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Die
Erfindung betrifft eine Kühlanordnung
mit einem Thermostatventil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Kühlanordnungen
für Brennkraftmaschinen weisen
einen Wärmetauscher
auf, der das die Brennkraftmaschine temperierende Kühlmittel
kühlt.
Das Kühlmittel
wird mittels einer Kühlmittelpumpe,
die in einem Strömungspfad
zwischen Brennkraftmaschine und Wärmetauscher angeordnet ist,
umgewälzt.
Ein Kühlmittelthermostatventil
schaltet abhängig
von einer Kühlmitteltemperatur,
beispielsweise beim Kaltstart, einen Kurzschluss-Strömungspfad
frei, mit dem der Wärmetauscher
umgangen werden kann und ungekühltes
Kühlmittel
wieder in die Brennkraftmaschine gelangt. Der Kühlmittelthermostat wird üblicherweise
saugseitig oder druckseitig am Wärmetauscher
angeschlossen. Bei der saugseitigen Anordnung (Eintrittsregelung)
wird der Wärmetauscher
mit einem erhöhten
Systemdruck belastet. Im Kurzschlussbetrieb kommt es zu Ausgleichsströmungen vom
Wärmetauscher über den üblicherweise
vorhandenen Ausgleichsbehälter
zurück
zur Brennkraftmaschine, was deren Warmlauf verzögert. Bei einer druckseitigen
Anordnung (Austrittsregelung) des Kühlmittelthermostaten treten
aufgrund der langen Regelstrecke, da die Temperatursensierung erst
am Austritt des Kühlmittels
aus der Brennkraftmaschine erfolgt, Temperaturschwankungen des Kühlmittels
an dessen Eintritt in die Brennkraftmaschine auf.
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Aus
der gattungsbildenden Patentschrift
DE 37 05 232 C2 ist eine Kühlanordnung
bekannt, bei der ein Thermostatventil eingangsseitig am Wärmetauscher
angeordnet ist und von einem Temperatursignal eines Temperatursensors
angesteuert werden kann, der ausgangsseitig am Wärmetauscher angeordnet ist.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine kompakte Kühlanordnung anzugeben, bei
der ein Thermostatventil und dessen zugeordneter Temperatursensor
in getrennten Strömungspfaden
angeordnet sind.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Günstige Aus-
und Weiterbildungen der Erfindung sind den weiteren Ansprüchen zu
entnehmen.
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Die
erfindungsgemäße Kühlanordnung
mit einem Thermostatventil zur Überwachung
und/oder Einstellung einer Kühlmitteltemperatur
ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Drosselkörper des Thermostatventils
auf einer, bezogen auf eine Pumprichtung einer Kühlmittelpumpe, Druckseite und
ein zugeordneter Sensor zur Sensierung der Kühlmitteltemperatur auf einer
Saugseite des Wärmetauschers angeordnet
sind. Durch die saugseitige Temperatursensierung kann eine konstante
Kühlmitteleintrittstemperatur
in die Wärmequelle
erreicht werden. Durch die druckseitige Volumenstromregelung ist
der Druck im Wärmetauscher
niedriger. Gleichzeitig können
Ausgleichsströmungen
im Kurzschlussbetrieb vermieden werden, die den Warmlauf der Wärmequelle,
insbesondere einer Brennkraftmaschine, verzögern.
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Eine
kompakte Ausgestaltung kann erreicht werden, wenn der Drosselkörper mit
der Stelleinheit über
eine Antriebsverbindung verbunden ist, die sich in wenigstens einem
Strömungspfadabschnitt
erstreckt, während
der Drosselkörper
sich in einem anderen Strömungspfadabschnitt
erstreckt. Die Antriebsverbindung kann beispielsweise als Schubstange
ausgebildet sein.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung erstreckt sich die Antriebsverbindung
durch den Kurzschluss-Strömungspfad.
In dieser Ausgestaltung stellt der Kurzschluss-Strömungspfad
eine vorzugsweise sehr kurze Strömungsverbindung
zwischen der Saugseite und der Druckseite des Wärmetauschers dar.
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Erstreckt
sich die Antriebsverbindung quer durch wenigstens einen der Strömungspfadabschnitte
und wenigstens bereichsweise parallel zum Kurzschluss-Strömungspfad,
kann eine kompakte alternative Ausgestaltung geschaffen werden.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung erstreckt sich der Strömungspfadabschnitt
zwischen Wärmequelle
und Thermostatventil quer durch den Kurzschluss-Strömungspfad.
In dieser Ausgestaltung ist der Kurzschluss-Strömungspfad wesentlich länger ausgebildet,
wobei das Kühlmittel
in diesem Abschnitt eine Strömungsrichtungsumkehr
erfährt. Bereichsweise
wird der Kurzschluss-Strömungspfad vom
Kühlmittel
im druckseitigen Strömungspfadabschnitt
umspült.
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Die
Stelleinheit des Drosselkörpers
kann außerhalb
des Strömungspfads
angeordnet sein. Es ist jedoch gemäß einer besonders bevorzugten
Ausgestaltung möglich,
die Stelleinheit innerhalb eines Strömungspfads anzuordnen. Die
Stelleinheit für
den Drosselkörper
kann grundsätzlich
elektrisch, pneumatisch, hydraulisch, aus einem Dehnstoff, insbesondere
einer Wachspatrone, gebildet sein oder auf einer Kombination einer
oder mehrerer der genannten Prinzipien beruhen, um den Drosselkörper zu
betätigen.
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Eine
besonders vorteilhafte, einfache und kompakte Bauweise ergibt sich,
wenn der Sensor zur Temperatursensierung durch die Stelleinheit
selbst gebildet ist. Besonders bevorzugt ist die Stelleinheit als
Wachspatrone ausgebildet, die ihre Länge abhängig von der Kühlmitteltemperatur
verändert
und eine entsprechende temperaturabhängige Stellung des Drosselkörpers bewirkt.
Es können
Sensorleitungen und eine separate Auswertung der Sensorsignale zur Ansteuerung
des Thermostatventils, bzw. dessen Drosselkörpers, entfallen. Bevorzugt
ist die Stelleinheit dann in einem Strömungspfadabschnitt zwischen
der Saugseite des Wärmetauschers
und der Kühlmittelpumpe
angeordnet.
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Vorteilhaft
ist der Drosselkörper
als Tellerventil mit zwei Tellern ausgebildet, von denen der eine
in einer Endanschlagsposition dem Strömungspfadabschnitt zwischen
Wärmequelle
und Wärmetauscher
und in einer anderen Endanschlagsposition der andere den Strömungspfadabschnitt
zum Umgehen des Wärmetauschers
absperrt.
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Alternativ
kann der Drosselkörper
als Ringschieber ausgebildet sein. Grundsätzlich können jedoch übliche bekannte
Ventilbauarten verwendet werden.
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Weitere
Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand
von in der Zeichnung beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispielen
näher erläutert, ohne
auf diese Ausführungsbeispiele
beschränkt
zu sein.
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Dabei
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer bevorzugten Kühlanordnung;
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2 ausschnittsweise
eine bevorzugte erste konstruktive Ausgestaltung mit einem Tellerventil und
einer außen
liegenden Stelleinheit für
das Thermostatventil;
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3 eine
bevorzugte Ausgestaltung mit einem Dehnstoff als Stelleinheit und
Sensor;
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4 eine
bevorzugte Ausgestaltung mit einem Dehnstoff als Stelleinheit und
Sensor mit einer alternativen Anordnung eines Kurzschluss-Strömungspfads;
und
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5 eine
bevorzugte Ausgestaltung mit einem Dehnstoff als Stelleinheit und
Sensor mit einem als Ringschieber ausgebildeten Thermostatventil.
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In
den Figuren sind gleiche oder gleich wirkende Elemente mit gleichen
Bezugszeichen beziffert. Im Folgenden ist die Kühlanordnung anhand einer Anordnung
in einem Fahrzeug beschrieben, bei dem eine Brennkraftmaschine als
Wärmequelle 20 und
ein Fahrzeugkühler
als Wärmetauscher 17 vorgesehen
ist.
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Eine
schematische Ansicht einer bevorzugten Kühlanordnung mit einer durch
eine durchbrochene Linie angedeuteten Anordnung mit einem Thermostatventil 10 zur Überwachung
und/oder Einstellung einer Kühlmitteltemperatur
ist der 1 zu entnehmen. Das Thermostatventil 10 umfasst
einen Drosselkörper 11 und
ein zugeordneten Sensor 12 zur Sensierung der Kühlmitteltemperatur.
Abhängig von
der sensierten Kühlmitteltemperatur
wird der Drosselkörper 11 betätigt. Das
Kühlmittel
zirkuliert zwischen Wärmequelle 20 und
Wärmetauscher 17 in einem
Strömungspfad 13, 15, 16, 18 sowie
einem Kurzschluss-Strömungspfad 14 und
gelangt von der Wärmequelle 20 über die
zwei Strömungspfadabschnitte 13 und 15 zum
Wärmetauscher 17 und von
diesem über
die Strömungspfadabschnitte 16 und 18 zur
Wärmequelle 20 zurück. Im Strömungspfadabschnitt 18 ist
eine Kühlmittelpumpe 19 angeordnet.
Der Kurzschluss-Strömungspfad 14 führt vom
Thermostatventil 10 weg und mündet zwischen den Strömungspfadabschnitten 16 und 18.
Zwischen dem Strömungspfadabschnitt 13 und
dem Strömungspfadabschnitt 15 ist
das Thermostatventil 10 bzw. dessen Drosselkörper 11 angeordnet.
Der Sensor 12 ragt in den Strömungspfadabschnitt 18 zwischen
der Einmündung
des Kurzschluss-Strömungspfads 14 und
der Kühlmittelpumpe 19.
Wahlweise kann der Sensor 12 auch stromab der Kühlmittelpumpe 19 vor
der Wärmequelle 20 angeordnet
sein, was dort durch strichlierte Linien angedeutet ist.
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Der
Wärmetauscher 17 ist
vorzugsweise als Fahrzeugkühler
und die Wärmequelle 20 als
Brennkraftmaschine ausgebildet. Bezogen auf eine Pumprichtung der
Kühlmittelpumpe 19 ist
das Thermostatventil 10 mit seinem Drosselkörper 11 an
einer Druckseite 30 des Wärmetauschers 17 angeordnet und
der Sensor 12 auf einer Saugseite 31 des Wärmetauschers 17.
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Vom
Drosselkörper 11 ab
führt der
Kurzschluss-Strömungspfad 14 zum
Umgehen des Wärmetauschers 17 zwischen
die Strömungspfadabschnitte 16 und 18,
die von der Saugseite 31 des Wärmetauschers 17 zur
Wärmequelle 20 führen. Wird
der Kurzschluss-Strömungspfad 14 freigegeben,
kann Kühlmittel
von der Wärmequelle 20 ungekühlt über den
Strömungspfadabschnitt 18 zu
dieser zurückgeführt werden.
Bei entsprechender Einstellung des Drosselkörpers 11 können gekühlte und
ungekühlte
Volumenströme
des Kühlmittels
auch auf eine geeignete Mischtemperatur eingestellt werden.
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Eine
schematische Darstellung einer ersten bevorzugten Ausgestaltung
des Thermostatventils 10 zeigt 2. In mehreren
Ebenen verlaufen von der Brennkraftmaschine 20 her ein
Strömungspfadabschnitt 13,
in dem der Drosselkörper 11 eines Thermostatventils 10 ragt,
auf einer Seite des Strömungspfadabschnitts 13 oberhalb
ein Strömungspfadabschnitt 15 zum
Wärmetauscher 17,
sowie unterhalb des Strömungspfadabschnitts 13 Strömungspfadabschnitte 16, 18,
die von dem Wärmetauscher 17 zur
Kühlmittelpumpe 19 und
weiter zur Wärmequelle 20 führen. Die
Strömungspfadabschnitte 16, 18 entsprechen
der Saugseite 31 des Wärmetauschers 17.
In diese Strömungspfadabschnitte 16, 18 ragt
ein Sensor 12 zur Erfassung der dortigen Kühlmitteltemperatur. Über eine
Signalleitung 27 gelangen Temperatursignale an die Stelleinheit 21.
Wahlweise kann der Sensor 12 auch stromab der Kühlmittelpumpe 19 angeordnet
sein, wie in der Figur stromab der Kühlmittelpumpe 20 mit
durchbrochen gezeichnetem Sensor 12 und Signalleitung angedeutet ist.
Die Strömungspfadabschnitte 13 und 16, 18 sind durch
einen kurzen Abschnitt verbunden, der einen Kurzschluss-Strömungspfad 14 darstellt.
Die jeweilige Strömungsrichtung
des Kühlmittels
und die Herkunft des Kühlmittels
von Wärmetauscher 17,
Kühlmittelpumpe 19 und
Wärmepumpe 20 sind
durch Pfeile und die Symbole dieser Elemente angedeutet. Der Strömungspfadabschnitt 13 ist
durch eine verschließbare Öffnung 28 mit
dem Strömungspfadabschnitt 15 verbunden.
Eine verschließbare Öffnung 29 ermöglicht den
Durchtritt von Kühlmittel
vom Strömungspfadabschnitt 13 in
den Kurzschluss-Strömungspfad 14.
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Der
Drosselkörper 11 des
Thermostatventils 10 ist beispielhaft als Tellerventil
mit axial versetzt und auf einem vorzugsweise als Schubstange ausgebildeten
Verbindungselement 22 parallel angeordneten Tellern 23, 24 ausgebildet.
Das Verbindungselement 22 verbindet antriebsmäßig eine
außerhalb des
Strömungspfads 15 angeordnete
Stelleinheit 21 mit dem Drosselkörper 11 und ragt quer
zu den Strömungspfaden 15 und 13.
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Die
Stelleinheit 21 betätigt
den Drosselkörper 11 aufgrund
eines Signals des Sensors 12. In der skizzierten Position
ist der Kurzschluss-Strömungspfad 14 freigegeben,
so dass Kühlmittel
von der Wärmequelle 20 am
Wärmetauscher 17 vorbei
von der Kühlmittelpumpe 19 zur
Wärmequelle 20 zurückgeführt wird.
Der Teller 23 verschließt dann die Öffnung 28 zwischen
dem Strömungspfadabschnitt 13 und dem
Strömungspfadabschnitt 15.
Mit durchbrochenen Linien ist die Position angedeutet, bei der das Kühlmittel
von der Wärmequelle 20 durch
den Wärmetauscher 17 geleitet
wird. Dann verschließt
der Teller 24 die Öffnung 29 und
sperrt den Durchtritt des Kühlmittels
vom Strömungspfadabschnitt 13 zum Kurzschluss-Strömungspfad 14.
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Eine
alternative, bevorzugte Ausgestaltung zeigt 3. Die Anordnung
entspricht weitgehend der in 2, auf die
zur Beschreibung verwiesen wird. Nunmehr umfasst die Stelleinheit 21 einen Dehnkörper, insbesondere
eine Wachspatrone, so dass die Stelleinheit 21 abhängig von
der Kühlmitteltemperatur
in ihrem Bereich sowohl die Temperatur sensiert als auch gleichzeitig
durch eine temperaturabhängige
Längenänderung
des Dehnstoffs den Drosselkörper 11 betätigt.
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Die
Stelleinheit 21 ist im Strömungspfadabschnitt 16, 18 so
angeordnet, dass sich das Verbindungselement 22 durch den
Kurzschluss-Strömungspfad 14 entlang
seiner Längsachse
erstreckt. Das Verbindungselement 22 ragt quer zu den Strömungspfadabschnitten 16, 18 und 13.
Die Teller 23, 24 des Drosselkörpers 11 befinden
sich wiederum im druckseitigen Strömungspfadabschnitt 13 und
verschließen
wahlweise die Öffnungen 28 oder 29.
Die Wirkungsweise entspricht der in 1. Abhängig von
der Temperatur der Stelleinheit 21 bzw. der Kühlmitteltemperatur
im Strömungspfadabschnitt 16, 18 wird
der Drosselkörper 11 zwischen
seinen zwei Endanschlägen
(Verschließen
der Öffnung 28 oder
Verschließen
der Öffnung 29)
hin- und herbewegt.
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Eine
alternative Ausgestaltung zeigt 4. Die Strömungspfadabschnitte 13, 14, 15, 16, 18 mit den Öffnungen 28, 29 entsprechen
in ihrer Funktion und Zuordnung denen in den vorangegangenen Figuren.
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Die
Antriebsverbindung 22 zwischen Stelleinheit 21 und
Drosselkörper 11 ragt
quer durch die Strömungspfadabschnitte 15 und 13 und
verläuft
bereichsweise parallel zum Kurzschluss-Strömungspfadabschnitt 14.
Dieser ist U-förmig
ausgebildet, so dass das Kühlmittel
darin eine Strömungsumkehr
erfährt.
Die Stelleinheit 21 ist stromauf der Kühlmittelpumpe 19 angeordnet.
Wahlweise, wie mit durchbrochenen Linien an der betreffenden Position
angedeutet ist, kann die Kühlmittelpumpe 19 auch
stromauf der Stelleinheit 21 im Strömungspfadabschnitt 18 angeordnet
sein.
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Der
Strömungspfadabschnitt 13 zwischen Wärmequelle 20 und
Thermostatventil 10 bzw. Drosselkörper 11 erstreckt
quer durch den Kurzschluss-Strömungspfadabschnitt 14,
so dass das Kühlmittel
in diesem Bereich den Strömungspfadabschnitt 13 umspült. Die
Strömungspfadabschnitte 13, 15, 16, 18 verlaufen
wieder, wie in den vorangegangenen Figuren, in parallelen Ebenen.
Der Kurzschluss-Strömungspfadabschnitt 14 verläuft mit
seinem Bogen 14a ebenfalls parallel zu den anderen Strömungspfadabschnitten 13, 15, 16, 18.
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5 illustriert
eine Variante, bei der der Drosselkörper 11 als Ringschieber
mit einem Ring 25 zum Verschließen von Querschnitten der Strömungspfadabschnitte 13 oder 15 ausgebildet
ist. Bevorzugt ist die Stelleinheit 21 als Wachspatrone
ausgebildet. Das Verstellelement 22 verschiebt den Ring 25 über seine
Halterung 26 aufgrund von Längenänderungen der Stelleinheit 21.
In der skizzierten Position sperrt der Ring 25 den Querschnitt
des Strömungspfadabschnitts 15 ab
und gibt den Kurzschluss-Strömungspfad 14 frei.
Kühlmittel
aus der Wärmequelle 20 gelangt
ungekühlt
zurück
zu der Wärmequelle 20. Mit
durchbrochenen Linien ist die Position des Drosselkörpers 11 angedeutet,
in der der Kurzschluss-Strömungspfad 14 durch
den Ring 25 abgesperrt ist und Kühlmittel durch den Ring 25 in
den Strömungspfadabschnitt 15 und
damit über
den Wärmetauscher 17 zurück zur Wärmequelle 20 gelangt.
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Die
Kühlmittelpumpe 19 ist
stromauf der Stelleinheit 21 angeordnet. Wahlweise kann
auch in dieser Ausgestaltung, wie mit durchbrochenen Linien an der
betreffenden Position angedeutet ist, die Kühlmittelpumpe 19 stromauf
der Stelleinheit 21 im Strömungspfadabschnitt 18 angeordnet
sein.