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Dokumentenidentifikation DE102005036647A1 01.02.2007
Titel Thermostateinsatz
Anmelder Behr Thermot-tronik GmbH, 70806 Kornwestheim, DE
Erfinder Willers, Eike, Dr., 70469 Stuttgart, DE;
Auweder, Andreas, 71665 Vaihingen, DE
Vertreter Patentanwälte Ruff, Wilhelm, Beier, Dauster & Partner, 70174 Stuttgart
DE-Anmeldedatum 27.07.2005
DE-Aktenzeichen 102005036647
Offenlegungstag 01.02.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 01.02.2007
IPC-Hauptklasse F16K 31/64(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
Zusammenfassung Ein Thermostateinsatz zur Aufnahme in einer Mischkammer für eine temperaturabhängige Beeinflussung eines Kühlmittelstroms, mit einem thermostatischen Arbeitselement, das ein Gehäuse und einen relativ dazu mittels eines Dehnstoffs in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur bewegbaren Arbeitskolben aufweist, sowie mit einem an dem Gehäuse oder dem Arbeitskolben angebrachten Ventilelement, dem ein Widerlager für eine Rückstellfeder zugeordnet ist, ist bekannt.
Erfindungsgemäß ist das Widerlager für eine Anordnung der Rückstellfeder in Verlängerung einer Mittellängsachse des Arbeitselements gestaltet.
Einsatz zur Kühlmittelsteuerung.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Thermostateinsatz mit einem in einer Mischkammer aufzunehmenden thermostatischen Arbeitselement, das ein Gehäuse und einen relativ dazu mittels eines Dehnstoffs in Abhängigkeit von einer Kühlmitteltemperatur entlang einer Mittellängsachse bewegbaren Arbeitskolben aufweist, sowie mit einem von dem Gehäuse oder dem Arbeitskolben mitzunehmenden Ventilelement, dem eine Rückstellfeder mit einem Widerlager zugeordnet ist, sowie ein mit einem derartigen Thermostateinsatz ausgestattetes Thermostatventil.

Aus der DE 42 33 913 C2 ist ein Thermostateinsatz eines Thermostatventils bekannt, der für eine Aufteilung von Kühlmittelströmen in eine oder aus einer von einem Ventilgehäuse begrenzten Mischkammer eines Kühlmittelkreislaufs eines Verbrennungsmotors dient. Der Thermostateinsatz weist zur Regelung der Kühlmitteltemperatur des Verbrennungsmotors ein thermostatisches Arbeitselement auf, das ein Gehäuse und einen relativ zum Gehäuse verstellbaren Arbeitskolben umfasst. Der Arbeitskolben kann durch eine temperaturabhängige Ausdehnung eines im Gehäuse eingeschlossenen Dehnstoffs aus dem Gehäuse in Richtung einer Mittellängsachse des Thermostateinsatzes ausgeschoben werden. An dem Arbeitskolben sind zwei Ventilelemente angebracht, die durch den Arbeitskolben bei temperaturbedingter Ausdehnung des im Gehäuse eingeschlossenen Dehnstoffs gegen die Rückstellkraft einer Rückstellfeder bewegt werden.

In die Mischkammer strömt vom Verbrennungsmotor Kühlmittel durch eine erste Kühlmittelströmungsöffnung ein, das abhängig von einer temperaturabhängigen Stellung des Thermostateinsatzes in eine zweite und/oder dritte Kühlmittelströmungsöffnung gelenkt wird. Dazu bilden die Ventilelemente mit der zweiten und der dritten Kühlmittelströmungsöffnung jeweils einen Ventilspalt und bestimmen damit ein Abströmen des erwärmten Kühlmittels aus der Mischkammer in Richtung eines Kühlers oder eines Kurzschlusskanals.

Der Thermostateinsatz ist derart in der Mischkammer angeordnet, dass er stets von dem Kühlmittel umströmt wird und die Regelung der Kühlmitteltemperatur gemäß einer vorgebbaren Ventilcharakteristik vornimmt. Der Ventilspalt der dem Kühler zugeordneten Kühlmittelströmungsöffnung ist bis zu einer vorgegebenen Kühlmitteltemperatur geschlossen und wird bei steigender Kühlmitteltemperatur durch die Bewegung des zugeordneten Ventilelements geöffnet. Gleichzeitig reduziert das zweite Ventilelement den Kühlmittelstrom in den Kurzschlusskanal durch die Bewegung des thermostatischen Arbeitselements in Richtung zu der zweiten Kühlmittelströmungsöffnung. Durch das temperaturabhängige Abströmen des Kühlmittels zum Kühler und von dort aus zum Verbrennungsmotor bzw. durch den Kurzschlusskanal direkt zum Verbrennungsmotor kann der Thermostateinsatz dem Verbrennungsmotor Kühlmittel mit einer vorgebbaren Kühlmitteltemperatur zur Verfügung stellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Thermostateinsatz und ein Thermostatventil zu schaffen, die einen reduzierten Strömungswiderstand aufweisen.

Diese Aufgabe wird durch einen Thermostateinsatz der eingangs genannten Art gelöst, bei dem das Widerlager für eine Anordnung der Rückstellfeder in Verlängerung des Arbeitselements in dessen Mittellängsachse gestaltet ist. Das Widerlager, das eine Kraftübertragung von der Rückstellfeder auf das Arbeitselement ermöglicht, ist so gestaltet, dass die Rückstellfeder in Verlängerung der Mittellängsachse des Arbeitselements angeordnet werden kann. Die Rückstellfeder kann somit abgewandt von dem Arbeitselement an dem Widerlager abgestützt werden. Durch die Aneinanderreihung des thermostatischen Arbeitselements und der Rückstellfeder kann das Kühlmittel mit einem geringeren Strömungswiderstand durch die Mischkammer strömen.

In Ausgestaltung der Erfindung ist das Widerlager für eine Anordnung der Rückstellfeder im Wesentlichen außerhalb der Mischkammer ausgebildet. Dadurch kann der Strömungswiderstand für das Kühlmittel in der Mischkammer weiter reduziert werden. Die Rückstellfeder ist typischerweise als Wendelfeder oder Schraubenfeder ausgeführt und hat durch eine Vielzahl von Federwindungen einen erheblichen Anteil an dem Strömungswiderstand in der Mischkammer. Durch eine Verlagerung der Rückstellfeder aus der Mischkammer heraus kann somit eine Verwirbelung des Kühlmittels durch die Federwindungen vermieden werden, was den Strömungswiderstand für das Kühlmittel in der Mischkammer erheblich reduziert. Zudem wird eine kompaktere Gestaltung der Mischkammer ermöglicht, die insbesondere zu einer Material- und Gewichtseinsparung an dem Ventilgehäuse und zu einer Reduzierung des Kühlmittelinhalts in einem Gesamtkühlmittelkreislauf führt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Widerlager so gestaltet, dass die Rückstellfeder in einem Umgehungskanal, insbesondere in einem Kurzschlusskanal angeordnet werden kann. Der Kühlmittelstrom, der dem Verbrennungsmotor ungekühltes Kühlmittel zuführt, wird bei steigender Kühlmitteltemperatur durch den ausfahrenden Arbeitskolben gedrosselt und bei hoher Kühlmitteltemperatur vollständig blockiert. Die Rückstellfeder ist somit in einem Bereich des Ventilgehäuses vorgesehen, der nur bei kaltem Kühlmittel von einem erheblichen Anteil des Kühlmittelstroms durchströmt wird, während bei Erwärmung des Kühlmittels ein abnehmender Anteil des Kühlmittels an der Rückstellfeder vorbeiströmen muss. Dadurch kann insbesondere bei einem hohen Kühlungsbedarf des Verbrennungsmotors ein geringer Strömungswiderstand für das Kühlmittel in der Mischkammer gewährleistet werden. Dies hat Auswirkungen auf die Dimensionierung einer zur Förderung des Kühlmittels vorgesehenen Kühlmittelpumpe, die bei der erfindungsgemäßen Ausführung des Thermostateinsatzes für einen geringeren Förderdruck und/oder Volumenstrom für das Kühlmittel ausgelegt werden kann und daher auch weniger Antriebsleistung benötigt. Durch die Anordnung der Rückstellfeder im Wesentlichen außerhalb der Mischkammer wird zudem sichergestellt, dass das thermostatische Arbeitselement in allen Betriebszuständen des Thermostateinsatzes besonders vorteilhaft von dem Kühlmittel umströmt wird. Dadurch kann eine kurze Reaktionsdauer des Thermostateinsatzes auf Veränderungen der Kühlmitteltemperatur gewährleistet werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung umgibt das Ventilelement das Arbeitselement zumindest im Wesentlichen koaxial. Damit wird eine kompakte Gestaltung des Thermostateinsatzes erreicht. Das Ventilelement ist insbesondere als rotationssymmetrischer Ventilteller oder als hülsenförmiger Ventilschieber ausgeführt und weist eine insbesondere ringförmige Dichtfläche auf, die für eine Abdichtung des Ventilspalts zwischen Ventilelement und Ventilgehäuse vorgesehen ist. Das Ventilelement kann eine im Wesentlichen ebene Geometrie aufweisen und unmittelbar an dem Gehäuse oder dem Arbeitskolben befestigt sein. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Ventilelement durch axial verlaufende Stege von einer Verbindungsstelle mit dem Gehäuse oder dem Arbeitskolben in axialer Richtung abgesetzt und ermöglicht dadurch eine besonders vorteilhafte Anordnung des Arbeitselements in dem Ventilgehäuse.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Widerlager als Ventilelement für eine Kühlmittelströmungsöffnung gestaltet. Das Widerlager erhält dadurch eine Doppelfunktion. Es dient einerseits der Abstützung der Rückstellfeder gegenüber dem thermostatischen Arbeitselement und ist andererseits so gestaltet, dass es einen Ventilspalt mit dem Ventilgehäuse bildet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Widerlager als Kurzschlussschieber für einen Kurzschlusskanal ausgeführt. Damit wird eine kompakte Gestaltung des Thermostateinsatzes erreicht.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Widerlager einstückig mit zumindest einem Ventilelement ausgebildet. Dadurch kann eine einfache und vorteilhafte Gestaltung des Thermostateinsatzes verwirklicht werden. Die einstückige Ausführung weist besondere Vorteile hinsichtlich der Montage des Thermostateinsatzes sowie auch im Hinblick auf die Zuverlässigkeit des Thermostateinsatzes auf. Durch die einstückige Gestaltung entfallen kraft-, form- oder stoffschlüssige Verbindungen zwischen Widerlager und Ventilelement. Damit wird die Gefahr eines Versagens des Thermostateinsatzes im Dauerbetrieb reduziert. Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Widerlager mit zwei Ventilelementen einstückig verbunden ist, wobei die Ventilelemente jeweils als Tellerventile oder Ringschieber ausgeführt sein können.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Ventilelement aus Kunststoff hergestellt. Damit ist eine Herstellung auch komplexer Geometrien zu geringen Kosten in großen Stückzahlen möglich. Das Ventilelement kann hinsichtlich seiner Geometrie in vorteilhafter Weise auf eine Geometrie des Ventilgehäuses sowie des thermostatischen Arbeitselements angepasst werden und im Hinblick auf ihren Strömungswiderstand im Kühlmittelstrom optimiert werden. Gerade bei der Herstellung im Kunststoffspritzgussverfahren kann das Ventilelement mit Strömungsradien oder Strömungskanten versehen werden, die für eine besonders vorteilhafte Führung des Kühlmittelstroms ausgebildet sind und somit zu einer weiteren Reduzierung des Strömungswiderstandes führen können. Als Kunststoffmaterialien kommen insbesondere Werkstoffe wie Polyphenylsulfid (PPS), Ethylenpropylendienmonomer (EPDM) und PEPDM in Frage.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist an dem Ventilelement zumindest eine umlaufende, elastische Dichtkante ausgebildet, die im Kunststoffspritzgussverfahren hergestellt ist. Durch ein An- bzw. Umspritzen einer an dem Ventilelement vorgesehenen Dichtfläche zur Erzeugung einer elastischen Dichtkante kann eine besonders zuverlässige Verbindung zwischen der elastischen Dichtkante und dem Ventilelement erzeugt werden. Damit ist sichergestellt, dass die Dichtwirkung zwischen Ventilelement und dem Ventilgehäuse auch langfristig gewährleistet werden kann. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird die elastische Dichtkante im Mehrkomponentenspritzgussverfahren hergestellt. Dabei erfolgt unmittelbar nach Herstellung des Ventilelements in einem ersten Kunststoffspritzvorgang ein An- bzw. Umspritzen des soeben erzeugten Ventilelements in der gleichen Kunststoffspritzgussform mit einem elastischen Dichtmaterial in einem nachfolgenden Kunststoffspritzvorgang. Dadurch lässt sich die elastische Dichtkante besonders kostengünstig und maßhaltig herstellen. Bedingt durch das unmittelbare Aufspritzen auf das unmittelbar vorher gefertigte Ventilelement ist eine besonders innige Verbindung zwischen den Kunststoffteilen und der Dichtkante gewährleistet, ein Montagevorgang für die Dichtung entfällt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist dem Widerlager eine als Druckfeder ausgebildete Rückstellfeder zugeordnet. Damit kann das thermostatische Arbeitselement in zuverlässiger Weise aus der ausgedehnten Erwärmungsposition in die Ruheposition bei kaltem Kühlmittel zurückgeführt werden. Durch die Verwendung einer Druckfeder ist eine einfache Gestaltung des Widerlagers möglich, da für die Übertragung der Druckkraft der Rückstellfeder auf das Widerlager lediglich eine Druckfläche zur Verfügung gestellt werden muss. Insbesondere kann eine Stirnfläche des Gehäuses, des Arbeitskolbens oder eines Ventilelements als Widerlager für die Rückstellfeder genutzt werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Rückstellfeder ein Haltebund eines Ventilgehäuses oder eine an einem Ventilgehäuse anbringbare Halteklammer zugeordnet. Dadurch wird erreicht, dass eine von der Rückstellfeder auf das thermostatische Arbeitselement des Thermostateinsatzes ausgeübte Rückstellkraft über das Ventilgehäuse abgeleitet und von dort aus dem thermostatischen Arbeitselement zugeführt werden kann. Dies ermöglicht eine schlanke, strömungsgünstige und kostensparende Aufbauweise für den Thermostateinsatz, da auf Vorrichtungen zur unmittelbaren Übertragung der Rückstellkraft zwischen einem dem Arbeitselement abgewandten Endbereich der Rückstellfeder und einem der Rückstellfeder abgewandten Endbereich des Arbeitselementes verzichtet werden kann. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Haltebund an einem stutzenartig ausgebildeten Endbereich des Ventilgehäuses vorgesehen und die Rückstellfeder ist zumindest im Wesentlichen in der insbesondere zylindrisch ausgeformten Kühlmittelströmungsöffnung aufgenommen. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Halteklammer für eine Montage an der Kühlmittelströmungsöffnung vorgesehen, die für eine Übertragung der Rückstellkräfte von der Rückstellfeder auf das Ventilgehäuse ausgebildet ist. Die Halteklammer ermöglicht eine Montage der Rückstellfeder durch die als zylindrische Bohrung ausgeführte Kühlmittelströmungsöffnung in Richtung auf das Arbeitselement. Damit kann das Ventilgehäuse besonders einfach, insbesondere einteilig, gestaltet werden, da die Haltefunktion für die Rückstellfeder durch die separat zu montierende Halteklammer gewährleistet ist. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann der gesamte Thermostateinsatz durch die Kühlmittelströmungsöffnung montiert werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die Halteklammer zumindest eine Aufnahmekralle für die Aufnahme der Rückstellfeder sowie zumindest eine Rasteinrichtung für eine Verriegelung in dem Ventilgehäuse auf. Die Rasteinrichtung, die für eine formschlüssige Verbindung mit dem Ventilgehäuse vorgesehen ist, ermöglicht in einfacher Weise die Montage eines Thermostateinsatzes in ein insbesondere einteilig ausgeführtes Ventilgehäuse. Dabei wird zunächst der Thermostateinsatz durch die Kühlmittelströmungsöffnung in das Ventilgehäuse eingeschoben. Anschließend wird die Rückstellfeder auf den Aufnahmebereich aufgesetzt. Abschließend wird die Halteklammer unter Erzeugen einer Vorspannung für die Rückstellfeder soweit in das Ventilgehäuse eingepresst, bis die Rastnasen einen im Ventilgehäuse vorgesehenen Rastbund hintergreifen, so dass der Thermostateinsatz im Ventilgehäuse fixiert ist. Die Abstützung der Rückstellfeder am Ventilgehäuse ist über die Aufnahmekrallen der Halteklammer vorgesehen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist dem Ventilelement zumindest eine in der Mischkammer vorgesehene oder an der Halteklammer angebrachte Führungslasche zugeordnet. Eine Führungslasche dient der Führung des Ventilelements zwischen der jeweiligen Öffnungs- und Schließstellung des Ventilspalts und kann insbesondere als Führungssteg in dem Ventilgehäuse bzw. an der Halteklammer ausgebildet sein. Durch eine Führung des Ventilelements werden Schwingungserscheinungen unterdrückt, die im Bereich des Ventilspalts durch die Drosselwirkung des Ventilelements auftreten können. Diese Schwingungen können zu einer unerwünschten Erhöhung des Strömungswiderstands für den Kühlmittelstrom sowie zu einer mechanischen Belastung des Thermostateinsatzes führen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ragen die Führungslaschen insbesondere flossenartig gestaltet in die Mischkammer und sind derart ausgerichtet, dass sie sich mit einer Breitseite im Wesentlichen in Richtung des Kühlmittelstroms erstrecken und somit nur einen geringen Strömungswiderstand hervorrufen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind mehrere Führungslaschen umlaufend an der Kühlmittelströmungsöffnung vorgesehen. Damit kann eine besonders vorteilhafte symmetrische Abstützung des Ventilelements gewährleistet werden. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Führungslaschen zumindest abschnittsweise äquidistant an einer zirkular ausgeführten Kühlmittelströmungsöffnung angebracht sind.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist dem Arbeitselement zumindest eine elektrische Heizeinrichtung zugeordnet. Durch eine elektrische Heizeinrichtung, die mittelbar oder unmittelbar für eine Beheizung des in dem Gehäuse aufgenommenen Dehnstoffs vorgesehen ist, kann eine Stellung der Ventilelemente des Thermostateinsatzes unabhängig von der Kühlmitteltemperatur vorgegeben werden. Dazu ist ein elektrisches Heizelement unmittelbar im Dehnstoff des thermostatischen Arbeitselements eingebettet oder benachbart zum Dehnstoff an dem Gehäuse oder dem Arbeitskolben angebracht und mit einer Stromversorgungsquelle gekoppelt. Die Heizeinrichtung erlaubt somit eine gezielte Beeinflussung der Temperatur des Dehnstoffs und damit eine Beeinflussung der Steuercharakteristik des Thermostateinsatzes. Beispielsweise kann bei Erhöhung einer Last auf den Verbrennungsmotor, die mit einer stärkeren Wärmeentwicklung und einem erhöhten Kühlungsbedarf verbunden ist, bereits vor Einströmen des vom Verbrennungsmotor stärker erwärmten Kühlmittels der Thermostateinsatz durch die elektrische Heizeinrichtung so gewählt werden, dass das Kühlmittel stärker gekühlt wird. Dadurch kann der erhöhte Kühlungsbedarf bereits im Vorfeld berücksichtigt und eine unerwünschte Erhöhung der Kühlmitteltemperatur vermieden werden.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auch durch ein Thermostatventil mit einem Thermostateinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 13 gelöst, bei dem der Thermostateinsatz in einer Mischkammer eines Ventilgehäuses für die Regelung von Kühlmittelströmen angeordnet ist. Damit kann eine Mischkammer mit einem besonders günstigen Strömungsquerschnitt verwirklicht werden, da die Rückstellfeder in Verlängerung des thermostatischen Arbeitselements angeordnet werden kann und nicht wie bei bekannten Thermostatventilen um das thermostatischen Arbeitselement herum vorgesehen werden muss.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Rückstellfeder zumindest im Wesentlichen in einem der Mischkammer zugeordneten Umgehungskanal, insbesondere in einem Kurzschlusskanal angeordnet. Damit kann ein besonders günstiger Strömungswiderstand in der Mischkammer verwirklicht werden, da die Rückstellfeder insbesondere bei höheren Kühlmitteltemperaturen aufgrund ihrer Lage im Umgehungskanal nur von einem geringen Anteil des Kühlmittelstroms umströmt wird, während ein größerer Anteil des Kühlmittelstroms bei erwärmten Kühlmittel nicht mit der Rückstellfeder in Kontakt kommt. Die Rückstellfeder befindet sich somit im Normalbetrieb des Verbrennungsmotors nicht im Hauptstrom des Kühlmittels.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen, die anhand der Zeichnungen dargestellt sind.

1 zeigt in einer Schnittdarstellung einen Thermostateinsatz in einer Mischkammer für eine Motoraustrittsregelung eines Kühlmittelstroms,

2 in einer Schnittdarstellung einen Thermostateinsatz in einer Mischkammer für eine Motoreintrittsregelung eines Kühlmittelstroms, und

3 einen Thermostateinsatz mit einstückiger Ausgestaltung von Ventilelementen und Widerlager für eine Motoreintrittsregelung eines Kühlmittelstroms mit einer Halteklammer zur Abstützung der Rückstellfeder.

Ein in der 1 dargestellter Thermostateinsatz 1 ist in einem zweiteiligen Ventilgehäuse 2 eines nicht näher dargestellten Verbrennungsmotors eingebaut und ist zur temperaturabhängigen Steuerung eines Kühlmittelstroms 4 in Form einer Austrittsregelung vorgesehen. Das Ventilgehäuse 2 begrenzt eine Mischkammer 3, in der der Thermostateinsatz 1 aufgenommen ist. Als Mischkammer im Sinne der Anmeldung werden sowohl Mischkammern, wie sie bei einer Motoreintrittsregelung als auch Verteilerkammern, wie sie bei einer Motoraustrittsregelung vorliegen, verstanden. Der Thermostateinsatz 1 ist derart in der Mischkammer 3 angeordnet, dass er den vom Verbrennungsmotor kommenden Kühlmittelstrom 4 abhängig von einer Kühlmitteltemperatur in zwei Kühlmittelströme, die über einen Kühlerkanal 13 einem Kühler bzw. über einen Kurzschlusskanal 15 dem nicht dargestellten Verbrennungsmotor zugeführt werden, aufteilen kann. Zu diesem Zweck ist ein thermostatisches Arbeitselement 5 des Thermostateinsatzes 1 mit einem Gehäuse 6 ortsfest an dem Ventilgehäuse 2 aufgenommen und weist einen Arbeitskolben 7 auf, der relativ zu dem Gehäuse 6 bewegbar angeordnet ist. In dem Gehäuse 6 ist ein nicht dargestellter Dehnstoff mittels einer ebenfalls nicht dargestellten Sackmembran eingeschlossen und ermöglicht bei Erwärmung des thermostatischen Arbeitselements 5 die Aufbringung einer Stellkraft auf den Arbeitskolben 7. Durch die Ausdehnung des Dehnstoffs wird der Arbeitskolben 7 entlang einer Mittellängsachse 11 aus dem Gehäuse 6 in Richtung des Kurzschlusskanals 15 gegen die Rückstellkraft einer Rückstellfeder 10 ausgeschoben. An einem dem Kurzschlusskanal 15 zugewandten Endbereich des Arbeitskolbens 7 ist ein Ventilelement 8 angebracht. Das Ventilelement 8 weist im Wesentlichen einen ringförmigen Ventilteller 19 auf, dem ein äußerer Dichtring 21 sowie ein innerer Dichtring 22 und Längsstege 20 zugeordnet sind. Die Längsstege 20 sind an einer Führungshülse 23 angebracht, die mit dem Arbeitskolben 7 verbunden ist.

Der äußere Dichtring 21 sowie der innere Dichtring 22 des Ventilelements 8 sperren in der in 1 dargestellten Ruheposition eine als Ringkanal ausgeführte Kühlmittelströmungsöffnung ab, die als Kühlerkanal 13 zur Ableitung von Kühlmittel 4 aus der Mischkammer 3 in Richtung eines nicht dargestellten Kühlers dient. Um eine Führung des Ventiltellers 19 über den Bewegungsbereich des Ventilelements 8 sicherzustellen, sind zirkular umlaufend an der Kühlmittelströmungsöffnung äquidistant verteilte Führungslaschen 24 vorgesehen, die als schmale, flossenartige, strömungsgünstig gestaltete Führungsstege verwirklicht sind. Dadurch ist eine vorteilhafte Abstützung und Zentrierung des Ventiltellers 19 auch bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten des Kühlmittels 4 sicherstellt, so dass ein besonders günstiges Schwingungsverhalten des Thermostateinsatzes 1 gewährleistet werden kann.

An der Führungshülse 23 ist eine Abstützung 9 angebracht, die als rotationssymmetrisches Teil mit einem im Wesentlichen topfförmigen Querschnitt ausgebildet ist und die für eine Kraftübertragung zwischen dem Arbeitskolben 7 und einer als Druckfeder ausgeführten Rückstellfeder 10 vorgesehen ist. Die Abstützung 9 ist über eine Sicherungsscheibe 16 an der Führungshülse 23 angebracht und stützt sich stirnseitig an einer umlaufenden Ringfläche 25 der Führungshülse 23 ab. Der Abstützung 9 kommt eine Doppelfunktion zu, da es neben der Abstützung der Ventilfeder 10 auch als Ventilschieber für den Kurzschlusskanal 15 dient. Zu diesem Zweck ist vorgesehen, dass die Abstützung 9 mit ihrer radial nach außen gerichteten, umlaufenden Wandung des U-förmigen Querschnitts mit der Kühlmittelströmungsöffnung des Kurzschlusskanals 15 einen Ventilspalt ausbildet bzw. ggf. den Kurzschlusskanal 15 verschließt.

Die Rückstellfeder 10 ragt im Wesentlichen in den Kurzschlusskanal 15 und ist bereits in der Ruhestellung gemäß der 1 mit einer Vorspannung versehen und an einem als umlaufender Haltebund 12 gestalteten Widerlager des Ventilgehäuses 2 im Bereich des Kurzschlusskanals 15 abgestützt. Damit ist ein Kraftfluss zwischen dem thermostatischen Arbeitselement 5, der Rückstellfeder 10 und dem Ventilgehäuse 2 geschlossen. Eine Ausdehnung des thermostatischen Arbeitselements 5 führt zu einer Kraftbeaufschlagung der Rückstellfeder 10, die sich ihrerseits über den Haltebund 12 und das Ventilgehäuse 2 an einem dem Kurzschlusskanal 15 abgewandten Endbereich des Gehäuses 6 des thermostatischen Arbeitselements 5 abstützt.

Durch eine Anbringung der Rückstellfeder 10 in dem Kurzschlusskanal 15 wird erreicht, dass die durch die Federwindungen der Rückstellfeder 10 hervorgerufenen Verwirbelungen des Kühlmittels 4 nur auftreten, solange der Ventilspalt des Kurzschlusskanals 15 geöffnet ist. Bei steigender Kühlmitteltemperatur wird die Rückstellfeder 10 komprimiert und verkürzt, wobei die wenigen Federwindungen, die im Ruhezustand des Thermostateinsatzes 1 in die Mischkammer 3 ragen, bei Ausdehnung des thermostatischen Arbeitselements 5 in den Kurzschlusskanal 15 gedrängt werden. Da im Normalbetrieb des Verbrennungsmotors, also nach Erwärmung des Kühlmittels 4, der Kurzschlusskanal 15 typischerweise geschlossen ist oder nur ein geringer Teil des Kühlmittelstroms durch den Kurzschlusskanal 15 strömt, kann durch diese Anordnung der Rückstellfeder 10 ein geringer Strömungswiderstand für die Mischkammer 3 gewährleistet werden. Zudem wird durch diese Anordnung das Volumen des Ventilgehäuses 2 ökonomischer ausgenutzt, da die Rückstellfeder 10 in dem ohnehin notwendigen Kurzschlusskanal 15 untergebracht wird. Dadurch kann die Mischkammer 3 und das Ventilgehäuse 2 kleiner dimensioniert werden, was zu einem geringeren Raumbedarf und folglich zu einem geringeren Materialbedarf für das Ventilgehäuse führt.

Bei der in 1 dargestellten Mischkammer, die als Austrittsregelung für den Kühlmittelstrom 4 eines Verbrennungsmotors konfiguriert ist, strömt vom Verbrennungsmotor erwärmtes Kühlmittel 4 durch den Motorkanal 14 in die Mischkammer 3 ein. Das Kühlmittel 4 kann in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur entsprechend der durch das thermostatische Arbeitselement 5 eingestellten Position des Ventilelements 8 und der als Kurzschlussschieber für den Kurzschlusskanal 15 ausgeführten Abstützung 9 entweder vollständig oder nur teilweise in den Kurzschlusskanal 15 oder zumindest teilweise bzw. vollständig in den Kühlerkanal 13 abströmen. Da das thermostatische Arbeitselement 5 stets einen Temperaturausgleich mit dem Kühlmittel 4 erfährt, findet die gewünschte temperaturabhängige Regelung des Kühlmittelstroms statt, die gegebenenfalls durch eine nicht dargestellte elektrische Heizeinrichtung übersteuert werden kann.

Die in den 2 und 3 dargestellten Ausführungsformen der Erfindung sind bezüglich funktionsgleicher Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Bauteile, die funktionell von der 1 abweichen, sind mit neuen Bezugszeichen versehen.

Der Thermostateinsatz 1 gemäß den 2 und 3 ist für eine Motoreintrittsregelung konfiguriert, d.h. Kühlmittel 4 strömt aus dem Kühlerkanal 13 sowie aus dem Kurzschlusskanal 15 in die Mischkammer 3 und kann von dort aus in den Motorkanal 14 abströmen. Je nach Temperatur des Kühlmittels 4 in der Mischkammer 3 wird die Lage des Ventilelements 8 bzw. der damit gekoppelten, als Ventilschieber ausgeführten Abstützung 9 verändert, um das Mischungsverhältnis zwischen ungekühltem und gekühltem Kühlmittel 4 so einzustellen, dass dem Verbrennungsmotor Kühlmittel 4 mit vorgebbarer Temperatur zugeführt werden kann.

Im Unterschied zu dem Thermostateinsatz gemäß der 1 und 2 ist bei der Ausführungsform gemäß der 3 anstelle eines am Ventilgehäuse 2 vorgesehenen Haltebunds eine Halteklammer 17 als Widerlager vorgesehen, die über Rastnasen 18 formschlüssig mit dem Ventilgehäuse 2 verbunden ist. Die Haltekammer 17 ist für eine Abstützung der Rückstellfeder 10 mit einer umlaufenden radial nach Innen vorspringenden Haltekralle 27 versehen.

Im Unterschied zu den Thermostateinsätzen der 1 und 2 ist bei der Ausführungsform gemäß 3 eine einstückige Gestaltung des Ventilelements 8 mit der Abstützung 9 vorgesehen. Das dargestellte Ventilelement 8 ist als Kunststoffspritzgussteil ausgeführt und im Mehrkomponentenspritzgussverfahren hergestellt. Dadurch können der äußere Dichtring 21 sowie der innere Dichtring 22 in einer unmittelbaren Abfolge zweier Arbeitsgänge mit dem Ventilelement 8 hergestellt werden. Diese Herstellweise gewährleistet eine besonders vorteilhafte Verbindung zwischen den Dichtringen 21, 22 und dem Ventilelement 9 sowie eine vorteilhafte Maßhaltigkeit der Dichtringe 21, 22. Der einstückig mit dem Ventilelement 8 ausgeführten Abstützung 9 kommt wie bei den Ausführungsformen der 1 und 2 die Doppelfunktion als Abstützung der Rückstellfeder 10 sowie als Ventilschieber für den Kurzschlusskanal 15zu. Durch die einstückige Ausführung weisen das Ventilelement 8 und die als Kurzschlussschieber ausgebildete Abstützung 9 nur geringe Lagetoleranzen zueinander auf. Montagearbeiten zur Anbringung der Abstützung 9 an dem Ventilelement 8 entfallen, dadurch können die Herstellungskosten gesenkt und die Betriebssicherheit erhöht werden.

Die insbesondere als Blechteil ausgeführte Halteklammer 17 weist Rastnasen 18 auf, die in einer Doppelfunktion auch als Führungslaschen für die als Ventilschieber gestaltete Abstützung 9 vorgesehen sind. Bedingt durch die Anordnung der Rückstellfeder 10 im Kurzschlusskanal 15 ist eine strömungstechnisch vorteilhafte Anordnung des Thermostateinsatzes 1 in der Mischkammer 3 gewährleistet, da die Windungen der als Wendelfeder ausgeführten Rückstellfeder 10 lediglich von dem Kühlmittelstrom 4 umströmt werden, der durch den Kurzschlusskanal 15 in die Mischkammer 3 einströmt. Da im Normalbetrieb eines Verbrennungsmotors ein erheblicher Anteil des Kühlmittelstroms 4 über den Kühler geführt wird und somit durch den Kühlerkanal 13 über die Mischkammer 3 in den Motorkanal 14 abströmt, stellt die im Kurzschlusskanal 15 angeordnete Rückstellfeder 10 für diesen Kühlmittelanteil keinen Strömungswiderstand dar und führt dadurch zu einer besonders strömungsgünstigen Konfiguration des Thermostateinsatzes 1.

Bei einer nicht dargestellten Ausführungsform ist der Arbeitskolben des thermostatischen Arbeitselements an dem Ventilgehäuse, insbesondere in ein einer Bohrung des Ventilgehäuses abgestützt oder über einen Stützbügel, der an einer Wandung des Ventilgehäuses angebracht sein kann, befestigt. An dem Gehäuse des thermostatischen Arbeitselements ist das Ventilelement angebracht, so dass es vom Arbeitskolben relativbeweglich zum Ventilgehäuse verschoben werden kann. Der Kurzschlussschieber ist an einem dem Arbeitskolben abgewandten Endbereich des Gehäuses mittels einer Überhubfeder an einer zylindrischen Führung des Gehäuses angebracht und kann einen Kurzschlusskanal verschließen. Die Rückstellfeder kann unmittelbar an dem Ventilelement abgestützt sein und an einer dem Ventilelement gegenüberliegenden Wandung des Ventilgehäuses gelagert sein. Die Rückstellfeder kann alternativ in Verlängerung des Gehäuses oder der daran angebrachten zylindrischen Führung vorgesehen sein und im Kurzschlusskanal abgestützt sein, wodurch sich eine besonders schlanke Gestaltung des thermostatischen Arbeitselements verwirklichen lässt.

In einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist an bzw. in dem thermostatischen Arbeitselement eine Heizeinrichtung für eine zusätzliche Beeinflussung des in dem Gehäuse aufgenommenen Dehnstoffs vorgesehen. Damit kann erreicht werden, dass ein größerer Anteil des Kühlmittels in den Kühler gelenkt wird, um die Kühlmitteltemperatur bereits im Vorgriff auf eine zu erwartende erhöhte Kühlleistung zu senken.

Bei einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist das Ventilelement aus Metall, insbesondere als Tiefziehteil aus Blech hergestellt. Das Ventilelement und der Kurzschlussschieber können an dem Gehäuse einstückig angeformt sein. Alternativ können das Ventilelement und/oder der Kurzschlussschieber form-, kraft-, stoffschlüssig, insbesondere aufgeschnappt, aufgepresst, gelötet, lasergeschweißt, an dem Gehäuse angebracht sein.


Anspruch[de]
Thermostateinsatz (1) mit einem in einer Mischkammer (3) anzuordnenden thermostatischen Arbeitselement (5), das ein Gehäuse (6) und einen relativ dazu mittels eines Dehnstoffs in Abhängigkeit von einer Kühlmitteltemperatur entlang einer Mittellängsachse bewegbaren Arbeitskolben (7) aufweist, sowie mit einem von dem Gehäuse (6) oder dem Arbeitskolben (7) mitzunehmenden Ventilelement (8), dem ein eine Rückstellfeder (10) mit einem Widerlager zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerlager (9) für eine Anordnung der Rückstellfeder (10) in Verlängerung des Arbeitselements (5) in dessen Mittellängsachse (11) gestaltet ist. Thermostateinsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerlager (9) für eine Anordnung der Rückstellfeder (10) im wesentlichen außerhalb der Mischkammer (3) ausgebildet ist. Thermostateinsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (8) das Arbeitselement (5) zumindest im wesentlichen koaxial umgibt. Thermostateinsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerlager (9) als Ventilelement für eine Kühlmittelströmungsöffnung, insbesondere als Kurzschlussschieber, für einen Kurzschlusskanal (15), gestaltet ist. Thermostateinsatz nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Widerlager (9) einstückig mit zumindest einem Ventilelement (8) ausgebildet ist. Thermostateinsatz nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (8, 9) aus Kunststoff, insbesondere im Kunststoffspritzgussverfahren, hergestellt ist. Thermostateinsatz nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Ventilelement (8, 9) zumindest eine umlaufende, elastische Dichtkante (21, 22) ausgebildet ist, die bevorzugt im Kunststoffspritzgussverfahren, besonders bevorzugt im Mehrkomponentenspitzgussverfahren, hergestellt ist. Thermostateinsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Widerlager (9) eine als Druckfeder ausgebildete Rückstellfeder (10) zugeordnet ist. Thermostateinsatz nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückstellfeder (10) ein Haltebund (12) eines Ventilgehäuses (2) oder eine an einem Ventilgehäuse (2) anbringbare Halteklammer (17) zugeordnet ist. Thermostateinsatz nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteklammer (17) zumindest eine Aufnahmekralle (27) für die Aufnahme der Rückstellfeder (10) sowie zumindest eine Rasteinrichtung (18) für eine Verriegelung in dem Ventilgehäuse (2) aufweist. Thermostateinsatz nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass dem Ventilelement (8, 9) zumindest eine in der Mischkammer (3) vorgesehene oder an der Halteklammer (17) angebrachte Führungslasche (24) zugeordnet ist. Thermostateinsatz nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Führungslaschen (24) umlaufend, insbesondere äquidistant verteilt, vorgesehen sind. Thermostateinsatz nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass dem Arbeitselement (5) eine elektrische Heizeinrichtung zugeordnet ist. Thermostatventil mit einem Thermostateinsatz (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der in einer Mischkammer (3) eines Ventilgehäuses (2) für die Regelung von Kühlmittelströmen (4) angeordnet ist. Thermostatventil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellfeder (10) zumindest im Wesentlichen in einem der Mischkammer (3) zugeordneten Umgehungskanal (15), insbesondere in einem Kurzschlusskanal, angeordnet ist.






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