Die Erfindung betrifft das partielle Verstellen von Ventileinheiten durch zwei Zahnradpaare und den Einsatz von Rastierelementen wie Druckstiften. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Drehschieberventil für den Einsatz zum Steuern oder Regeln eines Kühlfluidstroms in einem Kraftfahrzeug.

Die DE 10 2021 124 081 A1 offenbart eine Ventilsteuervorrichtung für einen Kühlmittelkreislauf eines Kraftfahrzeugs.

Die 4 749 004 A offenbart eine Luftklappensteuervorrichtung.

Die DE 10 2017 204 553 A1 offenbart ein Drehschieberventil mit einer Zahnsegmenteinrichtung.

Die DE 10 2014 200 844 A1 offenbart eine Verstellanordnung für ein Drehschieberventil.

Die DE 10 2006 059 029 A1 offenbart ein Drehschieberventil mit mehreren Querschnittsverstellgliedern.

Im Bereich des Thermomanagements für elektrifizierte Kraftfahrzeuge, wie Pkw oder Nutzfahrzeuge, treten vermehrt Anfragen für Kühlmittelstelleinheiten auf, die mehr als fünf Ein- / Ausgänge steuern / regeln können. Aufgrund der hohen Komplexität der Schaltstellungen können diese momentan nicht auf einer Ventilverstellung realisiert werden, weswegen die gewünschten Schaltstellungen durch zwei Ventilstelleinheiten zu realisieren sind. Es werden jedoch bisher immer zwei Aktoren benötigt, die jeweils einen Drehschieber verstellen. Dies ist aufwändig, insbesondere in puncto Bauraumbedarf, als auch in puncto Kosten.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung diese Nachteile zu beseitigen oder wenigstens zu mildern.

Dies wird bei einem Drehschieberventil erfindungsgemäß mittels eines über einen (einzigen) Aktor (direkt) antreibbaren / angetriebenen Primärstirnrads und eines (direkt / unmittelbar) davon angetriebenen / antreibbaren Sekundärstirnrads, die jeweils mit einem Drehschieber gekoppelt sind, derart gelöst, dass das Primärstirnrad und das Sekundärstirnrad jeweils mit einer ersten Stirnverzahnung und einer zweiten Stirnverzahnung versehen sind, wobei jede Stirnverzahnung umfänglich unterbrochen ist, die Stirnverzahnungen jedes Stirnrads in zwei axial zueinander versetzten Ebenen angeordnet und pro Stirnrad umfänglich zueinander versetzt sind sowie paarweise miteinander kämmen.

Genauer gesagt kämmt beispielsweise die erste oder zweite Stirnverzahnung des einen Stirnrads mit der ersten oder zweiten Stirnverzahnung des anderen Stirnrads.

Auf diese Weise kann auf einen Aktor verzichtet werden und trotzdem eine komplexe Fluidstromsteuerung / -regelung erreicht werden. Insbesondere lässt sich Kühlmittel so auch bei fünf oder mehr Ein- / Ausgängen gut steuern / regeln.

Der Kerngedanke ist somit, zwei Drehschieber mit nur einem Aktor zu verstellen. Bei Ansteuerung des Aktors wird immer nur der erste Drehschieber verstellt, wobei dann der zweite Drehschieber nur punktuell je nach Anforderung der Volumenströme angesteuert / verstellt wird. Bedeutsam ist somit, dass der Aktor direkt mit der ersten Ventileinheit verbunden ist. Die erste Ventileinheit und eine zweite Ventileinheit haben unterschiedliche Drehachsen. Punktuell werden die beiden Ventileinheiten über die Zahnradabschnitte verbunden. Die Zahnradabschnitte einer Ventileinheit sind axial zueinander verschoben und befinden sich in unterschiedlichen Ebenen. Dies betrifft beide Ventileinheiten. Durch diese Konstellation kann nur ein bestimmter Zahnradabschnitt der einen Ventileinheit mit einem korrespondierenden Zahnradabschnitt der anderen Ventileinheit kämmen.

Im Betrieb stellt sich dies wie folgt dar:

Zunächst sind Teile der Zahnradpaare im Eingriff und der Aktor verstellt nur die erste Ventileinheit. Anschließend ist ein Zahnradabschnitt der zweiten Ventileinheit in Eingriff mit einem Zahnradabschnitt der ersten Ventileinheit. Somit verstellt sich neben der ersten Ventileinheit auch die zweite Ventileinheit. Diese Verstellung erfolgt so lange, wie der besagte Zahnradabschnitt der einen Ventileinheit mit dem besagten Zahnradabschnitt der anderen Ventileinheit in Eingriff steht. Um die Position der zweiten Ventileinheit zu gewährleisten, wird ein Druckstift verwendet, der während des Einschnappens im Ventilgehäuse ebenso durch die Zentrierwirkung ein leichtes Verdrehen bewirkt. Somit ist auch bei leichter Verstellung der zweiten Ventileinheit keine Berührung der besagten Zahnradabschnitte der beiden Ventileinheiten möglich. Die zweite Ventileinheit ist nun in der neuen Position fest positioniert. Die erste Ventileinheit kann frei verstellt werden, ohne die zweite Ventileinheit zu verstellen.

Um nun die zweite Ventileinheit wieder verstellen zu können, muss die erste Ventileinheit so weit verdreht werden, dass die zweite Zahnradpaarung (anderer Zahnradabschnitt auf der ersten Ventileinheit und anderer Zahnradabschnitt auf der zweiten Ventileinheit) in Eingriff kommt.

Durch diese Zahnradabschnitte sind nun die beiden Ventileinheiten wieder verbunden und die zweite Ventileinheit kann nun wieder auf die Ausgangsposition verstellt werden. Um die Position der zweiten Ventileinheit zu gewährleisten wird (erneut) ein Druckstift verwendet bzw. der Druckstift verwendet, der während des Einschnappens ebenso durch die Zentrierwirkung ein leichtes Verdrehen bewirkt.

Somit ist auch bei leichter Verstellung der zweiten Ventileinheit keine Berührung der zweiten Zahnradabschnitte möglich. Die zweite Ventileinheit ist nun in dieser Position fest fixiert. Die erste Ventileinheit kann frei verstellt werden, ohne die zweite Ventileinheit zu verstellen. Nun kann die erste Ventileinheit wieder durch den Aktor soweit verdreht werden, damit die erstgenannten Zahnradabschnitte der beiden Ventileinheiten wieder in Eingriff kommen. Gerade die Umsetzung in einem Thermomanagementmodul ist zielführend.

Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche und werden nachfolgend näher erläutert.

So ist es von Vorteil, wenn die erste Stirnverzahnung des Primärstirnrads in ausgewählten / vordefinierten Betriebszuständen mit der ersten Stirnverzahnung des Sekundärstirnrads kämmt und in ausgewählten / vordefinierten Betriebszuständen außer Eingriff kommt / ist. Auf diese Weise kann ein präzises Schalten gewährleistet werden.

Für ein präzises Schalten ist es auch von Vorteil, wenn die zweite Stirnverzahnung des Primärstirnrads in ausgewählten / vordefinierten Betriebszuständen mit der zweiten Stirnverzahnung des Sekundärstirnrads kämmt und in ausgewählten / vordefinierten Betriebszuständen außer Eingriff ist / kommt.

Für komplexe Steuer- / Regelungsaufgaben ist es von Vorteil, wenn das Drehschieberventil als 5/4-Ventil oder 4/2-Ventil ausgestaltet ist. Dabei können Steuerungs- / Regelungsalgorithmen besonders wirksam eingreifen, wenn das Primärstirnrad als 5/4-Drehschieberventil ausgestaltet ist und/oder wenn das Sekundärstirnrad als 4/2-Drehschieberventil ausgestaltet ist.

Eine vorteilhafte Ausführungsform ist auch dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Schaltstellungen mit dem Sekundärstirnrad gekoppelten oder dieses ausbildenden Drehschieberventil, insbesondere des 4/2-Ventils über eine Rastierung an einem Ventilgehäuse ras- tiert sind. Zur kostengünstigen Umsetzung einer entsprechenden Rastierung haben sich auch Druckstifte bewährt. Dies sind beispielsweise Hülsen mit Rastierelementen, wie Bolzen oder Kugeln, die über Federn vorgespannt sind.

In diesem Zusammenhang hat es sich auch bewährt, wenn die Rastierung so ausgestaltet ist, dass die miteinander kämmenden Verzahnungen beim Rastieren außer Eingriff gebracht werden/sind.

Eine Weiterbildung ist auch dadurch gekennzeichnet, dass der Winkelversatz der Rastierung auf den Winkelumfang der Verzahnung so abgestimmt ist, dass im Betrieb ein präzises Schalten erzwungen ist.

Wenn die Rastierung für die beiden Startpositionen des 4/2-Ventils um 90° zueinander versetzt ist / einen Winkelversatz von 90° +/-3° besitzt, so lassen sich besonders vorteilhafte Ausführungsformen gestalten.

Ein Eingriff der Stirnverzahnung des einen Stirnrads mit der Stirnverzahnung des anderen Stirnrads erfolgt erst ab einer Verstellung von ca. 90°. Je nach Auslegung kann auch eine 87°-Verdrehung sinnvoll sein. Die restlichen 3° erfolgen durch das Einschnappen der Druckstifte.

Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schaltzyklus einer erfindungsgemäßen Ausführungsform eines

Drehschieberventils, beispielsweise eine 3 mal 80 Watt Pumpenkonfiguration mit einem einzigen Aktor und zwei koppelbaren Drehschiebern, wobei es zwei Startpositionen für das angetriebene Sekundärstirnrad gibt und von diesem in 90°-, 60°-, 60°- und 90°-Schritten von der einen Startposition zur anderen gelangt wird, wobei auch andere Winkelwerte möglich sind,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung von vorne auf das Drehschieberventil, wie es in seinen unterschiedlichen Schaltstellungen in Fig. 1 dargestellt ist,

Fig. 3 eine Ansicht von hinten auf das Drehschieberventil der Fign. 1 und 2,

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung des Ventilgehäuses des Drehschieberventils der Fign. 1 bis 3, und

Fign. 5 bis 10 eine perspektivische Darstellung der Ausgangssituation (Fig. 5), des beginnenden Zahneingriffs (Fig. 6), des endenden Zahneingriffs (Fig. 7) erster Stirnverzahnungen der beiden Stirnräder sowie den beginnenden Zahneingriff sowie den endenden Zahneingriff der anderen Stirnverzahnungen der beiden Stirnräder (Fign. 8 und 9), ergänzt durch die Rückkehr in die Ausgangssituation (Fig. 10).

Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Gleiche Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.

In Fig. 1 sind unterschiedliche Schaltstellungen einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Drehschieberventils 1 dargestellt. Das ausschnittsweise dargestellte Drehschieberventil 1 ist zum Einsatz in einem Pkw, nämlich einem Elektro-Fahrzeug vorgesehen.

Wie in Fig. 3 auch gut zu erkennen, besitzt das Drehschieberventil 1 nur einen einzigen Aktor 2 bzw. ist von dem einzigen Aktor 2 antreibbar, der im Betrieb ein Primärstirnrad 3 antreibt. Über das Primärstirnrad 3 wird ein Sekundärstirnrad 4 angetrieben. In der dargestellten Ausführungsform bilden das Primärstirnrad 3 und das Sekundärstirnrad 4 jeweils einen entsprechenden Drehschieber aus. Grundsätzlich können die Drehschieber auch nicht nur durch ein integrales Ausbilden gekoppelt sein, sondern auch als separate Bauteile unter Zwischenschaltung eines Getriebes.

Das Primärstirnrad 3 und das Sekundärstirnrad 4 weisen erste Stirnverzahnungen 5 und zweite Stirnverzahnungen 6 auf. In ausgewählten Betriebszuständen kämmt die erste Stirnverzahnung 5 des Primärstirnrads 3 mit der ersten Stirnverzahnung 5 des Sekundärstirnrads 4. In anderen ausgewählten Betriebszuständen kämmt die zweite Stirnverzahnung 6 des Primärstirnrads 3 mit der zweiten Stirnverzahnung 6 des Sekundärstirnrads 4.

Zusätzlich gibt es zumindest eine Rastierung 7, die beispielsweise einen Druckstift mit einem Rastiermittel einsetzt, das in eine erste Ausnehmung 8 und eine zweite Ausnehmung 9 eines Ventilgehäuses 10 einrastet, wie es besonders gut in Fig. 4 zu erkennen ist.

In den Fign. 5 bis 10 sind ausgewählte Situationen der Stellung des Drehschieberventils 1 dargestellt.

Besonders gut verdeutlicht jedoch Fig. 1 die Erfindung. So gibt es eine erste Startposition des Drehschieberventils 1 am linken Rand der Fig. 1 , in der keine der Stirnverzahnungen

5 oder 6 des einen Stirnrads 3 mit der korrespondierenden Stirnverzahnung 5 oder 6 des anderen Stirnrads 4 kämmt. Das Sekundärstirnrad ist in der ersten Schaltstellung. Nachfolgend findet eine Drehung um 90° im Uhrzeigersinn statt. Die Stirnverzahnungen 5 und

6 der beiden Stirnräder 3 und 4 bleiben nach wie vor außer Eingriff. Ergo dreht sich nur das Primärstirnrad 3 um 90° im Uhrzeigersinn. Die Schaltstellungen sind schematisch unter dem Drehschieberventil 1 dargestellt. Ein Kühlfluidstrom zwischen den Anschlüssen A, B, C1 , G und H (siehe primärstirnradseitig von der 3-Uhrposition startend im Uhrzeigersinn benamt) und C, D, F und C1 sekundärstirnradseitig (von der 3-Uhrposition startend im Uhrzeigersinn benamt) ist schematisch dargestellt.

Bei einer weitergehenden Rotation um 60° sind immer noch keine Stirnverzahnungen 5 und 6 miteinander im Eingriff und nur das Primärstirnrad 3, also der linke Drehschieber dreht sich. In einer nachfolgenden 60°-Rotation im Uhrzeigersinn sind die Stirnverzahnungen 5 und 6 der Primärstirnräder 3 und 4 immer noch nicht miteinander in Eingriff.

Dies ändert sich jedoch bei der nachfolgenden Drehung um 90° im Uhrzeigersinn, da nun die ersten Stirnverzahnungen 5 der beiden Stirnräder 3 und 4 miteinander in Eingriff geraten, wodurch eine Zwangsrotation des Sekundärstirnrads 4 bzw. des respektiven Drehschiebers erzwungen wird.

Nun dreht sich also das Sekundärstirnrad 4. Am Ende der besagten 90°-Rotation, die auch um 1 ,5° oder gar 3° früher oder später enden kann, greift die in Fig. 1 nicht gezeigte, aber in Fig. 2 angedeutete Rastierung 7. Ergo rastiert ein Rastiermittel in einer der beiden Ausnehmungen 8 oder 9. Eine Zwangsdrehbewegung des Sekundärstirnrads 4 wird dadurch erzwungen, die die beiden ersten Stirnverzahnungen 5 außer Eingriff bringt.

Nun erfolgt somit die Position der zweiten Schaltstellung, die als neue Startposition gilt. Bei einer nachfolgenden Rotation um 90° im Gegenuhrzeigersinn sind die beiden Stirnräder 3 und 4 wieder außer Eingriff, wodurch sich nur das Primärstirnrad 3 dreht. Auch nach einer ersten nachfolgenden 60°-Drehung im Gegenuhrzeigersinn sowie einer zweiten nachfolgenden Drehung um 60° bleiben die Primärstirnräder 3 und 4 immer noch voneinander entkoppelt, da weder die ersten Stirnverzahnungen 5 noch die zweiten Stirnverzahnungen 6 in Eingriff miteinander sind.

Dies ändert sich jedoch bei der nachfolgenden 90°-Drehung im Gegenuhrzeigersinn, da nun die zweiten Stirnverzahnungen 6 des ersten Primärstirnrads 3 und des Sekundärstirnrads 4 miteinander in Eingriff gelangen, wodurch eine Zwangsbewegung des Sekundärstirnrads 4 durch das Primärstirnrad 3 erzwungen wird.

Erneut greift die Rastierung 7 ein und erzwingt ein Lösen der beiden zweiten Stirnverzahnungen 6, wodurch wieder die ursprüngliche Startposition eingenommen wird.

Bezugszeichenliste

1 Drehschieberventil 2 Aktor

3 Primärstirnrad

4 Sekundärstirnrad

5 erste Stirnverzahnung

6 zweite Stirnverzahnung 7 Rastierung

8 erste Ausnehmung

9 zweite Ausnehmung

10 Ventilgehäuse