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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung der Kühlmitteltemperatur eines Antriebs- oder Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs, insbesondere einen Kühlerthermostat, der mit einem elektrischen Heizelement ausgestattet ist. Daneben betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Regeln der Kühlmitteltemperatur mit Hilfe eines solchen Thermostats.
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Verbrennungsmotoren für Kraftfahrzeuge sind typischerweise mit einer Kühlung ausgestattet, um die im Betrieb des Verbrennungsmotors erzeugte Wärme abzuführen. Ein Kühlmedium, vorzugsweise mit einem Frostschutzmittel angereichertes Wasser, zirkuliert dabei in einem geschlossenen Kreislauf. Der Kühlkreislauf kann in Abhängigkeit der vorherrschenden Kühlmitteltemperatur unterschiedlich konfiguriert werden.
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Hat der Motor beispielsweise kurz nach Inbetriebnahme seine Betriebstemperatur noch nicht erreicht, kann durch ein geschlossenes Thermostatventil erreicht werden, dass die Kühlflüssigkeit ausschließlich über den Motor, die Wasserpumpe und über einen für die Innenraumheizung vorgesehenen Wärmetauscher zirkuliert.
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Sobald der Motor jedoch seine Betriebstemperatur erreicht, öffnet der Thermostat und das Kühlmittel kann einen weiteren Wärmetauscher, den Wasserkühler durchströmen, der typischerweise in Fahrtrichtung vor dem Motor liegend angeordnet und im Betrieb des Fahrzeugs vom Fahrtwind bzw. beim Stillstand des Fahrzeugs von einem eigens hierfür vorgesehenen Gebläse erzeugten Luftstrom durchströmt wird.
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Der Thermostat befindet sich innerhalb des Kühlkreislaufs und wird vom Kühlmittel umströmt bzw. beaufschlagt. Im Thermostat ist typischerweise ein Expansionsmedium, etwa ein bei einer vorgegebenen Temperatur schmelzendes Wachs vorgesehen. Etwa mit Erreichen der Betriebstemperatur des Motors schmilzt das Wachs. Durch die damit verbundene räumliche Ausdehnung des Wachses wird ein Stellglied des Thermostats, typischerweise ein verschiebbarer Kolben derart verschoben, dass der Wasserkühler strömungstechnisch mit der Wasserpumpe verbunden wird.
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Derartige Thermostate werden seit langem für die Regulierung der Kühlmitteltemperatur sowie für die Zuschaltung des Wasserkühlers zum Kühlkreislauf verwendet. Solche Thermostate reagieren mitunter jedoch recht träge. Wird etwa bereits kurz nach dem Start eines kalten Motors diesem ein hohes Leistungspotenzial abverlangt, so kann dies aufgrund einer zeitlich zu spät erfolgenden Zuschaltung des Wasserkühlers zu Beschädigungen im Kühlkreislauf, schlimmstenfalls sogar zu Beschädigungen des Motors führen.
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Des Weiteren ist es wünschenswert, etwa zu Wartungszwecken den Wasserkühler strömungstechnisch mit der Wasserpumpe und den übrigen Komponenten des Kühlkreislaufs verbinden zu können, auch wenn der Motor abgeschaltet ist und/oder unterhalb seiner Betriebstemperatur operiert.
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So ist aus der
DE 198 23 603 A1 beispielsweise eine Vorrichtung zum Steuern der Kühlmitteltemperatur eines Verbrennungsmotors bekannt, die ein thermostatisches Arbeitselement aufweist, welches mit einer elektrischen Heizeinrichtung versehen ist. Mittels einer elektrischen Heizeinrichtung kann die Betätigung des Thermostats wesentlich beschleunigt werden. Auch kann der Arbeitsbereich, in welchem sich der Thermostat öffnet, durch Beaufschlagung der Heizeinrichtung mit elektrischem Strom vergrößert werden.
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Bei solchen mit einer Heizeinrichtung versehenen Thermostaten erweist es sich jedoch als nachteilig, dass die Aktivierung der Heizeinrichtung über eine Motorsteuerung erfolgt, die sensorisch ermittelte Temperaturwerte zur Steuerung der Heizeinrichtung verarbeitet. In der Praxis können sich derartige Sensoren und Temperaturfühler, insbesondere im Langzeitbetrieb als stör- und fehleranfällig erweisen.
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Hierbei kann es durchaus vorkommen, dass die Heizeinrichtung auch bei einem bereits geöffneten Thermostat weiter aktiviert bleibt. Als Folge hiervon kann der Thermostat irreversibel, etwa durch einen überhitzungsbedingten Austritt von Wachs, beschädigt werden. Auch treten in der Praxis mit solch beheizbaren Thermostaten Probleme auf, etwa wenn der Kühlkreislauf nicht vollständig mit Kühlmittel befüllt ist. So kann auch hierbei kann ein schadhaftes Überhitzen des Thermostats auftreten. Selbiges gilt, wenn etwa zu Servicezwecken das Kühlmittel bei abgeschaltetem Motor ausgetauscht werden soll.
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Zum Öffnen des Thermostats wäre hierbei denkbar, lediglich die Heizeinrichtung zu aktivieren, bis der Thermostat den Wasserkühler strömungstechnisch mit den übrigen Kühlelementen verbindet. Auch hier besteht das grundlegende Problem, dass der Thermostat zwar öffnet, aber dass aufgrund nur ungenügend vorhandenen Kühlmittels und einer nicht ausreichenden Wärmeabfuhr von der elektrischen Heizung der Thermostat überhitzt und beschädigt wird.
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Ähnliche Probleme des Thermostaten können bei Kühlkreisläufen mit abschaltbarer Wasserpumpe auftreten, insbesondere dann, wenn es an einer Durchströmung im Bereich des Thermostaten fehlt. Auch dies kann zu einer schadhaften lokalen Überhitzung des Wachselementes führen.
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Der Erfindung liegt demgegenüber nun die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung zur Regelung der Kühlmitteltemperatur mit möglichst einfachen, aber dennoch effektiven Mitteln zur Verfügung zu stellen. Die Erfindung soll dabei möglichst kostengünstig implementierbar und mit einem minimal erforderlichen Regelungsaufwand zu verwirklichen sein. Darüber hinaus soll sich die Erfindung durch eine besonders einfache und robuste Bauweise auszeichnen.
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Die Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird mittels einer Vorrichtung zur Regelung der Kühlmitteltemperatur gemäß Patentanspruch 1, mit einem Verfahren zum Regeln der Kühlmitteltemperatur nach Patentanspruch 9 sowie mit einem Kraftfahrzeug gemäß Patentanspruch 12 gelöst. Einzelne vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweiligen abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist zur Regelung der Kühlmitteltemperatur eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs vorgesehen. Die Vorrichtung, welche typischerweise in Form eines Thermostats mit Zusatzheizung ausgebildet ist, weist ein temperatursensitives Regelglied auf. Mit Hilfe des Regelglieds kann in Abhängigkeit der Temperatur des Kühlmittels die Strömung des Kühlmittels innerhalb des Kühlkreislaufs geändert werden. Beispielsweise kann durch ein temperaturabhängiges Verstellen des Regelglieds ein Wasserkühler dem Kühlkreislauf zugeschaltet oder hiervon getrennt werden.
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Die Vorrichtung weist ferner ein elektrisches Heizelement auf. Mit Hilfe des elektrischen Heizelements kann das rein thermisch-mechanisch operierende Regelglied auch unabhängig von der Kühlmitteltemperatur, etwa zu Wartungszwecken, verstellt werden. Die Erfindung zeichnet sich dabei insbesondere dadurch aus, dass dem Heizelement zumindest ein temperatursensitives elektrisches Widerstandselement zugeordnet ist. Mit Hilfe jenes Widerstandselements kann die thermische Leistungsabgabe des Heizelementes begrenzt und somit einer Überlastung oder Überhitzung des Regelglieds entgegengewirkt werden.
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Das temperatursensitive Widerstandselement stellt sozusagen einen Überlastschutz gegen thermische Überlastung des Regelglieds zur Verfügung, ohne dass es hierfür eines gesonderten Regelkreislaufs und zugehöriger Temperatursensoren bedarf.
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Auch kann hierdurch einer etwaigen Fehlbedienung oder Fehlfunktion des Regelglieds entgegengewirkt werden. Mit Hilfe des temperatursensitiven elektrischen Widerstandselements kann nämlich ein die vorherrschende Temperatur berücksichtigender elektrischer Heizmechanismus zur Verfügung gestellt werden.
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Vorzugsweise ist hierbei das Regelglied als Thermostatventil ausgebildet, welches mit einem Expansionsmedium, wie etwa Wachs, gefüllt ist. Bei Erreichen eines Arbeitspunktes schmilzt das Wachs und beginnt sich infolge des Schmelzprozesses räumlich auszudehnen. Diese räumliche Ausdehnung betätigt einen Ventilkolben, sodass ein Wasserkühler dem Kühlkreislauf zugeschaltet wird.
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Durch Vorsehen eines elektrischen Heizelements kann der Arbeitspunkt des Thermostats nach unten verschoben werden. So kann insbesondere durch Beaufschlagen des Heizelementes mit elektrischem Strom ein Öffnen des Thermostats bereits bei niedrigeren Kühlmitteltemperaturen implementiert werden. Eine vermeintliche Trägheit des Thermostats kann damit effektiv beseitigt werden. Mittels des temperatursensitiven elektrischen Widerstandselements kann ferner einer schädlichen Überhitzung des Thermostats und/oder des Kühlsystems einfach und effektiv entgegengewirkt werden.
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Durch die temperaturgesteuerte Leistungsabgabebegrenzung des Heizelements kann ferner der für den Thermostat unter gewissen Umständen schädliche elektrische Regelungsmechanismus außer Kraft gesetzt werden, wobei etwa die Motorsteuerung infolge des Detektierens einer über einem Schwellwert liegenden Kühlmitteltemperatur das Heizelement mit Strom beaufschlagt. Ist der Thermostat zu diesem Zeitpunkt jedoch bereits geöffnet, der große Kühlkreislauf hinzu geschaltet und fällt die Kühlmitteltemperatur etwa aufgrund außergewöhnlicher Wärmeentwicklung im Motor nicht unter einen geforderten oder zu erwartenden Schwellwert, so bleibt die elektrische Heizung aktiv, was letztlich zu einer schadhaften Überhitzung des Thermostats führen kann.
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Indem der Heizmechanismus nun selbst eine temperaturabhängige Leistungsbegrenzung aufweist, kann einem solch schadhaften Aufheizen des Heizelementes effektiv entgegengewirkt werden.
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Auch kann mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein sicherer und störungsfreier Betrieb eines Kühlkreislaufs mit abschaltbarer, bzw. abgeschalteter Wasserpumpe zur Verfügung gestellt werden. So kann gerade auch in Stillstandszeiten der Pumpe eine definierte Thermostatöffnung sowie eine reduzierte Wärmeabfuhr vom Heizelement an das Kühlmittel bereitgestellt werden.
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Hierdurch können ferner diverse Betriebszustände abgedeckt werden. Durch die Zusatzheizung kann eine äußerst schnelle Erstöffnung des Thermostats nach einem Kaltstart des Motors erreicht werden. Ferner kann auch bei abgeschalteter oder variabel zugeschalteter, bzw. bei einer getakteten Wasserpumpe eine vorgegebene, weitreichend gleichbleibende Thermostatstellung erzielt werden.
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Entsprechend der Bestromung des Heizelements ist der Thermostat dabei entweder weitgehend geschlossen, was während der Warmlaufphase eines unvollständig aufgeheizten Motors vorteilhaft ist, oder weitgehend geöffnet. Letztere Stellung erweist sich bei einem durchgewärmtem Motor insbesondere dann als vorteilhaft, wenn die Wärmeabfuhr des Motors durch das Tastverhältnis der getaktet geschalteten Wasserpumpe geregelt wird.
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Typische Schalt- oder Taktzeiten der Wasserpumpe liegen im Bereich einiger zehn Sekunden, also auf einer Zeitskala in welcher auch bereits ein Wachsthermostat seine Stellung verändert. Um die Stellung des Thermostats auch während der Stillstandsphasen der Wasserpumpe beizubehalten, kann es ferner erforderlich sein, die Heizleistung der Thermostatheizung zu erhöhen, etwa um etwaigen Abkühleffekten des stehenden Kühlwassers entgegen zu wirken.
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Nach einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, dass das Widerstandselement in das Heizelement und/oder in das Regelglied integriert ist. Hierdurch wird zum einen erreicht, dass das Widerstandselement dem annähernd gleichen Temperaturniveau wie auch das Heizelement und/oder das Regelglied ausgesetzt ist. Zum anderen ergibt sich hierdurch eine besonders einfache und platzeinsparende Bauform, die im Vergleich zum Stand der Technik keinen zusätzlichen oder nur einen unwesentlich größeren Bauraum einnimmt.
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Nach einer weiteren alternativen Ausgestaltung ist für die Erfindung vorgesehen, dass das Widerstandselement außerhalb des Regelglieds angeordnet und elektrisch leitend mit dem Heizelement verbunden ist.
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Hierbei ist insbesondere vorgesehen, das Widerstandselement etwa innerhalb der Kühlmittelströmung anzuordnen, sodass der elektrische Widerstand des Widerstandselements der Temperatur des Kühlmittels entspricht. Von Vorteil weist das Widerstandselement hierbei eine derartige Kennlinie auf, die erst ab einer Arbeitspunkttemperatur des Verbrennungsmotors einen stark ansteigenden elektrischen Widerstand aufweist.
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Vorteilhaft bei einer außerhalb des Regelglieds oder außerhalb des Thermostats gelegenen Anordnung des Widerstandselements ist ferner, dass hierbei bereits bestehende Regelglieder oder Thermostate mit einem erfindungsgemäßen temperatursensitiven elektrischen Widerstandselement in einfacher Art und Weise nachgerüstet werden können, ohne dass hierfür das Design bestehender Thermostate grundlegend geändert werden müsste.
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Das Widerstandselement ist dabei vorzugsweise in Reihe mit dem Heizelement angeordnet. Steigt etwa die Temperatur des Kühlmittels, so wird aufgrund eines überproportionalen Anwachsens des elektrischen Widerstands des temperatursensitiven Widerstandselements ein Großteil der an dem Widerstandselement und dem Heizelement in Reihe anliegenden Spannung am Widerstandselement abfallen, sodass die thermische Heizleistung des Heizelementes sich im Vergleich hierzu verringert. Vor allem aber steigt der Gesamtwiderstand dieses Stromkreises mit ansteigender Temperatur, sodass bei konstanter angelegter Spannung die Stromstärke und damit die Heizleistung des Heizelementes bei steigender Temperatur sinkt.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist insbesondere vorgesehen, das Widerstandselement als PTC-Widerstand auszubilden. So ist das Widerstandselement als sogenannter Kaltleiter oder als PTC-Thermistor konzipiert. Von Vorteil weist das Widerstandselement einen auf Keramik- oder Polymerbasis aufbauenden Kaltleiter auf, dessen elektrischer Widerstand sich überproportional mit ansteigender Temperatur erhöht. Geeignete PTC-Widerstände enthalten beispielsweise polykristalline Keramiken, wie etwa Bariumtitanat (BaTiO3), die ab einer charakteristischen Temperatur, etwa im Bereich zwischen 80 und 130°C einen sehr steilen Anstieg ihres elektrischen Widerstands aufweisen.
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Durch geeignete Zusammensetzung und Materialwahl für den PTC-Widerstand kann dessen Kennfeldlinie an die Erfordernisse des jeweils vorliegenden Kühlkreislaufs angepasst werden.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zudem vorgesehen, dass das elektrische Heizelement selbst einen PTC-Widerstand aufweist oder als PTC-Element ausgebildet ist. Insoweit kann das PTC-Element selbst als elektrisches Heizelement fungieren, wobei die vom PTC-Heizelement abzugebende Wärmeleistung mit steigender Temperatur sinkt.
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Zur Bereitstellung einer solchen Funktionalität ist nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung insbesondere vorgesehen, das Heizelement mit einer im zeitlichen Mittel im Wesentlichen konstanten elektrischen Spannung zu beaufschlagen, wobei eine Aktivierung des Heizelements stets in Abhängigkeit der Kühlmittel- und/oder Motortemperatur erfolgt.
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Daneben kann auch vorgesehen sein, das Heizelement in Abhängigkeit des Betriebszustandes einer Wasserpumpe, insbesondere bei abgeschalteter Wasserpumpe zu aktivieren, dies insbesondere, um die Temperatur des Kühlmittelstroms aufrecht zu erhalten.
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Insbesondere bleibt die Amplitude der Spannung konstant, mit welcher das Heizelement zu beaufschlagen ist. Auf diese Art und Weise kann nach der Formel P = U2/R die elektrische Leistungsaufnahme des Heizelementes mit steigendem elektrischem Widerstand reduziert werden.
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Die zur Beaufschlagung des Heizelements bzw. des PTC-Heizelements vorgesehene elektrische Spannung U kann direkt aus dem Bordnetz des Fahrzeugs gespeist werden. Von Vorteil erfolgt die Ansteuerung des Heizelements über ein pulsweitenmoduliertes Spannungssignal.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, dass das Regelglied als Thermostatventil ausgebildet ist, welches ein Expansionsmedium zum kühlmitteltemperaturabhängigen Betätigen eines Stellglieds, etwa eines Ventilkolbens aufweist. Hierbei ist insbesondere vorgesehen, dass die Kennlinie des Widerstandselements und der Schmelzpunkt des Expansionsmediums, etwa eines innerhalb des Thermostatventils vorgesehenen schmelzenden Wachses aufeinander abgestimmt sind.
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Insgesamt kann mit der erfindungsgemäßen Regelungsvorrichtung erreicht werden, einen rein mechanisch implementierten Thermostat mit einer Zusatzheizung zu versehen, ohne dass hierbei Gefahr besteht, den Thermostat mit der Zusatzheizung zu überhitzen oder gar zu beschädigen. Durch Vorsehen eines PTC-Widerstands im Thermostat selbst kann eine thermische Überlastsicherung des Thermostats auch unabhängig von elektrischen Signalen, welche von der Bordelektronik des Fahrzeugs erzeugt werden, zur Verfügung gestellt werden.
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Durch den mittels dem PTC-Heizelement implemtierten Sicherheitsmechanismus können der Kühlmittelkreislauf und der Thermostat dauerhaft weitaus näher an den Grenzen ihrer zulässigen Betriebsparameter betrieben werden als dies bei entsprechenden Vorrichtungen nach dem Stand der Technik der Fall ist.
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Auch wird durch die Erfindung ermöglicht, ein weitaus leistungsfähigeres Heizelement für den Thermostat als bislang üblich vorzusehen, wodurch ein weitaus schnelleres Öffnen des Thermostats und Zuschalten des Wasserkühlers im Bedarfsfall ermöglicht wird. Auch ist hierbei denkbar, den Kühlkreislauf auf einer insgesamt niedrigeren und individuell anpassbaren Kühlmitteltemperatur zu betreiben. Durch eine fortwährende und lokale Erwärmung des Thermostats mittels des Heizelements kann auch im Bedarfsfall durch Unterbrechung oder Drosselung der Stromzufuhr und einer damit verbundenen Rückkehr des Regelglieds in seine Ausgangsstellung die Kühlleistung insgesamt gedrosselt werden.
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Des Weiteren erweist sich ein mit einem thermischen Überlastschutz versehenes elektrisches Heizelement auch für Wartungszwecke des Kühlkreislaufs als vorteilhaft. So kann mittels dem elektrischen Heizelement der Thermostat gefahrlos auch bei ausgeschaltetem Verbrennungsmotor in seine Öffnungsstellung überführt werden, etwa um den Kühlkreislauf erstmals mit Kühlmittel zu befüllen oder um das Kühlmittel auszutauschen.
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Nach einem weiteren unabhängigen Aspekt betrifft die Erfindung ferner ein Verfahren zum Regeln der Kühlmitteltemperatur eines Verbrennungsmotors mittels eines temperatursensitiven Regelglieds. Das Regelglied ändert in Abhängigkeit der Temperatur des Kühlmittels die Kühlmittelströmung innerhalb des Kühlkreislaufs. Das Regelglied ist dabei vorzugsweise als ein mit einem Expansionsmedium, etwa mit Wachs befüllter Thermostatventil ausgebildet. Das Regelglied, bzw. der Thermostat weist ferner ein elektrisches Heizelement auf, dem ein temperatursensitives elektrisches Widerstandselement zugeordnet ist.
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Mit Hilfe des elektrischen Heizelements kann die Stellung des Regelglieds je nach vorherrschender bzw. mit Hilfe des Heizelements einzustellender Temperatur und damit verbunden auch die Konfiguration des Kühlkreislaufs und seiner Strömungsverhältnisse gezielt geändert werden.
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Dementsprechend wird das elektrische Heizelement zur Veränderung der Kühlmittelströmung innerhalb des Kühlmittelkreislaufs mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt. Die Heizleistung des Heizelementes wird dabei mittels des temperatursensitiven elektrischen Widerstandselements in Abhängigkeit der am Widerstandselement vorherrschenden Temperatur geregelt.
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Von Vorteil kommt hierbei ein Kaltleiter oder ein sogenannter PTC-Widerstand zum Einsatz, welcher mit ansteigender Temperatur einen ansteigenden elektrischen Widerstand aufweist. Das Widerstandselement ist dabei mit dem Heizelement elektrisch derart verbunden, dass das Heizelement mit steigender Temperatur eine im Verhältnis gesehen geringere Wärmeleistung an die Umgebung abgibt.
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Dabei ist nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung insbesondere vorgesehen, dass eine Erwärmung oder ein Aufheizen eines zur Strömungsregelung vorgesehenen und innerhalb des Regelglieds angeordneten Expansionsmediums durch Verwendung eines einen PTC-Widerstand aufweisenden oder mit einem PTC-Widerstand gekoppelten Heizelements begrenzt wird. Von Vorteil ist es ferner, das Heizelement selbst als PTC-Widerstand auszubilden, dessen elektrischer Widerstand mit Erreichen eines vorgegebenen Schwellwertes stark, wenn nicht sogar sprunghaft mit steigender Temperatur ansteigt.
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Das Heizelement wird im Heizbetrieb vorzugsweise mit einer im zeitlichen Mittel im Wesentlichen konstanten elektrischen Spannung beaufschlagt. Das heißt, die Ansteuerung des Heizelements bzw. des PTC-Widerstands erfolgt spannungs- und nicht stromorientiert. Auf diese Art und Weise kann die Leistungsabgabe des Heizelements mit steigender Temperatur und einem damit einhergehend steigenden elektrischen Widerstand nach dem bekannten Zusammenhang P = U2/R reduziert werden.
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In einem weiteren unabhängigen Aspekt betrifft die Erfindung ferner ein Kraftfahrzeug mit einem Kühlmittelkreislauf zur Abfuhr der von einem Antriebs-, bevorzugt von einem Verbrennungsmotor erzeugten Wärme sowie mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Regelung der Kühlmitteltemperatur.
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Weitere Ziele, Merkmale sowie vorteilhafte Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen in der folgenden Beschreibung wiedergegeben. Dabei bilden sämtliche in den Figuren bildlich dargestellten als auch im Text beschriebenen Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in jeglicher sinnvollen Kombination untereinander den Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines in einem Kühlkreislauf eines Verbrennungsmotors angeordneten Thermostats und
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2 eine modifizierte Ausgestaltung des Thermostats gemäß 1 mit extern angeordnetem PTC-Widerstand.
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Die Regelungsvorrichtung 10 gemäß 1 als auch die Regelungsvorrichtung 50 gemäß 2 zeichnen sich durch ein selbstregelndes und nach oben begrenzendes Heizverhalten bei eingeschalteter Zusatzheizung eines Thermostats 14, 16 aus. So zeigen die 1 und 2 jeweils in einer schematischen Querschnittsdarstellung einen für einen Kühlkreislauf eines Kraftfahrzeug vorgesehenen Thermostat 14, 16, welcher zum Betrieb einer Zusatzheizung jeweils mit einer elektrischen Energieversorgungseinrichtung 12 verbunden ist.
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Die elektrische Energieversorgung dient einer in den 1 und 2 nicht explizit gezeigten Zusatzheizung, die inmitten des Thermostatkörpers 14, 16 zur Bereitstellung einer Zusatzheizung für ein Expansionsmedium, etwa für aufzuschmelzendes Wachs, ausgebildet ist.
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In der in den 1 und 2 dargestellten Konfiguration ist der Thermostat 14, 16 an einem sich nach links verjüngenden Rohrabschnitt der Kühlmittelleitung angeordnet. Sobald die Kühlmitteltemperatur einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet und das innerhalb des Thermostats befindliche Wachs zu schmelzen beginnt, wird der Kolben 15 des Thermostats 14, 16 weiter nach rechts verschoben, sodass der von unten links zum Thermostat 14, 16 führende Zulauf 30 mit dem Kühlkreislauf strömungstechnisch verbunden wird.
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Die Leitung 24 führt zur Wasserpumpe und zum Motor. Dort wird das Kühlwasser erwärmt und bei geschlossenem Thermostat 14, 16 ausschließlich über die beiden Zuläufe 26 und 28 wieder dem Thermostat 14, 16 zugeführt. Der Zulauf 26 durchströmt dabei einen mit einer Innenraumheizung gekoppelten Wärmetauscher, während der Zulauf 28 als Bypassleitung fungiert, die mit einem weitaus geringeren Wärmeverlust als der Zulauf 26 das vom Motor erwärmte Kühlwasser zum Thermostat 14, 16 zurückführt.
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Das in den 1 und 2 abgebildete Thermostat ist somit als einlassgesteuertes Thermostat ausgebildet, wobei die Erfindung jedoch generell mit sämtlichen marktüblichen Thermostaten kombinierbar und anwendbar ist.
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Sobald der Thermostat etwa durch Erwärmung des Kühlwassers in seine in den Figuren nicht explizit gezeigte Öffnungsstellung übergeht, wird auch der Strömungskanal 30 und mit ihm der eigentliche Wasserkühler bzw. der große Kühlkreislauf zugeschaltet. Der Zulauf 30 ist dem Wasserkühler nachgeschaltet. Das heißt, das aus dem Wasserkühler austretende abgekühlte Kühlwasser wird über den Zulauf 30 am Thermostat 14, 16 vorbei und über den Ablauf 24 wieder zur Wasserpumpe und zum Motor geleitet.
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Die in den 1 und 2 schematisch dargestellte Energieversorgungseinrichtung 12 steht exemplarisch für eine Beaufschlagung des innerhalb des jeweiligen Thermostats 14, 16 angeordneten Heizelements mit elektrischem Strom.
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Den beiden in den 1 und 2 wiedergegebenen Ausgestaltungen ist gemein, dass der Thermostat 14 gemäß 1 ein als PTC-Heizelement ausgebildete Zusatzheizung aufweist, welche ab Erreichen eines vorgegebenen Temperaturniveaus unabhängig von ihrer elektrischen Ansteuerung eine geringere, bzw. gedrosselte Heizleistung zur Verfügung stellt.
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Bei der Ausgestaltung nach 2 ist im Unterschied zur Konfiguration gem. 1 vorgesehen, einen PTC-Widerstand 18 innerhalb des Kühlkreislaufs, aber außerhalb des eigentlichen Thermostats 16 anzuordnen. Der Widerstand 18 ist dabei über einen elektrischen Leiter 20 mit der elektrischen Stromversorgung 12 und dem innerhalb des Thermostats 16 angeordneten Heizelement verbunden.
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Von Vorteil werden hier als auch in der Konfiguration nach 1 eine Reihenschaltung von Heizelement und PTC-Widerstand 18 verwirklicht.
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Der in den 1 und 2 gezeigte Thermostat 14, 16 ist ferner mit einem Federelement 22 ausgestattet, welches eine Überdruckfunktion zur Verfügung stellt. Übersteigt etwa der Kühlmitteldruck im Betrieb des Motors einen vorgegebenen Wert, so kann der Kolben 15 entgegen der Federkraft in eine druckmindernde Position verschoben werden.
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Mittels der Zusatzheizung kann insbesondere auch die Wartung eines Kühlers bzw. eines Kühlkreislaufs vereinfacht werden, indem selbst bei ausgeschaltetem Motor, mithin einem kalten Kühlkreislauf der Thermostat 14, 16 lediglich durch Aktivierung der Zusatzheizung in die Freigabestellung überführt werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Regelungsvorrichtung
- 12
- Elektrische Energiequelle
- 14
- Thermostat
- 15
- Kolben
- 16
- Thermostat
- 18
- PTC-Widerstand
- 20
- Elektrischer Leiter
- 22
- Feder
- 24
- Ablauf
- 26
- Zulauf
- 28
- Bypassleitung
- 30
- Kühlerzulauf
- 50
- Regelungsvorrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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