Titel

Steuerventil Die Erfindung betriff ein Steuerventil mit einem Gehäuse, das eine Antriebswelle und eine Abtriebswelle umfasst, wobei die Antriebswelle ein erstes Eingriffselement und die Abtriebswelle ein zweites Eingriffselement aufweist, wobei die Abtriebswelle mit einer Einsteilvorrichtung verbunden ist, die ausgelegt ist, einen Abstand der Abtriebswelle zur Antriebswelle variabel festzulegen.

Stand der Technik

Ein Kühlkreislauf eines Kraftfahrzeuges beinhaltet in der Regel eine zu kühlende Wärmequelle, beispielsweise eine Brennkraftmaschine, die mittels eines Kühl- mediums durch freie oder erzwungene Konvektion gekühlt werden soll. Um einerseits die Brennkraftmaschine vor Überhitzung zu schützen und andererseits die Abwärme der Brennkraftmaschine beispielsweise zur Beheizung des Fahrgastraumes eines Kraftfahrzeuges zu nutzen, wird in der Brennkraftmaschine ein Kühlmittel umgepumpt, das die überschüssige Wärmeenergie aus der Verbren- nung aufnimmt und in gewünschtem Maße abführt.

Der Kühlkreislauf umfasst in der Regel verschiedene Teilkreisläufe, wie beispielsweise einen Kühlerzweig, einen Beipasszweig und/oder einen Heizungswärmetauscherzweig. Über einen im Kühlerzweig angeordneten Kühler oder Ra- diator wird die überschüssige Wärmemenge des Kühlmittels an die Umgebung abgegeben. Ein Heizungswärmetauscher erwärmt die durch ihn strömende Luft zur Beheizung des Fahrgastraumes. Die Verteilung des Kühlmittelstroms auf verschiedene Zweige des Kühl- bzw. Heizungskreislaufes der Brennkraftmaschine wird üblicherweise durch ein Steuerventil gesteuert. Hierzu wird in der DE 10 2006 053 310 A1 vorgeschlagen, die gewünschte Kühlmitteltemperatur durch das Mischen eines gekühlten und eines ungekühlten Kühlmittelstroms einzustellen. Dazu wird ein Steuerventil verwendet, dessen Durchströmöffnungen durch ein Verdrehen veränderlich sind. Um die Durch- Strömöffnungen zu verstellen, ist in dem Steuerventil ein Elektromotor angeordnet, der über ein Schneckengetriebe die Position einer Regelscheibe so verstellt, dass durch das Steuerventil ein gewünschter Kühlmittelstrom strömt. Der Elektromotor ist dabei nicht vom Kühlmittelstrom getrennt, sodass die Komponenten des Elektromotors, wie etwa der Rotor und das Getriebe, mit Kühlmittel umflutet sind.

Aus der DE 10 2006 053 307 A1 ist ferner bekannt, die Öffnungen der Regelscheibe durch Dichtelemente in Form von Dichtringen, sowie mit Federelementen, die das Dichtelement an die Regelscheibe andrücken, zu realisieren, sodass die Leckageraten bei einem geschlossenen Kühlkreislauf nahezu null sind.

Aus der WO 2005/095177 A1 ist außerdem ein elektrischer Servomotor für eine elektrische Servolenkung eines Kraftfahrzeugs bekannt, wobei eine spielfreie Einstellung der Verzahnung zwischen einem Schneckenrad einer Antriebswelle und einem Stirnrad einer Abtriebswelle dadurch ermöglicht wird, dass die Abtriebswelle in einem Wälzlager mit exzentrischem Außenring gelagert ist. Dabei kann durch Verdrehen des Außenrings des Wälzlagers der Abstand der Abtriebswelle zur Antriebswelle eingestellt werden. Offenbarung der Erfindung

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Steuerventil bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird durch ein Steuerventil gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass die Position eines ersten Eingriffselements einer Antriebsachse zu einem zweiten Eingriffselement der Abtriebsachse dadurch variabel festlegbar ist, dass die Einsteilvorrichtung ausgelegt ist, die Ausrichtung des ersten Eingriffselements der Antriebswelle in Bezug auf die Ausrichtung des zweiten Eingriffselements der Abtriebswelle variabel festzulegen. Dies hat den Vorteil, dass das erste Eingriffselement der Antriebswelle zum zweiten Eingriffselement der Abtriebswelle spielfrei anordbar ist und gleichzeitig eine Vorspannkraft eines Dichtungsverbundes an einer Regelscheibe variabel festlegbar ist.

Unter einer Ausrichtung im Sinne der Erfindung wird die Einstellung der Position der Abtriebswelle in axialer Richtung, also in Richtung der Rotationsachse der Abtriebswelle, verstanden.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist eine Abtriebswelle an einer Regelscheibe angeordnet, der ein Dichtungsverbund zugeordnet ist, wobei die Einstellvorrichtung eine Vorspannkraft des Dichtungsverbundes festlegt. Dies hat den Vorteil, dass der Dichtungsverbund trotz in das Steuerventil eingebrachter Schwingungen durch das Kraftfahrzeug zuverlässig abdichtet.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Abtriebswelle an einer ersten axialen Endfläche mit der Regelscheibe verbunden. Auf diese Weise kann das in die Abtriebswelle eingebrachte Drehmoment dazu genutzt werden, die Regelscheibe zu verstellen.

In einer Ausführungsform der Erfindung weist die Einstellvorrichtung eine exzentrisch zu einer Rotationsachse der Einstellvorrichtung angeordnete Aufnahme auf, die eine Lagerachse führt. Dies hat den Vorteil, dass mittels der exzentrisch angeordneten Aufnahme ein Abstand zwischen der Lagerachse und der Antriebswelle einstellbar ist.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Abtriebswelle als Hohlwelle ausgebildet, wobei die Abtriebswelle innenseitig auf der Lagerachse gelagert ist. Auf diese Weise kann mittels der Einstellung der Lagerachse das zweite Eingriffselement der Abtriebswelle so zum ersten Eingriffselement der Antriebswelle eingestellt werden, dass diese spielfrei zueinander sind.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Lagerachse in der Aufnahme der Einstellvorrichtung kraft- und/oder formschlüssig befestigt. Auf diese Weise kön- nen zuverlässig Kräfte und Momente, die in die Lagerachse eingebracht werden, abgestützt werden.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Einsteilvorrichtung mittels einer Verspannvorrichtung im Gehäuse des Steuerventils befestigt. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass jede mögliche Position der Einsteilvorrichtung zur Verfügung steht und die Einsteilvorrichtung in der benötigten Position fixierbar ist.

In einer Ausführungsform der Erfindung weist die Verspannvorrichtung eine Öff- nung zur Fixierung der Position der Einsteilvorrichtung im Gehäuse auf. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass während des Befestigungsvorgangs der Ein- stellvorrichtung durch die Verspannvorrichtung die Position der Einstellvorrich- tung nicht veränderbar ist. In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Abtriebswelle einteilig mit einem

Stirnrad ausgebildet, wobei eine zweite axiale Endfläche der Abtriebswelle zumindest teilweise als Gleitfläche ausgebildet ist. Dies hat den Vorteil, dass die Abtriebswelle einfach herstellbar ist und zuverlässig im Gehäuse des Steuerventils in axialer Richtung gelagert ist.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht eines Steuerventils.

Das in Fig. 1 gezeigte Steuerventil 1 umfasst dabei ein Gehäuse 9, das einen ersten Anschluss 44 zu einem Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine aufweist. Das Gehäuse 9 ist unterseitig mittels einer Einsteilvorrichtung 45, der durch ein Verspannelement 46 im Gehäuse 9 befestigt ist, verschlossen. Die Einsteilvorrichtung 45 weist eine Aufnahme 17 auf, in der eine Lagerachse 15 befestigt ist. Die Aufnahme 17 ist exzentrisch zu einer Rotationsachse 47 der Ein- stellvorrichtung 45 angeordnet. Auf der Lagerachse 15 ist die Abtriebswelle 48 mit einem Stirnrad 18 angeordnet. Die Abtriebswelle 48 weist dabei wenigstens ein erstes Eingriffselement 49 auf, in das wenigstens ein zweites Eingriffselement 55 einer Antriebswelle 54 greift. Die beiden Eingriffselemente 49, 55 sind hierbei als einzelne Zähne eines Zahnrades ausgebildet. Die Antriebswelle 54 ist mit ei- nem nichtdargestellten Elektromotor verbunden. Die Abtriebswelle 48 ist dabei als Hohlwelle ausgebildet, die die Lagerachse 15 umfasst. Eine untere erste axiale Endfläche 41 der Abtriebswelle 48 ist dem Gehäusedeckel 45 zugeordnet und dient zumindest teilweise als Gleitfläche und legt die axiale Verschieblichkeit der Abtriebswelle 48 in eine erste axiale Richtung fest. Eine obere axiale Endfläche 23 ist einer Regelscheibe 12 und einer Gleitbuchse 1 1 zugeordnet, die die axiale Verschieblichkeit der Abtriebswelle 48 in eine zweite axiale Richtung festlegt. Die Regelscheibe 12 ist mittels eines Befestigungselements 24 an der Abtriebswelle 48 befestigt. Die Gleitbuchse 1 1 ist dabei kraft- und/oder formschlüs- sig mit der Lagerachse 15 verbunden. Die Regelscheibe 12 weist des Weiteren eine Steueröffnung 33 auf. Durch den ersten Anschluss 44 wird ein Flusskanal 40 festgelegt, der an der Regelscheibe 12 durch einen Dichtungsverbund bestehend aus einer Dichtfeder 14 und einem Dichtelement 13 gegenüber der Regelscheibe 12 abgedichtet wird.

Oberhalb der Regelscheibe 12 kann das Gehäuse 9 mittels eines nicht dargestellten Gehäusedeckels verschlossen werden, wobei der Gehäusedeckel über wenigstens einen zweiten Anschluss zu dem Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine verfügt. Der Gehäusedeckel wird dabei an einer äußeren Ventilgehäuse- fläche 28 angeordnet, um zuverlässig das Gehäuse 9 zu verschließen. Unterseitig wird das Gehäuse 9 des Steuerventils 1 durch die Einsteilvorrichtung 45 verschlossen, die über eine Dichtringaufnahme 35 verfügt, in der ein Dichtring 30 zum Abdichten des Steuerventils 1 gegenüber Umwelteinflüssen angeordnet ist. Die Einsteilvorrichtung 45 weist des Weiteren unterseitig im Umfangsbereich mehrere Laschen 52 auf, die an der äußeren Umfangsfläche einen Klemmbereich 20 und an der inneren Umfangsfläche ein Gewinde 53 umfassen. Das Gewinde 53 ist dabei einer Verspannvorrichtung 46 zugeordnet. Die Steuerung eines Volumenstroms für einen Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine durch das Steuerventil 1 erfolgt dadurch, dass die Regelscheibe 12 und deren Steueröffnung 33 gegenüber den Flusskanal 40 durch einen Antrieb so verdreht wird, dass sich der Querschnitt der Steueröffnung 33 gegenüber dem Flusskanal 40 verändert. Die Verdrehung der Regelscheibe 12 wird dabei mittels eines nicht dargestellten Elektromotors erreicht, der das an der Abtriebswelle 48 befestigte Stirnrad 18 über die Antriebswelle 54 antreibt. Um die Lecka- geströme am Flusskanal 40 möglichst gering zu halten, ist der Flusskanal 40 gegenüber der Regelscheibe 12 mittels des Dichtungsverbundes bestehend aus dem Dichtelement 13 und der Dichtfeder 14 abgedichtet, wobei der Dichtungsverbund durch die Regelscheibe 12 vorgespannt ist.

Zum Antrieb der Abtriebswelle 48 greift das erste Eingriffselement 49 in das zweite Eingriffselement 55 der Antriebswelle 54 ein. Die Antriebswelle 54 ist dabei senkrecht zur Zeichenebene angeordnet und überträgt das Drehmoment des Elektromotors zur Abtriebswelle 48. Üblicherweise ist hierbei die Antriebswelle 54 mit dem zweiten Eingriffselement 55 als Schneckenverzahnung ausgeführt. Es wäre jedoch ein Stirnrad an der Antriebswelle 54 denkbar. Üblicherweise weisen die Antriebswelle 54 zur Abtriebswelle 48 einen engen Fertigungstoleranzbereich auf oder sind im Abstand zueinander einstellbar, um eine annähernde Spielfreiheit des Antriebs zu gewährleisten.

Zusätzlich ist in dem Steuerventil 1 die Vorspannkraft auf den Dichtungsverbund einzustellen, um eine zuverlässige Abdichtung des Flusskanals 40 zu gewährleisten. Die Vorspannkraft ist hierbei notwendig, damit von der Brennkraftmaschine in das Steuerventil 1 induzierte Schwingungen nicht zu einer kurzfristigen Trennung des Dichtelements 13 von der Regelscheibe 12 führen und so der Leckagestrom erhöht wird.

Um sowohl die Ausrichtung als auch den Abstand des ersten Eingriffselements 49 zum zweiten Eingriffselement 55 festlegen zu können, ist die Einstellvorrich- tung 45 drehbar und axial verschiebbar im Gehäuse 9 angeordnet. Um die Vorspannkraft des Dichtungsverbundes einstellen zu können, ist die Lagerachse 15 in der Aufnahme 17 der Einsteilvorrichtung 45 kraft- und/oder formschlüssig mit der Einsteilvorrichtung 45 verbunden. Beispielsweise ist die Einsteilvorrichtung 45 auf die Lagerachse 15 aufgespritzt, aufgepresst, aufgeschraubt oder aufge- steckt. Um die axiale Verschiebbarkeit der Abtriebswelle 48 zu begrenzen, ist am oberen Ende der Lagerachse 15 die Gleitbuchse 1 1 ebenso wie die Lagerachse 15 mit der Einsteilvorrichtung 45 kraft- und/oder formschlüssig verbunden. Durch die Festlegung der axialen Endpositionen der Antriebswelle 48 ist auch die axiale Position der Regelscheibe 12 festgelegt. Um die Ausrichtung der Abtriebswelle 48 festzulegen, kann die Einsteilvorrichtung 45 so im Gehäuse 9 verschoben werden, dass die Regelscheibe 12 eine entsprechende Vorspannkraft auf den Dichtungsverbund 13, 14 ausübt.

Ist bei der Montage die Vorspannkraft des Dichtungsverbundes 13, 14 und somit die Position der Einsteilvorrichtung 45 bestimmt, so kann darauffolgend der Abstand des ersten Eingriffselements 49 der Abtriebswelle 48 zum zweiten Eingriffselement der Antriebswelle eingestellt werden. Eine umgekehrte Einstellreihenfolge ist ebenso denkbar.

Um den Abstand des ersten Eingriffselements 49 zum zweiten Eingriffselement 55 einstellen zu können ist die Einsteilvorrichtung 45 ausgelegt, im Gehäuse 9 verdrehbar zu sein, ohne dass die axiale Position, beispielsweise wie bei einem Gewinde, verändert werden muss. Ferner ist die Aufnahme 17 mit der Lagerachse 15 exzentrisch zu der Rotationsachse 47 der Einsteilvorrichtung 45 angeordnet. Wird die Einsteilvorrichtung 45 im Gehäuse 9 verdreht, so verändert sich der Abstand der Abtriebswelle 48 mit dem ersten Eingriffselement 49 zu der Antriebswelle 54 mit dem zweiten Eingriffselement 55. Die Einsteilvorrichtung 45 wird dabei so lange verdreht, bis das erste Eingriffselement 49 zum zweiten Eingriffselement 55 eine spielfreie Position einnimmt.

Um die Ausrichtung sowie die radiale Position der Einsteilvorrichtung 45 zu halten, weist die Einsteilvorrichtung 45 eine Halteaufnahme 50 am unteren Ende der axialen Endfläche der Einsteilvorrichtung 45 auf. An die Halteaufnahme 50 kann ein Werkzeug befestigt werden, um während der Befestigung der Einstellvomchtung 45 im Gehäuse 9 die Position der Einsteilvorrichtung 45 zu halten.

Die Position der Einsteilvorrichtung 45 wird im Gehäuse 9 mittels der Verspannvorrichtung 46 festgelegt. Der Klemmbereich 20 ist dabei an den Laschen 52 angeordnet, die innenseitig das Gewinde 53 aufweisen, in das die Verspannvorrich- tung 46 eingeschraubt wird, wobei beim Einschrauben der Verspannvorrichtung

46 in das Gewinde 53 die Laschen 52 nach außen an die Innenseite 51 des Gehäuses 9 gedrückt werden. Auf diese Weise kann variabel die Position der Einstellvomchtung 45 im Gehäuse 9 festgelegt werden. Um das Werkzeug zum Halten der Einsteilvorrichtung 45 auch während des Einschraubens der Verspann- Vorrichtung 46 in der Einsteilvorrichtung 45 zum Festlegen der Position belassen zu können, weist die Verspannvorrichtung 46 eine durch die Verspannvorrichtung 46 durchlaufende Öffnung 19 auf.

Dem Fachmann ist selbstverständlich geläufig, dass die gezeigte Ausführungs- form beispielhaft ist. Wesentlich dabei ist jedoch, dass sowohl der Abstand als auch die Ausrichtung eines ersten Eingriffselements zu einem zweiten Eingriffselement variabel festlegbar sind, indem eine Aufnahme exzentrisch in der Ein- stellvorrichtung angeordnet ist, die axial variabel verschieblich ist und durch ein Verspannelement variabel festlegbar ist.