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Die Erfindung betrifft ein Temperaturregelventil zur temperaturabhängigen Durchflussregelung von insbesondere Motoröl. Aus der Motorentechnik sind verschiedene Systeme bekannt, die je nach Betriebstemperatur des Motorenöls verschiedene Ölkreisläufe schalten. Hierbei finden sogenannte Temperaturregelvorrichtungen, wie insbesondere Temperaturregelventile oder Thermostatventile Verwendung.
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Aus der
US 4,570,851 ist eine Ventilanordnung vorbekannt, bei der ein sich in axialer Richtung erstreckender Draht aus einer Formgedächtnis-Legierung vorgesehen ist. Ein Ventilkörper wird bei ansteigender Temperatur durch eine Längenausdehnung des Drahts gegen die Kraft einer Schließfeder verschlossen.
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Aus der
US 4,227,646 ist eine Ventilanordnung vorbekannt, bei der das Verschlussteil des Ventils von einer Schraubenfeder aus einer Formgedächtnis-Legierung besteht. Problematisch ist hierbei die Dichtheit der Ventilanordnung in geschlossenem Zustand, insbesondere zwischen den benachbarten Wendelungen der Schraubenfeder.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Temperaturregelventil bereitzustellen, das funktionssicher arbeitet und dennoch vergleichsweise einfacher aufgebaut ist.
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Diese Aufgabe wird durch ein Temperaturregelventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ein solches Temperaturregelventil sieht folglich einen Ventilsitz, einen axial verstellbaren, in einer Schließstellung am Ventilsitz anliegenden und in einer Öffnungsstellung vom Ventilsitz abgehobenen Ventilkörper sowie eine den Ventilkörper in die Öffnungsstellung drängende Ventilfeder vor. Zudem ist ein auf den Ventilkörper einwirkendes Dehnstoffelement vorhanden, das sich temperaturabhängig derart verformt, dass es bei Überschreiten einer vorgegebenen Grenztemperatur den Ventilkörper entgegen der Federkraft der Ventilfeder in die Schließstellung drängt. Erreicht folglich das das Ventil durchströmende Medium eine entsprechende Betriebstemperatur, wird das Ventil aufgrund der Ausdehnung des Dehnstoffelements geschlossen. Wird die Betriebs- oder Grenztemperatur danach wieder unterschritten, beispielsweise nach dem Abstellen eines Fahrzeugmotors, wird das Ventil wieder geöffnet.
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Ein derartiges Ventil hat insbesondere den Vorteil, dass es mit vergleichsweise wenig Bauteilen auskommt und deshalb auf einfache Art und Weise herstellbar ist und zudem kostengünstig realisiert werden kann.
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Die Erfindung sieht vor, dass das Dehnstoffelelement als den Ventilkörper in Schließstellung drängende Zylinder-Kolben-Einheit ausgebildet ist, die einen Zylinder, einen im Zylinder vorhandenen temperaturempfindlichen Dehnstoff und einen den Zylinder verschließenden, mit dem Ventilkörper zusammenwirkenden Kolben aufweist, wobei bei Überschreiten der Grenztemperatur eine Ausdehnung des Dehnstoffs derart erfolgt, dass der Ventilkörper in Schließstellung gedrängt wird. Als Dehnstoff kommen insbesondere Dehnstoffwachse in Betracht, deren Volumen sich bei ändernden Temperaturen sehr stark ändert. Dadurch, dass der Dehnstoff im Zylinder angeordnet ist, bewegt sich der Kolben bei sich ausdehnendem Dehnstoff in Axialrichtung.
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Ein derartiges, eine Zylinder-Kolben-Einheit aufweisendes Temperaturregelventil umfasst einen Ventilkäfig und einen zugehörigen Abdeckkörper. Der Zylinder ist dabei abdeckkörperseitig und der Kolben ventilkörperseitig vorgesehen. Der Zylinder kann als separates Bauteil oder auch einstückig mit dem Abdeckkörper ausgebildet sein. Entsprechend kann der Kolben als separates Bauteil oder auch einstückig mit dem Ventilkörper ausgebildet sein.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass an der dem Zylinder abgewandten Seite der Kolben eine kolbenstangenartige Kolbenverlängerung aufweist, die den Ventilkörper bei sich ausdehnendem Dehnstoff in Schließrichtung bewegt. Die Kolbenverlängerung kann dabei insbesondere unmittelbar gegen den Ventilkörper wirken.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Zylinder gegenüber dem Abdeckkörper axial bewegbar angeordnet ist und mittels einer Ausgleichsfeder in Richtung Schließstellung beaufschlagt wird. Dadurch wird gewährleistet, dass bei ansteigenden Temperaturen und sich weiter ausdehnendem Dehnstoff ein Sprengen des Ventils aufgrund der Bewegung des Zylinders gegenüber dem Abdeckkörper unterbunden wird. Das Ausdehnen des Dehnstoffelements erfolgt dabei gegen die Federkraft der Ausgleichsfeder. Die Ausgleichsfeder kann insbesondere als Schraubenfeder ausgebildet sein, die den Zylinder wenigstens abschnittsweise umgebend angeordnet ist.
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Der Zylinder kann dabei den Abdeckkörper in axialer Richtung durchgreifen. Der Abdeckkörper dient dabei insbesondere als Führung für den Zylinder.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Ventilkörper einen Dichtring zur Anlage an den Ventilsitz umfasst, wobei der Dichtring in der Schließstellung mittels einer Bypassfeder unter Vorspannung gegen den Ventilsitz derart beaufschlagt wird, dass der Dichtring bei überschrittener Grenztemperatur und bei Überschreiten eines auf der Anströmseite des Ventilkörpers vorgegebenen Grenzdrucks vom Ventilsitz abhebt. Hierdurch wird eine Druckbegrenzungsfunktion erzielt; bei vorgegebenem Grenzdruck öffnet das Temperaturregelventil.
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Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen, anhand derer die in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert sind.
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Es zeigen:
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1 einen Längsschnitt durch ein nicht erfindungsgemäßes Temperaturregelventil in Öffnungsstellung;
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2 das Ventil gemäß 1 in Schließstellung;
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3 eine perspektivische Ansicht des Ventils gemäß 1 und 2;
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4 einen Längsschnitt durch ein erstes erfindungsgemäßes Temperaturregelventil;
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5 einen Längsschnitt durch ein zweites erfindungsgemäßes Temperaturregelventil;
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6 das Temperaturregelventil gemäß 5 in perspektivischer Ansicht; und
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7a bis 7e ein dem Temperaturregelventil gemäß 5 entsprechendes Temperaturregelventil in verschiedenen Betriebszuständen.
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1 zeigt ein nicht erfindungsgemäßes Temperaturregelventil 10, das einen Ventilkäfig 12, einen die obere Seite des Ventilkäfigs 12 abdeckenden Abdeckkörper 14 sowie einen zwischen dem Ventilkäfig 12 und dem Abdeckkörper 14 angeordneten, axial verlagerbaren Ventilkörper 16 umfasst. Der Abdeckkörper 14 ist dabei mit dem Ventilkörper 16 über Rastverbindungen verbunden.
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Der Ventilkäfig 12 umfasst einen Ventilsitz 18, an den in geschlossener Stellung des Ventils 10 ein Dichtbereich 20 des Ventilkörpers 16 zum Anliegen kommt.
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In 2 ist deutlich zu erkennen, wie der Dichtbereich 20 am Ventilsitz 18 anliegt.
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Wie aus 3 deutlich wird, weist der Ventilkäfig 12 Einlassdurchbrüche 22 zum Einströmen des das Ventil 10 durchströmenden Motoröls und der Abdeckkörper 14 Auslassdurchbrüche 24 für das aus dem Ventil 10 ausströmende Motoröl auf.
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Wie insbesondere aus den 1 und 2 deutlich wird, weist der Ventilkörper 12 im Bereich seiner Mittellängsachse einen Führungszapfen 26 zur axialen Führung des Ventilkörpers 16 auf. Zudem weist der Abdeckkörper 14 einen Zylinderabschnitt 28 ebenfalls zur axialen Führung des Ventilkörpers 16 auf.
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Zwischen dem Ventilkäfig 12 und dem Führungskörper 16 ist eine den Ventilkörper 16 in Öffnungsstellung drängende Ventilfeder 30 vorgesehen. Ferner ist zwischen dem Abdeckkörper 14 und dem Ventilkörper 16 eine den Ventilkörper 16 in Schließstellung drängende Schließfeder 32 vorgesehen.
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Bei der Schließfeder 32 handelt es sich um eine Feder aus einer Formgedächtnis-Legierung, die derart ausgebildet ist, dass sie bei Überschreiten einer Grenztemperatur sich in Axialrichtung ausdehnt. Die Ventilfeder 30 weist dabei eine Federkraft auf, die größer ist als die Federkraft der Schließfeder 32, sofern diese eine Temperatur unterhalb der Grenztemperatur aufweist. Insofern ist bei einer Temperatur unterhalb der Grenztemperatur das Ventil, wie in 1 dargestellt, geöffnet. Wird eine Grenztemperatur, die insbesondere im Bereich von 80°C liegen kann, erreicht beziehungsweise überschritten, so dehnt sich die Schließfeder 32 in Axialrichtung aus. Ihre Federkraft ist dabei so gewählt, dass sie die Federkraft der Ventilfeder dann übersteigt. Das Ventil 10 befindet sich folglich bei Überschreiten der Grenztemperatur, wie in 2 gezeigt, im geschlossenen Zustand.
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Die Schließfeder 32 ist dabei ferner so ausgelegt, dass sie bei überschrittener Grenztemperatur und bei Überschreiten eines Grenzdrucks auf der der Schließfeder abgewandten Anströmseite des Ventilkörpers 16 sich elastisch derart verformt, dass der Ventilkörper 16 vom Ventilsitz 18 abhebt und das Ventil öffnet. Hierdurch realisiert das Ventil 10 zudem eine Überdruckventilfunktion. Der Grenzdruck kann bei beispielsweise im Bereich von > = 0,7 bar liegen.
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Durch geeignete Dimensionierung der Ventilfeder 30 und der Schließfeder 32 sowie durch geeignete Wahl der Legierungsbestandteile der Formgedächtnis-Legierung der Schließfeder 32 kann zum einen die Grenztemperatur vorgegeben werden und zum anderen der Grenzdruck.
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Das in den 1 bis 3 dargestellte Ventil 10 hat folglich den Vorteil, dass es mit lediglich drei beweglichen Funktionsbauteilen, nämlich der Schließfeder 32, der Ventilfeder 30 und des Ventilkörpers 20 auskommt, und dennoch zwei Funktionen, nämlich eine Temperaturregelfunktion und eine Überdruckbegrenzungsfunktion, realisiert werden können.
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Das in der 4 dargestellte, erfindungsgemäße Temperaturregelventil 40 weist einen ähnlichen Aufbau wie das Temperaturregelventil 10 auf, wobei entsprechende Bauteile mit entsprechenden Bezugszeichen versehen sind. Entsprechend dem Ventil 10 wird beim Ventil 40 der Ventilkörper 16 von der Ventilfeder 30 in die Öffnungsstellung gedrängt.
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Das Ventil 40 unterscheidet sich vom Ventil 10 dadurch, dass keine Schließfeder 32 vorgesehen ist. Ähnlich wie beim Ventil 10 greift beim Ventil 40 ein ventilkörperseitiger Kolbenabschnitt 42 in den abdeckkörperseitigen Zylinderabschnitt 28. In dem vom Kolbenabschnitt 42 begrenzten Zylinderraum ist bei der Ausführungsform gemäß 4 ein Dehnstoff 44 vorhanden. Der Dehnstoff 44 ist dabei sehr temperaturempfindlich und verändert bei sich verändernden Temperaturen sein Volumen sehr stark. Bei dem Dehnstoff 44 kann es sich insbesondere um einen Wachsdehnstoff handeln. Die Größe des Zylinderraums beziehungsweise das Volumen des Dehnstoffs 44 ist dabei so gewählt, dass bei Überschreiten der Grenztemperatur aufgrund der Ausdehnung des Dehnstoffs 44 der Ventilkörper 16 mit seinem Dichtbereich gegen den Ventilsitz 18 gedrängt wird. Der Zylinderabschnitt 28 bildet folglich zusammen mit dem Kolbenabschnitt 42 und dem Dehnstoff 44 eine Zylinder-Kolben-Einheit.
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Bei dem in der 5 und 6 dargestellten erfindungsgemäßen Temperaturregelventil 50 handelt es sich um eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Temperaturregelventils 40 gemäß 4. Entsprechende Bauteile sind mit entsprechenden Bezugszeichen versehen.
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Das Ventil 50 sieht folglich einen Ventilkäfig 12 und einen Abdeckkörper 14 vor. Zwischen dem Ventilkäfig 12 und dem Abdeckkörper 14 ist ein Ventilkörper 16 axial bewegbar angeordnet. Zwischen dem Ventilköper 16 und dem Ventilkäfig 12 ist, entsprechend dem Ventil 40 gemäß 4, eine Ventilfeder 30 vorgesehen. Der Ventilkörper 16 umfasst einen Dichtring 52, der an dem ventilkäfigseitig angeordneten Ventilsitz 18 dichtend anliegt. Auch das Ventil 50 gemäß 5 sieht eine dem Ventil 40 entsprechende Zylinder-Kolben-Einheit 54 vor. Diese umfasst einen einen Zylinderraum bildenden Zylinder 56 sowie einen den Zylinderraum begrenzenden Kolben 58. Im Zylinderraum ist ein temperatursensibler Dehnstoff 44 vorgesehen, der sich bei steigenden Temperaturen stark ausdehnt. Die dem Dehnstoff 44 abgewandte Seite des kolbenstangenartig ausgebildeten Kolbens 58 wirkt gegen den Ventilkörper 16. Der Zylinder 56 ist dabei gegenüber dem Abdeckkörper 14 axial bewegbar angeordnet und wird mittels einer Ausgleichsfeder 60 in Richtung Schließstellung des Ventilkörpers 16 beaufschlagt. Wird die in 5 gezeigte Schließstellung erreicht und findet eine weitere Temperaturerhöhung statt, so kann sich der Dehnstoff 44 weiter ausdehnen und der Kolben 58 weiter aus dem Zylinder 56 ausfahren. Der Zylinder 56 bewegt sich hierbei entgegen der Federkraft der Ausgleichsfeder 60 gegenüber dem Abdeckkörper 14 nach axial oben. Wie aus 5 deutlich wird, durchgreift dabei der Zylinder 46 den Abdeckkörper 14 in Axialrichtung.
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Wie bereits erwähnt, umfasst der Ventilkörper 16 einen Dichtring 18. Der Dichtring 18 wird dabei, wie in 5 dargestellt, über eine Bypassfeder 62 unter Vorspannung gegen den Ventilsitz beaufschlagt. Tritt nun der Fall auf, dass im geschlossenen Zustand des Ventils ein auf der Anströmseite des Ventilkörpers vorgegebener Grenzdruck überschritten wird, so hebt der Dichtring 52, an dem das Öl unter Grenzdruck ansteht, entgegen der Federkraft der Bypassfeder 62 vom Ventilsitz ab. Das Ventil 50 öffnet folglich. Aufgrund einer derartigen Ausbildung des Ventils 50 wirkt das Ventil 50 nicht nur als Temperaturregelventil, sondern ebenfalls auch als Druckbegrenzungsventil. Auf der dem Dichtring 52 abgewandten Seite wirkt die Bypassfeder 62 gegen einen Druckring 64.
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Wie aus 6 deutlich wird, umfasst der Ventilkäfig 12 Einlassdurchbrüche 22 für einströmendes Öl. Ferner umfasst der Abdeckkörper 14 Auslassdurchbrüche 24 für aus dem Ventil abströmendes Öl.
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Anhand der 7a bis 7e wird die Funktionsweise des Ventils 50 näher erläutert.
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In der 7 ist ein Temperaturregelventil 70 dargestellt, das grundsätzlich dem Temperaturregelventil 50 entspricht. Entsprechende Bauteile tragen entsprechende Bezugszeichen, wobei einzelne Bauteile der 7 unterschiedliche Geometrien zu den Bauteilen der 5 und 6 aufweisen.
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In der 7a ist das Ventil 70 weit unterhalb der Grenztemperatur dargestellt. Das durch das Ventil hindurchströmende Medium, insbesondere Motorenöl, kann beispielsweise eine Temperatur von 5° haben. Aufgrund der vergleichsweise geringen Temperatur ist das Volumen des im Zylinder 56 vorhandenen Dehnstoffs vergleichsweise klein; aufgrund der Ventilfeder 30 wird der Ventilkörper 16 nach axial oben in Öffnungsstellung gedrängt.
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Nimmt nun die Temperatur auf einen höheren Wert, der im Bereich von 25° liegen kann, zu, so dehnt sich der Dehnstoff 44 geringfügig aus. Aufgrund von vorhandenem Axialspiel der Ausgleichsfeder 60 wird zunächst der Zylinder 56 nach axial oben verschoben, wie in 7b gezeigt wird.
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Steigt die Temperatur weiter an, so stützt sich die Ausgleichsfeder 60 nun einerends am Abdeckkörper 14 und andererends am Zylinder 56 ab. Eine weitere Ausdehnung des Dehnstoffs 44 hat zur Folge, dass der Kolben 58 nun nach axial unten bewegt wird. Der Kolben 58 nimmt dabei den Ventilkörper 16 entgegen der Federkraft der Ventilfeder 30 mit, bis die Schließstellung gemäß 5 beziehungsweise 7c erreicht ist. Vorzugsweise wird die Schließstellung, wie sie in 7c gezeigt ist, bei einer Temperatur von cirka 80° erreicht.
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Ein weiterer Temperaturanstieg führt dazu, dass sich der Dehnstoff 44 weiter ausdehnt. Da der Kolben aufgrund des am Ventilkäfig anliegenden Ventilkörpers nicht weiter nach axial unten ausweichen kann, kommt es nun zu einer Kompression der Ausgleichsfeder 60; der Zylinder 56 wird folglich entgegen der Federkraft der Ausgleichsfeder 60 nach axial oben bewegt. Figur d zeigt beispielsweise eine Betriebstemperatur von 130°.
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Tritt nun der Fall auf, dass bei geschlossenem Ventil auf der Anströmseite des Ventilkörpers ein Grenzdruck, der im Bereich von 0,7 bar liegen kann, überschritten wird, so hebt der Dichtring 64 aufgrund des an ihm anstehenden Druckes entgegen der Federkraft der Bypassfeder 62 vom Ventilsitz 18 des Ventilkörpers 16 ab. Das Ventil wird folglich gemäß 7e geöffnet.
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Die Ausführungsform gemäß 5, 6 und 7 hat folglich den Vorteil, dass nicht nur ein Temperaturregelventil realisiert wird, sondern zudem eine Druckbegrenzungsfunktion geschaffen wird.
