sperrvorrichtung abgestützt ist. Ein Rückstellen des Systems nach Aktuierungsende erfolgt somit eigenständig und passiv über die Failsafe-Federkraft, welche den Arbeitskolben wieder in seinen nicht aktuierten Anschlag treibt.Furthermore, the invention comprises a failsafe device. For this purpose, the working piston has a spring element, with which it automatically and passively returns after an active locking actuation to a failure position, which corresponds to a fully open position of the rotary valve. As a preferred spring element, a compression spring is inserted between the working piston and the housing of the locking device. Alternatively, for fail-safe provision, a torsion spring can be provided, which is supported between the rotary valve and the housing of the locking device. A reset of the system after Aktuierungsende thus takes place independently and passively on the failsafe spring force, which drives the working piston back into its not actuated stop.

Das konstruktive Konzept der Sperrvorrichtung gemäß der Erfindung schließt vorteilhaft eine hydraulische Aktuierung ein, die nicht einer drehenden Welle oder einer fixen Achse zugeordnet ist. Vielmehr kann die Lage der Ansaugung bzw. die Lage des Ansaugrückschlagventils frei ausgewählt werden. Außerdem erfordert der erfindungsgemäße Aufbau keine übereinstimmende Lage von dem Ansaug- und Überschiebe-Rückschlagventil, beispielsweise in einer Welle oder Achse, sondern ermöglicht, diese Bauteile ohne eine konkrete Vorgabe zu platzieren. Weiterhin kann der die Rückschlagventile verbindende und zur Aufnahme des Pumpkolbens bestimmte Druckraum sowohl von der Lage, der Gestaltung wie auch von der Größe weitestgehend frei gestaltet werden. Auch die Lage von dem mit dem Pumpkolben zusammenwirkenden Magneten ist relativ variabel, da dieser nicht an die Achse eines der beiden Rückschlagventile gebunden ist. Erforderlich ist lediglich, dass der Magnetanker und der Pumpkolben in einer übereinstimmenden Achse ausgerichtet sind, um eine schwellende Bewegung von dem Magnetanker direkt auf den Pumpkolben übertragen zu können. Dagegen ist keine Drehentkopplung zwischen diesen beiden Elementen erforderlich, da das System komplett in einem ruhenden Gehäuse untergebracht wird.The constructive concept of the locking device according to the invention advantageously includes a hydraulic actuation, which is not associated with a rotating shaft or a fixed axis. Rather, the position of the suction or the position of the Ansaugrückschlagventils can be freely selected. In addition, the structure according to the invention does not require a matching position of the suction and override check valve, for example in a shaft or axis, but allows to place these components without a specific specification. Furthermore, the pressure chamber connecting the non-return valves and intended for receiving the pump piston can be made as free as possible of both the position, the design as well as the size. The position of the cooperating with the pump piston magnet is relatively variable, since this is not bound to the axis of one of the two check valves. It is only necessary that the magnet armature and the pump piston are aligned in a coincident axis in order to be able to transmit a swelling movement from the magnet armature directly to the pump piston. In contrast, no rotational decoupling between these two elements is required because the system is completely housed in a stationary housing.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Drehschieber innerhalb des abgedichteten Gehäuses der Sperrvorrichtung eingesetzt, wobei dessen Innenraum zumindest mit dem Arbeitsmedium, dem Kühlmittel, gefüllt ist. Der Drehschieber sowie das zugehörige das Getriebeelement einschließende System sind somit von dem Arbeitsmedium umschlossen, die folglich um die Drehschieberachse keinerlei dynamische Dichtungen benötigen. Durch diesen Aufbau wird die Fehlermöglichkeit aufgrund einer äußeren Leckage vermieden. Außerdem reduziert sich das innere Reibniveau des Systems zur Verstellung des Drehschiebers, was sich vorteilhaft auf die Anforderungen an die Aktuierungseinheit auswirkt.According to a further embodiment of the invention, the rotary valve is inserted within the sealed housing of the locking device, wherein the interior is at least filled with the working fluid, the coolant. The rotary valve and the associated the transmission element enclosing system are thus enclosed by the working fluid, which consequently do not require any dynamic seals around the rotary valve axis. This construction avoids the possibility of failure due to external leakage. In addition, reduces the internal friction level of the system for adjusting the rotary valve, which has an advantageous effect on the requirements of the Aktuierungseinheit.

Ferner schließt die Erfindung zur Abdichtung des Drehschiebers zumindest eine Hauptdichtung ein. Die insbesondere als ein radial angeordnetes Dichtpaket ausgeführte Dichtung kann in Strömungsrichtung gesehen vor oder hinter dem Drehschieber eingesetzt werden. Dabei ist eine Auslegung vorgesehen, die unabhängig von der Dichtungslage sicherstellt, dass in der vollaktuierten Position des Drehschiebers eine durch den Staudruck hervorgerufene Druckunterstützung an der Dichtung erfolgt, um damit die Dichtwirkung auf den Drehschieber zu gewährleisten.Furthermore, the invention for sealing the rotary valve includes at least one main seal. The seal, which is designed in particular as a radially arranged sealing package, can be used in front of or behind the rotary valve in the direction of flow. In this case, a design is provided which ensures regardless of the gasket layer that in the vollaktuierten position of the rotary valve caused by the back pressure pressure support is made to the seal in order to ensure the sealing effect on the rotary valve.

Die erfindungsgemäße Sperrvorrichtung kann vorteilhaft als eine separate Einheit in ein Kühlsystem oder Schmiersystem der Brennkraftmaschine integriert werden, um beispielsweise einzelne Teilkreise des Gesamtsystems bedarfsabhängig zu sperren oder um gezielt einzelne Kühl- oder Schmiermittelkreisläufe zu beaufschlagen. Dazu bietet es sich an, die Sperrvorrichtung im „plug + play-Style” auszubilden, d. h. als eine direkt einbaufähige Einheit, mit der ein bestehendes System in einfacher Weise ergänzt oder eine vorhandene Sperrvorrichtung vereinfacht ausgetauscht werden kann.The locking device according to the invention can be advantageously integrated as a separate unit in a cooling system or lubrication system of the internal combustion engine, for example, to block individual sub-circuits of the entire system demand or to selectively apply individual cooling or lubricant circuits. It makes sense to form the locking device in the "plug + play style", d. H. as a directly installable unit, with an existing system can be easily supplemented or an existing locking device can be easily replaced.

Zur funktionalen Aufwertung eines vorhandenen Systems kann die erfindungsgemäße Sperrvorrichtung außerdem über Schlauchanschlüsse nach einer Pumpe in ein Kühlsystem oder Schmiersystem eingebracht werden. Alternativ dazu schließt die Erfindung ein die Sperrvorrichtung mit einem Bauteil, bevorzugt mit einem Pumpengehäuse, des Kühl- oder Schmiersystems der Brennkraftmaschine zu kombinieren.For functional upgrading of an existing system, the locking device according to the invention can also be introduced via hose connections to a pump in a cooling system or lubrication system. Alternatively, the invention includes combining the locking device with a component, preferably with a pump housing, the cooling or lubricating system of the internal combustion engine.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist. Die dargestellte Ausführungsform zeigt ein Beispiel von einer erfindungsgemäßen Lösung, sie stellt jedoch keine abschließende Begrenzung der Erfindung dar. Dabei zeigt: Further features of the invention will become apparent from the following description of the drawings, in which an embodiment of the invention is shown. The illustrated embodiment shows an example of a solution according to the invention, but it is not a final limitation of the invention.

1 eine erfindungsgemäße Sperrvorrichtung in einem Längsschnitt, der insbesondere den Aufbau der Aktuatorik verdeutlicht; 1 a locking device according to the invention in a longitudinal section, which illustrates in particular the structure of the actuator;

2 in einer weiteren Schnittansicht die Sperrvorrichtung gemäß 1, die eine Abdichtung eines Drehschiebers zeigt, die in Strömungsrichtung gesehen hinter dem Drehschieber platziert ist; und 2 in a further sectional view of the locking device according to 1 showing a seal of a rotary valve, which is placed behind the rotary valve seen in the flow direction; and

3 die Schnittansicht der Sperrvorrichtung gemäß 2, wobei die Abdichtung des Drehschiebers in Strömungsrichtung gesehen vor dem Drehschieber angeordnet ist. 3 the sectional view of the locking device according to 2 , Wherein the seal of the rotary valve is arranged in the flow direction in front of the rotary valve.

Die 1 zeigt eine Sperrvorrichtung 1, die einem Kühlsystem oder einem Schmiersystem (nicht gezeigt) einer Brennkraftmaschine zugeordnet werden kann. Dabei verdeutlicht die Schnittansicht insbesondere den Aufbau einer Aktuatorik 2, die gemeinsam mit einem als Drehschieber 3 ausgebildeten Stellorgan in einem Gehäuse 4 integriert sind. Die Aktuatorik 2 umfasst einen ortsfest in einer Aufnahme 5 des Gehäuses 4 eingesetzten, im Betriebszustand der Sperrvorrichtung 1 oszillierenden Magnet 6, der einen Pumpkolben 7 aktuiert. Der mittels einer Dichtung 8 abgedichtete und mit einer Rückholfeder 9 zusammenwirkende Pumpkolben 7 begrenzt in der Aufnahme 5 gemeinsam mit einem Ansaugventil 10 und einem Überschiebeventil 11 einen Druckraum 12. Aufgrund des oszillierenden Pumpkolbens 7 wird ein Arbeitsmedium, beispielsweise ein Kühlmittel, aus einem Innenraum 13 des Gehäuses 4 über das als Rückschlagventil ausgebildete Ansaugventil 10 in den Druckraum 12 angesaugt. Anschließend wird das angesaugte Arbeitsmedium im Druckraum 12 komprimiert und nach Überschreiten eines Öffnungsdrucks von dem ebenfalls als Rückschlagventil ausgebildeten Überschiebeventil 11 einem Arbeitskolben 14 zugeleitet. Eine Verschiebung in Pfeilrichtung des rechtwinkelig zu dem Pumpkolben 7 in dem Gehäuse 4 geführten und abgedichteten Arbeitskolbens 14 aus der in 1 gezeigten Ausgangsstellung erfolgt nach Überwindung einer Kraft des Federelements 16. Eine einstückig mit dem Arbeitskolben 14 verbundene Zahnstange 15 steht formschlüssig mit einem Zahnelement 17 des Drehschiebers 3 in Eingriff. Eine Hubbewegung des Arbeitskolbens 14 wird somit von einem aus der Zahnstange 15 und dem Zahnelement 17 gebildeten Getriebeelement 18 in eine Drehbewegung des um eine Drehachse 19 sich drehenden Drehschiebers 3 umgesetzt. Das als Druckfeder ausgelegte, mit dem Arbeitskolben 14 zusammenwirkende Federelement 16 bildet gleichzeitig eine Failsafe-Einrichtung 20. Diese stellt beispielsweise bei einer Störung der Aktuatorik 2 sicher, dass der Arbeitskolben 14 und gleichzeitig der über das Getriebeelement 18 mit dem Arbeitskolben 14 verbundene Drehschieber 3 in eine einen maximalen Durchfluss sicherstellende Ausgangsstellung verstellt wird. Die Sperrvorrichtung 1 umfasst gemäß der 1 einen Eingang 21 sowie einen Ausgang 22, die jeweils als Schlauchanschluss ausgebildet sind, über die das Arbeitsmedium in das Gehäuse 4 der Sperrvorrichtung 1 ein- und ausströmen kann. Diese Kühlmediumanschlüsse vereinfachen den Einbau der Sperrvorrichtung 1 als eine separate Einheit in ein Kühl- oder Schmiersystem einer Brennkraftmaschine.The 1 shows a locking device 1 , which can be assigned to a cooling system or a lubrication system (not shown) of an internal combustion engine. In this case, the sectional view illustrates in particular the structure of an actuator 2 that together with a as a rotary valve 3 trained actuator in a housing 4 are integrated. The actuators 2 includes a fixed in a receptacle 5 of the housing 4 used, in the operating state of the locking device 1 oscillating magnet 6 holding a pump piston 7 actuated. The by means of a seal 8th sealed and with a return spring 9 cooperating pump pistons 7 limited in the admission 5 together with a suction valve 10 and a slide over valve 11 a pressure room 12 , Due to the oscillating pump piston 7 becomes a working medium, for example, a coolant, from an interior 13 of the housing 4 via the suction valve designed as a check valve 10 in the pressure room 12 sucked. Subsequently, the sucked working medium in the pressure chamber 12 compressed and after exceeding an opening pressure of the also designed as a check valve override valve 11 a working piston 14 fed. A shift in the direction of the arrow perpendicular to the pump piston 7 in the case 4 guided and sealed working piston 14 from the in 1 shown starting position takes place after overcoming a force of the spring element 16 , One piece with the working piston 14 connected rack 15 is form-fitting with a toothed element 17 of the rotary valve 3 engaged. A lifting movement of the working piston 14 is thus one of the rack 15 and the toothed element 17 formed transmission element 18 in a rotational movement of the about a rotation axis 19 rotating rotary valve 3 implemented. Designed as a compression spring, with the working piston 14 cooperating spring element 16 at the same time forms a failsafe device 20 , This represents, for example, a fault in the actuator 2 sure that the working piston 14 and at the same time over the transmission element 18 with the working piston 14 connected rotary valves 3 is adjusted to a maximum flow ensuring a starting position. The locking device 1 includes according to 1 an entrance 21 as well as an exit 22 , which are each designed as a hose connection, via which the working fluid into the housing 4 the locking device 1 can flow in and out. These cooling medium connections simplify the installation of the locking device 1 as a separate unit in a cooling or lubricating system of an internal combustion engine.

Die 2 und 3 veranschaulichen in einer zu der 1 abweichenden Schnittdarstellung durch die Sperrvorrichtung 1 insbesondere die Abdichtung des Drehschiebers 3 in dem Gehäuse 4. Ähnliche oder gleiche Bauteile sind in den 2 und 3 mit übereinstimmenden Bezugszeichen zu 1 versehen. Die nachfolgende Beschreibung beschränkt sich daher weitestgehend auf Ausgestaltungen, die sich von der 1 unterscheiden. Die 2 zeigt den weitestgehend als Kugelkörper ausgebildeten Drehschieber 3, der auf der zum Ausgang 22 gerichteten Seite zur Abdichtung ein Dichtpaket 23 einschließt. Der Aufbau des Dichtpakets 23 umfasst eine elastische Dichtung 24, die von einer Dichtungsfeder 25 beaufschlagt, kraftschlüssig an einer Außenkontur des Drehschiebers 3 abgestützt ist und dabei einen Steuerquerschnitt 27 des Drehschiebers gegenüber dem Innenraum 13 abdichtet. In der Abbildung gemäß der 3 ist dem Drehschieber 3 staudruckseitig, d. h. auf der zum Eingang 21 gerichteten Seite, das Dichtpaket 23 zugeordnet.The 2 and 3 illustrate in a to the 1 deviating sectional view through the locking device 1 in particular the sealing of the rotary valve 3 in the case 4 , Similar or identical components are in the 2 and 3 with matching reference numerals 1 Mistake. The following description is therefore limited as far as possible to embodiments that differ from the 1 differ. The 2 shows the largely formed as a spherical body rotary valve 3 on the way to the exit 22 directed side for sealing a sealing package 23 includes. The structure of the sealing package 23 includes an elastic seal 24 that of a sealing spring 25 acted upon, non-positively on an outer contour of the rotary valve 3 is supported while a control cross section 27 the rotary valve relative to the interior 13 seals. In the picture according to the 3 is the rotary valve 3 back pressure, ie on the entrance 21 directed side, the sealing package 23 assigned.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11

Sperrvorrichtunglocking device

22

Aktuatorikactuators

33

Drehschieberrotary vane

44

Gehäusecasing

55

Aufnahmeadmission

66

Magnetmagnet

77

Pumpkolbenpump piston

88th

Dichtungpoetry

99

Rückholfederreturn spring

1010

Ansaugventilintake valve

1111

ÜberschiebeventilAbout slide valve

1212

Druckraumpressure chamber

1313

Innenrauminner space

1414

Arbeitskolbenworking piston

1515

Zahnstangerack

1616

Federelementspring element

1717

Zahnelementtooth element

1818

Getriebeelementgear element

1919

Drehachseaxis of rotation

2020

Failsafe-EinrichtungFailsafe device

2121

Eingangentrance

2222

Ausgangoutput

2323

Dichtpaketsealing package

2424

Dichtungpoetry

2525

Dichtungsfederseal spring

2626

SteuerquerschnittControl section

Claims (10)

Schaltbare Sperrvorrichtung (1) für ein Kühlsystem oder ein Schmiersystem einer Brennkraftmaschine, bestehend aus einem Gehäuse (4), in dem mittels einer Aktuatorik (2) ein als Drehschieber (3) ausgebildetes Stellorgan verstellbar ist, wobei als Aktuatorik (2) ein oszillierender Magnet (6) einen Pumpkolben (7) aktuiert, der über ein Ansaugventil (10) ein Arbeitsmedium ansaugt und in einem Druckraum (12) komprimiert, wobei nach Überschreiten eines Öffnungsdrucks von einem Überschiebeventil (11) das Arbeitsmedium einen Arbeitskolben (14) beaufschlagt, dessen Hubbewegung von einem Getriebeelement (18) in eine Drehbewegung des in dem Gehäuse (4) drehbar gelagerten Drehschiebers (3) umgesetzt wird, der mit zumindest zwei vom Arbeitsmedium durchströmbaren Anschlüssen, einem Eingang (21) und einem Ausgang (22), der Sperrvorrichtung (1) verbunden ist.Switchable locking device ( 1 ) for a cooling system or a lubrication system of an internal combustion engine, comprising a housing ( 4 ), in which by means of an actuator ( 2 ) as a rotary valve ( 3 ) trained actuator is adjustable, wherein as actuator ( 2 ) an oscillating magnet ( 6 ) a pump piston ( 7 ), which via an intake valve ( 10 ) sucks in a working medium and in a pressure chamber ( 12 ), wherein after exceeding an opening pressure of a slide-over valve ( 11 ) the working fluid is a working piston ( 14 ), whose stroke movement from a transmission element ( 18 ) in a rotational movement of the in the housing ( 4 ) rotatably mounted rotary valve ( 3 ) is reacted with at least two of the working medium through-flow ports, an input ( 21 ) and an output ( 22 ), the locking device ( 1 ) connected is. Sperrvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Volumenstrom des Arbeitsmediums über eine Verstellung des als Kugelkörper mit zumindest einem Steuerquerschnitt (26) ausgeführten Drehschiebers (3) über die Aktuatorik (2) zwischen zwei Endstellungen stufenlos einstellbar ist.Locking device according to claim 1, characterized in that a volume flow of the working medium via an adjustment of the ball body with at least one control cross-section ( 26 ) rotary valve ( 3 ) via the actuators ( 2 ) is infinitely adjustable between two end positions. Sperrvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebeelement (18) eine mittelbar oder unmittelbar mit dem Arbeitskolben (14) verbundene Zahnstange (15) aufweist, die mit einem Zahnelement (17) des Drehschiebers (3) formschlüssig in Eingriff steht.Locking device according to one of the preceding claims, characterized in that the transmission element ( 18 ) one directly or indirectly with the working piston ( 14 ) connected rack ( 15 ), which with a toothed element ( 17 ) of the rotary valve ( 3 ) is positively engaged. Sperrvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ansaugventil (10) der Aktuatorik (2) einer dem Drehschieber (3) vorgelagerten Vorderseite oder auf einer Rückseite des Drehschiebers (3) zugeordnet ist.Locking device according to one of the preceding claims, characterized in that the intake valve ( 10 ) of the actuators ( 2 ) a the rotary valve ( 3 ) upstream or on a rear side of the rotary valve ( 3 ) assigned. Sperrvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Austrittsöffnung des Arbeitskolbens (14) in einem Bereich vor dem Drehschieber (3) oder nach dem Drehschieber (3) mündet.Locking device according to one of the preceding claims, characterized in that an outlet opening of the working piston ( 14 ) in an area in front of the rotary valve ( 3 ) or after the rotary valve ( 3 ) opens. Sperrvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Failsafe-Einrichtung (20) der Arbeitskolben (14) ein Federelement (16) aufweist, das nach einer Aktuierung eigenständig eine Rückstellung des Arbeitskolbens (14) vornimmt, wodurch gleichzeitig der Drehschieber (3) in eine Ausgangsstellung verstellt wird.Locking device according to one of the preceding claims, characterized in that as failsafe device ( 20 ) the working piston ( 14 ) a spring element ( 16 ), which after an actuation independently a provision of the working piston ( 14 ), whereby simultaneously the rotary valve ( 3 ) is adjusted to a starting position. Sperrvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lage des Pumpkolbens (7) und des zugehörigen oszillierenden Magnets (6) in dem Gehäuse (4) der Sperrvorrichtung (1) relativfrei wählbar ist.Locking device according to one of the preceding claims, characterized in that a position of the pump piston ( 7 ) and the associated oscillating magnet ( 6 ) in the housing ( 4 ) of the locking device ( 1 ) is selectable relatively freely. Sperrvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Innenraum (13) des mit dem Arbeitsmedium gefüllten Gehäuses (4) der Sperrvorrichtung (1) der Drehschieber (3) sowie das zugehörige Getriebeelement (18) eingesetzt sind.Locking device according to one of the preceding claims, characterized in that in an interior space ( 13 ) of the filled with the working fluid housing ( 4 ) of the locking device ( 1 ) the rotary valve ( 3 ) and the associated transmission element ( 18 ) are used. Sperrvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehschieber (3) über zumindest ein radial angeordnetes Dichtpaket (23) abgedichtet ist, das in Strömungsrichtung gesehen hinter oder vor dem Drehschieber (3) platziert ist.Locking device according to one of the preceding claims, characterized in that the rotary valve ( 3 ) via at least one radially arranged sealing package ( 23 ), seen in the flow direction behind or in front of the rotary valve ( 3 ) is placed. Sperrvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrvorrichtung (1) als separate Einheit in dem Kühlsystem oder dem Schmiersystem der Brennkraftmaschine eingesetzt oder unmittelbar einem Bauteil des Kühl- oder Schmiersystems zugeordnet ist.Locking device according to one of the preceding claims, characterized in that the locking device ( 1 ) is used as a separate unit in the cooling system or the lubrication system of the internal combustion engine or is assigned directly to a component of the cooling or lubrication system.

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