DE102009024028A1

DE102009024028A1 - Drehschieber mit einem Schrittmotor

Info

Publication number: DE102009024028A1
Application number: DE102009024028A
Authority: DE
Inventors: Markus STÖRMER
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2009-06-05
Filing date: 2009-06-05
Publication date: 2010-08-12

Abstract

Drehschieber 1 mit einem Gehäuse 2 und mindestens einem in dem Gehäuse 2 drehbar gelagerten Schieber 3, wobei das Gehäuse 2 mindestens eine Gehäuse-Durchströmöffnung 4 aufweist, die mit mindestens einer Schieber-Durchströmöffnung 5 oder 5' des Schiebers 3 durch eine Drehung des Schiebers 3 relativ zum Gehäuse 2 in variable Überschneidung miteinander gebracht werden können und so einen Strömungspfad für ein Fluid bilden und wobei ein Abschnitt des Schiebers 3 und ein Abschnitt des Gehäuses 2 zusammen einen Schrittmotor bilden, wobei der Schieber 3 als Rotor und das Gehäuse 2 als Stator ausgebildet sind.

Description

Drehschieber mit einem Schrittmotor zur variablen Steuerung eines Fluidstroms.
Derartige Drehschieber werden vorzugsweise für die Steuerung eines mehre Teilkreisläufe aufweisenden Betriebsmittelkreislaufs einer Brennkraftmaschine eingesetzt.
Die DE 602 24 437 T2 zeigt einen gattungsgemäßen Drehschieber zur Steuerung eines Fluidstroms, wobei der Drehschieber ein Gehäuse mit zumindest einem Einlassanschluss und einer Vielzahl von Auslassanschlüssen, sowie einen drehbar in dem Gehäuse gelagerten Ventilrotor aufweist. Der Ventilrotor verfügt über eine Vielzahl von inneren Strömungsmitteldurchlässen, die mit einer Vielzahl von Öffnungen in dem Ventilrotor verbunden sind, um selektiv den mindestens einen Einlassanschluss mit mindestens einem der Vielzahl von Auslassanschlüssen strömungstechnisch zu verbinden. Mit dem Ventilrotor ist ein als Schrittmotor ausgebildeter Antriebsmechanismus angeordnet, der an dem Gehäuse angeordnet und gegenüber dem Ventilrotor abgedichtet ist.
Die DE 43 24 749 A1 zeigt ein Regelventil, umfassend ein Gehäuse mit einer zylinderförmigen Ventilkammer, die zumindest einen Zulauf und zumindest zwei Abläufe aufweist, wobei die Zu- und Abläufe durch einen in der Ventilkammer angeordneten und um eine Achse drehbaren Ventilkörper zumindest teilweise verschließbar sind. Der Ventilkörper ist dabei als Drehschieber ausgebildet und wird von einem an dem Gehäuse angeordneten Schrittmotor bewegt.
Nachteilig an den gezeigten Drehschiebern ist die Anbringung des als Schrittmotor ausgebildeten Antriebs an dem Gehäuse, wodurch relativ viel Bauraum zur Unterbringung des Drehschiebers benötigt wird. Weiterhin muss eine Welle vom Schrittmotor zum in dem Gehäuse befindlichen Ventilkörper geführt werden, um diesen anzutreiben. Da der Ventilkörper mit Flüssigkeit beaufschlagt wird, ist es weiterhin nötig den Antrieb durch eine Wellendichtung vor einem Kontakt mit der Flüssigkeit zu schützen. Eine derartige Abdichtung ist teuer und erhöht durch den Reibkontakt mit der Welle den Drehmomentbedarf des Antriebs. Zudem besteht die Gefahr, dass sich nach längerem Betrieb des Drehschiebers Defekte an der Abdichtung einstellen, die zu einer Leckage der Flüssigkeit führen und dadurch auch den Antrieb beschädigen können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher einen Drehschieber mit einem Schrittmotor zu schaffen, der wenig Bauraum benötigt, kostengünstig ist, keine aufwändige Abdichtung benötigt und eine hohe Standfestigkeit aufweist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Ein Drehschieber hat ein Gehäuse und mindestens einen in dem Gehäuse drehbar gelagerten Schieber, wobei das Gehäuse mindestens eine Gehäuse-Durchströmöffnung aufweist, die mit mindestens einer Schieber-Durchströmöffnung des Schiebers durch eine Drehung des Schiebers relativ zum Gehäuse in variable Überschneidung miteinander gebracht werden können und so einen Strömungspfad für ein Fluid bilden und wobei ein Abschnitt des Schiebers und ein Abschnitt des Gehäuses zusammen einen Schrittmotor bilden, wobei der Schieber als Rotor und das Gehäuse als Stator ausgebildet sind.
Indem das Gehäuse als Stator des Schrittmotors und der in dem Gehäuse drehbar gelagerte Schieber als Rotor des Schrittmotors ausgebildet ist, kann durch eine entsprechende Bestromung des Schrittmotors eine Drehung des Schiebers relativ zum Gehäuse erfolgen. Durch die bei einem Schrittmotor mögliche sensorlose Bestimmung des Drehwinkels des Schiebers kann auf besonders einfache und kostengünstige Art und Weise eine gewünschte Verdrehung des Schiebers und somit eine variable Einstellung eines Strömungspfades für ein Fluid durch die Gehäuse- und Schieber-Durchströmöffnung erfolgen. Da der Antrieb des Schiebers weitestgehend in den Drehschieber selbst integriert wurde, ergeben sich Vorteile bei der Bauraumausnutzung. Die fehlende Durchführung einer Antriebswelle durch das Gehäuse benötigt keine aufwändige Abdichtungen, was zu einem geringeren Drehmomentbedarf und einer deutlich gesteigerten Betriebssicherheit führt. Weiterhin werden sowohl Stator, als auch Rotor durch das im Drehschieber befindliche Fluid permanent gekühlt.
In einer bevorzugten Ausführung sind an einem radialen Umfang des Gehäuses Statorspulen und an einem radialen Umfang des Schiebers mit den Statorspulen korrespondierende Permanentmagneten angeordnet.
In einer bevorzugten Ausführung sind die Statorspulen und die Permanentmagneten länglich ausgebildet und verlaufen in axialer Richtung des Drehschiebers. Dadurch können eine Vielzahl von Statorspulen und entsprechender Permanentmagneten entlang des radialen Umfangs des Gehäuses und des Schiebers angeordnet werden, wodurch sich die Schrittgenauigkeit des Schiebers erhöht.
In einer bevorzugten Ausführung wird ein Ist-Drehwinkel des Schiebers mit einem definierten Soll-Drehwinkel durch einen Positionsimpuls eines Positionssensors intervallartig abgeglichen. Ein derartiger Abgleich dient der Kompensation des bei hohen Lasten und/oder starken Beschleunigungen auftre tenden Schrittverlusts. Vorzugsweise wird deshalb nach Überstreichen eines definierten Drehwinkels durch den Rotor ein Positionsimpuls von einem Positionssensor ausgesandt und der Ist-Drehwinkel mit dem Soll-Drehwinkel gegebenenfalls wieder synchronisiert. Dadurch wird sichergestellt, dass der Schieber und das Gehäuse, insbesondere aber die Schieber-Durchströmöffnung und die Gehäuse-Durchströmöffnung, ständig in der gewünschten relativen Position zueinander stehen.
Besonders bevorzugt wird ein derartiger Drehschieber zur Steuerung eines mehrere Teilkreisläufe aufweisenden Betriebsmittelkreislaufs, vorzugsweise eines Kühlmittelkreislaufs, einer Brennkraftmaschine verwendet.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung.
Gemäß der Figur hat ein Drehschieber 1 ein Gehäuse 2 und einen, um eine durch das Gehäuse 2 verlaufende Rotationsachse A, drehbar gelagerten Schieber 3. Das Gehäuse 2 weist eine Gehäuse-Durchströmöffnung 4 auf, die mit einer der Schieber-Durchströmöffnungen 5 oder 5' durch eine Drehung des Schiebers 3 relativ zum Gehäuse 2 in zumindest teilweise Überschneidung gebracht werden können und so einen Strömungspfad mit variablem Strömungsquerschnitt für ein Fluid bilden. An dem Gehäuse 2 sind radial umlaufend eine Vielzahl von Statorspulen 6 angeordnet, die von einer externen Energiequelle wechselweise bestromt werden können. An dem Schieber 3 sind eine Vielzahl von Permanentmagneten 7 angeordnet, die mit den Statorspulen 6 des Gehäuses 2 korrespondieren und so einen Schrittmotor zum Antrieb des Schiebers 3 bilden. Die Statorspulen 6 und die Permanentmagneten 7 sind länglich ausgebildet und entlang der Rotationsachse A ausgerichtet. Die Anbringung des Schrittmotors erfolgt vorzugsweise an einem endständigen Abschnitt des Drehschiebers 1.

A: Rotationsachse
1: Drehschieber
2: Gehäuse
3: Schieber
4: Gehäuse-Durchströmöffnung
5: Schieber-Durchströmöffnung
5': Schieber-Durchströmöffnung
6: Statorspulen
7: Permanentmagnete

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 60224437 T2 [0003]
- DE 4324749 A1 [0004]

Claims

Drehschieber (1) mit einem Gehäuse (2) und mindestens einem in dem Gehäuse (2) drehbar gelagerten Schieber (3), wobei das Gehäuse (2) mindestens eine Gehäuse-Durchströmöffnung (4) aufweist, die mit mindestens einer Schieber-Durchströmöffnung (5, 5') des Schiebers (3) durch eine Drehung des Schiebers (3) relativ zum Gehäuse (2) in variable Überschneidung miteinander gebracht werden können und so einen Strömungspfad für ein Fluid bilden, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abschnitt des Schiebers (3) und ein Abschnitt des Gehäuses (2) zusammen einen Schrittmotor bilden, wobei der Schieber (3) als Rotor und das Gehäuse (2) als Stator ausgebildet sind.
Drehschieber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an einem radialen Umfang des Gehäuses (2) Statorspulen (6) angeordnet sind und dass an einem radialen Umfang des Schiebers (3) mit den Statorspulen (6) korrespondierende Permanentmagneten (7) angeordnet sind.
Drehschieber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorspulen (6) und die Permanentmagneten (7) länglich ausgebildet sind und in axialer Richtung (A) des Drehschiebers (1) verlaufen.
Drehschieber nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ist-Drehwinkel des Schiebers (3) mit einem definier ten Soll-Drehwinkel durch einen Positionsimpuls eines Positionssensors intervallartig abgeglichen wird.
Verwendung eines Drehschiebers (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche zur Steuerung eines mehrere Teilkreisläufe aufweisenden Betriebsmittelkreislaufs einer Brennkraftmaschine.
Verwendung eines Drehschiebers nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebsmittelkreislauf als Kühlmittelkreislauf ausgebildet ist.