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Die Erfindung betrifft einen Kühlmittelregler insbesondere für einen Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.
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Kühlanlagen für eine Brennkraftmaschine, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug, umfassen in der Regel einen Kühlmittelregler mit einem Thermostatventil, das ein in Abhängigkeit der Temperatur der Kühlflüssigkeit wirkendes Arbeitselement umfaßt. Ein solches Arbeitselement ist in den meisten Fällen ein Dehnstoffelement, das je nach Bedarf mit einer zusätzlichen Heizeinrichtung versehen werden kann. Ein solcher Kühlmittelregler mit Thermostatventil regelt eine Strömung des Kühlmittels zwischen der Brennkraftmaschine und dem Kühler derart, daß während einer Warmlaufphase das von der Brennkraftmaschine kommende Kühlmittel im wesentlichen unter Umgehung des Kühlers durch eine Kurzschlußöffnung oder Kurzschlußleitung zu der Brennkraftmaschine zurückströmt. Ab einem bestimmten Temperaturniveau wird während einer Betriebsphase in einem Mischbetrieb das von der Brennkraftmaschine kommende Kühlmittel teilweise durch den Kühler und teilweise durch die Kurzschlußöffnung geleitet und der Brennkraftmaschine zugeleitet. Oberhalb eines weiteren vorgegebenen Temperaturniveaus wird der gesamte Kühlmittelstrom durch den Kühler geleitet, um die Brennkraftmaschine ausreichend zu kühlen.
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Für die Steuerung der Brennkraftmaschine und auch zur Verbesserung der Kühlmittelregelung werden Temperatursensoren eingesetzt, die zum Erfassen einer Kenngröße eines Mediums, vorzugsweise der Temperatur des Kühlmittels, vorgesehen sind. Sensoren dieser Art werden vielfach in Kraftfahrzeugen eingesetzt, wobei die aktuelle Temperatur des Kühlmittels des Kühlmittelkreislaufs erfaßt und an das Motorsteuergerät übermittelt wird. Solche Sensoren werden in Öffnungen an kühlmittelführenden Kanälen eingebaut. Solche Sensoren sind mit einem Kabel versehen, das zu Übertragung der ermittelten Daten bzw. der jeweiligen Meßwerte an eine Verarbeitungseinheit wie beispielsweise ein Steuergerät oder einen Bordcomputer dient.
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Zur Vereinfachung der Montage und Vermeidung von zusätzlichem Bauraum für die Sensoren wurde in der
DE 10 2004 062 908 A1 vorgeschlagen, das Halbleiterelement und die Kontakte in ein aus Kunststoff hergestelltes Funktionsteil wie beispielsweise einem Ventilgehäuse einzubetten.
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Aus der
US 2006/0021588 A1 ist ein Motor einer Lokomotive bekannt, der ein spezielles Kühlsystem, einen Temperatursensor sowie ein Steuergerät umfasst, wobei diese drahtlos miteinander kommunizieren.
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Aus der
DE 298 14 738 U1 ist ein Aufbau eines berührungslosen und drahtlosen Messwertaufnehmers für die Überwachung von Gas, Rauch, Wasser und Temperatur-Daten sowie eine auf RFID (Radio-Frequenz) arbeitende Auswerteeinheit bekannt.
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Aus der
DE 10 2007 008 226 A1 ist ein Frequenzverhältnis-Digitalisierungs-Temperatursensor mit Linearitätskorrektur bekannt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kühlmittelregler der eingangs genannten Gattung derart weiterzubilden, daß der Temperatursensor bzw. die Sensoren an beliebiger Stelle und in beliebiger Einbaulage angebracht werden können und die funktionsmäßige Anbindung vereinfacht wird.
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Diese Aufgabe wird durch einen Kühlmittelregler mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Die Erfindung bietet den Vorteil, daß die Sensoren an optimalen bzw. gewünschten Stellen angeordnet werden können, beispielsweise dort, wo sich eine günstige Umströmung bietet, so daß Temperaturänderungen rasch erfaßt und entsprechenden Regel- oder Steuereinrichtungen zur Verfügung gestellt werden können. Ein zusätzlicher Kabelanschluß entfällt, wodurch die Montage vereinfacht wird. Dadurch werden Kosten gesenkt und Betriebsstörungen vermieden.
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Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß mindestens ein Sensor ein aktiver Sensor ist, der seine Energie für die Datenübertragung aus seiner Umgebung bezieht. Diese Energie kann beispielsweise aus der Wärme des Kühlmittels oder aus den Vibrationen der Fahrzeugbewegung entnommen werden. Alternativ hierzu besteht eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung darin, daß mindestens ein Sensor ein passiver Sensor ist. Hierfür kommen vorzugsweise funkabfragbare Oberflächenwellensensoren in Betracht, die keine eigene Energieversorgung benötigen. Außerdem kann es vorteilhaft sein, daß mehrere Sensoren vorgesehen sind, von denen mindestens einer ein aktiver Sensor und mindestens einer ein passiver Sensor ist.
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Der Sensor ist an bzw. in einem diesen aufnehmenden Bauteil angeordnet. Auf diese Weise werden die Sensoren bei der Installation des Kühlmittelreglers automatisch mit eingebaut, d. h. Fehler durch falsche oder unterlassene Montage werden vermieden. Selbstverständlich ist es auch möglich, wenn mehrere Sensoren vorgesehen sind, diese an oder in verschiedenen Bauteilen anzuordnen. Um einen größtmöglichen Schutz der Sensoren gegen Beschädigungen irgendwelcher Art zu erreichen, ist es vorteilhaft, daß die Sensoren in dem Bauteil eingegossen oder eingebettet sind. Das Bauteil zur Aufnahme des Sensors ist der Thermostateinsatz des Kühlmittelreglers. Bei einer Anordnung des Sensors im Thermostateinsatz kann die Anbringung des Sensors am Arbeitselement oder an einem Ventilschließglied erfolgen.
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Es ist außerdem zweckmäßig, daß dem Thermostat ein Computer zugeordnet ist, der außerhalb des Gehäuses, vorzugsweise räumlich von diesem entfernt, angeordnet ist. Ein solcher Computer dient dem Motormanagement; bei Anordnung in einem Fahrzeug kann es sich auch um einen Bordcomputer handeln. Der Empfänger der von dem Sensor gelieferten Daten kann in dem Computer angeordnet sein. Alternativ hierzu ist es ebenso möglich, daß der Empfänger an der Außenseite des Gehäuses des Thermostatventils angeordnet und mittels elektrischer Leitungen mit dem Computer verbunden ist. Dabei ist es zweckmäßig, daß die elektrischen Leitungen gleichzeitig zur Energieversorgung eines weiteren elektrischen Bauteils dienen, so daß für die Datenübertragung keine zusätzlichen Leitungen erforderlich sind. Bei einer Anordnung des Empfängers an der Außenseite des Gehäuses des Thermostatventils kann dieser an oder in einem Stecker für eine Anschlußleitung angeordnet sein.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt:
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1 eine vereinfachte schematische Darstellung eines Kühlkreislaufs,
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2 einen axialen Schnitt durch ein Thermostatventil.
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In 1 ist ein Kühlmittelkreislauf für eine Brennkraftmaschine 1 in einem Kraftfahrzeug dargestellt. Von der Brennkraftmaschine 1 führt eine Vorlaufleitung 2 zu einem Kühlmittelkühler 3. Von dem Kühlmittelkühler 3 führt eine Rücklaufleitung 4 zurück zu der Brennkraftmaschine 1, wobei in die Rücklaufleitung 4 ein Kühlmittelregler 5 und eine Kühlmittelpumpe 6 geschaltet sind. Vom Kühlmittelausgang an der Brennkraftmaschine 1 oder von der Vorlaufleitung 2 abzweigend erstreckt sich eine Kurzschlußleitung 7 zu dem Kühlmittelregler 5. Der Kühlmittelkreislauf umfaßt außerdem einen Ausgleichsbehälter 8, der über Entlüftungs- und Ausgleichsleitungen mit der Brennkraftmaschine 1, dem Kühlmittelkühler 3 und der Rücklaufleitung 4 verbunden ist.
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Ein für den in 1 dargestellten Kühlmittelkreislauf geeigneter Kühlmittelregler 5 ist in 2 gezeigt. Dieser Kühlmittelregler 5 umfaßt ein Thermostatventil 5', das im Ausführungsbeispiel der 2 an einem Motorgehäuse 9 unmittelbar befestigt ist. Auf diese Weise entfällt die außerhalb der Brennkraftmaschine verlaufende Kurzschlußleitung. In dem Motorgehäuse 9 ist ein Kühlmittelkanal 10 angeordnet mit einer Anschlußöffnung 11, über die der Kühlmittelkanal 10 von der Außenseite des Motorgehäuses 9 zugänglich ist. Im Bereich dieser Anschlußöffnung 11 ist eine Kühlmittelbohrung 12 vorgesehen, an die die in 1 gezeigte Vorlaufleitung 2 angeschlossen wird.
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Das Thermostatventil 5' umfaßt ein Gehäuse 13 sowie einen Deckel 14 und ist an dem Ende des Gehäuses 13, das vom Deckel 14 entfernt liegt, mit einem Flansch 15 versehen. Dieser Flansch 15 liegt an der Außenseite des Motorgehäuses 9 an und überdeckt somit die Anschlußöffnung 11. In dem Flansch 15 befindet sich eine zentrische Kurzschlußöffnung 16, die von einem in das Gehäuse 13 gerichteten Durchzug begrenzt ist, an dessen axialem Ende ein Ventilsitz 17 ausgebildet ist. In der in 2 dargestellten Position des Thermostatventils 5' befindet sich ein Kurzschlußventilteller 18 in einem Abstand zu dem Ventilsitz 17. Der Kurzschlußventilteller 18 ist auf einem Zapfen 19 eines Thermostateinsatzes 20 angeordnet, wobei eine Kurzschlußfeder 22 den Kurzschlußventilteller 18 in Richtung auf den Ventilsitz 17 belastet und den Kurzschlußventilteller 18 gegen einen Sicherungsring 23 drückt.
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In dem Thermostateinsatz 20 befindet sich außerdem ein Arbeitselement 24, das vorzugsweise ein Dehnstoffelement ist.
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Dieses Arbeitselement 24 wird in dem Deckel 14 gehalten und ragt in den Innenraum des Gehäuses 13, so daß es von dem dort durchströmenden Kühlmittel umspült wird. In dem Bereich, in dem der Deckel 14 an das Gehäuse 13 angeflanscht ist, befindet sich ein Hauptventil, das aus einem Hauptventilteller 25 und einem Hauptventilsitz 25' gebildet wird. Der Hauptventilteller 25 befindet sich an dem deckelseitigen Ende des Thermostateinsatzes 20 und verschließt durch Anlage an dem Hauptventilsitz 25' gemäß der Darstellung in 2 einen Rücklaufanschluß 27, an dem die in 1 gezeigte Rücklaufleitung 4 angeschlossen wird. Der Hauptventilteller 25 wird von einer Schließfeder 26 gegen den Hauptventilsitz 25' belastet.
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In dem Arbeitselement 24 befindet sich ein Heizelement 28, das über Anschlußleitungen 29 mit Kontakten 30 verbunden ist, die in einem Stecker 31 angeordnet sind. An dem freien Ende des Zapfens 19 ist ein Temperatursensor 33 angeordnet, der als ein drahtlos mit einem in der Zeichnung nicht dargestellten externen Empfänger kommunizierender Temperatursensor ausgebildet ist. Bei diesem Temperatursensor 33 kann es sich um einen aktiven Sensor, der seine Energie für die Datenübertragung aus seiner Umgebung bezieht, oder um einen passiven Sensor, der keine eigene Energieversorgung benötigt, handeln.
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Der Temperatursensor 33 ragt durch die Kurzschlußöffnung 16 in den Kühlmittelkanal 10 des Motorgehäuses 9. In dem in 2 dargestellten Zustand, in dem der Rücklaufanschluß 27 durch den Hauptventilteller 25 verschlossen ist, fließt das Kühlmittel ausschließlich durch die Kurzschlußöffnung 16 in das Gehäuse 13 und von dort durch den Motorzulaufanschluß 32, an den die Kühlmittelpumpe angeschlossen ist. Der Temperatursensor 33 befindet sich somit vollständig in der Kühlmittelströmung. Bei Erwärmung des Kühlmittels dehnt sich das Medium in dem Arbeitselement 24 aus und verschiebt den Thermostateinsatz 20 nach unten, so daß der Hauptventilteller 25 von dem Hauptventilsitz 25' abgehoben wird. In dieser Zwischenstellung des Thermostatventils 5' sind sowohl der Hauptventilteller 25 als auch der Kurzschlußventilteller 13 teilweise geöffnet, wobei der Temperatursensor 33 weiterhin in der durch die Kurzschlußöffnung 16 erfolgenden Strömung liegt.
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Wenn der Kurzschlußventilteller 18 auf den Ventilsitz 17 gelangt und damit die Kurzschlußöffnung 16 verschließt, strömt das Kühlmittel ausschließlich durch die Kühlmittelbohrung 12 zum Kühlmittelkühler und von dort zurück durch den Rücklaufanschluß 27 und das geöffnete Hauptventil 21. Da in dieser Stellung des Thermostateinsatzes 20 der Temperatursensor 33 in den Kühlmittelkanal 10 hineinverschoben ist, befindet er sich weiter in der Kühlmittelströmung. Daher wird in jeder Lage bzw. Stellung des Thermostateinsatzes 20 schnell und exakt die Kühlmittelaustrittstemperatur der Brennkraftmaschine gemessen.
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Der Temperatursensor 33 kann die aufgrund der Messung ermittelten Daten direkt an einen Computer senden, wobei es sich beispielsweise um einen Computer für das Motormanagement der Brennkraftmaschine oder um einen Bordcomputer in einem Fahrzeug handelt. Für den Fall, daß die Sendeleistung des Sensors nicht ausreicht, um eine Datenübertragung bis zu dem externen Computer zu gewährleisten, wird der Empfänger an dem Gehäuse des Thermostatventils 5' vorgesehen. Dabei ist es zweckmäßig den Empfänger an oder in dem Stecker 31 anzuordnen und die Daten über die ohnehin erforderlichen Zuleitungen für das Heizelement 28 an den entsprechenden Computer zu geben.
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Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung ergibt, können die Sensoren an beliebigen Stellen, insbesondere an den optimal gewünschten Stellen und in beliebiger Einbaulage eingesetzt werden. Besonders günstig ist dabei die in 2 dargestellte Anordnung direkt im Zentrum der Kühlmittelaustrittsströmung an der Brennkraftmaschine. Selbstverständlich können auch mehrere Sensoren eingesetzt werden, die auch an unterschiedlichen Bauteilen befestigt werden können. Bauraumprobleme gibt es diesbezüglich nicht. Da keine zusätzlichen Anschlußleitungen erforderlich sind, ist auch die Montage vereinfacht, was zu Kosteneinsparungen führt, und durch den Wegfall der Kabelverbindungen ergibt sich eine Reduzierung der Störungsanfälligkeit.
