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Die Erfindung betrifft ein Thermostatventil eingerichtet für eine Kühlanlage eines Verbrennungsmotors mit einem Ventilgehäuse, das eine Verteilkammer bildet, in die das Gehäuse eines thermostatischen Arbeitselementes hineinragt, die mit einem ersten Anschluss zu einem Motoraustritt versehen ist und die zu einem zweiten Anschluss zu einem Kühlmittelkühler mit einem Hauptventil und zu einem dritten Anschluss zu einem Motoreintritt mit einem Kurzschlussventil und einem bei kaltem Zustand geschlossenen Überdruckventil begrenzt ist, wobei das Überdruckventil aus einer Zwischenwand mit Durchbrechungen und einem von der Seite des ersten Anschlusses zu dem Motoreintritt her federnd angedrückten Absperrelement gebildet ist.
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Bei einem bekannten Ventil der eingangs genannten Art gemäß
DE 102 06 359 A1 , siehe
6, dient das in kalten Zustand geschlossene Überdruckventil als Warmlaufventil, das eine Kühlmittelströmung weitgehend unterbindet, um zu erreichen, dass der Verbrennungsmotor sich möglichst schnell aufwärmt. Wenn der Verbrennungsmotor in noch kaltem Zustand mit erhöhter Drehzahl betrieben wird, so öffnet das Überdruckventil, um eine Druckbegrenzung zu erhalten. Bei der bekannten Bauart sind das Überdruckventil und das Kurzschlussventil jeweils mit einem Ventilteller versehen, die beweglich auf einem Bolzen geführt sind und zwischen denen eine Feder angeordnet ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Thermostatventil der eingangs genannten Art zu schaffen, das einerseits zuverlässig arbeitet und andererseits im Regelbetrieb möglichst geringe Druckverluste verursacht, d. h. in den Arbeitspositionen, in welchen das Hauptventil und das Kurzschlussventil beide teilweise geöffnet sind.
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Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
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Das Überdruckventil und das Kurzschlussventil haben nur ein bewegliches Bauteil, so dass die Gefahr eines Klemmens oder Blockens verringert und damit die Funktionssicherheit erhöht ist. Darüber hinaus behalten die Absperrelemente des Überdruckventils und des Kurzschlussventils ihre relative Position in jedem Betriebszustand bei, so dass eine strömungsgünstige Auslegung möglich ist, die sich nicht verändert. Druckverluste lassen sich damit wesentlich reduzieren.
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In Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, dass das gemeinsame Verschlusselement als ein Schieber für das Kurzschlussventil und als Ventilteller für das Überdruckventil gestaltet ist. Ein derartiges gemeinsames Verschlusselement lässt sich strömungsgünstig gestalten. Hierfür wird vorgesehen, dass das für das Überdruckventil und für das Kurzschlussventil gemeinsame Absperrelement ein Körper mit im Wesentlichen zylindrischer Außenkontur ist.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsform und den Unteransprüchen.
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1 zeigt einen Axialschnitt durch ein erfindungsgemäßes Thermostatventil in kaltem Zustand,
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2 das Thermostatventil nach 1 bei geöffnetem Überdruckventil (Warmlaufventil),
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3 das Thermostatventil nach 1 in einer Stellung entsprechend einem Regelbetrieb,
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4 einen Axialschnitt durch das Thermostatventil der 1 in einer Stellung entsprechend einer maximalen Kühlung und
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5 einen (nur zur Hälfte gezeigten) Axialschnitt durch ein erfindungsgemäßes Thermostatventil mit stationärem Arbeitskolben.
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Das in 1 bis 4 dargestellte Thermostatventil besitzt ein Ventilgehäuse aus einem Gehäuseoberteil 10 und einem Gehäuseunterteil 11. Das Gehäuseoberteil 10 ist mit einem als Schlauchanschluss ausgebildeten Anschluss 12 versehen, der zu einem Kühlmittelkühler führt. Das Gehäuseunterteil 11, das beispielsweise in einen Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors eingesetzt wird, besitzt in seinem Bodenbereich einen Anschluss 13, der als Motoreintritt dient, d. h. über den Kühlmittel zurück in die Kühlkanäle des Verbrennungsmotors strömt. Im Bereich seiner im Wesentlichen zylindrischen Wandung 14 ist das Gehäuseunterteil 11 mit einem Anschluss für einen Motoraustritt versehen. Das Gehäuseunterteil 11 kann auch in ein anderes Bauteil eingesetzt sein, z. B. in einen Motorblock oder in ein Steuergehäuse. Ebenso kann das Gehäuseunterteil 11 völlig entfallen, wenn das Bauteil (Zylinderkopf, Motorblock oder Steuergehäuse) entsprechend gestaltet ist.
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In dem mittleren Bereich zwischen dem Gehäuseoberteil 10 und dem Gehäuseunterteil 11 befindet sich eine Verteilkammer 15, in welche das von dem Motoraustritt kommende Kühlmittel einströmt. Die Verteilkammer 15 ist zu dem zu dem Kühlmittelkühler führenden Anschluss 12 hin mittels eines Hauptventils 16 begrenzt. Dieses Hauptventil 16 besitzt einen Ventilteller 17, der mit einem Ventilsitz 18 des Gehäuseoberteils 10 zusammenarbeitet.
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Zu dem Anschluss 13 zu dem Motoreintritt hin ist die Verteilkammer 15 mittels eines Überdruckventils 19 und eines Kurzschlussventils 20 begrenzt. Das Überdruckventil 19 besteht aus einer in das Gehäuseunterteil 11 unter Zwischenfügung einer Dichtung eingesetzten Zwischenwand 21, die mit Durchbrechungen 22 versehen ist, die von einem umlaufenden Ventilsitz 23 umgeben sind. Mit dem Ventilsitz 23 arbeitet ein ventiltellerartiger Teil 24 eines Absperrelementes 25 zusammen. Das Absperrelement 25 besitzt einen zylindrischen Außenumfang 26, mit welchem es als ein als Schieber ausgebildetes Absperrelement für das Kurzschlussventil 20 dient. Dieser zylindrische Außenumfang 26 arbeitet als Absperrelement mit dem Anschluss 13 des Gehäuseunterteils 11 zusammen und bildet so das Kurzschlussventil 20. Der zylindrische Umfang 26 des Absperrelementes 25 ist mit mehreren Stegen 27, vorzugsweise drei Stegen 27 verlängert, die ständig in dem Anschluss 13 geführt sind.
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In die Verteilkammer 15 ragt das Gehäuse 28 eines thermostatischen Arbeitselementes hinein. Das Gehäuse 28 ist an dem Gehäuseoberteil 10 des Ventilsgehäuses in einer Aufnahme 29 abgestützt. Aus dem Gehäuse 28 des thermostatischen Arbeitselementes ist auf der der Aufnahme 29 gegenüberliegenden Seite ein Arbeitskolben 30 ausfahrbar.
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Das Gehäuse 28 enthält einen Dehnstoff, vorzugsweise eine Wachsmischung, die sich bei einer Temperaturerhöhung ausdehnt, insbesondere wenn sie ihren Aggregatzustand ändert. Bei dem Ausführungsbeispiel ist in dem Gehäuse 28 ein elektrischer Heizwiderstand angeordnet, der mit Strom beaufschlagbar ist. Die Strombeaufschlagung erfolgt über nicht dargestellte, durch das Gehäuseoberteil 10 hindurch verlegt Leitungen zu dem stationär angeordneten Gehäuse 28.
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Der bei temperaturabhängiger Ausdehnung ausfahrende Arbeitskolben 30 ist in eine Axialbohrung eines Bolzens 31 eingesteckt. Wenn der Arbeitskolben 30 ausfährt, so nimmt er den Bolzen 31 mit. Auf dem Bolzen 31 ist das Absperrelement 25 befestigt und mit einer Sicherungsscheibe 32 gesichert. Bei einer abgewandelten Ausführungsform ist das Absperrventil 25 auf dem Bolzen 31 vernietet. Das Absperrelement 25 besitzt einen mittleren, topfförmigen Bereich, dessen Boden in der beschriebenen Weise mit dem Bolzen 31 fest verbunden ist.
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Die Zwischenwand 21 ist in ihrem mittleren Bereich mit einer topfförmigen Vertiefung 33 versehen. Der Boden dieser topfförmigen Vertiefung 33 bildet eine Führung 34 für den Bolzen 31. Außerdem bildet der Boden der Vertiefung 33 ein Widerlager für eine Überdruckfeder 35. Das andere Ende der Überdruckfeder 35 stützt sich an einem Ringbund 36 des Bolzens 31 ab. Die Überdruckfeder 35 drückt den Bolzen 31 und damit das Absperrelement 25 in die in 1 dargestellte Stellung, in der das Überdruckventil 19 geschlossen ist und in welcher zwischen dem Bolzen 31 und dem Arbeitskolben 30 des thermostatischen Arbeitselementes kein Spiel besteht.
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Der Ventilteller 17, der vorzugsweise ein Blechformteil ist, ist mit einem topfartigen Mittelteil 37 versehen, das in der Schließstellung auch gegenüber der Aufnahme 29 abgedichtet ist. Das Mittelteil 37 ist mit Aussparungen versehen, so dass es eine käfigförmige Gestalt besitzt. Dadurch ist das Gehäuse 28 frei von der in der Verteilkammer 15 befindlichen Flüssigkeit umströmbar. Das Mittelteil 37 umgreift mit einem Ringbund 38 den Ringbund 36 des Bolzens 31. Der Ventilteller 17 ist mittels einer das Mittelteil 37 umgebenden Schließfeder 39 belastet, die sich auf der Zwischenwand 21 abstützt. Der Rand der topfförmigen Vertiefung 33 überragt die Zwischenwand 21 in Richtung zu der Verteilkammer 15, so dass sie einerseits eine Führung für die Schließfeder 39 und andererseits auch eine Führung für das Mittelteil 37 des Ventiltellers 17 bildet. Das Absperrelement 25 ist auf der Außenseite der topfförmigen Vertiefung 33 der Zwischenwand 21 geführt. In der Außenwandung der Vertiefung 33 und/oder der Innenwandung des Absperrelements 25 sind in Längsrichtung verlaufende Rillen oder Kerben vorgesehen, so dass Kühlflüssigkeit aus dem Bereich zwischen dem Absperrelement 25 und der Vertiefung 33 abströmen kann, wenn das Thermostatventil in der Weise arbeitet, wie das nachfolgend beschrieben werden wird.
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Bei einem Kaltstart eines Verbrennungsmotors eines Fahrzeuges befindet sich das Thermostatventil in dem in 1 dargestellten Zustand. Um ein möglichst schnelles Warmlaufen des Motors zu erhalten, wird die Kühlmittelströmung auf ein Minimum reduziert. In diesem Zustand sind das Hauptventil 16 und das Überdruckventil 19 geschlossen, das deshalb auch als Warmlaufventil bezeichnet wird. Der Motoraustritt ist mit der Verteilkammer 15 verbunden, so dass sich auch das in dieser Verteilkammer befindliche Kühlmittel erwärmt. Steigt der Druck in dem Kühlmittel des Verbrennungsmotors wegen einer Erhöhung der Drehzahl über einen vorbestimmten Wert an, so spricht das Überdruckventil 19 an. Die Überdruckfeder 35 gibt nach und das Verschlusselement 25 wird in die in 2 dargestellte Position bewegt. Die Schließfeder 39 ist so ausgelegt, dass sie nicht anspricht, so dass das Verschlusselement 25 sich nicht über die in 2 dargestellte Position hinaus bewegt und somit das Kurzschlussventil 20 geöffnet bleibt. Wie aus 2 zu ersehen ist, bewegt sich dabei der Bolzen 31 relativ zu dem Arbeitskolben 30 des thermostatischen Arbeitselements und eilt dem Arbeitskolben 30 in Ausfahrrichtung vor.
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Wenn sich das Kühlmittel in der Verteilkammer 15 soweit erwärmt hat, dass das thermostatische Arbeitselement anspricht, so fährt dessen Kolben 30 aus dem Gehäuse 28 aus und nimmt den Bolzen 31 mit. Dabei wird das Überdruckventil 19 geöffnet. Wenn der Arbeitskolben 30 den Bolzen 31 soweit mitgenommen hat, dass sich dessen Ringbund 36 an den Ringbund 38 des Mittelteils 37 des Ventiltellers anlegt, so wird auch das Hauptventil 16 geöffnet. Entsprechend der Stellung des Arbeitskolbens 30 und damit der Stellung des Verschlusselementes 25 bezüglich des Kurzschlussventils 20 und des Ventiltellers 17 bezüglich des Hauptventils 16 wird die Kühlmittelströmung in einen direkt wieder zu dem Motoreintritt zurückströmenden Anteil und einen zu dem Kühlmittelkühler und von dort wieder zurück zu dem Verbrennungsmotor strömenden Anteil verteil.
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Wird der Arbeitskolben 30 des thermostatischen Arbeitselementes weiter ausgefahren, so schließt das Kurzschlussventil 20 vollständig, während das Hauptventil 16 mit größerem Öffnungsquerschnitt freigegeben wird (4).
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Wenn der Verbrennungsmotor wieder abgeschaltet wird und das Kühlmittel abkühlt, so wird das Thermostatventil wieder in die in 1 dargestellte Stellung überführt. Zunächst wirken die Schließfeder 39 und die Überdruckfeder 35 gemeinsam und drücken den Arbeitskolben 30 in das Gehäuse 28 des thermostatischen Arbeitselementes zurück. Sobald der Ventilteller 17 an dem Ventilsitz 18 anliegt, wirkt alleine die Überdruckfeder 35 weiter, die den Arbeitskolben 30 soweit in das Gehäuse 28 zurück drückt, bis der Ventilteller 24 des Absperrelementes 25 an dem Ventilsitz 23 der Zwischenwand 21 anliegt, d. h. das Überdruckventil 19 (Warmlaufventil) geschlossen ist. Die Überdruckfeder 35 muss deshalb so ausgelegt sein, dass sie alleine in der Lage ist, den Arbeitskolben 30 in das Gehäuse 28 zurück zu drücken. Ihre Vorspannung muss jedoch kleiner sein als die Vorspannung der Schließfeder 39, so dass bei einer Druckerhöhung in der Verteilkammer 15 nur das Überdruckventil 19 jedoch nicht das Hauptventil 16 geöffnet wird. Der Weg, um welchen sich der Bolzen relativ zu dem Arbeitskolben 30 gegen die Wirkung der Überdruckfeder 35 bewegen kann, bevor sich sein Ringbund 36 an den Ringbund 38 des Ventiltellers 17 anlegt, ist so bemessen, dass dabei das Überdruckventil 19 ausreichend geöffnet, jedoch das Kurzschlussventil 20 nicht nennenswert im Querschnitt verringert ist.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Temperatur des Dehnstoffes innerhalb des thermostatischen Arbeitselementes durch Einschalten einer Bestromung verändert werden kann, so dass entsprechend Betriebsbedingungen willkürlich Positionen des Thermostatventils eingestellt werden können, die nicht der Temperatur des Kühlmittels entsprechen.
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Die Erfindung kann auch bei Thermostatventilen angewandt werden, bei welchen der Arbeitskolben des thermostatischen Arbeitselementes stationär abgestützt und das Gehäuse des thermostatischen Arbeitselementes zusammen mit den Absperrelementen der Ventile verstellbar ist. Ein derartiges Thermostatventil ist in 5 dargestellt. Der temperaturabhängig aus einem Gehäuse 40 eines thermostatischen Arbeitselementes ausfahrbare Arbeitskolben 41 ist an einer Abstützung eines Oberteils 42 eines Gehäuses des Thermostatventils abgestützt. Bei einer durch Einstellung des in dem Gehäuse 40 enthaltenen Dehnstoffes wählbaren Temperatur fährt der Arbeitskolben 41 aus dem Gehäuse 40 aus, so dass das Gehäuse 40 relativ zu dem Arbeitskolben 41 verstellt wird. Das Gehäuse 40 des thermostatischen Arbeitselementes nimmt dann mittels eines Mitnehmers 43 einen Ventilteller 44 mit, der mit einem Ventilssitz 45 des Gehäuseoberteils 42 ein Hauptventil bildet, das einen Zulauf zu einem nicht dargestellten Kühlmittelkühler sperrt.
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Das Gehäuseoberteil 42 ist bei dem Ausführungsbeispiel in ein Steuergehäuse 46 eingesetzt, das mit einer an den Kühlmittelaustritt eines Verbrennungsmotors angeschlossenen Zulauföffnung 47 versehen ist, die in eine Verteilkammer 48 mündet. Das Gehäuse 40 des thermostatischen Arbeitselementes befindet sich mit seinem Fühlteil in dem Bereich der Verteilkammer 48, so dass es mit dem von dem Motor kommenden Kühlmittel beaufschlagt ist und von diesem erwärmt wird.
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Zwischen der Verteilkammer 48 und einer Kurzschlussöffnung 49 für einen Motorrücklauf sind ein Überdruckventil 50 und ein Kurzschlussventil 51 vorgesehen. Diese beiden besitzen ein gemeinsames Ventilelement 52. Das Ventilelement 52 bildet einen Ventilteller 53, der mit einem Ventilsitz 54 zu dem Überdruckventil 50 gehört. Das Ventilelement 52 ist an einem das Gehäuse 40 des thermostatischen Arbeitselementes verlängernden Bolzen 55 geführt. Der Ventilteller 53 wird in der dargestellten Absperrposition mittels einer Überdruckfeder 56 gehalten. Die Überdruckfeder 56 ist eine auf den gewünschten Druckwert vorgespannte Schraubenfeder, die zwischen dem Ventilelement 52 und einem an dem Bolzen 55 angebrachten Sicherungsring 57 angeordnet ist.
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Von dem Ventilteller 53 des Ventilelements 52 ragt in axialer Richtung des thermostatischen Arbeitselementes ein hülsenförmiger Schieber 58 ab, der mit der Kurzschlussöffnung 49 das Kurzschlussventil bildet. Der Schieber 58 ist mit mehreren axialen Fingern 59 in der Kurzschlussöffnung 49 geführt.
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Der Ventilsitz 54 des Überdruckventils 50 ist Bestandteil einer Scheibe 60, die in das Steuergehäuse 46 eingesetzt und mittels einer Dichtung 61 abgedichtet ist.
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Die Scheibe 60 ist in der Mitte mit einem Führungskragen 62 versehen, der das Gehäuse 40 des thermostatischen Arbeitselementes umgibt und mit geringem Spiel führt. Die Scheibe 60 bildet den Ventilsitz 54, der mittels des Ventiltellers 53 des Ventilelements 52 verschlossen wird. Die Scheibe 60 ist an mehreren, sich in axialer Richtung erstreckenden Haltefingern 63 des Gehäuseoberteils 42 gehalten.
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Der Mitnehmer 43 enthält eine Platte 63, die an dem Gehäuse 40 des thermostatischen Arbeitselementes angebracht ist. Sie umgibt das Gehäuse 40 mit einem Kragen 64 und ist an einem Ringbund des Gehäuses 40 abgestützt. Zwischen der Platte 63 und der Scheibe 60 ist eine Rückstellfeder 65 angeordnet, die das thermostatische Arbeitselement in die dargestellte kalte Position zurückführt. Auf der Platte 63 des Mitnehmers 43 ist ein Kragen des Ventiltellers 44 des Hauptventils abgestützt, so dass die Rückstellfeder 65 über die Platte 63 des Mitnehmers 43 den Ventilteller 44 in die Schießstellung bringt. An der Platte 63 des Mitnehmers 43 sind Mitnahmeelemente 66 angebracht, die in Ausfahrrichtung einen Abstand zu dem Ventilteller 64 einhalten, so dass das Gehäuse 40 des thermostatischen Arbeitselementes zunächst mit dem Mitnehmer 43 einen Leerweg ausführt, bevor der Ventilteller 44 bewegt und damit das Hauptventil geöffnet wird. Die Mitnahmeelemente 66 können einzelne hakenförmige Finger oder eine Hülse mit abgewinkeltem Rand sein, die mit der Platte 63 fest verbunden sind, beispielsweise durch eine Nietverbindung. Um sicher zu stellen, dass der Ventilteller 44 während des Leerweges des thermostatischen Arbeitselementes in der Schließstellung verbleibt, ist bei dem Ausführungsbeispiel zwischen der Platte 63 des Mitnehmers 43 und dem Ventilteller 44 eine Schließfeder 67 angeordnet.
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Bei einer gegenüber 5 abgewandelten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das thermostatische Arbeitselement elektrisch erwärmbar ist. Hierzu kann beispielsweise in dem Gehäuse 40 ein elektrischer Heizwiderstand, insbesondere ein Halbleiterelement, angeordnet sein, dem mittels durch den Arbeitskolben hindurchgeführter Leitungen Strom zugeführt werden kann.