DE102010034490B4 - Thermostatventil zur Temperaturregelung eines Brennkraftmaschinenkühlmittels - Google Patents
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Abstract
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf ein Thermostatventil zur Regelung der Temperatur eines Kühlmittels einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugmotors, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.
- Bei Thermostatventilen mit Ventiltellern als Ventilglied tritt oberhalb bestimmter Druckverhältnisse aufgrund hydrodynamischer Effekte ein Schwingungsverhalten auf. Die Ursache liegt darin, dass aufgrund großer Strömungsgeschwindigkeiten im Spalt am Ventilteller Druckunterschiede wirken mit einem Unterdruck, der den Ventilteller an die Ventilsitzfläche anzudrücken versucht. Liegt der Ventilteller an der Ventilsitzfläche an, fehlt dieser Unterdruck, so dass der Teller von der Ventilsitzfläche wieder abhebt, woraufhin die Strömung wiederum den Unterdruck erzeugt. Dadurch werden Schwingungen des Ventiltellers hervorgerufen mit einhergehendem unangenehmem Brummgeräusch. Ferner ergeben sich im Kühlmittelkreislauf Druckpulsationen mit der Gefahr etwaiger dadurch bedingter Schäden, z. B. bei der Kühlmittelpumpe.
- Es ist ein Thermostatventil der eingangs genannten Art bekannt (
DE 1 989 622 U ), bei dem versucht worden ist, diese Nachteile dadurch zu beseitigen, dass dem Ventilteller eine schieberähnliche Ansatzhülse zugeordnet ist. Die Ansatzhülse ist mit einem umlaufenden Ringrand versehen, der in Umfangsabständen Einschnitte enthält, die gleichmäßig über den Umfang verteilt sind und z. B. sägezahnähnlich gestaltet sind. Durch diese Gestaltung sollen Schwingungen oder Flatterbewegungen beim Öffnen und Schließen des Thermostatventils ausgeschlossen werden. Beim Abheben des Ventiltellers von der Ventilsitzfläche werden die zunächst nur relativ kleinen Öffnungsquerschnitte selbsttätig zunehmend größer, je weiter der Ventilteller öffnet. Durch die besondere nicht lineare Querschnittsveränderung der Ventilöffnung und die dadurch bedingte Verminderung der Druckunterschiede soll ein Flattern oder Schwingen des Ventiltellers unterbunden sein. Nachteilig ist hierbei, dass die schieberähnliche Ansatzhülse als Bestandteil des Ventiltellers bei großen Öffnungen des Ventilspaltes die Strömung nachteilig beeinflusst. - Aus der
DE 10 2005 011 754 A1 ist ein Thermostatventil der eingangs genannten Art bekannt, bei welchem zwischen einer Mischkammer und einem Kühlerkreislauf ein Bypasskanal angeordnet ist, in welchem ein drittes Ventilelement angeordnet ist, welches den Bypasskanal zur Durchführung eines Druckausgleichs öffnet, wenn ein Differenzdruck zwischen Mischkammer und Kühlerkreislauf einen vorgegebenen Grenzdruckwert überschreitet. Aus derDE 44 26 435 A1 ist ein Thermostatventil der eingangs genannten Art bekannt, bei welchem zur Erzielung einer zusätzlichen Druckbegrenzungsfunktion zusätzlich ein relativ zum Kurzschlussventil in Öffnungs- und Schließrichtung frei beweglich angeordnetes Drosselventil vorgesehen ist. Aus derDE 196 46 933 A1 ist ein Thermostatventil der eingangs genannten Art mit einem im Wesentlichen heißseitig in einer Mischkammer angeordneten Dehnstoffelement zur Betätigung eines Hauptventils und eines Kurzschlussventils bekannt, bei welchem zur Erzielung einer ausreichenden Beaufschlagung des Dehnstoffelements bei einem den beiden Ventilen eng benachbart angeordneten pumpenseitigen Motorvorlauf-Anschluss vorgeschlagen wird, dass eine dem Einlaufbereich des Motorvorlauf-Anschlusses stromauf zugeordnete Strömungslenkeinrichtung in der Mischkammer derart angeordnet ist, dass das Dehnstoffelement von einem über eines der offen gesteuerten Ventile zuströmenden Kühlmittel verstärkt beaufschlagt ist. Aus derDE 10 2007 025 781 A1 ist ein Thermostatventil der eingangs genannten Art bekannt, welches ein gemeinsames Kurzschlussventilelement enthält, das einen als Kurzschlussventilschieber dienenden Abschnitt und einen in Ausfahrrichtung eines thermostatischen Arbeitselements vorgeschalteten Kurzschlussventilteller aufweist, zwischen denen ein gemeinsamer Ventilsitz vorgesehen ist, wobei in dem gemeinsamen Ventilsitz ein zu einer Mischkammer hin öffnendes Überdruckventil vorgesehen ist. Aus derUS 5,690,276 A ist ein Thermostatventil bekannt, welches ein zweistufiges Hauptventil enthält, um einen Kühlmittelstrom zum Wärmetauscher zu regeln, wobei das Hauptventil zwei Ringventile enthält, die konzentrisch zueinander angeordnet sind. Aus derDE 91 09 600 U1 ist ein Thermostatventil bekannt, bei welchem ein mit einem ersten Teil einer Ausfahrbewegung eines Arbeitskolbens zu überbrückender Leerweg vorgesehen ist und ein Verschlussglied derart in einer ein Vorsteuerventil bildenden Weise an dem Arbeitskolben angebracht ist, dass das Vorsteuerventil während des Ausfahrens des Arbeitskolbens zum Überbrücken des Leerwegs öffnet. - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Thermostatventil der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Strömung im Ventilspalt beim Öffnen des Ventils reduziert wird, bei großen vom Ventilteller freigegebenen Ventilöffnungen jedoch möglichst nicht nachteilig beeinflusst wird.
- Die Aufgabe ist bei einem Thermostatventil der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung durch die Merkmale im Anspruch 1 gelöst. Hierbei ist dem Hauptventil ein Drosselventil derart benachbart angeordnet, z. B. bei einer Auslassregelung dem Hauptventil vorgelagert, dass das Drosselventil bei einer geringfügigen Öffnungsbewegung des Hauptventilgliedes, ausgehend von dessen Schließstellung und mit geringem Abheben von der Ventilsitzfläche, in seiner geschlossenen Drosselstellung verbleibt und einen reduzierten Durchfluss durch den geringfügig geöffneten Ventilspalt zwischen der Ventilsitzfläche und der Steuerfläche und durch Durchlässe des Drosselventils freigibt. Dies bedeutet, dass das Drosselventil in seiner Ausgangsstellung, die hier als Drosselstellung bezeichnet ist, zunächst verbleibt, wenn das Hauptventilglied einen gewissen, relativ geringen Öffnungshub ausführt, so dass durch den geringfügig geöffneten Ventilspalt zwischen der Ventilsitzfläche und der Steuerfläche des Hauptventilgliedes ein Durchlass des Kühlmittels geschaffen ist. Diese hindurchgelassene Strömung wird durch die Wirkung des Drosselventils gedrosselt. Erst ab einem größeren Hub, der z. B. bei etwa 2 bis 3 mm liegen kann, wird beim weiteren Öffnen des Hauptventilgliedes von diesem das Drosselventil betätigt und aus der Drosselstellung heraus bewegt, wobei dieses bei weit geöffnetem Ventilspalt den Strömungspfad nicht nachteilig beeinflusst. Durch ein solches Drosselventil sind Schwingungen des Hauptventilgliedes verhindert. Unangenehme Brummgeräusche sind dadurch ausgeschaltet. Die Entstehung von Druckpulsationen mit der Gefahr etwaiger dadurch bedingter Schäden ist vermieden.
- Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass das Drosselventil eine Drosselscheibe aufweist, die auf der dem Kolben des thermostatischen Betätigungselements abgewandten und dessen Gehäuse zugewandten Axialseite des Hauptventilgliedes angeordnet ist. Dies ist die Seite des Hauptventilgliedes, die bei einer Auslassregelung von der von der Brennkraftmaschine herkommenden Strömung angeströmt ist. Im alternativen Fall einer Einlassregelung kann sich die Drosselscheibe auf der Seite des Hauptventilgliedes befinden, die der Anströmseite abgewandt ist. Die Drosselscheibe kann auf ihrem Umfang Durchlässe bildende Öffnungen für den Kühlmitteldurchlass enthalten, die in der Drosselstellung einen Durchgang für das Kühlmittel freigeben, der in der Schließstellung des Hauptventils von letzterem verschlossen ist, ab einem gewissen relativ kleinen Hub des Hauptventilgliedes mit Öffnung des Ventilspaltes hingegen freigegeben ist und aufgrund der Drosselscheibe gedrosselt wird. Die Drosselscheibe sorgt mittels der Durchlässe während des Öffnens des Hauptventilgliedes für einen reduzierten Durchsatz im nur wenig geöffneten Ventilspalt, so dass sich in Folge der reduzierten Strömungsgeschwindigkeit im Ventilspalt nur ein geringer Unterdruck ausbilden kann und dadurch das Hauptventilglied nicht mehr zur Anlage an der Ventilsitzfläche gebracht wird. Ist das Hauptventilglied weiter geöffnet, so wird über dieses die Drosselscheibe mitgenommen, die sich mit dem Hauptventilglied gewissermaßen zu einem einzigen Element vereinigt, so dass dadurch keine negative Auswirkung auf die Strömung erfolgt.
- Es versteht sich, dass diese Ausbildung mit Drosselventil auch für solche Thermostatventile zum Einsatz kommen kann, die so gestaltet sind, dass in dem kalten geschlossenen Ausgangszustand durch ein integriertes Warmlaufventil keine Zirkulation im Ventilgehäuse geschieht und der Warmlauf der Brennkraftmaschine dadurch beschleunigt wird.
- In vorteilhafter Weise liegt die Drosselscheibe in Drosselstellung an einer vorzugsweise axialen Gehäusefläche, die der Ventilöffnung benachbart ist, an, wobei diese axiale Gehäusefläche vorzugsweise in geringem axialen Abstand von der Ventilsitzfläche angeordnet ist. Erst bei einer auf die geringfügige Öffnungsbewegung folgenden Öffnungsbewegung des Hauptventilgliedes kann die Drosselscheibe mittels des Hauptventilgliedes in Öffnungsrichtung bewegt und von der axialen Gehäusefläche wegbewegt werden.
- In vorteilhafter Weise ist das Hauptventilglied relativ zur Drosselscheibe axial verschiebbar und schlägt an der Drosselscheibe nach geringfügiger Öffnungsbewegung axial an und nimmt diese bei der weiteren Öffnungsbewegung mit. Die Drosselscheibe kann mittels einer axialen Schließkraft axial gegen das Hauptventilglied und/oder die axiale Gehäusefläche beaufschlagt sein. Von Vorteil ist es, wenn hierzu eine axial auf die Drosselscheibe wirkende, die Schließkraft erzeugende Schließfeder vorgesehen ist, die mit einem Ende an der Drosselscheibe abgestützt und auf ihrer Außenseite oder Innenseite mittels zugewandten axialen Vorsprüngen, z. B. Stegen, radial geführt und mit dem anderen Ende am Ventilgehäuse abgestützt ist. Durch die axialen Vorsprünge ist die Schließfeder am zugeordneten Ende zentriert und am Ausbrechen in Richtung zum benachbarten Ventilgehäuse gehindert.
- Die Drosselscheibe kann in vorteilhafter Weise als Ringteil mit etwa napfförmiger Vertiefung gestaltet sein. Hierbei kann der Ringteil vorzugsweise einen etwa U-förmigen Querschnitt aufweisen. Die Drosselscheibe, die in der vollen Öffnungsstellung des Hauptventilgliedes unwirksam ist, kann innerhalb der etwa napfförmigen Vertiefung einen axial zugewandten Ringrandteil des Hauptventilgliedes etwa formschlüssig aufnehmen. Mit einer sich an die etwa napfförmige Vertiefung radial nach innen anschließenden inneren Ringwand kann die Drosselscheibe in Bezug auf das Hauptventilglied radial zentriert werden dadurch, dass diese innere Ringwandung in der Öffnungsstellung des Hauptventilgliedes von einem entsprechenden Wandteil dieses etwa formschlüssig umfasst ist. Das Hauptventilglied kann im Querschnitt etwa hutförmig gestaltet sein, wobei der die Steuerfläche aufweisende Außenrand die Hutkrempe darstellt und der radial innere Wandteil ausgehend davon z. B. etwa zylindrisch oder schwach konisch verläuft bis zu einer zentralen Öffnung, die einen Schiebesitz für das Hauptventilglied zur schiebbaren Anordnung auf dem Gehäuse des thermostatischen Arbeitselements ermöglicht. Das Hauptventilglied ist zwischen zwei axialen Anschlägen auf dem Gehäuse des Betätigungselements gehalten und von einer in Schließrichtung wirkenden Feder beaufschlagt.
- Der Ringteil mit etwa napfförmiger Vertiefung der Drosselscheibe enthält in der äußeren Ringwandung am Rand die die Durchlässe bildenden Öffnungen. Diese Öffnungen können als Aussparungen, z. B. fensterartige Wanddurchlässe, ausgebildet sein, die Umfangsrichtung in Abständen aufeinanderfolgen.
- In weiterer Ausgestaltung kann das Kurzschlussventil einen Ventilteller zur Steuerung einer Bypassbohrung aufweisen. Die Bypassbohrung wird üblicherweise im Bereich einer angrenzenden axialen Randfläche durch Aufsitzen des Ventiltellers abgeschlossen, wenn sich das Hauptventil in einem zum Wärmeaustauscher völlig geöffneten Zustand befindet. Es kann vorkommen, dass kurz vor Aufsitzen des Bypasstellers auf dieser axialen Randfläche sich oberhalb bestimmter Druckdifferenzen eine sehr hohe Strömungsgeschwindigkeit im entstehenden Spalt ausbildet, so dass der daraus entstehende Unterdruck den Ventilteller zur Anlage an der axialen Randfläche bringt. Infolge dieser Anlage des Ventiltellers fehlt dieser Unterdruck, so dass der Ventilteller wiederum abhebt, woraufhin die Strömung wiederum den Unterdruck erzeugt. Dies führt zu Schwingungen des Ventiltellers mit einhergehendem unerwünschtem Brummgeräusch.
- Um im Spalt zwischen dem Ventilteller und der Bypassbohrung keine hohen Strömungsgeschwindigkeiten entstehen zu lassen und dadurch einem Schwingen entgegenzuwirken, kann vorgesehen sein, dass auf der Axialseite des Ventiltellers, die der Bypassbohrung zugewandt ist, eine Drosselscheibe angeordnet ist, die einen Ringrand zur Anlage an eine Randfläche der Bypassbohrung aufweist und/oder die einen etwa zylindrischen Wandungsteil zum Eintauchen in die Bypassbohrung aufweist. Beim Eintauchen in die Bypassbohrung wird dadurch eine Drosselung der Strömung bewirkt, so dass im Ringspalt zwischen dem Ventilteller und der Bypassbohrung keine hohen Strömungsgeschwindkeiten entstehen. Dadurch ist einem Schwingen wirksam begegnet. Unangenehme Brummgeräusche im Bereich des Kurzschlussventiles sind dadurch ausgeschaltet ebenso Druckpulsationen und die Gefahr etwaiger Schäden durch diese.
- Von Vorteil kann es sein, wenn die der Bypassbohrung zugeordnete Drosselscheibe auf dem Gehäuse des thermostatischen Betätigungselements verschiebbar angeordnet ist. Ferner ist mit Vorteil auch der der Bypassbohrung zugeordnete Ventilteller mit Schiebesitz verschieblich auf dem Gehäuse des thermostatischen Betätigungselements angeordnet und mittels einer an diesem Gehäuse abgestützten Feder axial gegen die der Bypassbohrung zugeordnete Drosselscheibe angedrückt.
- Die auf dem Gehäuse des Betätigungselementes verschiebbare und der Bypassbohrung zugeordnete Drosselscheibe kann durch einen endseitigen Anschlag, z. B. eine Scheibe, am Gehäuse des Betätigungselements gesichert sein. Die der Bypassbohrung zugeordnete Drosselscheibe kann in entgegengesetzter Axialrichtung an dem der Bypassbohrung zugeordneten Ventilteller anliegen, der dagegen angepresst ist. In dieser Konstellation bilden der der Bypassbohrung zugeordnete Ventilteller und die der Bypassbohrung zugeordnete Drosselscheibe eine zusammen bewegte Einheit. Die der Bypassbohrung zugeordnete Drosselscheibe kann daher auch fest mit dem der Bypassbohrung zugeordneten Ventilteller verbunden sein, z. B. mit diesem eine Baueinheit bilden.
- Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Durchmesser des etwa zylindrischen Wandungsteils der der Bypassbohrung zugeordneten Drosselscheibe geringfügig kleiner als derjenige der Bypassbohrung. Von Vorteil kann es sein, wenn die axiale Erstreckung dieses Wandungsteiles etwa derjenigen der Bypassbohrung entspricht, unter Berücksichtigung einer für einen Überhub erforderlichen Zugabe. Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass die der Bypassbohrung zugeordnete Drosselscheibe einen sich axial an den etwa zylindrischen Wandungsteil anschließenden Zylinderabschnitt geringeren Durchmessers aufweist. Dieser kann die Strömungsverhältnisse vorteilhaft beeinflussen.
- Für das Thermostatventil gibt es entsprechend den Temperaturverhältnissen des Kühlmittels drei grundsätzliche Stellungen: Geschlossene Ausgangsstellung des Hauptventils und offene Stellung des Kurzschlussventils bei kalter Brennkraftmaschine, gegebenenfalls mit geschlossenem Warmlaufventil ohne innere Zirkulierung im Ventilgehäuse – Mischbetrieb, bei dem das Thermostatventil in Richtung zum Wärmeaustauscher leicht geöffnet ist, wobei eine Drosselung der Strömung im Ventilspalt erfolgt und das Kurzschlussventil weiterhin voll geöffnet ist – Kühlerbetrieb, bei dem das Hauptventil zum Wärmeaustauscher weit geöffnet, keine Drosselung im Ventilspalt erfolgt und das Kurzschlussventil stark gedrosselt bis geschlossen ist.
- Das Thermostatventil mit dem dem Hauptventil benachbarten Drosselventil ist einfach im Aufbau, bedingt nur einen geringen Mehraufwand für das Drosselventil und beseitigt Schwingungen und unangenehme Brummgeräusche. Im Bereich des Kurzschlussventils ist ebenfalls mit geringem Aufwand durch die dortige Drosselscheibe ein Schwingen verhindert und ein unangenehmes Brummgeräusch beseitigt. Auch hierfür ist der Aufwand gering.
- Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.
- Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 einen schematischen senkrechten Schnitt eines Thermostatventils bei geschlossenem Hauptventil und geöffnetem Kurzschlussventil, -
2 eine schematische perspektivische Ansicht eines Hauptventilgliedes des Thermostatventils mit einer zugeordneten Drosselscheibe, -
3 eine schematische, teilweise geschnittene Seitenansicht eines Teils des Thermostatventils der1 bei geringfügig geöffnetem Hauptventil, -
4 einen schematischen Schnitt des Thermostatventils der1 bei geöffnetem Hauptventil und nahezu völlig geschlossenem Kurzschlussventil - Das in den Zeichnungen gezeigte Thermostatventil
10 ist zur Regelung der Temperatur eines Kühlmittels, insbesondere einer Kühlflüssigkeit, einer nicht weiter gezeigten Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugmotors, ausgebildet. Es regelt den Kühlmittelfluss von der Brennkraftmaschine durch einen Bypass und/oder durch einen Wärmeaustauscher, insbesondere Kühler, zurück zur Brennkraftmaschine. - Das Thermostatventil
10 ist sowohl zur Auslassregelung, wie gezeigt, als auch zur nicht gezeigten Einlassregelung geeignet. In der gezeigten Form zur Auslassregelung wird das Kühlmittel z. B. gemäß Pfeil19 über einen dortigen Kanal von der Brennkraftmaschine zugeführt und je nach Stellung des Hauptventils5 entweder gemäß Pfeil17 zu einem nicht gezeigten Wärmeaustauscher, insbesondere Kühler, und/oder gemäß Pfeil18 über einen Bypass zurück zur Kühlmittelpumpe und Brennkraftmaschine geführt. Der Bypass weist beim gezeigten Ausführungsbeispiel innerhalb des Ventilgehäuses12 am unteren Ende eine Bypassbohrung70 und eine axiale Randfläche71 auf. Bei einer Einlassregelung hingegen wird je nach Stellung des Thermostatventils10 die Kühlflüssigkeit von der Brennkraftmaschine kommend zum Wärmeaustauscher und von diesem und/oder über einen Bypass zurück zur Brennkraftmaschine geleitet. - Das Thermostatventil
10 weist ein thermostatisches Betätigungselement20 auf, dessen Gehäuse21 im Inneren13 des Ventilgehäuses12 enthalten ist und darin vom Kühlmittel beaufschlagt wird. Das Gehäuse21 enthält einen sich bei Erwärmung ausdehnenden Dehnstoff, z. B. Wachs. In den Dehnstoff im Gehäuse21 taucht ein dazu koaxialer Kolben25 ein, der oben aus dem Gehäuse21 herausgeführt und mittels eines Widerlagers27 axial abgestützt ist. Der Kolben25 kann im Inneren mit einer z. B. elektrischen Heizeinrichtung versehen sein, die nicht weiter gezeigt ist. Von der Heizeinrichtung ist lediglich deren Zuführung mit11 angedeutet. - Das Thermostatventil
10 enthält ein Hauptventil5 und ein Kurzschlussventil6 , von denen das Hauptventil5 den Durchgang, gemäß Pfeil19 , durch das Innere13 , durch eine Ventilöffnung14 im Ventilgehäuse12 und gemäß Pfeil17 steuert. - Das Kurzschlussventil
6 steuert den Bypassdurchgang gemäß Pfeil19 , durch das Innere13 und durch die Bypassbohrung70 gemäß Pfeil18 . - Nachstehend sind zunächst die üblichen Grundelemente des Hauptventils
5 erläutert. Es weist ein z. B. tellerförmiges Hauptventilglied22 auf, das die Ventilöffnung14 mit ringförmiger, z. B. kegelstumpfförmiger, Ventilsitzfläche24 verschließt, wie1 zeigt, oder je nach Stellung mehr oder weniger freigibt. Eine derartige Freigabe ist in4 gezeigt, bei der das Thermostatventil10 für den Durchgang durch die Ventilöffnung14 und gemäß Pfeil17 weit geöffnet ist. Das Hauptventilglied22 hat am Außenrand eine Steuerfläche23 , die mit der Ventilsitzfläche24 zusammenwirkt. Das Hauptventilglied22 ist in Schließrichtung mittels einer Feder9 belastet, die einerseits am Hauptventilglied22 und andererseits an einem nur symbolisch angedeuteten Widerlager8 axial abgestützt ist. Das Widerlager8 ist z. B. mittels nicht weiter gezeigten Bügeln, die Bestandteil des Ventilgehäuses12 sind, in Position gehalten. Das Widerlager8 umgibt das Gehäuse21 mit ausreichendem radialem Spiel, so dass eine Relativbewegung des Gehäuses21 relativ zum Widerlager8 ungestört möglich ist. Mittels der Feder9 ist das Hauptventilglied22 mit seiner Steuerfläche23 an die Ventilsitzfläche24 angepresst und dadurch in Schließstellung gehalten. - Das Hauptventil
5 , das ein Kühlerventil bildet, wird somit bei Erwärmung des Dehnstoffes innerhalb des Gehäuses21 dadurch geöffnet, dass sich der Dehnstoff ausdehnt und aufgrund des unverschiebbar abgestützten Kolbens25 sich das Gehäuse21 relativ zum Kolben25 in1 nach unten gegen die Wirkung einer Feder26 verschieben kann. Das Hauptventilglied22 enthält im Zentrum eine Öffnung42 und ist dadurch mit Schiebesitz verschiebbar auf dem Gehäuse21 zwischen zwei beabstandeten axialen Anschlägen gehalten. Der eine Anschlag besteht z. B. aus einem Teller43 , der fest mit dem Gehäuse21 verbunden ist. Der andere Anschlag wird durch eine Ringfläche44 des Gehäuses21 gebildet. Aufgrund dieser Gestaltung wird beim Ansprechen des Betätigungselements20 mit Verschiebung des Gehäuses21 in1 nach unten zunächst ein Leerweg durchfahren, bis der Anschlag43 in1 von oben am Hauptventilglied22 anschlägt, so dass bei einer weiteren Bewegung des Gehäuses21 in1 nach unten dann über den Anschlag43 das Hauptventilglied22 mitgenommen wird gegen die Wirkung der Feder9 . Das Hauptventilglied22 entfernt sich mit seiner randseitigen Steuerfläche23 von der Ventilsitzfläche24 und gibt die Ventilöffnung14 mehr oder weniger frei. - Bei abnehmender Temperatur des durch das Innere
13 geführten Kühlmittels reduziert der Dehnstoff im Gehäuse21 sein Volumen. Aufgrund dessen wird das Gehäuse21 mittels der Feder26 in1 nach oben verschoben, wobei das Hauptventilglied22 durch die Anlage an der als Anschlag44 dienenden gehäuseseitigen Ringfläche vom Gehäuse21 mitgenommen wird, wobei auch die auf das Hauptventil22 wirkende Feder9 diese Rückstellung mit bewirkt. Die Feder26 ist einerseits am Widerlager8 und andererseits an einer ringförmigen Gehäusefläche, die einen Anschlag28 bildet, abgestützt. Im erkalteten Zustand ergibt sich die in1 gezeigte Schließstellung des Hauptventils5 . - Bei Thermostatventilen
10 beschriebener Art mit tellerförmigem Hauptventilglied22 können oberhalb bestimmter Druckverhältnisse in Folge hydrodynamischer Effekte Schwingungen auftreten. Dem wird beim Thermostatventil10 dadurch entgegengewirkt, dass dem Hauptventil5 ein Drosselventil30 benachbart angeordnet ist. Durch das Drosselventil30 wird die Strömung des Kühlmittels beim Öffnen des Hauptventils5 gedrosselt, wobei jedoch bei großer Öffnung des Hauptventils5 die Strömung im Ventilspalt zwischen der Ventilsitzfläche24 und der Steuerfläche23 gar nicht oder so gering wie möglich beeinflusst wird. Das Drosselventil30 ist dem Hauptventil5 derart benachbart, beim gezeigten Ausführungsbeispiel mit Auslassregelung vorgelagert, dass das Drosselventil30 bei einer geringfügigen Öffnungsbewegung des Hauptventilgliedes22 , ausgehend von der Schließstellung gemäß1 und mit geringem Abheben von der Ventilsitzfläche24 , in seiner geschlossenen Drosselstellung verbleibt und einen reduzierten, gedrosselten Durchfluss durch den geringfügig geöffneten Ventilspalt zwischen der Ventilsitzfläche24 und der Steuerfläche23 sowie die Durchlässe39 des Drosselventils30 freigibt. Diese Position des Hauptventilgliedes22 ist in3 gezeigt. Man erkennt, dass das Hauptventilglied22 nur geringfügig in Öffnungsrichtung verstellt worden ist, derart, dass ein kleiner Ventilspalt zwischen der Steuerfläche23 und der Ventilsitzfläche24 freigegeben ist. Durch diesen Ventilspalt kann das Kühlmittel gedrosselt hindurch strömen, weil das Drosselventil30 , das sich in der Drosselstellung befindet, einen Strömungsdurchlass durch deren Durchlässe in Form von Öffnungen39 freigibt. Das Drosselventil30 weist eine Drosselscheibe31 für diese Steuerung auf. Diese ist auf der dem Kolben25 des thermostatischen Betätigungselementes20 abgewandten und dessen Gehäuse21 zugewandten Axialseite des Hauptventilgliedes22 angeordnet. Die Drosselscheibe31 ist mittels einer axialen Schließkraft, aufgebracht von einer Schließfeder32 , axial gegen das Hauptventilglied22 und/oder eine axiale Gehäusefläche15 beaufschlagt. Die Schließfeder32 ist mit einem Ende an der Drosselscheibe31 von unten her abgestützt und dabei auf ihrer Außenseite mittels zugewandten axialen Vorsprüngen33 , z. B. Stegen, radial geführt und mit dem anderen Ende in nicht weiter gezeigter Weise am Ventilgehäuse12 abgestützt. Die Vorsprünge33 sind so lang bemessen, dass die ersten Federwindungen dadurch radial zentriert werden. Dadurch ist sichergestellt, dass die Schließfeder32 in Bezug auf die Drosselscheibe31 radial zentriert bleibt und sich nicht in Richtung des Ventilgehäuses12 verbiegt. Durch die auf der dem Betätigungselement20 zugewandten Seite des Hauptventilgliedes22 angeordnete federbelastete Drosselscheibe31 mit randseitigen Durchlässen39 wird erreicht, dass während des Öffnens des Hauptventilgliedes22 bei geringem Abheben von der Ventilsitzfläche24 , bei dem ein reduzierter Durchsatz durch den Ventilspalt erfolgt, die Strömungsgeschwindigkeit im Ventilspalt durch die Drosselscheibe31 reduziert ist und sich dadurch nur ein geringer Unterdruck ausbilden kann, der nicht ausreicht, das Hauptventilglied22 zur Anlage an der Ventilsitzfläche24 zu beaufschlagen. Ein etwaiges Schwingen des Hauptventilgliedes22 ist dadurch vermieden sowie die Gefahr von Druckpulsationen im Kühlmittelkreislauf mit der Gefahr etwaiger daraus resultierender Schäden. Auch ergibt sich der Vorteil, dass ein sonst merkliches Brummgeräusch verhindert ist, und zwar mit einfachen Mitteln allein durch die federbelastete Drosselscheibe31 mit Durchbrüchen in Form von Öffnungen39 in dem Hauptventilglied22 benachbarter, z. B. vorgelagerter, Position. - In
1 und2 ist die Drosselscheibe31 in der Drosselstellung gezeigt, in der sich diese in zum Drosseln bereiter Stellung gemäß1 und gemäß3 befindet. Die Drosselscheibe31 liegt an einer vorzugsweise axialen Gehäusefläche15 , die der Ventilöffnung14 benachbart ist, an. Diese Gehäusefläche15 ist vorzugsweise in axialem Abstand von der Ventilsitzfläche24 angeordnet, wobei dieser Abstand relativ klein bemessen ist. Das Hauptventilglied22 ist relativ zur Drosselscheibe31 axial verschiebbar und schlägt an der Drosselscheibe31 nach der geringfügigen Öffnungsbewegung axial an und nimmt die Drosselscheibe31 bei der weiteren Öffnungsbewegung mit. Erst bei einer auf die geringfügige Öffnungsbewegung folgenden Öffnungsbewegung des Hauptventilgliedes22 wird die Drosselscheibe31 vom Hauptventilglied22 in Öffnungsrichtung mitbewegt und aus der Drosselstellung heraus von der axialen Gehäusefläche15 weg bewegt, wie dies in4 gezeigt ist. In4 ist eine Ventilstellung gezeigt, bei der das Hauptventil5 voll zum Wärmeaustauscher hin geöffnet ist und im Ventilspalt keine Drosselwirkung herrscht. - Die Drosselscheibe
31 ist als Ringteil34 mit etwa napfförmiger Vertiefung35 gestaltet. Der Ringteil34 kann einen etwa U-förmigen Querschnitt aufweisen. Aufgrund der napfförmigen Vertiefung35 kann die Drosselscheibe31 das Hauptventilglied22 in der Öffnungsstellung gemäß4 mit einem axial zugewandten Ringrandteil36 des Hauptventilgliedes22 etwa formschlüssig aufnehmen. Die volle Öffnungsstellung des Hauptventilgliedes22 wird beim Ansprechen des Betätigungselements20 dann erreicht, wenn bei der Verschiebebewegung des Gehäuses21 in4 nach unten nach Anschlagen des Anschlages43 am Hauptventilglied42 dieses gegen die Wirkung der Feder9 von der Ventilsitzfläche24 abgehoben wird und die Steuerfläche23 den Ventilspalt freigibt. Dabei gelangt das Hauptventilglied22 mit seinem Ringrandteil36 in die napfförmige Vertiefung35 . Die Drosselscheibe31 wird bei der Bewegung des Hauptventilgliedes22 in Axialrichtung mitgenommen gegen die Wirkung der Schließfeder32 . In dieser Öffnungsstellung des Hauptventils5 ist die Drosselscheibe31 ohne nachteilige Funktion. Das Hauptventilglied22 und die Drosselscheibe31 bilden dabei gewissermaßen eine Einheit. Die Strömungsverhältnisse sind bei weit geöffnetem Hauptventil5 durch die Drosselscheibe31 nicht beeinträchtigt. - In der Schließstellung des Hauptventils
5 gemäß1 liegt dessen Hauptventilglied22 mit dem die Steuerfläche23 bildenden Außenrand des Ringrandteiles36 an der zugeordneten Ventilsitzfläche24 an. Die Ventilöffnung14 ist verschlossen. Die Drosselscheibe31 liegt mit einer radial äußeren Ringwandung38 , insbesondere einer axialen Stirnfläche dieser Ringwandung38 , an der zugeordneten axialen Gehäusefläche15 an und ist mittels der Schließfeder32 dagegen angedrückt. In der in3 gezeigten Drosselstellung befindet sich die Drosselscheibe31 weiterhin in der Position gemäß1 Die Drosselscheibe31 weist auf ihrem Umfang Durchlässe bildende Öffnungen39 für den Kühlmitteldurchlass auf. Diese Öffnungen39 sind in der Schließstellung gemäß1 wirkungslos. Der Durchgang des Kühlmittels durch die Öffnungen39 ist deswegen blockiert, weil das Hauptventilglied22 sich in Schließstellung befindet. In der in3 gezeigten, geringfügig geöffneten Stellung des Hauptventilgliedes22 dagegen ist dadurch, dass ein geringfügig geöffneter Ventilspalt zwischen der Ventilsitzfläche24 und der Steuerfläche23 geschaffen ist, ein Kühlmitteldurchgang durch die Öffnungen39 der Drosselscheibe31 freigegeben. Aus2 und3 ist ersichtlich, dass die Öffnungen39 am Rand, z. B. in der äußeren Ringwandung38 , der Drosselscheibe31 enthalten sind. Vorzugsweise sind die Öffnungen39 als Aussparungen, z. B. als etwa fensterartige Wanddurchbrüche, ausgebildet, die in Umfangsrichtung in Abständen aufeinanderfolgen. Man erkennt, dass die Drosselscheibe31 in Bezug auf das Hauptventilglied22 mit einer radial inneren, leicht kegelstumpfförmig verlaufenden Ringwandung40 radial zentriert ist. Diese innere Ringwandung40 ist in der in4 gezeigten Öffnungsstellung des Hauptventilgliedes22 von einem etwa ebenfalls kegelstumpfförmigen Wandteil41 des Hauptventilgliedes22 umfasst. Dadurch wird die Drosselscheibe31 koaxial zum Hauptventilglied22 gehalten und radial zentriert. Man erkennt, dass das Hauptventilglied22 im Querschnitt etwa hutförmig gestaltet ist. Diese Form macht es möglich, dass in der gänzlich geöffneten Stellung des Hauptventils5 das Hauptventilglied22 und die Drosselscheibe31 formschlüssig ineinander platziert sind, so dass die in dieser Stellung wirkungslose Drosselscheibe31 praktisch keinen zusätzlichen Platzbedarf hat und die Strömung nicht beeinträchtigt. - Das Gehäuse
21 des Betätigungselements20 ist in der Zeichnung nach unten hin durch einen zylindrischen Gehäuseteil29 verlängert, der über das Widerlager8 hinausragt und nach unten vorsteht. Auf diesem Gehäuseteil29 ist ein Ventilteller68 des Kurzschlussventils6 gegen eine Feder69 verschiebblich gehalten, der zur Steuerung der Bypassbohrung70 ,71 dient. Der Ventilteller68 weist eine zentrale Öffnung76 auf, die vom Gehäuseteil29 durchsetzt ist. Bei herkömmlichen Thermostatventilen ist der Ventilteller68 mittels der Feder69 gegen eine Scheibe77 axial angedrückt, die am Gehäuseteil29 endseitig angebracht ist. Der Ventilteller68 ist mittels der Feder69 in1 nach unten beaufschlagt. Die Feder69 ist an einer Ringfläche des Gehäuses21 und am Ventilteller68 axial abgestützt. Bei geschlossenem Hauptventil5 ist das Kurzschlussventil6 geöffnet, wie1 zeigt. Der Ventilteller68 ist dabei gegen einen im Inneren13 des Ventilgehäuses12 befindlichen Ring16 angepresst, wodurch das Innere13 geschlossen ist. Es findet somit kein Kühlmitteldurchfluss durch das Ventilgehäuse12 statt. Aufgrund dessen wird ein möglichst schneller Warmlauf der Brennkraftmaschine erreicht, woraufhin das Hauptventil5 sich in Öffnungsrichtung zu bewegen beginnt und dabei das Kurschlussventil6 derart mitbewegt wird, dass dessen Ventilteller68 vom Ring16 nach unten abhebt und dadurch den Durchlass des Kühlmittels zum Bypass18 hin freimacht. Üblicherweise ist bei völlig geöffnetem Hauptventil5 das Kurzschlussventil6 vollständig geschlossen, und zwar dadurch, dass ein äußerer Ringrand72 des Ventiltellers68 auf der axialen Randfläche71 der Bypassbohrung70 axial aufsitzt. - Es hat sich bei derartigen herkömmlichen Thermostatventilen gezeigt, dass beim Kurzschlussventil
6 sich wenige Millimeter vor der Auflage des Ringrandes72 auf der Randfläche71 sich oberhalb bestimmter Druckdifferenzen sehr hohe Strömungsgeschwindigkeiten im entstehenden Spalt ausbilden, so dass der daraus entstehende Unterdruck den Ventilteller68 zur Anlage an der Randfläche71 bringt. Ist diese Anlage erreicht, so entfällt dieser Unterdruck, mit der Folge, dass der Ventilteller68 wieder von der Randfläche71 abhebt, woraufhin die Strömung wiederum den Unterdruck erzeugt. Dies führt zu Schwingungen des Ventiltellers68 mit störenden Brummgeräuschen. - Derartige Schwingungen des Ventiltellers
68 und Brummgeräusche sind dadurch vermieden, dass auf derjenigen Axialseite des Ventiltellers68 , die der Bypassbohrung70 zugewandt ist, eine Drosselscheibe80 angeordnet ist, die einen etwa zylindrischen Wandungsteil82 zum Eintauchen in die Bypassbohrung70 aufweist. Die Drosselscheibe80 kann zusätzlich zum zylindrischen Wandungsteil82 einen daran anschließenden, radial auskragenden Ringrand81 aufweisen. Zwingend ist dies nicht. Die Drosselscheibe80 ist auf dem Gehäuse21 ,29 des Betätigungselements20 verschiebbar gehalten. Sie ist von der Feder69 beaufschlagt und gegen die endseitige Scheibe77 des Gehäuseteils29 angepresst, wobei erforderlichenfalls noch eine größere Scheibe fest angebracht ist. - Der Ventilteller
68 ist ebenfalls mit Schiebesitz76 verschieblich auf dem Gehäuse21 ,29 des Betätigungselements20 angeordnet und mittels der am Gehäuse21 abgestützten Feder69 axial gegen die Drosselscheibe80 angedrückt. Der Durchmesser des etwa zylindrischen Wandungsteils82 der Drosselscheibe80 ist geringfügig kleiner als derjenige der Bypassbohrung70 . Dabei kann die axiale Erstreckung dieses Wandungsteiles82 etwa derjenigen der Bypassbohrung70 entsprechen. Die Drosselscheibe80 weist ferner einen Zylinderabschnitt83 geringeren Durchmessers auf, der sich axial an den zylindrischen Wandungsabschnitt82 anschließt. - Beim Öffnen des Hauptventils
5 und einhergehenden Schließen des Kurzschlussventils6 gelangt der zylindrische Wandungsteil82 der Drosselscheibe80 in die Bypassbohrung70 . Bei diesem Eintauchen in die Bypassbohrung70 wird eine Drosselung der Strömung bewirkt, so dass im Spalt zwischen der Bypassbohrung70 und dem Ventilteller68 keine hohen Strömungsgeschwindigkeiten entstehen können. Auf diese Weise ist einem Schwingen des Ventiltellers68 und dadurch angeregten unangenehmen Brummgeräusch wirksam und mit einfachen Mitteln begegnet. Die Gefahr entstehender Druckpulsationen mit daraus resultierenden Schäden ist beseitigt. - Beim Thermostatventil
10 ist somit sowohl beim Hauptventil5 als auch beim Kurzschlussventil6 mit einfachen Mitteln durch Drosselscheiben31 bzw.80 ein störendes Brummgeräusch, hervorgerufen durch bei sonstigen Ventilen erfolgende Schwingungen der Ventilteller, beseitigt.
Claims (16)
- Thermostatventil, eingerichtet zur Regelung einer Temperatur eines Kühlmittels einer Brennkraftmaschine, das den Kühlmittelfluss von der Brennkraftmaschine durch einen Bypass (
70 ) und/oder durch einen Wärmeaustauscher zurück zur Brennkraftmaschine regelt, mit einem Ventilgehäuse (12 ), einem Hauptventil (5 ), einem Kurzschlußventil (6 ) und einem thermostatischen Betätigungselement (20 ) für die Betätigung dieser, wobei das Hauptventil (5 ) ein Hauptventilglied (22 ) aufweist, das eine mit einer Ventilsitzfläche (24 ) einer Ventilöffnung (14 ) des Ventilgehäuses (12 ) zusammenwirkende Steuerfläche (23 ) aufweist und vom Betätigungselement (20 ) betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass dem Hauptventil (5 ) ein Drosselventil (30 ) derart benachbart ist, dass das Drosselventil (30 ) bei einer geringfügigen Öffnungsbewegung des Hauptventilgliedes (22 ), ausgehend von dessen Schließstellung und mit geringem Abheben von der Ventilsitzfläche (24 ), in seiner geschlossenen Drosselstellung verbleibt und einen reduzierten Durchfluss durch den geringfügig geöffneten Ventilspalt zwischen der Ventilsitzfläche (24 ) und der Steuerfläche (23 ) und Durchlässen (39 ) des Drosselventils (3 ) freigibt. - Thermostatventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das thermostatische Betätigungselement (
20 ) ein Gehäuse (21 ) und einen Kolben (25 ) enthält, und dass das Drosselventil (30 ) eine Drosselscheibe (31 ) aufweist, die auf der dem Kolben (25 ) des thermostatischen Betätigungselements (20 ) abgewandten und dessen Gehäuse (21 ) zugewandten Axialseite des Hauptventilgliedes (22 ) angeordnet ist. - Thermostatventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselscheibe (
31 ) in Drosselstellung an einer Gehäusefläche (15 ), die der Ventilöffnung (14 ) benachbart ist, anliegt. - Thermostatventil nach Anspruch 3, in welchem die Drosselscheibe (
31 ) in Drosselstellung an einer axialen Gehäusefläche (15 ) anliegt. - Thermostatventil nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselscheibe (
31 ) erst bei einer auf die geringfügige Öffnungsbewegung folgenden Öffnungsbewegung des Hauptventilgliedes (22 ) mittels dieses in Öffnungsrichtung mitbewegt und von der Gehäusefläche (15 ) wegbewegt wird. - Thermostatventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Hauptventilglied (
22 ) relativ zur Drosselscheibe (31 ) axial verschiebbar ist und an der Drosselscheibe (31 ) nach der geringfügigen Öffnungsbewegung axial anschlägt und diese bei der weiteren Öffnungsbewegung mitnimmt. - Thermostatventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Hauptventilglied (
22 ) im Querschnitt etwa hutförmig gestaltet ist und mit Schiebesitz (42 ) verschiebbar auf dem Gehäuse (21 ) des thermostatischen Betätigungselements (20 ) zwischen zwei axialen Anschlägen (43 ,44 ) gehalten ist und von einer in Schließrichtung wirkenden Feder (9 ) beaufschlagt ist. - Thermostatventil nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselscheibe (
31 ) mittels einer axialen Schließkraft axial gegen das Hauptventilglied (22 ) und/oder die axiale Gehäusefläche (15 ) beaufschlagt ist. - Thermostatventil nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine axial auf die Drosselscheibe (
31 ) wirkende, die Schließkraft erzeugende Schließfeder (32 ), die mit einem Ende an der Drosselscheibe (31 ) abgestützt und auf ihrer Außen- oder Innenseite mittels zugewandten axialen Vorsprüngen (33 ) radial geführt und mit dem anderen Ende am Ventilgehäuse (12 ) abgestützt ist. - Thermostatventil nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselscheibe (
31 ) in der Öffnungsstellung des Hauptventilgliedes (22 ) unwirksam ist und einen axial zugewandten Ringrandteil (36 ) des Hauptventilgliedes (22 ) etwa formschlüssig innerhalb einer etwa napfförmigen Vertiefung (35 ) aufnimmt. - Thermostatventil nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselscheibe (
31 ) in Bezug auf das Hauptventilglied (22 ) mit einer radial inneren Ringwandung (40 ) radial zentriert ist. - Thermostatventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Ringwandung (
40 ) in der Öffnungsstellung des Hauptventilgliedes (22 ) von einem Wandteil (41 ) des Hauptventilgliedes (22 ) umfasst ist. - Thermostatventil nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Kurzschlußventil (
6 ) einen Ventilteller (68 ) zur Steuerung einer Bypassbohrung (70 ,71 ) aufweist, und dass auf einer Axialseite dieses Ventiltellers (68 ), die der Bypassbohrung (70 ) zugewandt ist, eine Drosselscheibe (80 ) angeordnet ist, die einen Ringrand (81 ) zur Anlage an einer Randfläche (71 ) der Bypassbohrung (70 ) und/oder einen etwa zylindrischen Wandungsteil (82 ) zum Eintauchen in die Bypassbohrung (70 ) aufweist. - Thermostatventil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des etwa zylindrischen Wandungsteils (
82 ) der der Bypassbohrung (70 ) zugeordneten Drosselscheibe (80 ) geringfügig kleiner ist als derjenige der Bypassbohrung (70 ). - Thermostatventil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Erstreckung des zylindrischen Wandungsteiles (
82 ) etwa derjenigen der Bypassbohrung (70 ) entspricht. - Thermostatventil nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der der Bypassbohrung (
70 ) zugeordnete Ventilteller (68 ) mit einem Schiebesitz (76 ) verschieblich auf dem Gehäuse (21 ,29 ) des thermostatischen Betätigungselements (20 ) angeordnet ist und mittels einer an diesem Gehäuse (21 ,29 ) abgestützten Feder (69 ) axial gegen die der Bypassbohrung (70 ) zugeordnete Drosselscheibe (80 ) angedrückt ist.
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