DE102014011746B4

DE102014011746B4 - Kühlmittelkreislauf für ein Fahrzeug sowie Drehsteller für einen solchen Kühlmittelkreislauf

Info

Publication number: DE102014011746B4
Application number: DE102014011746.4A
Authority: DE
Inventors: Markus Störmer
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2014-08-07
Filing date: 2014-08-07
Publication date: 2016-03-03
Anticipated expiration: 2034-08-08
Also published as: DE102014011746A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kühlmittelkreislauf für ein Kraftfahrzeug, mit einem Kühlmittelpumpenkreislauf (1) und zumindest einem Teilkreislauf (3, 5, 7), in welchem Kühlmittelpumpenkreislauf (1) eine Kühlmittelpumpe (39) über eine Saugleitung und eine Druckleitung mit einem Sauganschluss (15) und einem Druckanschluss (17) eines Drehstellers (9) verbunden ist, in dem ein drehbetätigbarer Saugdrehschieber (21) und ein drehbetätigbarer Druckdrehschieber (25) angeordnet sind, wobei ein Strömungsdurchlass (33) des Saugdrehschiebers (21) den Sauganschluss (15) mit zumindest einem zum Teilkreislauf (3, 5, 7) führenden Teilkreislauf-Anschluss (11) des Drehstellers (9) verbindet und wobei der Strömungsdurchlass (33) des Druckdrehschiebers (25) den Druckanschluss (17) mit zumindest einem Teilkreislauf-Anschluss (11) des Drehstellers (9) verbindet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kühlmittelkreislauf für ein Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und einen Drehsteller nach dem Patentanspruch 11.
Das Thermomanagement im Fahrzeug erfolgt mit Hilfe eines Kühlmittelkreislaufes, mittels dem die Motorkühlung sowie die Optimierung des Innenraumkomforts und die Getriebekühlung geregelt wird. Hierzu weist der Kühlmittelkreislauf Teilkreisläufe auf, in denen Wärmetauscher geschaltet sind, um eine entsprechende Wärmeübertragung zu ermöglichen. Die Teilkreisläufe sind über Ventilelemente, zum Beispiel einem zentralen Drehsteller, dem Kühlmittelkreislauf zuschaltbar oder stilllegbar.
Aus der DE 10 2009 020 187 B4 ist ein gattungsgemäßer Kühlmittelkreislauf für ein Fahrzeug bekannt. Der Kühlmittelkreislauf ist aufgeteilt in einen Hauptkreislauf sowie in Teilkreisläufe, das heißt einem Ölkühlerkreislauf und einem Heizungskreislauf. Im Hauptkreislauf ist eine Kühlmittelpumpe geschaltet, die mit einer Saugleitung und einer Druckleitung mit einem korrespondierenden Sauganschluss und einem Druckanschluss eines Drehstellers verbunden ist. In dem Drehsteller ist ein drehbetätigbarer Saugdrehschieber angeordnet, mit dessen Strömungsdurchlass der Drehsteller-Sauganschluss mit zumindest einem Teilkreis-Anschluss des Drehstellers verbindbar ist. Zudem ist im Drehsteller ein drehbetätigbarer Druckdrehschieber angeordnet, mit dessen Strömungsdurchlass der Drehsteller-Druckanschluss mit zumindest einem Teilkreisanschluss des Drehstellers verbindbar ist.
Durch Bereitstellung des Saugdrehstellers und des Druckdrehstellers können in dem Kühlmittelkreislauf die Teilkreisläufe in unterschiedlichen Leitungsführungen miteinander strömungstechnisch verbunden oder voneinander getrennt werden. In der DE 10 2009 020 187 B4 sind jedoch die Strömungsdurchlässe des Saugdrehschiebers und des Druckdrehschiebers voneinander strömungstechnisch entkoppelt, wodurch die Variabilität des Drehstellers eingeschränkt ist.
Aus der DE 10 2006 050 826 A1 ist ein Drehsteller mit einem ersten Drehschieber, einem zweiten Drehschieber und einem Zwischendrehschieber bekannt. Der Zwischendrehschieber erlaubt eine Verbindung der Strömungsdurchlässe des ersten und zweiten Drehschiebers.
Die DE 10 2010 037 148 A1 beschreibt ein Mehrwegeventil mit einem Gehäuse, das einen Ventileingang und einen Ventilausgang aufweist. In dem Gehäuse sind Ventileinrichtungen mit Ventilelementen angeordnet. Die drehbaren Ventilelemente weisen dabei mehrere Eingangs- und Ausgangsöffnungen auf, so dass ein Fluid das jeweilige Ventilelement unterschiedlich durchfließen kann.
Die DE 11 2013 002 082 T5 zeigt eine Strömungsdurchgangsumschalteinheit mit mehrere Drehventilen, die nebeneinander angeordnet sind und von einer einzigen Antriebsquelle verdreht werden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Kühlmittelkreislauf sowie einen Drehsteller für einen solchen Kühlmittelkreislauf bereitzustellen, dessen Funktionalität gegenüber dem aus dem Stand der Technik bekannten Drehschieber gesteigert ist.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 oder des Patentanspruches 11 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
Der Erfindung liegt der Kerngedanke zugrunde, die Variabilität des im Kühlmittelkreislauf eingesetzten Drehstellers in konstruktiv einfacher Weise zu steigern, um durch unterschiedliche Leitungsführungen eine größtmögliche Variation von Volumenströmen im Kühlmittelkreislauf zu erlauben. Vor diesem Hintergrund ist gemäß Patentanspruch 1 in dem Drehsteller des Kühlmittelkreislaufes zumindest ein weiterer drehbetätigbarer Zwischendrehschieber angeordnet, mit dem die Strömungsdurchlässe des Saugdrehschiebers und des Druckdrehschiebers strömungstechnisch miteinander verbindbar sind. Auf diese Weise ergeben sich weitere Freiheitsgrade bei der Leitungsführung innerhalb des Drehstellers. Die Drehbetätigung der somit zumindest drei Drehschieber erfolgt in an sich bekannter Weise zum Beispiel über einen Zahnradtrieb oder dergleichen.
Zur strömungstechnischen Verbindung des Saugdrehschiebers mit dem Druckdrehschieber kann der Zwischendrehschieber einen Strömungsdurchlass aufweisen. Der Strömungsdurchlass kann zur weiteren Steigerung der Drehsteller-Funktionalität mit zumindest einem Teilkreislauf-Anschluss des Drehstellers verbindbar sein. Der Teilkreislauf-Anschluss und auch die Saug- sowie Druckanschlüsse sind in einem Drehsteller-Gehäuse vorgesehen, in dessen Innenraum die insgesamt zumindest drei Drehschieber angeordnet sind. Die Teilkreislauf-Anschlüsse sind über entsprechende Zu- oder Ableitungen mit den Teilkreisläufen gekoppelt.
In einer schaltungs- und regelungstechnisch bevorzugten Variante kann im Kühlmittelpumpenkreislauf, abgesehen von der Kühlmittelpumpe und dem Drehsteller, keine weitere Strömungskomponente, das heißt Wärmetauscher und/oder Wärmeübertrager, angeordnet sein.
Zur Bildung des Strömungsdurchlasses weist der Saug-, Druck- und/oder Zwischendrehschieber erfindungsgemäß jeweils einen Ringraum auf. Der Ringraum ist zumindest teilweise von Kühlmittel durchströmbar. Zudem kann der Ringraum des Saug-, Druck- und/oder Zwischendrehschiebers rotationssymmetrisch um die Drehschieber-Drehachse verlaufen.
In einer technischen Realisierung der Erfindung kann der Saug-, Druck- und/oder Zwischendrehschieber einen Zylindermantel aufweisen. Dieser kann zur Drehschieber-Drehachse rotationssymmetrisch im Gehäuseraum des Drehsteller-Gehäuses angeordnet sein. Zudem kann der Zylindermantel des Drehschiebers doppelwandig ausgeführt sein, und zwar mit einer radial inneren Innenwand und einer radial äußeren Außenwand, die den Ringraum begrenzen. Der Ringraum kann, wie bereits oben erwähnt, nicht voll umfänglich mit Kühlmittel durchströmbar sein, sondern vielmehr nur über ein Teilsegment. Zur strömungstechnischen Verbindung mit den gehäuseseitigen Anschlüssen und/oder mit angrenzenden Drehschiebern weist der, den Strömungsdurchlass bildende Ringraum des jeweiligen Drehschiebers erfindungsgemäß Kühlmittelöffnungen auf. Die Kühlmittelöffnungen können in Radialrichtung betrachtet außen an der Außenwand des zylindrischen Drehschiebers positioniert sein und zum Beispiel mit einem Teilkreislauf-Anschluss des Drehstellers in Überdeckung bringbar sein. Erfindungsgemäß weist der jeweilige Drehschieber in der Axialrichtung betrachtet jeweils eine stirnseitige Kühlmittelöffnung auf, die eine Kühlmittel-Überleitung in der Axialrichtung zu einem gehäuseseitigen Anschluss und/oder einem Ringraum eines angrenzenden Drehschiebers ermöglicht.
In der technischen Umsetzung können die zumindest drei Drehschieber, das heißt der Saugdrehschieber, der Druckdrehschieber und der zwischengeordnete Zwischendrehschieber betrachtet in Reihe hintereinander angeordnet sein und im Drehsteller-Innenraum drehbar gelagert sein. Hierzu kann das Drehsteller-Gehäuse hohlzylindrisch ausgeführt sein mit einer nach außen fluiddicht geschlossenen Ummantelung.
Die derart im hohlzylindrischen Drehsteller-Gehäuse positionierten Drehschieber können allesamt baugleich ausgeführt sein, und zwar mit Ausnahme der axialen und/oder radialen Kühlmittelöffnungen. Diese sind im Hinblick auf die Größe und/oder Positionierung entsprechend der Regelungsanforderung ausgelegt. Im Unterschied zur Außenwand kann die Innenwand des doppelwandigen Zylindermantels des Drehschiebers fluiddicht geschlossen sein. Bevorzugt können für jeden Drehschieber jeweils eine Reihe von Teilkreislauf-Anschlüssen im Drehsteller-Gehäuse bereitgestellt sein, um eine größtmögliche Variation der Teilkreisläufe bereitzustellen.
Mit dem erfindungsgemäßen Drehsteller können in regelungstechnisch einfacher Weise die Teilkreisläufe je nach Betriebsanforderung in Reihenschaltung oder in Parallelschaltung miteinander verschaltet werden.
Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und/oder Weiterbildungen der Erfindung können – außer zum Beispiel in den Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen – einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.
Es zeigen:
1 einen grob schematisch angedeuteten Kühlmittelkreislauf in einem Fahrzeug mit einem darin integrierten Drehsteller;
2 eine Vollschnittdarstellung des Drehsteller in Alleinstellung;
3 und 4 jeweils perspektivische Detailansichten des Drehstellers; und
5 eine beispielhafte Verschaltung der Teilkreisläufe im Kühlmittelkreislauf.
In der 1 ist ein Kühlmittelkreislauf eines Fahrzeuges nur insoweit dargestellt, als es für das Verständnis der Erfindung erforderlich ist. Demzufolge weist der Kühlmittelkreislauf einen Kühlmittelpumpenkreislauf 1 sowie drei Teilkreisläufe 3, 5, 7 auf, nämlich einen Heizungskreislauf 3, einen Elektromotor-Kreislauf 5 sowie einen Getriebekreislauf 7. Der Kühlmittelpumpenkreislauf 1 ist über einen Drehsteller 9 mit den Teilkreisläufen 3, 5, 7 strömungstechnisch verbindbar.
Nachfolgend wird zunächst der grundsätzliche Aufbau sowie die Funktionsweise des Drehstellers 9 anhand der 2 bis 4 beschrieben. Gemäß der 2 bis 4 weist der Drehsteller 9 ein hohlzylindrisches Drehsteller-Gehäuse 10 auf. In der zylindrischen Gehäusewand des Drehsteller-Gehäuses 10 sind jeweils umlaufend eine Vielzahl von Teilkreislauf-Anschlüssen 11 ausgebildet, die sternförmig am Außenumfang angeordnet sind und an denen Leitungen der Teilkreisläufe 3, 5, 7 angeschlossen sind. Die Stirnseiten des zylindrischen Drehsteller-Gehäuses 10 sind jeweils mittels Gehäuseböden 13 fluiddicht geschlossen und mit je einem axial nach außen abragenden Sauganschluss 15 und einem Druckanschluss 17 ausgebildet.
Wie aus der 4 hervorgeht, sind in Umfangsrichtung betrachtet jeweils insgesamt fünf Teilkreislauf-Anschlüsse 11 am Drehsteller-Gehäuse 9 angeordnet, und zwar auf gleicher Axialhöhe. Die auf gleicher Axialhöhe angeordnete Teilkreislauf-Anschlüsse 11 sind in der 4 strömungstechnisch einem Saugdrehschieber 21 zugeordnet. In gleicher Weise sind auch den weiteren Drehschiebern 22 bis 25 im Drehsteller-Gehäuse 10 Teilkreislauf-Anschlüsse 11 zugeordnet. Beispielhaft können daher insgesamt 25 Teilkreislauf-Anschlüsse 11 an der Gehäuse-Umfangswand des Drehstellers 9 ausgebildet sein.
Das Drehsteller-Gehäuse 10 begrenzt innenseitig einen Gehäuseraum, in dem gemäß der 1 die insgesamt fünf drehbetätigbaren Drehschieber 21 bis 25 angeordnet sind. Die Drehschieber 21 bis 25 sind jeweils grundsätzlich baugleich ausgeführt, und zwar mit einem zur Gehäuseachse G rotationssymmetrischen Zylindermantel 27 der jeweils doppelwandig mit einer radial inneren Innenwandung 29 und einer radial äußeren Außenwand 31. Der dazwischen gebildete Ringraum 33 bildet einen Strömungsdurchlass für den jeweiligen Drehschieber.
Zudem ist gemäß der 2 der jeweilige Drehschieber-Ringraum 33 mit Kühlmittelöffnungen 35, 37 versehen, die in der Außenwand 31 des jeweiligen Drehschiebers 21 bis 25 sowie in seinen Stirnseiten ausgebildet sind, um einen axialen Zugang des Kühlmittels in den Drehschieber-Ringraum 33 zu ermöglichen. Gemäß der 2 sind die in der Außenwand 31 gebildeten Kühlmittelöffnungen 35 kreisförmige Bohrungen, während die Kühlmittelöffnungen 37 an den Drehschieber-Stirnseiten nach Art eines Langloches in der Umfangsrichtung kreisbogenförmig langgestreckt sind. Der in den 3 oder 4 gezeigte Drehschieber-Ringraum 33 erstreckt sich nicht vollumfänglich um die Gehäuseachse G, sondern vielmehr nur über ein Teilsegment, so dass sich im Querschnitt betrachtet ein etwa C-förmiger Ringraum 33 ergibt.
Im Gegensatz zur Außenwand 31 ist die Ringraum-Innenwand 29 flüssigkeitsdicht, das heißt ohne Durchgangsöffnungen, ausgeführt, wodurch keine Strömungsverbindung zum Innenraum 19 vorhanden ist, der von der Innenwand 29 des Drehschiebers 21 begrenzt ist.
Wie aus der 2 weiter hervorgeht, sind die Drehschieber 21 bis 25 entlang der Gehäuse-Achse G in Reihe koaxial zueinander angeordnet. Die Kühlmittelöffnungen 35, 37 der Drehschieber 21 bis 25 sind dabei so zueinander ausgelegt, dass der Kühlmittelpumpenkreislauf 1 in unterschiedlichsten Variationen mit den Teilkreisläufen 3 bis 7 verschaltbar ist.
Wie aus der 1 hervorgeht, ist der Drehsteller 9 derart im Kühlmittelkreislauf verschaltet, dass dessen stirnseitige Saug- und Druckanschlüsse 15, 17 jeweils saugseitig und druckseitig mit einer Kühlmittelpumpe 39 verbunden sind. Abgesehen von der Kühlmittelpumpe 39 und dem Drehsteller 9 ist in dem Kühlmittelpumpenkreislauf 1 keine weitere Komponente, das heißt zum Beispiel ein Wärmetauscher oder dergleichen, verschaltet. Je nach Drehbetätigung eines oder mehrerer der Drehschieber 21 bis 25 können unterschiedliche Leitungsführungen innerhalb der Drehstellers 9 ermöglicht werden.
Gemäß der 1 sind beispielhaft die Teilkreisläufe 3, 5, 7 jeweils mit den axial außen liegenden Teilkreislauf-Anschlüssen 11 verbunden. Die dazu korrespondierenden, jeweils axial außen liegenden Drehschieber 21, 25 wirken daher als Saugdrehschieber 21 und als Druckdrehschieber 25, deren Strömungsdurchlässe 33 den Druckanschluss 17 (oder den Sauganschluss 17) mit zumindest einem der Teilkreislauf-Anschlüsse 11 verbinden können.
Analog dazu wirkt der in der 1 gezeigte linke Drehschieber 21 als ein Saugdrehschieber, mit dem einer oder mehrere Teilkreislauf-Anschlüsse 11 mit dem gehäuseseitigen Sauganschluss 15 verbindbar sind. Die zwischen dem Saugdrehschieber 21 und dem Druckdrehschieber 25 positionierten weiteren Zwischendrehschieber 22, 23, 24 können beispielhaft, je nach Drehstellung, unterschiedliche Leitungsführungen innerhalb des Drehstellers 9 freigeben oder sperren. Beispielhaft kann durch entsprechende Verstellung der Drehschieber 21 bis 25 jeweils der Heizungskreislauf 3, der Elektromotorkreislauf 5 oder der Getriebekreislauf 7 alleine oder in Kombination aktiviert sein, die Teilkreisläufe 3, 5, 7 können dabei gemäß der 1 in Parallelschaltung verschaltet sein.
In der 5 ist eine weitere Variation der Leitungsführung angedeutet, bei der der Heizungskreislauf 3 nicht in Parallelschaltung zum Elektromotor-Kreislauf 5 geschaltet ist, sondern vielmehr die beiden Kreisläufe 3, 5 seriell durchströmt werden.

Claims

Kühlmittelkreislauf für ein Kraftfahrzeug, mit einem Kühlmittelpumpenkreislauf (1) und zumindest einem Teilkreislauf (3, 5, 7), in welchem Kühlmittelpumpenkreislauf (1) eine Kühlmittelpumpe (39) über eine Saugleitung und eine Druckleitung mit einem Sauganschluss (15) und einem Druckanschluss (17) eines Drehstellers (9) verbunden ist, in dem ein drehbetätigbarer Saugdrehschieber (21) und ein drehbetätigbarer Druckdrehschieber (25) angeordnet sind, wobei ein Strömungsdurchlass (33) des Saugdrehschiebers (21) den Sauganschluss (15) mit zumindest einem zum Teilkreislauf (3, 5, 7) führenden Teilkreislauf-Anschluss (11) des Drehstellers (9) verbindet und wobei der Strömungsdurchlass (33) des Druckdrehschiebers (25) den Druckanschluss (17) mit zumindest einem Teilkreislauf-Anschluss (11) des Drehstellers (9) verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Drehsteller (9) zumindest ein weiterer drehbetätigbarer Zwischendrehschieber (22, 23, 24) zur strömungstechnischen Verbindung des Strömungsdurchlasses (33) des Saugdrehschiebers (21) und des Strömungsdurchlasses (33) des Druckdrehschiebers (25) angeordnet ist, dass zur Bildung des Strömungsdurchlasses (33) der Saug-, Druck- und/oder Zwischendrehschieber (21 bis 25) einen Ringraum aufweist, der zumindest teilweise von Kühlmittel durchströmt ist und dass der Drehschieber-Ringraum (33), in der Axialrichtung betrachtet, stirnseitige Kühlmittelöffnungen (37) aufweist, die mit axial angrenzenden Anschlüssen (15, 17) oder mit Kühlmittelöffnungen (37) angrenzender Drehschieber (21 bis 25) in Überdeckung gebracht sind.
Kühlmittelkreislauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischendrehschieber (22 bis 24) einen Strömungsdurchlass (33) aufweist, der mit zumindest einem Teilkreislauf-Anschluss (11) des Drehstellers (9) verbunden ist.
Kühlmittelkreislauf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Kühlmittelpumpenkreislauf (1) abgesehen von der Kühlmittelpumpe (39) und dem Drehsteller (9), keine weiteren Strömungskomponenten, etwa Wärmetauscher oder dergleichen, angeordnet sind.
Kühlmittelkreislauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehschieber-Ringraum (33) rotationssymmetrisch um eine Drehschieber-Drehachse (G) verläuft.
Kühlmittelkreislauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Saug-, Druck- und/oder Zwischendrehschieber (21 bis 25) einen zur Drehschieber-Drehachse (G) rotationssymmetrischen, doppelwandig ausgeführten Zylindermantel (27) aufweist, zwischen dessen Innen- und Außenwand (29, 31) der Ringraum (33) definiert ist.
Kühlmittelkreislauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehschieber-Ringraum (33), in der Radialrichtung betrachtet, äußere Kühlmittelöffnungen (35) aufweist, die je nach Drehbetätigung mit zumindest einem Teilkreislauf-Anschluss (11) des Drehstellers (9) in Überdeckung bringbar ist.
Kühlmittelkreislauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Saug-, Druck- und Zwischendrehschieber (22 bis 24) in einer Axialrichtung in Reihe hintereinander angeordnet sind, und/oder dass der Drehsteller (9) ein hohlzylindrisches Drehstellergehäuse (10) aufweist, in dessen hohlzylindrischen Gehäuseraum die Drehschieber (21 bis 25) angeordnet sind.
Kühlmittelkreislauf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehschieber (21 bis 25) baugleich ausgebildet sind, mit Ausnahme der axialen und radialen Kühlmittelöffnungen (35, 37).
Kühlmittelkreislauf nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die stirnseitigen Zylinderböden (13) des hohlzylindrischen Drehstellergehäuses (10) jeweils die Saug- und Druckanschlüsse (15, 17) aufweisen, und/oder dass am Zylindermantel des hohlzylindrischen Drehstellergehäuses (10) die Teilkreislauf-Anschlüsse (11) ausgebildet sind.
Kühlmittelkreislauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer entsprechenden, von den Drehschiebern (21 bis 25) eingestellten Leitungsführung im Drehsteller (9) der Kühlmittelpumpenkreislauf (1) und die Teilkreisläufe (3, 5, 7) in Parallelschaltung oder in Reihenschaltung miteinander verschaltbar sind.
Drehsteller für einen Kühlmittelkreislauf nach einem der vorhergehenden Ansprüche.