DE10010658A1 - Thermostat - Google Patents

Abstract

Beschrieben wird ein Thermostat (2, 23) für den Einbau in Kühlkreisläufen von Verbrennungsmotoren mit einem Verschlußelement (9, 12) für den Verschluß einer Fluidleitung (1, 11), mit einem Temperaturfühler und mit einer Betätigungseinrichtung (6, 25) zur Bewegung des Verschlußelements (9, 12) zwischen einer Offen- und einer Schließstellung in Abhängigkeit von der von dem Temperaturfühler erfaßten Temperatur, wobei die Betätigungseinrichtung eine Elektromagneteinrichtung (6, 25) aufweist, die derart in Wirkverbindung mit dem Verschlußelement (9, 12) steht, daß dessen Stellung von dem Erregungszustand der Elektromagneteinrichtung (9, 12) abhängig ist, und daß ein separater Temperaturfühler vorgesehen ist, der den Erregungszustand der Elektromagneteinrichtung (9, 12) steuert.

Description

Die Erfindung betrifft einen Thermostaten für den Einbau in Kühlkreisläufen von Verbrennungsmotoren mit einem Ver­ schlußelement für den Verschluß einer Fluidleitung, mit einem Temperaturfühler und mit einer Betätigungseinrich­ tung zur Bewegung des Verschlußelements zwischen einer Offen- und einer Schließstellung in Abhängigkeit von der von dem Temperaturfühler erfaßten Temperatur.

Der Kühlkreislauf von Verbrennungsmotoren weist in der Regel eine Kurzschlußleitung auf, der die Zulaufleitung vom Kühler zum Motor mit der Rücklaufleitung vom Motor zum Kühler verbindet. In der Zulaufleitung hinter dem Ab­ zweig der Kurzschlußleitung oder in der Ablaufleitung vor dem Abzweig ist ein Thermostat eingebaut, der dazu be­ stimmt ist, den Zulauf von aus dem Kühler kommenden Kühl­ wasser bei noch kaltem Motor zu sperren, d. h. der Kühl­ wasserumlauf geht so lange über die Kurzschlußleitung, bis sich der Motor hinreichend erwärmt hat. Die hierfür verwendeten Thermostate enthalten ein Wachs, das sowohl als Temperaturfühler als auch als Betätigungseinrichtung dient. Das Wachs wird durch das sich am Motor erwärmende Kühlwasser erhitzt und erhöht hierdurch sein Volumen. Die Volumenvergrößerung wird dazu genutzt, ein Verschlußele­ ment aus einer Schließstellung in eine Offenstellung zu bewegen. Dies öffnet den Kreislauf des Kühlwassers zum und vom Motor, d. h. der Motor wird durch das Kühlwasser gekühlt.

Ein solcher Wachsthermostat hat zwar einen einfachen Auf­ bau. Er hat jedoch ein sehr träges Verhalten. Die Öff­ nungszeit kann mehrere Minuten betragen, weshalb aus Vor­ sichtsgründen der Kühlwasserkreislauf durch den Motor schon relativ früh geöffnet wird. Hinzu kommt, daß ein solcher Thermostat einen hohen Strömungswiderstand hat, so daß eine entsprechende Pumpleistung der Wasserpumpe zur Verfügung gestellt werden muß. Dies wiederum hat ei­ nen negativen Einfluß auf den Gesamtwirkungsgrad des Mo­ tors.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Thermo­ stat der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß er wesentlich schneller und genauer reagiert und zudem so gestaltet werden kann, daß er einen geringen Druckverlust erzeugt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Beätigungseinrichtung eine Elektromagneteinrichtung aufweist, die derart in Wirkverbindung mit dem Ver­ schlußelement steht, daß dessen Stellung von dem Erre­ gungszustand der Elektromagneteinrichtung abhängig ist, und daß ein separater Temperaturfühler vorgesehen ist, der den Erregungszustand der Elektromagneteinrichtung steuert.

Grundgedanke der Erfindung ist es also, das Verschlußele­ ment mittels einer durch einen separaten Temperaturfühler gesteuerten Elektromagneteinrichtung zu betätigen. Ein solcher Thermostat zeichnet sich durch schnelle Reaktion im Sekundenbereich aus. Von Vorteil ist auch, daß der Temperaturfühler an einer wesentlich besser geeigneten Stelle angeordnet werden kann, also auch im Abstand zu dem eigentlichen Thermostaten mit der Betätigungseinrich­ tung und dem Verschlußelement. Der erfindungsgemäße Ther­ mostat kann also wesentlich besser an den Kühlbedarf des Verbrennungsmotors angepaßt werden.

Hinzu kommt, daß die Betätigungseinrichtung relativ klein baut und auch außerhalb der Fluidleitung angeordnet wer­ den kann. Der durch den Thermostat verursachte Druckver­ lust ist dann wesentlich geringer als bei den vorbekann­ ten Thermostaten, insbesondere wenn ein Verschlußelement verwendet wird, beispielsweise in Form eines Schiebers, der in Offenstellung außerhalb der Fluidströmung liegt und von außen betätigbar ist. Ein geringerer Druckverlust hat wiederum zur Folge, daß die Wasserpumpe eine geringe­ re Leistung erfordert. Sie kann zudem kleiner gehalten werden. Insgesamt steigt hierdurch der Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors mit der Folge, daß sich der Treib­ stoffverbrauch senkt.

In Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Elek­ tromagneteinrichtung einen Elektromagneten aufweist, der in einer Bewegungsrichtung gegen die Wirkung einer Rück­ stellfeder auf das Verschlußelement einwirkt. Hierdurch ist ein besonders einfacher Aufbau möglich. Statt dessen können jedoch mehrere Elektromagneten vorgesehen sein, die derart angeordnet und gesteuert erregbar sind, daß hierdurch das Verschlußglied in mehreren Stellungen fest­ legbar ist. Hierdurch können also Zwischenstellungen ver­ wirklicht werden, wodurch noch eine bessere Anpassung an den Kühlbedarf des Verbrennungsmotors möglich ist. Aller­ dings läßt sich dies auch mit einem Elektromagneten ver­ wirklichen, der gegen die Wirkung einer Rückstellfeder arbeitet, wenn zusätzlich eine Einrichtung vorgesehen ist, die die Erregung in Abhängigkeit von der von dem Temperaturfühler festgestellten Temperatur regelt.

Für den Fall, daß mehrere Elektromagneten vorgesehen sind, ist vorgeschlagen, daß diese mit Permanentmagneten zusammenwirken, welche mit dem Verschlußelement beweglich sind. Dabei können die Permanentmagneten auf einem dreh­ bar gelagerten Träger angeordnet sein, der mit dem Ver­ schlußglied verbunden ist, und zwar vorzugsweise in einer Kreisanordnung mit unterschiedlichen Abständen. Alterna­ tiv oder in Kombination dazu sollten die Elektromagnete Polschuhe aufweisen, die im Kreis mit unterschiedlichen Abständen angeordnet sind.

Das Verschlußglied kann als drehbare Klappe, Schieber oder dergleichen ausgebildet sein. Alternativ dazu ist vorgesehen, daß das Verschlußelement ventilkegelartig ausgebildet ist und über eine Betätigungsstange in in ei­ ner Fluidleitung einbaubares Gehäuse hineinragt, in der die Elektromagneteinrichtung angeordnet ist. Dabei kann der Strömungswiderstand niedrig gehalten werden, wenn das Gehäuse zusammen mit dem Verschlußelement strömungsgün­ stig geformt ist. In diesem Fall ist es zweckmäßig, wenn das Verschlußelement in der Offenstellung bündig mit dem Gehäuse abschließt. Auf der dem Verschlußelement abge­ wandten Seite sollte das Gehäuse gerundet oder zugespitzt sein und kreisförmigen Querschnitt haben.

In der Zeichnung ist die Erfindung anhand von Ausfüh­ rungsbeispielen näher veranschaulicht. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Fluidleitung mit eingebautem Thermostaten in Schließ­ stellung und

Fig. 2 die Darstellung gemäß Fig. 1 mit dem Thermostaten in Offenstellung;

Fig. 3 einen Querschnitt durch eine Fluidleitung mit einer zweiten Ausführungsform eines Thermostaten in Offenstellung;

Fig. 4 einen Querschnitt durch den Thermostaten gemäß Fig. 3;

Fig. 5 einen Längsschnitt durch die Fluidleitung mit dem Thermostaten gemäß den Fig. 3 und 4 in der Vertikalen und in Schließ­ stellung;

Fig. 6 den Längsschnitt gemäß Fig. 5, jedoch in der Horizontalen und

Fig. 7 einen Querschnitt durch die Fluidleitung gemäß den Fig. 5 und 6.

Die Fig. 1 und 2 zeigen einen Abschnitt einer Fluid­ leitung 1 des Kühlkreislaufes eines Verbrennungsmotors. In den erweiterten Abschnitt der Fluidleitung 1 ist ein Thermostat 2 eingebaut, der eine torpedoartige und damit strömungsgünstige Formgebung hat. Der Thermostat 2 weist ein Gehäuse 3 mit einem Zylinderabschnitt 4 und einem zu­ gespitzten Endabschnitt 5 auf. Die Erweiterung der Fluid­ leitung 1 und der Querschnitt des Gehäuses 3 sind so be­ messen, daß der freie Querschnitt der Fluidleitung 1 auch im Bereich des Thermostaten 2 unverändert bleibt.

In dem Gehäuse 3 ist ein Elektromagnet 6 angeordnet. In den Elektromagneten 6 hinein ragt eine Betätigungsstange 7, die - was hier nicht näher dargestellt ist - in Rich­ tung auf den Endabschnitt 5 federbelastet ist. Die Betä­ tigungsstange 7 ragt aus der Stirnwandung 8 des Gehäuses 3 heraus und trägt einen kegelartigen Verschlußkörper 9, der ähnlich zugespitzt ist wie der Endabschnitt 5. In eine Ringnut des Verschlußkörpers 9 ist ein Abdichtring 10 gehalten, der nach außen vorsteht.

Der Elektromagnet 6 hat - was nicht näher dargestellt ist - über eine elektrische Leitung Verbindung zu einer elek­ tronischen Steuereinrichtung. Diese hat einen Eingang für einen Temperatursensor beispielsweise in Form eines Ther­ moelements oder eines Heiß- oder Kaltleiters. Der Tempe­ ratursensor kann an jeder beliebigen Stelle des Kühl­ kreislaufes oder des Verbrennungsmotors angebracht wer­ den. In Abhängigkeit von der erfaßten Temperatur steuert die Steuereinrichtung die Erregung des Elektromagneten 6. In einfacher Ausführungsform kann sie als Zweipunktsteue­ rung ausgebildet werden. Es können jedoch auch mehrere Stufen vorgesehen sein, um Zwischenstellungen des Ver­ schlußkörpers 9 zu verwirklichen.

In Fig. 1 ist der Elektromagnet 6 erregt, so daß die Be­ tätigungsstange 7 entgegen der Wirkung der Feder ausge­ fahren ist. Hierdurch ragt der Verschlußkörper 9 so weit in die anschließende Verengung hinein, daß der Abdich­ tring an der Innenwand der Fluidleitung 1 zur Anlage kommt. Die Fluidleitung 1 ist geschlossen. Der Kühlkreis­ lauf erfolgt über die hier nicht dargestellte Kurzschluß­ leitung.

Erreicht der Verbrennungsmotor an der Stelle, an der der Temperatursensor angebracht ist, eine bestimmte Tempera­ tur, schaltet die Steuereinrichtung die Erregung des Elektromagneten 6 ab. Hierdurch wird die Betätigungsstange 7 in Folge der Einwirkung der Rückstellfeder in das Gehäuse 3 hineingezogen, so daß der Verschlußkörper 9 an der Stirnwandung 8 zur Anlage kommt. Der Verschlußkörper 9 ist dabei so geformt, daß er zur Außenseite des Gehäu­ ses 3 bündig ist. Das Zurückziehen des Verschlußkörpers 9 hat zur Folge, daß der Abdichtring 10 in den erweiterten Bereich bewegt wird, so daß ein Durchströmquerschnitt freigegeben wird. Der Verbrennungsmotor liegt dann im Kühlkreislauf und wird folglich gekühlt.

In den Fig. 3 bis 7 ist eine weitere Ausführungsform eines Thermostaten dargestellt. Die Fig. 3 und 5 bis 7 zeigen eine Fluidleitung 11, in der eine drosselklappen­ artige Verschlußklappe 12 angeordnet ist, die eine quer zur Strömungsrichtung sich erstreckende Klappenwelle 13 aufweist. Die Klappenwelle 13 ist beidseits in Lagern 14, 15 drehbar geführt. Die Verschlußklappe 12 weist oberhalb und unterhalb der Klappenwelle 13 spiegelbildlich ausge­ bildete Klappensegmente 16, 17 auf.

Wie sich aus Fig. 3 ersehen läßt, ist eine Trägerscheibe 18 drehfest mit der Klappenwelle 13 verbunden. In die Trägerscheibe 18 eingelassen sind über den Umfang ver­ teilt vier Permanentmagnete 19, 20. Die Trägerscheibe 18 sitzt in einer Ausbuchtung 21 der Fluidleitung 11, so daß sie der Fluidströmung nicht direkt ausgesetzt ist.

Die Ausbuchtung 21 wird von der Stirnwand 22 eines Ther­ mostaten 23 abgeschlossen. Die Stirnwand 22 gehört zu ei­ nem Gehäuse 24. In dem Gehäuse 24 ist eine Spule 25 angeordnet. Zwischen Stirnwand 22 des Thermostaten 23 und der Spule 25 sind Polschuhe 27, 28, 29, 30 (Fig. 4) angeord­ net. Sie haben die gleiche Formgebung wie die Permanent­ magnete 19, 20 und liegen in der in Fig. 3 gezeigten Stellung der Verschlußklappe 12 in gleicher Anordnung ge­ genüber den Permanentmagneten 19, 20. Hierzu ist die Er­ regung der Spule 25 so gesteuert, daß sich die jeweils gegenüberliegenden Paare von Permanentmagneten 19, 20 und Polschuhen 27, 28, 29, 30 anziehen. Die Verschlußklappe 12 wird dann in der gezeigten Freigabestellung gehalten.

Ist der Verbrennungsmotor noch so kalt, daß der Kühl­ kreislauf lediglich über die Kurzschlußleitung erfolgen soll, wird die Spule 25 so erregt, daß gegeneinander ge­ richtete Magnetfelder an den Permanentmagneten 19, 20 und Polschuhen 27, 28, 29, 30 entstehen. Hierdurch wird die Trägerscheibe 18 in Richtung Schließstellung verdreht, wie dies aus den Fig. 5 bis 7 zu entnehmen ist.

Claims (11)

1. Thermostat (2, 23) für den Einbau in Kühlkreisläufen von Verbrennungsmotoren mit einem Verschlußelement (9, 12) für den Verschluß einer Fluidleitung (1, 11), mit einem Temperaturfühler und mit einer Betätigungs­ einrichtung (6, 25) zur Bewegung des Verschlußele­ ments (9, 12) zwischen einer Offen- und einer Schließstellung in Abhängigkeit von der von dem Tem­ peraturfühler erfaßten Temperatur, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Betätigungseinrichtung eine Elek­ tromagneteinrichtung (6, 25) aufweist, die derart in Wirkverbindung mit dem Verschlußelement (9, 12) steht, daß dessen Stellung von dem Erregungszustand der Elektromagneteinrichtung (9, 12) abhängig ist, und daß ein separater Temperaturfühler vorgesehen ist, der den Erregungszustand der Elektromagnetein­ richtung (9, 12) steuert.

2. Thermostat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektromagneteinrichtung wenigstens einen Elektromagneten (6) aufweist, der in einer Bewegungsrichtung gegen die Wirkung einer Rückstellfeder auf das Verschlußelement (9) einwirkt.

3. Thermostat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Elektromagneteinrichtung eine Spule (25) aufweist, die derart angeordnet und gesteuert erregbar sind, daß hierdurch das Verschlußglied (12) in mehreren Stellungen festlegbar ist.

4. Thermostat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (25) mit Permanentmagneten (19, 20) zu­ sammenwirkt, welche mit dem Verschlußelement (12) be­ weglich sind.

5. Thermostat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete (19, 20) auf einem drehbar gelagerten Träger (18) angeordnet sind, der mit dem Verschlußglied (12) verbunden ist.

6. Thermostat nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete (19, 20) auf dem Träger (18) mit unterschiedlichen Abständen angeordnet sind.

7. Thermostat nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Spule (25) mit Polschuhen (27, 28, 29, 30) zusammenwirkt, die im Kreis angeordnet sind.

8. Thermostat nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußelement (12) als drehbare Klappe ausgebildet ist.

9. Thermostat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußelement (9) Ventil­ kegelartig ausgebildet ist und über eine Betätigungs­ stange (7) in ein in der Fluidleitung (1) einbaubares Gehäuse (3) hineinragt, in der die Elektromagnetein­ richtung (6) angeordnet ist.

10. Thermostat nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußelement (9) in der Offenstellung bündig mit dem Gehäuse (3) abschließt.

11. Thermostat nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Gehäuse (3) auf der dem Verschluße­ lement (9) abgewandten Seite abgerundet oder Zuge­ spitzt ist und kreisförmigen Querschnitt hat.