DE102010018998A1

DE102010018998A1 - Thermostatic valve for cooling circuit of internal combustion engine, has Peltier-element staying in heat conducting connection with wall of operating element and extended over circumference of wall

Info

Publication number: DE102010018998A1
Application number: DE201010018998
Authority: DE
Inventors: Mathias Braun; Dr. Linde Matthias; Dr. Eder Andreas
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2010-05-03
Filing date: 2010-05-03
Publication date: 2011-11-03

Abstract

The valve (2) has an expansion unit received in an operating element (22), so that change in temperature is converted into a power stroke of valve elements (10, 12). The operating element includes a cylindrical wall (26) that protrudes in a coolant channel, and a Peltier-element (50) is assigned to the operating element. The Peltier-element stays in heat conducting connection with the wall of the operating element, and is extended over circumference of the wall. The Peltier-element is cylindrically formed with outer and inner rings.

Description

Die Erfindung betrifft ein Thermostatventil, insbesondere für einen Kühlkreislauf eines Verbrennungsmotors, mit einem Arbeitselement, in dem ein Ausdehnungsmittel so aufgenommen ist, dass Temperaturänderungen in einen Arbeitshub eines Ventilelements umgesetzt werden, wobei das Arbeitselement eine Wandung aufweist, die in einen Kühlmittelkanal hineinragt, und wobei dem Arbeitselement mindestens ein Peltier-Element zugeordnet ist.The invention relates to a thermostatic valve, in particular for a cooling circuit of an internal combustion engine, with a working element in which an expansion means is accommodated so that temperature changes are converted into a working stroke of a valve element, wherein the working element has a wall which projects into a coolant channel, and wherein the working element is assigned at least one Peltier element.

Ein solches Thermostatventil ist aus der US 6,761,321 bekannt. Es dient dazu, Strömungskanäle im Kühlmittelkreislauf des Verbrennungsmotors in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur zu steuern. Als Ausdehnungsmittel werden insbesondere bestimmte Wachse verwendet, die sich bei Erwärmung vergleichsweise stark ausdehnen. Erwärmt sich das Kühlmittel, welches das Arbeitselement umströmt, über eine bestimmte Temperatur hinaus, dehnt sich das Wachs so weit aus, dass das Ventilelement in Anlage an einen Ventilsitz gebracht bzw. von diesem abgehoben wird, wodurch der Strömungsweg des Kühlmittels in der gewünschten Weise geschaltet werden kann.Such a thermostatic valve is out of the US 6,761,321 known. It serves to control flow channels in the coolant circuit of the internal combustion engine as a function of the coolant temperature. As expansion agents, particular waxes are used which expand comparatively strongly when heated. When the coolant flowing around the working element rises above a certain temperature, the wax expands so that the valve element is brought into abutment against a valve seat, whereby the flow path of the coolant is switched in the desired manner can be.

Es ist beispielsweise aus der DE 44 09 547 A1 bekannt, innerhalb des Arbeitselements ein Heizelement anzuordnen, durch das dem Arbeitselement Wärme zugeführt werden kann. Auf diese Weise kann die Hub-Temperatur-Charakteristik des Thermostatventils so geändert werden, dass das Ventilelement bereits bei Temperaturen des Kühlmittels geschaltet wird, die unterhalb der Auslegungstemperatur des Arbeitselements liegen.It is for example from the DE 44 09 547 A1 known to arrange a heating element within the working element, through which the working element heat can be supplied. In this way, the stroke-temperature characteristic of the thermostatic valve can be changed so that the valve element is already switched at temperatures of the coolant, which are below the design temperature of the working element.

Aus der oben genannten Druckschrift ist bereits bekannt, als Heizelement ein Peltier-Element zu verwenden. Auf diese Weise soll es möglich sein, dem Ausdehnungsmittel nicht nur Wärme zuzuführen, sondern auch Wärme zu entziehen. Dadurch sollen sich weitere Steuerungsmöglichkeiten für das Thermostatventil ergeben. Nachteilig bei dem bekannten Aufbau ist, dass das Peltier-Element in axialer Richtung beabstandet vom Arbeitselement angeordnet ist und mit diesem nur über eine vergleichsweise kleine Stirnseite in wärmeleitender Verbindung steht.From the above document is already known to use a Peltier element as a heating element. In this way, it should be possible not only to supply heat to the expansion agent, but also to remove heat. This should provide further control options for the thermostatic valve. A disadvantage of the known structure is that the Peltier element is arranged in the axial direction spaced from the working element and is in thermally conductive connection with this only over a comparatively small end face.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Thermostatventil der eingangs genannten Art dahin gehend weiterzubilden, dass die Praxistauglichkeit verbessert ist.The object of the invention is to develop a thermostatic valve of the type mentioned in such a way that the practicality is improved.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einem Thermostatventil der eingangs genannten Art vorgesehen, dass das Peltier-Element mit der Wandung des Arbeitselements in einer wärmeleitenden Verbindung steht. Die im Kühlmittelkanal angeordnete Wandung des Arbeitselements, die meist zylindrisch ist, bietet eine sehr viel größere Fläche für die Wärmeübertragung als die Stirnseite des Arbeitselements, wie sie in der US 6,761,321 verwendet wird. Dies ermöglicht ein schnelleres Erwärmen des Ausdehnungsmittels und auch ein schnelleres Abkühlen.To achieve this object, the invention provides a thermostatic valve of the type mentioned above, that the Peltier element is in a heat-conducting connection with the wall of the working element. The arranged in the coolant passage wall of the working element, which is usually cylindrical, provides a much larger area for heat transfer than the end face of the working element, as shown in the US 6,761,321 is used. This allows a faster heating of the expansion agent and also a faster cooling.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Wandung des Arbeitselements zylindrisch ist und das Peltier-Element sich über nahezu den gesamten Umfang der Wandung oder den gesamten Umfang erstreckt. Auf diese Weise ergibt sich eine große Fläche für die Wärmeübertragung vom Peltier-Element zum Arbeitselement bzw. vom Arbeitselement zum Peltier-Element.It is preferably provided that the wall of the working element is cylindrical and the Peltier element extends over almost the entire circumference of the wall or the entire circumference. In this way, there is a large area for the heat transfer from the Peltier element to the working element or from the working element to the Peltier element.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Peltier-Element sich über eine Länge erstreckt, die größer als 30% der Höhe der Wandung ist, jedoch kleiner als 90%, gemessen entlang der Längsachse der Wandung. Abgesehen von einer guten Wärmeübertragung wird mit dieser Ausgestaltung einem weiteren Erfordernis Rechnung getragen, nämlich dem der Aufrechterhaltung der Betriebssicherheit auch bei einem Ausfall des Peltier-Elements. Das Peltier-Element ist nämlich so angeordnet, dass noch eine ausreichend große Fläche für die direkte Wärmeübertragung vom Kühlmittel zum Ausdehnungsmittel zur Verfügung steht. Selbst wenn das Peltier-Element ausfällt, kann das Thermostatventil immer noch in herkömmlicher Weise arbeiten, da aufgrund der gewährleisteten Wärmeübertragung zwischen Kühlmittel und Ausdehnungsmittel die Grund-Funktionalität gewährleistet ist.Preferably, it is provided that the Peltier element extends over a length that is greater than 30% of the height of the wall, but less than 90%, measured along the longitudinal axis of the wall. Apart from a good heat transfer, a further requirement is taken into account with this embodiment, namely the maintenance of operational safety even in the event of a failure of the Peltier element. The Peltier element is in fact arranged so that there is still a sufficiently large area available for the direct heat transfer from the coolant to the expansion agent. Even if the Peltier element fails, the thermostatic valve can still operate in a conventional manner, since due to the guaranteed heat transfer between the coolant and the expansion agent, the basic functionality is ensured.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Peltier-Element zylindrisch mit einem Außenring und einem Innenring ausgeführt ist. Auf diese Weise ergibt sich ein kompakter Aufbau bei gleichzeitig guter Wärmeübertragung zwischen der Wandung des Arbeitselements und dem Peltier-Element.It is preferably provided that the Peltier element is cylindrical with an outer ring and an inner ring. In this way, results in a compact design with good heat transfer between the wall of the working element and the Peltier element.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Peltier-Element innerhalb des Arbeitselements angeordnet ist. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass das Peltier-Element nicht mit dem elektrisch leitfähigen Kühlmittel in Verbindung kommt, wodurch die Gefahr einer Beschädigung des Peltier-Elements geringer ist.According to one embodiment of the invention it is provided that the Peltier element is arranged within the working element. The advantage of this embodiment is that the Peltier element does not come into contact with the electrically conductive coolant, which reduces the risk of damaging the Peltier element.

Gemäß einer alternativen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Peltier-Element außerhalb des Arbeitselements angeordnet ist. Bei dieser Ausgestaltung ergeben sich geringere Anforderungen an die Durchtrittsstelle der elektrischen Anschlüsse des Peltier-Elements durch den Kühlmittelkanal nach außen, da die im Kühlmittelsystem herrschenden Drücke im Allgemeinen niedriger sind als die Drücke, die im Inneren des Arbeitselements auftreten können.According to an alternative embodiment, it is provided that the Peltier element is arranged outside the working element. In this embodiment, lower requirements for the passage point of the electrical connections of the Peltier element through the coolant channel to the outside arise because the pressures prevailing in the coolant system are generally lower than the pressures that can occur inside the working element.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass zwischen der Wandung des Arbeitselements und dem Peltier-Element eine Wärmeleitpaste verwendet wird. Dies verbessert die Wärmeübertragung zwischen der Wandung des Arbeitselements und dem Peltier-Element und gewährleistet kurze Reaktionszeiten. It is preferably provided that a thermal grease is used between the wall of the working element and the Peltier element. This improves the heat transfer between the wall of the working element and the Peltier element and ensures short reaction times.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Metallbrücken des Peltier-Elements auf die Wandung des Arbeitselements aufgedruckt sind. Diese Ausgestaltung beruht auf dem Grundgedanken, das Material der Wandung des Arbeitselements als eines der beiden Trägerelemente zu verwenden, die bei einem Peltier-Element üblicherweise nötig sind.According to one embodiment of the invention, it is provided that the metal bridges of the Peltier element are printed on the wall of the working element. This embodiment is based on the basic idea to use the material of the wall of the working element as one of the two support elements, which are usually necessary in a Peltier element.

Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Peltier-Element flexibel ist und auf die Außenseite der Wandung des Arbeitselements aufgewickelt ist. Ein solches flexibles Peltier-Element kann mit geringem Aufwand am Arbeitselement angebracht werden. Außerdem ergeben sich aufgrund der Flexibilität keinerlei Probleme durch etwaige unterschiedliche Wärmeausdehnungen der Wandung des Arbeitselements und des Peltier-Elements.According to an alternative embodiment of the invention can be provided that the Peltier element is flexible and is wound on the outside of the wall of the working element. Such a flexible Peltier element can be attached to the working element with little effort. In addition, no problems arise due to the flexibility of any different thermal expansion of the wall of the working element and the Peltier element.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Peltier-Element in eine Isolationsmasse eingegossen ist. Dies verhindert Kurzschlüsse und gewährleistet eine lange Lebensdauer des Peltier-Elements.It is preferably provided that the Peltier element is cast in an insulating compound. This prevents short circuits and ensures a long life of the Peltier element.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand verschiedener Ausführungsformen beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. In diesen zeigen:The invention will be described below with reference to various embodiments, which are illustrated in the accompanying drawings. In these show:

1 einen Schnitt durch ein Thermostatventil gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung; 1 a section through a thermostatic valve according to a first embodiment of the invention;

2 schematisch in vergrößertem Maßstab einen Schnitt durch das Arbeitselement des Thermostatventils von 1; 2 schematically on an enlarged scale a section through the working element of the thermostatic valve of 1 ;

3 ein Diagramm der Hub-Temperatur-Charakteristik des Thermostatventils; 3 a diagram of the stroke-temperature characteristic of the thermostatic valve;

4 in einer Ansicht entsprechend derjenigen von 2 eine zweite Ausführungsform der Erfindung; 4 in a view corresponding to that of 2 a second embodiment of the invention;

5 in einer Ansicht entsprechend derjenigen von 2 eine dritte Ausführungsform der Erfindung; 5 in a view corresponding to that of 2 a third embodiment of the invention;

6 in einer Ansicht entsprechend derjenigen von 2 eine vierte Ausführungsform der Erfindung; und 6 in a view corresponding to that of 2 a fourth embodiment of the invention; and

7 in einer Ansicht entsprechend derjenigen von 2 eine fünfte Ausführungsform der Erfindung. 7 in a view corresponding to that of 2 a fifth embodiment of the invention.

In 1 ist ein Thermostatventil 2 gezeigt, das einen Kühlerrücklauf 3, einen Bypass-Rücklauf 5 und einen Motorvorlauf 6 aufweist. Im Inneren des Thermostatventils ist ein Ventilelement vorgesehen, das hier durch zwei Ventilteller 10, 12 gebildet ist, die mit einem Ventilsitz 14 bzw. 16 zusammenwirken können. Die beiden Ventilteller 10, 12 sind an einem Träger 20 angebracht, der verschiebbar an einem Arbeitselement 22 aufgenommen ist. Das Arbeitselement 22 weist eine allgemein zylindrische Arbeitskammer 24 auf, die von einer zylindrischen Wandung 26 umgeben ist. Im Inneren der Arbeitskammer 24 ist ein Ausdehnungsmittel angeordnet, meist Wachs. In die Arbeitskammer 24 hinein ragt ein Kolben 30, der durch eine Membran 32 abgedichtet ist. Der Kolben 30 stützt sich im Träger 20 ab, sodass dieser, wenn der Kolben 30 bezüglich 1 nach unten gedrückt wird, ebenfalls nach unten verschoben wird. Diese Verschiebung erfolgt entgegen der Wirkung einer Rückstellfeder 34, die sich an einem Widerlager 36 abstützt, das sich wiederum am Gehäuse 40 des Thermostatventils abstützt.In 1 is a thermostatic valve 2 shown that a radiator return 3 , a bypass return 5 and a motor advance 6 having. Inside the thermostatic valve, a valve element is provided, here by two valve plates 10 . 12 is formed with a valve seat 14 respectively. 16 can interact. The two valve plates 10 . 12 are on a carrier 20 attached, which is displaceable on a working element 22 is included. The work item 22 has a generally cylindrical working chamber 24 on, by a cylindrical wall 26 is surrounded. Inside the working chamber 24 is an expansion means arranged, usually wax. In the working chamber 24 a piston protrudes into it 30 passing through a membrane 32 is sealed. The piston 30 rests in the vehicle 20 off, so this one when the piston 30 in terms of 1 is pushed down, is also moved down. This shift takes place counter to the action of a return spring 34 that are on an abutment 36 supported, which in turn on the housing 40 the thermostatic valve is supported.

In 1 ist das Thermostatventil in einem Ausgangszustand gezeigt, wie er beispielsweise vorliegt, wenn der Verbrennungsmotor kalt gestartet wird. In diesem Zustand ist die Verbindung vom Kühlerrücklauf 3 zum Motorvorlauf 6 geschlossen, da der Ventilteller 10 am Ventilsitz 14 anliegt. Die Verbindung vom Bypassrücklauf 5 zum Motorvorlauf 6 ist hingegen geöffnet, da sich der Ventilteller 12 im Abstand vom Ventilsitz 16 befindet. Das den Motor verlassende Kühlmittel wird über eine Kurzschlußleitung unmittelbar über den Bypassrücklauf 5 zum Motorvorlauf 6 geleitet, ohne den Kühler zu durchströmen.In 1 the thermostatic valve is shown in an initial state, as it is, for example, when the internal combustion engine is started cold. In this condition, the connection is from the radiator return 3 to the engine forward 6 closed, because the valve plate 10 at the valve seat 14 is applied. The connection from the bypass return 5 to the engine forward 6 On the other hand, it is open because the valve plate 12 at a distance from the valve seat 16 located. The coolant leaving the engine is sent via a short circuit line directly via the bypass return 5 to the engine forward 6 passed without flowing through the radiator.

Mit steigender Betriebstemperatur erwärmt sich das Kühlmittel, sodass auch die Temperatur im Inneren der Arbeitskammer 24 ansteigt. Dadurch dehnt sich das darin angeordnete Ausdehnungsmittel aus, wodurch der Kolben 30 aus der Arbeitskammer 24 herausgedrückt wird, bezogen auf 1 also nach unten verschoben wird. Dadurch wird der Träger 20 nach unten verschoben, wodurch auch die beiden Ventilteller 10, 12 nach unten verstellt werden. Hierdurch öffnet sich zum einen die Verbindung vom Kühlerrücklauf 3 zum Motorvorlauf 6, während zum anderen die Verbindung vom Bypassrücklauf 5 zum Motorvorlauf 6 zunehmend geschlossen wird. Bei einem weiteren Anstieg der Temperatur des Kühlmittels wird schließlich der Kolben 30 so weit verschoben, dass der Ventilteller 12 am Ventilsitz 16 anliegt, wodurch die Verbindung vom Bypassrücklauf 5 zum Motorvorlauf 6 vollständig geschlossen ist. In diesem Zustand wird das gesamte Kühlmittel vom Motor durch den Kühler und wieder zurück zum Motor geleitet. Der bis hier beschriebene Aufbau und die bis hier beschriebene Arbeitsweise des Thermostatventils 2 sind grundsätzlich bekannt.As the operating temperature rises, the coolant heats up, and so does the temperature inside the working chamber 24 increases. As a result, the expansion means arranged therein expands, whereby the piston 30 from the working chamber 24 is pressed out, based on 1 So moved down. This will be the carrier 20 shifted downwards, which also causes the two valve plates 10 . 12 be adjusted down. This opens on the one hand, the connection from the radiator return 3 to the engine forward 6 while on the other hand the connection from the bypass return 5 to the engine forward 6 increasingly closed. As the temperature of the coolant increases further, the piston eventually becomes 30 shifted so far that the valve disk 12 at the valve seat 16 is applied, whereby the connection from the bypass return 5 to the engine forward 6 is completely closed. In this condition, all coolant from the engine is routed through the radiator and back to the engine. The structure described here and the operation of the thermostatic valve described so far 2 are known in principle.

Erfindungsgemäß ist im Inneren der Arbeitskammer 24 ein Peltier-Element 50 (siehe auch 2) angeordnet, das zylindrisch ausgeführt ist. Es besteht aus einem ringförmigen äußeren Träger 52, einem zu diesem konzentrischen, ringförmigen inneren Träger 54 sowie dazwischenliegenden Halbleiterelementen 56, von denen in 2 nur schematisch einige wenige gezeigt sind. Die zum Anschließen der Halbleiterelemente 56 nötigen Kontaktflächen 58 sind abwechselnd auf dem äußeren Träger 52 bzw. dem inneren Träger 54 angebracht. Die für die elektrische Versorgung notwendigen Anschlussleitungen 60 sind durch die Stirnwand des Arbeitselements 22 hindurch aus der Arbeitskammer 24 herausgeführt.According to the invention is inside the working chamber 24 a Peltier element 50 (see also 2 ), which is cylindrical. It consists of an annular outer support 52 , a concentric to this annular inner support 54 and intermediate semiconductor elements 56 of which in 2 only a few are shown schematically. The for connecting the semiconductor elements 56 necessary contact surfaces 58 are alternately on the outer support 52 or the inner support 54 appropriate. The connection cables necessary for the electrical supply 60 are through the end wall of the working element 22 through from the working chamber 24 led out.

Mit dem Peltier-Element 50 kann die Hub-Temperatur-Charakteristik des Thermostatventils 2 beeinflusst werden. In 3 zeigt Kurve 1 die Charakteristik, die sich bei unbestromtem Peltier-Element ergibt. Ab einer Kühlmitteltemperatur, die bei einem Ausführungsbeispiel in der Größenordnung von 95°C liegt, beginnt der Hub des Kolbens 30, der bis in der Größenordnung von 10 mm betragen kann. Bei Abkühlung des Kühlmittels fährt der Kolben wieder in seine Ausgangsposition zurück, wobei der Temperaturabstand zwischen dem aufsteigenden und dem absteigenden Ast der Kennlinie auf die Hysterese des Arbeitsmittels zurückzuführen ist. Wenn durch geeignete Bestromung des Peltier-Elements der innere Träger 54 erwärmt wird, ergibt sich der Öffnungshub des Kolbens 30 bereits bei deutlich niedrigeren Temperaturen des Kühlmittels. Die Kennlinie verschiebt sich also in Richtung des Pfeils H hin zur Kennlinie 2, wobei der Hub des Kolbens bereits bei Kühlmitteltemperaturen in der Größenordnung von 50°C einsetzt. Auf diese Weise kann die Kühlmitteltemperatur schnell abgesenkt werden, da durch das „erzwungene” Verschieben des Kolbens 30 aus der Arbeitskammer 24 heraus bewirkt wird, dass der Kühlmittelstrom vom Motor vollständig durch den Kühler verläuft.With the Peltier element 50 can the stroke-temperature characteristic of the thermostatic valve 2 to be influenced. In 3 Curve 1 shows the characteristic which results when the Peltier element is de-energized. From a coolant temperature, which is in the embodiment of the order of 95 ° C, the stroke of the piston begins 30 which can be up to the order of 10 mm. Upon cooling of the coolant, the piston returns to its original position, wherein the temperature difference between the ascending and the descending branch of the characteristic is due to the hysteresis of the working fluid. If by suitable energization of the Peltier element of the inner support 54 is heated, resulting in the opening stroke of the piston 30 even at significantly lower temperatures of the coolant. The characteristic thus shifts in the direction of the arrow H to the characteristic curve 2, wherein the stroke of the piston already starts at coolant temperatures in the order of 50 ° C. In this way, the coolant temperature can be lowered quickly because of the "forced" displacement of the piston 30 from the working chamber 24 is caused that the coolant flow from the engine passes completely through the radiator.

Wenn die Polarität der Bestromung des Peltier-Elements 50 umgedreht wird, wird Wärme vom inneren Träger 54 zum äußeren Träger 52 transportiert; der innere Träger 54 wird also abgekühlt. Dadurch sinkt auch die Temperatur im Inneren der Arbeitskammer 24, sodass die Rückkehr des Kolbens 30 hin zu seiner Ausgangsstellung im Inneren der Arbeitskammer 24 beschleunigt wird. Die Kennlinie verschiebt sich also in der Richtung des Pfeils K wieder Richtung Kennlinie 1. Beim Thermostatventil 2 bewirkt dies, dass der Ventilteller 12 sich wieder vom Ventilsitz 16 abhebt, wodurch ein Teil des Kühlmittels nicht mehr durch den Kühler, sondern vom Motor wieder direkt zum Motor zurückgeleitet wird. Auf diese Weise wird der Motor wieder schneller auf ein höheres Temperaturniveau gebracht, wodurch sich die Reibleistung reduziert. Dies führt zu einem verringerten Kraftstoffverbrauch und damit zu einer geringeren CO₂-Emission. Der besondere Vorteil besteht darin, dass mittels des Peltier-Elements der Übergang von der Kennlinie 2 zur Kennlinie 1 in einer Zeitspanne von 30 Sekunden erzielt werden kann, was erheblich unter der Zeitspanne Liegt, die sich bei einem konventionellen Betrieb des Thermostatventils einstellen würden. Bei einem konventionellen Betrieb muss gewartet werden, bis das Kühlmittel dem Arbeitselement so viel Wärme entzogen hat, dass die gewünschte Volumenreduktion des Ausdehnungsmittels einsetzt und der Kolben 30 wieder in seine Ausgangsstellung zurückkehren kann.If the polarity of the energization of the Peltier element 50 is turned around, heat from the inner support 54 to the outer wearer 52 transported; the inner carrier 54 is cooled down. This also reduces the temperature inside the working chamber 24 , so the return of the piston 30 towards its starting position inside the working chamber 24 is accelerated. The characteristic thus shifts in the direction of the arrow K again in the direction of curve 1. At the thermostatic valve 2 this causes the valve disk 12 back from the valve seat 16 takes off, whereby a part of the coolant is no longer returned by the radiator, but by the engine directly back to the engine. In this way, the engine is again brought faster to a higher temperature level, whereby the friction power is reduced. This leads to a reduced fuel consumption and thus to a lower CO ₂ emission. The particular advantage is that by means of the Peltier element, the transition from the characteristic curve 2 to the characteristic curve 1 can be achieved in a time span of 30 seconds, which is considerably less than the time that would occur in a conventional operation of the thermostatic valve. In a conventional operation, it is necessary to wait until the coolant has withdrawn so much heat from the working element that the desired volume reduction of the expansion medium begins and the piston 30 can return to its original position.

Bei den hier genannten Werten handelt es sich um Beispiele. In Abhängigkeit von den Anwendungsbedingungen können auch andere Werte gewählt werden, beispielsweise andere Auslegungstemperaturen für das Thermostatventil und ein anderer Hub des Kolbens.The values given here are examples. Depending on the conditions of use, other values may be selected, for example, other design temperatures for the thermostatic valve and another stroke of the piston.

Die Träger 52, 54 des Peltier-Elements können aus Keramik oder grundsätzlich auch aus Metall bestehen, wobei in diesem Fall eine Isolationsschicht zu den Kontaktflächen 58 vorgesehen sein muss. Außerdem empfiehlt es sich, das Peltier-Element zu vergießen.The carriers 52 . 54 of the Peltier element may be made of ceramic or in principle of metal, in which case an insulating layer to the contact surfaces 58 must be provided. It is also recommended to shed the Peltier element.

Wie in 1 zu sehen ist, erstreckt sich das Peltier-Element 50 nicht über die gesamte Länge der Wandung 26 des Arbeitselements 22, sondern nur über etwas mehr als die Hälfte der Länge. Auf diese Weise steht für die herkömmliche Wärmeübertragung zwischen dem Kühlmittel und dem Ausdehnungsmittel im Inneren der Arbeitskammer 24 noch ein Teil der Wandung 26 des Arbeitselements 22 zur Verfügung, in welchem das Peltier-Element 50 nicht als zusätzliche Isolationsschicht wirkt. Dies gewährleistet, dass bei einem Ausfall des Peltier-Elements noch eine ausreichende Wärmeübertragung zwischen dem Ausdehnungsmittel im Inneren der Arbeitskammer 24 und dem Kühlmittel stattfindet, sodass ein mechanischer, selbstregelnder Notbetrieb des Thermostatventils aufrechterhalten wird.As in 1 can be seen, extends the Peltier element 50 not over the entire length of the wall 26 of the work item 22 but only over just over half the length. In this way, stands for the conventional heat transfer between the coolant and the expansion means in the interior of the working chamber 24 still a part of the wall 26 of the work item 22 available in which the Peltier element 50 does not act as an additional insulation layer. This ensures that in case of failure of the Peltier element still sufficient heat transfer between the expansion means in the interior of the working chamber 24 and the coolant takes place, so that a mechanical, self-regulating emergency operation of the thermostatic valve is maintained.

In 4 ist eine zweite Ausführungsform gezeigt, die sich von der ersten Ausführungsform dadurch unterscheidet, dass das Peltier-Element 50 keinen separaten äußeren Träger 52 aufweist. Stattdessen sind die äußeren Kontaktflächen 58 an der Wandung 26 des Arbeitselements 22 angebracht, genauer gesagt auf einer Isolierschicht 62, welche die außen liegenden elektrischen Kontaktflächen 58 elektrisch voneinander isoliert. Der Vorteil dieser Ausgestaltung gegenüber der ersten Ausführungsform besteht darin, dass zur Wandung 26 des Arbeitselements 22 ein Zwischenelement wegfällt, nämlich der äußere Träger 52, sodass sich eine bessere Wärmeübertragung ergibt.In 4 a second embodiment is shown, which differs from the first embodiment in that the Peltier element 50 no separate outer support 52 having. Instead, the outer contact surfaces 58 on the wall 26 of the work item 22 attached, more precisely on an insulating layer 62 which the external electrical contact surfaces 58 electrically isolated from each other. The advantage of this embodiment over the first embodiment is that the wall 26 of the work item 22 an intermediate element is omitted, namely the outer carrier 52 so that a better heat transfer results.

In 5 ist eine dritte Ausführungsform gezeigt, bei der das Peltier-Element 50 im Wesentlichen dem bei der ersten Ausführungsform verwendeten entspricht. Der Unterschied zur ersten Ausführungsform besteht darin, dass das Peltier-Element außerhalb des Arbeitselements 22 angeordnet ist, sodass der innere Träger 54 des Peltier-Elements an der Wandung 26 des Arbeitselements 22 anliegt. Hier kann (wie auch bei der ersten Ausführungsform) zwischen dem Träger und der Wandung eine Wärmeleitpaste verwendet werden.In 5 a third embodiment is shown in which the Peltier element 50 substantially the same as that used in the first embodiment. The difference to the first embodiment is that the Peltier element is outside the working element 22 is arranged so that the inner carrier 54 of the Peltier element on the wall 26 of the work item 22 is applied. Here, as in the first embodiment, a thermal grease may be used between the carrier and the wall.

Auch hier ist das Peltier-Element 50 in eine Isolationsmasse eingegossen, sodass ein elektrischer Kurzschluss mit dem Kühlmittel verhindert ist, welches das Peltier-Element umströmt. Abweichend von der ersten Ausführungsform müssen die Anschlussleitungen bei der dritten Ausführungsform nicht mehr aus der Arbeitskammer 24 des Arbeitselements 22 herausgeführt werden, sondern an geeigneter Stelle aus dem Kühlmittelkanal herausgeführt werden.Here too is the Peltier element 50 poured into an insulating compound, so that an electrical short circuit is prevented with the coolant flowing around the Peltier element. Notwithstanding the first embodiment, the connection lines no longer need in the third embodiment of the working chamber 24 of the work item 22 be led out, but are led out of the coolant channel at a suitable location.

In 6 ist eine vierte Ausführungsform gezeigt, die eine Kombination der zweiten und der dritten Ausführungsform ist. Die Halbleiterelemente 56 des Peltier-Elements 50 sind hier ohne den inneren Träger 54 auf die Wandung 26 des Arbeitselements 22 aufgebracht und außenseitig durch den äußeren Träger 52 gehalten. Dieser wird vom Kühlmittel umströmt.In 6 a fourth embodiment is shown, which is a combination of the second and the third embodiment. The semiconductor elements 56 of the Peltier element 50 are here without the inner carrier 54 on the wall 26 of the work item 22 applied and on the outside by the outer carrier 52 held. This is flowed around by the coolant.

In 7 ist eine fünfte Ausführungsform gezeigt, bei der das Peltier-Element 50 flexibel und außen auf die Wandung 26 des Arbeitselements 22 aufgewickelt ist. Das Peltier-Element 50 stellt sich also als spiralförmiges Band dar, welches außenseitig vom Kühlmittel umströmt wird. Flexible Peltier-Elemente sind beispielsweise aus der US 2005/0257822 A1 bekannt. Ein besonderer Vorteil solcher flexibler Peltier-Elemente besteht darin, dass die mechanische Verbindung zwischen dem Peltier-Element und der Wandung 26 des Arbeitselements 22 nicht durch etwaige Wärmespannungen belastet wird.In 7 a fifth embodiment is shown in which the Peltier element 50 flexible and outside on the wall 26 of the work item 22 is wound up. The Peltier element 50 So it turns out to be a spiral band, which flows around the outside of the coolant. Flexible Peltier elements are for example from the US 2005/0257822 A1 known. A particular advantage of such flexible Peltier elements is that the mechanical connection between the Peltier element and the wall 26 of the work item 22 is not burdened by any thermal stresses.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 6761321 [0002, 0006]
DE 4409547 A1 [0003]
US 2005/0257822 A1 [0037]

Claims

Thermostatic valve ( 2 ), in particular for a cooling circuit of an internal combustion engine, with a working element ( 22 ), in which an expansion means is accommodated so that temperature changes in a working stroke of a valve element ( 10 . 12 ), the working element ( 22 ) a wall ( 26 ), which projects into a coolant channel, and wherein the working element ( 22 ) at least one Peltier element ( 50 ), characterized in that the Peltier element ( 50 ) with the wall ( 26 ) of the working element ( 22 ) is in a thermally conductive connection.

Thermostatic valve ( 2 ) according to claim 1, characterized in that the wall ( 26 ) is cylindrical and the Peltier element ( 50 ) extends over almost the entire circumference of the wall or over the entire wall.

Thermostatic valve ( 2 ) according to claim 1 or claim 2, characterized in that the Peltier element ( 50 ) extends over a length greater than 30%, in particular greater than 50% of the height of the wall ( 26 ), but less than 90%, measured along the longitudinal axis of the wall ( 26 ).

Thermostatic valve ( 2 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the Peltier element ( 50 ) cylindrical with an outer ring ( 52 ) and an inner ring ( 54 ) is executed.

Thermostatic valve ( 2 ) according to claim 4, characterized in that the Peltier element ( 50 ) within the working element ( 22 ) is arranged.

Thermostatic valve ( 2 ) according to claim 5, characterized in that the Peltier element ( 50 ) outside the working element ( 22 ) is arranged.

Thermostatic valve ( 2 ) according to one of claims 5 and 6, characterized in that a thermal compound between the wall ( 26 ) of the working element ( 22 ) and the Peltier element ( 50 ) is used.

Thermostatic valve ( 2 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the metal bridges of the Peltier element ( 50 ) on the wall ( 26 ) of the working element ( 22 ) are printed.

Thermostatic valve ( 2 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the Peltier element ( 50 ) is flexible and on the outside of the wall ( 26 ) of the working element ( 22 ) is wound up.

Thermostatic valve ( 2 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the Peltier element ( 50 ) is poured into an insulating compound.