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 üblicherweise eine direkte Antriebsverbindung zur Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 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.

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.

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 Misch betrieb herzustellen, um gleichzeitig unterschiedliche Kühlerkreise des Kühlsystems mit Kühlmittel zu beaufschlagen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, für ein Kühlsystem oder Schmiersystem einer Brennkraftmaschine eine bauraumoptimierte Sperrvorrich- tung zu schaffen, mit der ein aufgeteilter Volumenstrom in Zwischenstufen sicher abgesperrt werden kann.

Diese Problemstellung wird durch eine mehrfach schaltbare Sperrvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfin- dung sind in den Unteransprüchen angeführt, die auf den Anspruch 1 rückbezogen sind.

Gemäß der Erfindung ist eine mehrstufig schaltbare Sperrvorrichtung vorgesehen, mit der ein Volumenstrom aufgeteilt werden kann, wobei jedem Teilstrom ein Dreh- schieberkonzept oder eine Drehschiebertechnologie sowie eine ein Getriebeelement einschließende Aktuatorik zugeordnet ist. Zur Erreichung einer getrennten Ansteuerung aller Drehschieber ist eine Zentralaktuatorik vorgesehen, deren bidirektionaler Hubmagnet in Verbindung mit getrennten Getriebeelementen die Drehschieberwellen getrennt voneinander pulsierend aktuiert bzw. ansteuert. Der erfin- dungsgemäße, bidirektionale Eigenschaften aufweisende Hubmagnet der Zentralaktuatorik ermöglicht, dass der Magnet sowohl zur einen als auch zur anderen Seite aktiv aktuieren kann. Die beiden getrennten Arbeitskolben werden hierbei von dem bidirektionalen Hubmagnet pulsierend angesteuert. Somit kann die eine oder die andere Seite oder beide Seiten im schnellen Wechsel betätigt werden, um in Verbindung mit einer Getriebeelemente einschließenden Aktuatorik die Drehschieber in einer gewünschten Weise oder Funktionalität zu schalten. Zur gestuften Drosselung eines Volumenstroms wird der eingehende Volumenstrom über die wenigstens zwei Drehschieber geführt und am Gehäuseausgang wieder vereint. Mit der Erfindung kann ein Sperrsystem realisiert werden, mit dem ohne eine Wegsensorik gewünschte Zwischenstufen der Sperrwirkung erreichbar sind. Damit bietet die Erfindung ein für viele Anwendungen einsetzbares System an, mit dem Zwischenstufen zwischen den Endpositionen genau definierbar sind.

Die erfindungsgemäße, über Zwischenstufen schaltbare, mehrere Drehschieber beinhaltende Sperrvorrichtung kann vorteilhaft kompakt in einem Gehäuse integriert werden. Dadurch bietet es sich an, diese Sperrvorrichtung in Kühl- oder Schmiersystemen von Brennkraftmaschinen von Fahrzeugen, insbesondere Pkw und Lkw, einzusetzen. Sie dient beispielsweise zum bedarfsabhängigen Sperren oder Einstellen des von der Kühlmittelpumpe geförderten Volumenstroms auf der Pumpenausgangsseite über jeweils zumindest zwei Zwischenstufen. Unabhängig davon, ob die Sperrvorrichtung zur gestuften Sperrung eines Gesamtkreises nach der Kühlmittelpumpe oder Teilsperrung von Volumenströmen eingesetzt wird, er- folgt eine Aufteilung des in die Sperrvorrichtung eintretenden Volumenstroms in zwei separate Pfade, welche jeweils einen Drehschieber passieren, um auf der Ausgangsseite der Sperrvorrichtung wieder vereint zu werden. Mit der Erfindung kann eine Sperrvorrichtung mit mehreren verstellbaren Drehschiebern realisiert werden, mit der ohne eine Wegsensorik definierte Zwischenstufen der Sperrwir- kung erreichbar sind.

Erfindungsgemäß umfasst die Zentralaktuatorik einen bidirektional arbeitenden Hubmagneten, der beidseitig einen Magnetanker einschließt, die jeweils pulsierend einen Pumpkolben über einen Endanschlag ansteuern. Die beiden auch als Axialkolben zu bezeichnenden Pumpkolben können von dem Hubmagneten so angesteuert werden, dass in Verbindung mit nachgeschalteten Übertragungselementen die Drehschieber in Stufen einstellbar sind. Die für unterschiedliche Teilströme bestimmten Drehschieber können beispielsweise übereinstimmend in eine vollständig geöffnete Position oder eine den Volumenstrom sperrende Schließstellung verstellt werden. Außerdem ist eine Mittellage oder Teilschließung der Drehschieber einstellbar, um beispielsweise Teilvolumenströme zu realisieren. Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Drehschieber der mehrstufig schaltbaren Sperrvorrichtung voneinander abweichende Nennflussdurchmesser aufweisen. Die unterschiedlich ausgelegten bzw. dimensionierten Drehschieber sind über getrennte Drehschieberwellen unabhängig voneinander in einem gemeinsamen Gehäuse drehbar aufgenommen. Bei einer vorteilhaften Aus- legung besteht zwischen den Drehschiebern ein Durchflussverhältnis von 1 :2, dementsprechend gekoppelt ist das Durchmesserverhältnis. Durch ein Schließen des kleineren der beiden Drehschieber reduziert sich der Volumenstrom auf 2/3 des Nominaldurchflusses, bei Schließen des größeren der beiden Drehschieber wird eine Reduktion auf 1/3 erreicht, bei gleichzeitiger Aktuierung beider Drehschieber- achsen kann der nominale Volumenstrom komplett abgesperrt werden. Das gerade Drosselverhältnis wird durch die Wahl der Durchflussverhältnisse der einzelnen Drehschieber zueinander bestimmt. Alternativ zu einem Durchflussverhältnis von 1 :2 kann erfindungsgemäß ein davon abweichendes Durchflussverhältnis bestimmt werden. Außerdem kann die Sperrvorrichtung gemäß der Erfindung Dreh- Schieber mit einem übereinstimmenden Durchflussverhältnis einschließen.

Bei einer Aktuierung durch den bidirektionalen Hubmagnet wird von dem Pumpkolben über ein Ansaugventil ein Fluid als Arbeitsmedium aus dem Volumenstrom angesaugt. Anschließend wird das Arbeitsmedium in einem Kompressionsraum komprimiert und nach Überschreiten eines Öffnungsdrucks von einem Überschie- beventil ein Arbeitskolben beaufschlagt. Dabei werden die Stell- oder Hubbewegungen des Arbeitskolbens jeweils von einem Rotativ-Translativ-Getriebeelement in Drehbewegungen der in dem Gehäuse der Sperrvorrichtung drehbar gelagerten Drehschieberwelle der getrennten Drehschieber übertragen. Das Getriebeelement umfasst bevorzugt eine Zahnstange, die formschlüssig in ein Verzahnungssegment der Drehschieberwelle eingreift.

Als Maßnahme zur Erzielung einer hohen Funktionalität stehen die Pumpkolben in einer Wirkverbindung zu einer Kolbenrückholfeder, die den Pumpkolben in Richtung eines gehäuseseitigen Endanschlags beaufschlagt. Damit ist sichergestellt, dass sich der Magnetanker des Hubmagneten in die jeweils andere Richtung eines Pumpkolbens entfernen kann, ohne eine Stellbewegung des gegenüberliegenden 5 Pumpkolbens auszulösen. Die Stirnflächen von Magnetanker und Pumpkolben stehen demnach in einer losen Kontaktverbindung. Der Magnet besitzt hierbei bidirektionale Eigenschaften, das heißt, dass man ihn sowohl zur einen als auch zur anderen Seite aktiv aktuieren kann. Somit können die Pumpkolben im schnellen Wechsel von dem Hubmagneten betätigt werden, um die schaltbare Funktional e, lität darzustellen.

Der Aufbau der Kolbenaktuatorik umfasst weiterhin einen Arbeitskolben, eine Fail- safe-Einrichtung, ein Ansaugventil, ein Ansaugrückschlagventil, ein Überschiebe- Rückschlagventil sowie ein Kompressionsvolumen. Das Ansaugventil ist bevorzugt

15 einer dem Drehschieber vorgelagerten Vorderseite oder auf einer Rückseite des Drehschiebers zugeordnet. Eine Austrittsöffnung des Arbeitskolbens mündet vorzugsweise in einem Bereich nach dem Drehschieber oder alternativ vor dem Drehschieber. Als Failsafe-Einrichtung ist vorzugsweise ein als Druckfeder ausgeführtes Federelement vorgesehen, das nach einer Aktuierung eigenständig eine Rück-

20 Stellung des Arbeitskolbens vornimmt, wodurch gleichzeitig der Drehschieber in eine Ausgangsstellung verstellt wird.

Ferner ist gemäß der Erfindung zur Darstellung einer bauraumoptimierten Lösung der Sperrvorrichtung vorgesehen, die Pumpkolben rechtwinkelig zu den Arbeits- 25 kolben innerhalb des Gehäuses anzuordnen. Als Maßnahme, mit der die Funktion der Sperrvorrichtung wirksam unterstützt werden kann, ist vorgesehen, dass die Drehschieber über zumindest ein radial angeordnetes Dichtungspaket abgedichtet sind, das in Strömungsrichtung gesehen hinter oder vor dem jeweiligen Drehschieber platziert ist.

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Die erfindungsgemäße, mehrfach schaltbare Sperrvorrichtung kann vorteilhaft als eine separate Einheit in dem Kühlsystem oder dem Schmiersystem der Brennkraftmaschine eingesetzt oder unmittelbar einem Bauteil des Kühl- oder Schmier- Systems zugeordnet werden. Zur Realisierung einer regelbaren Ausführung bietet es sich an, die mit einer Positionssensorik erweiterte erfindungsgemäße Sperrvorrichtung mit einer elektronischen Steuerung, einer ECU (electronic control unit), der Brennkraftmaschine zu kombinieren.

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, die jedoch keine abschließende Begrenzung der Erfindung darstellt. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße, mehrstufig schaltbare Sperrvorrichtung in einer Schnittansicht durch eine Drehschieberebene; und Fig. 2 eine weitere Schnittansicht der mehrstufig schaltbaren Sperrvorrichtung durch eine Aktuierungsebene.

Die Fig. 1 zeigt eine mehrfach schaltbare Sperrvorrichtung 1 , die einem Kühlsystem oder einem Schmiersystem einer Brennkraftmaschine (nicht gezeigt) zugeord- net ist. Dabei verdeutlicht die Schnittansicht einen von der Sperrvorrichtung 1 aufgeteilten Volumenstrom V, der im Eingang E in zwei Teilströme T-i;T ₂ aufgeteilt wird, wobei der Teilstrom T-, für 2/3 und der Teilstrom T ₂ für 1/3 des Nominaldurchflusses ausgelegt ist. Über den Ausgang A verlässt der Volumenstrom die Sperrvorrichtung 1 . Jedem Teilstrom T _; T ₂ ist ein Drehschieber 2a,2b sowie eine ein Getriebeelement 3a,3b einschließende Kolbenaktuatorik 4a,4b zugeordnet. Zur Erreichung einer getrennten Ansteuerung beider Drehschieber 2a,2b ist eine in Fig. 2 abgebildete Zentralaktuatorik 5 vorgesehen.

Alle Komponenten der Sperrvorrichtung 1 sind in einem Gehäuse 6 integriert. Die in unterschiedlichen Größen ausgelegten Drehschieber 2a,2b sind an die Teilströme T-i;T ₂ bzw. deren Durchströmquerschnitte angepasst. Jeder Drehschieber 2a,2b ist jeweils beidseitig über getrennte Drehschieberwellen 7a,7b in Wellenlagerungen 8a,8b;9a,9b des Gehäuses 6 drehbar gelagert. Zur wirksamen Abdich- tung sind die Drehschieber 2a,2b eingangsseitig über Dichtungspakete 10a, 10b gegenüber dem Gehäuse 6 abgedichtet, wobei jeweils Federn 1 1 a,1 1 b eine kraftschlüssige Anlage der Dichtungspakete 10a, 10b an den Drehschieber 2a,2b sicherstellen. Die zur Verstellung der Drehschieber 2a,2b in doppelter Ausführung eingesetzte, in Fig. 1 nur teilweise dargestellte Kolbenaktuatorik 4a,4b umfasst folgende Komponenten. Einen mit dem Arbeitsmedium aus dem Volumenstrom V beaufschlagten Arbeitskolben 12a, 12b, dessen Stellbewegung über als Getriebeelement 3a,3b bezeichnete Bauteile von einer endseitig als Zahnstange 13a, 13b ausgebildeten Kolbenstange des Arbeitskolben 12a, 12b auf ein beispielsweise als Zahnrad ausgeführtes Verzahnungssegment 14a, 14b der Drehschieberwelle 7a,7b übertragen wird. Dabei wird eine translatorische Bewegung des Arbeitskolbens 12a, 12b in eine Rotation der Drehschieber 2a,2b umgesetzt.

In der Fig. 2 ist der Aufbau der Zentralaktuatorik 5 gezeigt, die einen bidirektiona- len Hubmagnet 15 umfasst, der beidseitig einen Magnetanker 16a, 16b einschließt. Jeder Magnetanker 16a, 16b steht jeweils mit einer Kolbenaktuatorik 4a,4b in Wirkverbindung. Über den Hubmagnet 15 der Zentralaktuatorik 5 in Verbindung mit der Kolbenaktuatorik 4a,4b sind die Drehschieberwellen 7a,7b der Drehschieber 2a,2b unabhängig voneinander aktuierbar. Bei einer von dem Hubmagnet 15 ausgehen- den, auf einen Pumpkolben 17a, 17b übertragenden Pulsierung wird über ein Ansaugventil 18a, 18b ein Fluid als Arbeitsmedium aus dem Volumenstrom V angesaugt und in einem Kompressionsraum 19a, 19b verdichtet. Nach Überschreiten eines Öffnungsdrucks eines Überschiebeventils 20a,20b wird der Arbeitskolben 12a, 12b beaufschlagt, dessen Stell beweg ung, wie bereits in der Beschreibung der Fig. 1 erläutert, durch das Getriebeelement 3a,3b in eine Verdrehung der Drehschieberwelle 7a,7b umgewandelt wird. Zur Erreichung einer stets kraftschlüssigen Abstützung wird der Pumpkolben 17a, 17b von einer Rückholfeder 23a,23b beaufschlagt, so dass die Kolbenstange 21 a,21 b über einen Endanschlag 22a,22b an dem Magnetanker 16a, 16b abgestützt ist. Als Failsafe-Einrichtung schließt die Kolbenaktuatorik 4a,4b eine dem Arbeitskolben 12a, 12b zugeordnete Failsafe- Feder 24a,24b ein, die nach einer Aktuierung eine Rückstellung des Arbeitskolbens 12a, 12b vornimmt, wodurch gleichzeitig der Drehschieber 2a,2b in eine Ausgangsstellung verstellt wird. Die Failsafe-Einrichtung bewirkt außerdem beispiels- weise bei einer Unterbrechung der Stromversorgung eigenständig die Rückstellung des Drehschiebers 2a,2b.

Bezugszeichenliste

1 Sperrvorrichtung

2a,2b Drehschieber

3a,3b Getriebeelement

4a,4b Kolbenaktuatorik

5 Zentralaktuatorik

6 Gehäuse

7a,7b Drehschieberwelle

8a,8b Wellenlagerung

9a,9b Wellenlagerung

10a,10b Dichtungspaket

1 1 a,1 1 b Feder

12a,12b Arbeitskolben

13a,13b Zahnstange

14a,14b Verzahnungssegment

15 Hubmagnet

16a,16b Magnetanker

17a,17b Pumpkolben

18a,18b Ansaugventil

19a, 19b Kompressionsraum

20a,20b Überschiebeventil

21 a,21 b Kolbenstange

22a,22b Endanschlag

23a,23b Rückholfeder

24a,24b Failesafe-Feder

A Ausgang

E Eingang

Ti Teilstrom

T ₂ Teilstrom

V Volumenstrom