DE102011109287A1

DE102011109287A1 - "Thermostatventil"

Info

Publication number: DE102011109287A1
Application number: DE102011109287A
Authority: DE
Inventors: Christof Clauß
Original assignee: Gustav Wahler GmbH and Co KG
Current assignee: Thermal Management Solutions De Oberboihingen De
Priority date: 2011-08-02
Filing date: 2011-08-02
Publication date: 2013-02-07

Abstract

Thermostatventil zur Regelung der Temperatur eines Kühlmittels einer Brennkraftmaschine, das den Kühlmittelfluss zwischen der Brennkraftmaschine und einem Kühler und/oder einem Bypass regelt, mit einem temperaturabhängig arbeitenden Betätigungselement zur Betätigung eines Hauptventils, das ein mit einem Ventilsitz eines Gehäuseteils zusammenwirkendes Hauptventilglied aufweist, und eines Bypassventils, das ein Bypassventilglied aufweist, welches innerhalb eines zum Betätigungselement hin weisende Strömungsleitwände tragenden Ventilteils axial verschiebbar und radial geführt ist und vom Betätigungselement bei der Betätigung des Hauptventilgliedes gegen die Wirkung eines einzigen in Schließrichtung wirkenden federnden Rückstellmittels betätigbar ist. Der den Ventilsitz tragende Gehäuseteil zusammen mit dem temperaturabhängig arbeitenden Betätigungselement und dem Hauptventilglied sowie dem Ventilteil und dem Bypassventilglied darin und mit dem zwischen dem Hauptventilglied und dem Ventilteil angeordneten und an diesen abgestützten Rückstellmittel ist als eine baueinheitliche Funktionseinheit und Einsteckeinheit ausgebildet, die in ein Bauteilgehäuse eingesteckt ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Thermostatventil zur Regelung der Temperatur eines Kühlmittels einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugmotors, das den Kühlmittelfluss zwischen der Brennkraftmaschine und einem Wärmeaustauscher, insbesondere Kühler, und/oder einem Bypass regelt, mit einem temperaturabhängig arbeitenden Betätigungselement zur Betätigung eines Hauptventils, das ein mit einem Ventilsitz eines Gehäuseteils zusammenwirkendes Hauptventilglied aufweist, und zur Betätigung eines Bypassventils, das ein Bypassventilglied aufweist, welches innerhalb eines zum Betätigungselement hin weisende Strömungsleitwände tragenden Ventilteils axial verschiebbar und radial geführt ist und vom Betätigungselement bei der Betätigung des Hauptventils gegen die Wirkung eines einzigen in Schließrichtung wirkenden federnden Rückstellmittels betätigbar ist.
Beim einem bekannten Thermostatventil dieser Art ( EP 2 104 015 A2 ) ist der Ventilteil Teil des Gehäuses des Thermostatventils, wobei dieses Gehäuse im Bereich des Bypassventils rohrförmig ist und die Rohrwände zur Ventilkammer hin als Strömungsleitwände vorstehen. Als Rückstellmittel ist eine einzige Schraubendruckfeder vorgesehen, die mit einem Ende am Ventilteil im Bereich des Bypassrohrverlaufs und mit dem anderen Ende am Bypassventilglied abgestützt ist. Dieses Rückstellmittel befindet sich somit im Rohrverlauf des Bypasses. Das Ventilgehäuse baut dadurch in Axialrichtung relativ groß.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Thermostatventil der eingangs genannten Art zu schaffen, das eine reduzierte axiale Bauhöhe ermöglicht und ferner aus nur wenigen Bauelementen gebildet und einfach und kostengünstig ist.
Die Aufgabe ist bei einem Thermostatventil der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass der den Ventilsitz tragende Gehäuseteil zusammen mit dem temperaturabhängig arbeitenden Betätigungselement und dem Hauptventilglied sowie mit dem Ventilteil und dem Bypassventilglied darin und mit dem zwischen dem Hauptventilglied und dem Ventilteil angeordneten und an diesen beiden abgestützten Rückstellmittel als eine baueinheitliche Funktionseinheit und Einsteckeinheit ausgebildet ist, die in ein Bauteilgehäuse eingesteckt ist. Dieses Thermostatventil führt zu einer kompakten Bauform mit reduzierter axialer Bauhöhe. Vorteilhaft ist ferner, dass das Ventil aus lediglich zwei Komponenten zusammengesetzt ist, wodurch die Anzahl der zu montierenden Bauteile reduziert ist. Die eine Komponente des Thermostatventils besteht aus der baueinheitlichen Funktionseinheit und Einsteckeinheit. Die andere Komponente besteht aus dem Bauteilgehäuse, in das letztere eingesteckt ist. Die baueinheitliche Funktionseinheit und Einsteckeinheit kann als separate Komponente montiert und eingestellt werden und kann für den Einbau in das Bauteilgehäuse fertig bereitgehalten werden und als solche im Bedarfsfall auch einfach ausgetauscht werden. Die Verbindung zwischen dieser Komponente und dem Bauteilgehäuse lässt sich durch geeignete Verbindungsmittel schnell herstellen, so dass diese Verbindung beider Komponenten schnell, einfach und ohne besonderes Fachwissen, Einstellarbeiten od. dgl. erfolgen kann.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Thermostatventils sieht vor, dass der Ventilteil als separates Bauteil ausgebildet ist und mit einem radial verlaufenden, einen axialen Durchlass aufweisenden Bodenteil vom Rückstellmittel gegen eine Ringfläche im Bauteilgehäuse beaufschlagt ist und darauf aufsitzt. Soweit der Bodenteil mit einer Ringfläche in den Kanalbereich des Bypasskanals hineinragt, kann der Bodenteil mit dieser Ringfläche auch noch als Überdruckventil bedarfsweise wirksam sein.
Von Vorteil kann es sein, wenn die Ringfläche eine axiale Ringeintiefung und der Bodenteil einen axial überstehenden Ringvorsprung aufweist, der in die Ringeintiefung eingreift. Auf diese Weise ist mit einfachen Mitteln eine Abdichtung zwischen dem Ventilteil und der bauteilgehäuseseitigen Ringfläche erreicht und gleichzeitig eine radiale Zentrierung geschaffen, so dass der Ventilteil in Bezug auf die Ringfläche im Bauteilgehäuse in radialer Richtung in Position gehalten ist.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Ventilteil einen vom Bodenteil im Bereich des Durchlasses axial abstehenden Zylinderringteil aufweist, dessen innere Umfangsfläche als ringförmige Ventilsitzfläche für das in Schließstellung in den Zylinderringteil einschiebbare und darin axial verschiebbare Bypassventilglied ausgebildet ist. Durch die Wechselwirkung zwischen dem Bypassventilglied und dem Zylinderringteil erfolgt eine verbesserte Zentrierung in radialer Richtung bei besonders einfachem Aufbau. Von Vorteil kann es sein, wenn das Bypassventilglied als Schieber ausgebildet ist, wobei dieser einen etwa U-förmigen Querschnitt aufweisen kann und mit seinem zylindrischen Mantel im Ventilteil geführt ist. Dadurch ergibt sich eine größere Führungslänge zwischen dem Bypassventilglied und dem Ventilteil.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass der Ventilteil in axialem Abstand vom Zylinderringteil ein koaxiales, etwa ringförmiges Kopfteil aufweist, das im Bereich des temperaturabhängig arbeitenden Betätigungselements angeordnet und von dessen Gehäuse durchsetzt ist, an dem das Bypassventilglied befestigt ist, und das eine axiale, vorzugsweise mit Zentriervorsprüngen versehene, Abstützung für das zugewandte Ende des Rückstellmittels bildet, das darauf aufsitzt. Das Rückstellmittel, z. B. in Form einer Schraubendruckfeder, erstreckt sich zwischen dem Hauptventilglied und dem Ventilteil, wobei es endseitig auf beiden in radialer Richtung zentriert gehalten ist. Der Ventilteil sitzt mit dem Kopfteil auf der äußeren Umfangsfläche des Gehäuses des thermostatisch arbeitenden Betätigungselements, wodurch ebenfalls eine gute radiale Zentrierung erreicht ist. Da das Gehäuse des Betätigungselements bei der Ventilbetätigung sich axial relativ zum Kopfteil bewegt, sitzt das Kopfteil gleitverschieblich auf dem Gehäuse. Das Kopfteil kann einen radial verlaufenden Teller aufweisen, an den sich einstückig eine axial gerichtete Zylinderhülse anschließt, wodurch die Führungslänge vergrößert ist.
Vorteilhaft kann es ferner sein, wenn das Kopfteil mit dem Zylinderringteil über einzelne, umfangsverteilte und etwa achsparallele Stege einstückig verbunden ist. Dabei kann der Ventilteil einen damit einstückigen äußeren Zylindermantel aufweisen, der fußseitig an den Außenrand des Bodenteils anschließt und mit einer etwa achsparallel verlaufenden Wandung sich in Radialabstand von dem Zylinderringteil und den Stegen etwa bis zum Kopfteil erstreckt.
Vorteilhaft kann es ferner sein, wenn der Bodenteil mit dem Zylinderringteil und der äußere Zylindermantel als Strömungsleitwände ausgebildet sind für eine bei in Öffnungsstellung befindlichem Bypassventil durch die Ringfläche des Bauteilgehäuses und durch das Innere des Bodenteils mit Zylinderringteil zwischen den Stegen hindurch und entlang dem Zylindermantel zu dessen kopfseitigem Auslass und in die Ventilkammer geleitete Bypassströmung. Hierbei wird das Kühlmittel bei geöffnetem Bypassventil über die Strömungsleitwände soweit wie möglich zunächst in die Ventilkammer geleitet und über einen möglichst großen Außenbereich des thermostatischen Betätigungselements, so dass insbesondere bei kalter Brennkraftmaschine und geöffnetem Bypassventil das thermostatische Betätigungselement von Kühlmittel schnell erwärmt wird und dadurch ein schnelles, frühzeitiges Ansprechen des Thermostatventils erreicht wird. Der Ventilteil ist somit als besonderes Strömungsleitmittel wirksam. Besondere zusätzlicher Leitmittel bedarf es dabei nicht.
Der äußere Zylindermantel des Ventilteils kann umfangsverteilte Durchbrüche aufweisen, die von einem Anteil des strömenden Kühlmittels passiert werden können. Diese Durchbrüche des Zylindermantels können auf dem zwischen jeweils zwei Stegen befindlichen Umfangsbereich vorgesehen sein und fußseitig des äußeren Zylindermantels vorzugsweise etwa bis zum Außenrand des Bodenteiles reichen. Dadurch ergibt sich ein relativ großer Öffnungsquerschnitt für die Durchströmung.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform seht vor, dass der Gehäuseteil einen Deckel aufweist, an dem der Ventilsitz ausgebildet ist. Am Deckel ist ein vorzugsweise im Inneren elektrisch beheizter Kolben des thermostatischen Arbeitselements mit seiner elektrischen Versorgungsleitung gehalten zusammen mit dem Gehäuse des Betätigungselements und mit dem darauf sitzenden Hauptventilglied. Das Gehäuse des Betätigungselements trägt auf dem Endbereich, der dem Hauptventilglied gegenüberliegt, den Ventilteil und durchsetzt diesen Ventilteil im Bereich seines Kopfteiles. Dabei sind mittels des federnden Rückstellmittels, das zwischen dem Hauptventilglied und dem Ventilteil angeordnet und wirksam ist, das Hauptventilglied gegen den Ventilsitz und das Bypassventilglied im Inneren des Ventilteils gegen dessen Kopfteil beaufschlagt und angedrückt. Es ist in besonders einfacher Weise nur ein einziges federndes Rückstellmittel notwendig, wobei dieses nicht im Bypasskanal, wie bekannt, sondern im Bereich der Ventilkammer angeordnet ist.
Vorteilhaft kann es ferner sein, wenn der Gehäuseteil, z. B. Deckel, und/oder der Ventilteil und/oder das Bauteilgehäuse aus Kunststoff gebildet sind.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass das Bauteilgehäuse als Gehäuseteil eines Kühlmittelpumpengehäuses, insbesondere Wasserpumpengehäuses, ausgebildet ist. Dieses Gehäuseteil kann eine mit der Ventilkammer in Verbindung stehende Gehäuseöffnung für das Kühlmittel aufweisen, innerhalb der ein Kühlmittelpumpenteil, insbesondere Pumpenlaufrad, einer Kühlmittelpumpe aufnehmbar ist. Diese Gestaltung führt zu einer Bauteilreduzierung und steigert noch die kompakte Bauweise, bei der die Kühlmittelpumpe mit ihrem Gehäuse mit dem Thermostatventil unmittelbar zusammengebaut ist. Vorteilhaft kann es sein, wenn das Kopfteil und der dem Kopfteil benachbarte Endbereich sowie das Ende des Zylindermantels sich außerhalb des Durchlassbereichs der Gehäuseöffnung erstrecken. Hierdurch wird erreicht, dass die Kühlmittelströmung zunächst noch nicht in die Gehäuseöffnung des Gehäuseteils geführt wird, sondern zunächst etwa parallel zum Gehäuse des thermostatischen Betätigungselements in die Ventilkammer geleitet wird und von dort etwa bogenförmig zurück in die Gehäuseöffnung des Gehäuseteils gelangt, so dass eine schnelle Erwärmung des Betätigungselements und ein schnelles Ansprechen des Thermostatventils auch dann verwirklicht ist, wenn das Thermostatventil und eine Kühlmittelpumpe zu einer kompakten Gehäusebaueinheit zusammengefasst sind.
Weitere besondere Erfindungsmerkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:
1 einen schematischen senkrechten Schnitt eines Thermostatventils bei geschlossenem Hauptventil und voll geöffnetem Bypassventil,
2 einen Schnitt einer Einzelheit II in 1 in größerem Maßstab,
3 einen schematischen senkrechten Schnitt des Thermostatventils in 1 bei geringfügig geöffnetem Hauptventil und offenem Bypassventil,
4 einen schematischen senkrechten Schnitt des Thermostatventils in 1 bei geöffnetem Hauptventil und geschlossenem Bypassventil,
5 einen schematischen senkrechten Schnitt des Thermostatventils in 1 bei vollständig geöffnetem Hauptventil und geschlossenem Bypassventil,
6 eine schematische perspektivische Ansicht eines Ventilteiles des Thermostatventils in 1 bis 5,
7 einen schematischen Schnitt entlang der Linie VII-VII des Ventilteils in 6,
8 eine Draufsicht des Ventilteiles in Pfeilrichtung VIII in 7.
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 zwischen der Brennkraftmaschine und einem Wärmeaustauscher, insbesondere Kühler, und/oder einem Bypass.
Das Thermostatventil 10 ist sowohl zur Einlassregelung, wie gezeigt, als auch zur nicht gezeigten Auslassregelung geeignet. In der gezeigten Form zur Einlassregelung wird das Kühlmittel gemäß Pfeil 11 von der Brennkraftmaschine kommend einem nicht gezeigten Wärmeaustauscher, insbesondere Kühler, bzw. einem Bypass 12 mit Bypasskanal 13 zugeführt und je nach Stellung Hauptventils 14 bzw. Bypassventils 15 gemäß Pfeil 17 vom Kühler kommend zugeführt und gemäß Pfeil 16 zurück zur Kühlmittelpumpe und Brennkraftmaschine geführt. Mit dem Pfeil 18 ist ein Heizungsrücklauf vermerkt.
In der Stellung des Thermostatventils 10 gemäß 1 ist das Hauptventil 14 geschossen und das Bypassventil 15 voll geöffnet. Demnach ergibt sich eine Strömung der Kühlflüssigkeit, die von der Brennkraftmaschine her kommt, gemäß Pfeil 11 über den Bypass 12, die Ventilkammer 19 des Thermostatventils 10 und gemäß Pfeil 16 zurück zur Kühlmittelpumpe und Brennkraftmaschine. Bei der in 3 gezeigten Ventilstellung ist das Hauptventil 14 geringfügig, z. B. etwa 2 mm, geöffnet und das Bypassventil 15 auch noch, wenn auch nicht so weit wie in 1, geöffnet, z. B. etwa 3 mm. Hierbei verläuft die Kühlmittelströmung gemäß Pfeil 11 zum Bypass 12 und zur Ventilkammer 19, wobei ferner eine Kühlmittelströmung gemäß Pfeil 17 vom Kühler in die Ventilkammer 19 geschieht. Dort erfolgt eine Mischung beider Kühlmittelströme mit Auslass gemäß Pfeil 16 und hin zur Kühlmittelpumpe und Brennkraftmaschine. Bei der Ventilstellung gemäß 4 ist das Hauptventil 14 weiter als in 3 geöffnet, jedoch das Bypassventil 15 geschlossen. Somit erfolgt die Kühlmittelströmung von der Brennkraftmaschine zum nicht gezeigten Kühler und von diesem zurück gemäß Pfeil 17 in die Ventilkammer 19 und aus dieser gemäß Pfeil 16 zurück zur Kühlmittelpumpe und Brennkraftmaschine. Bei der Ventilstellung gemäß 5 ist das Hauptventil 14 vollständig geöffnet. Es ergibt sich dort ein Vollhub. Das Bypassventil 15 ist geschlossen. Die Kühlmittelströmung erfolgt von der Brennkraftmaschine zum Kühler und vom Kühler gemäß Pfeil 17 in die Ventilkammer 19 und von dieser gemäß Pfeil 16 zurück zur Kühlmittelpumpe und Brennkraftmaschine.
Das Thermostatventil 10 weist ein thermostatisches Betätigungselement 20 auf, dessen Gehäuse 21 innerhalb der Ventilkammer 19 enthalten ist und darin vom Kühlmittel beaufschlagt wird. Das Gehäuse 21 enthält einen sich bei Erwärmung ausdehnenden Dehnstoff, z. B. Wachs. In den Dehnstoff im Gehäuse 21 taucht ein dazu koaxialer Kolben 25 ein, der oben aus dem Gehäuse 21 herausgeführt ist und mittels eines Widerlagers 27 axial abgestützt ist. Der Kolben 25 ist mit seinem in 1 oberen Ende an einem Deckel 22 befestigt. Der Deckel 22 hat dazu eine Aufnahme 23, in der das Ende des Kolbens 25 aufgenommen ist, wobei zwischen letzterem und der Aufnahme 23 ein Dichtungsring 24 angeordnet ist. Der Kolben 25 enthält in seinem Inneren zumindest ein elektrisches Heizelement. Aus dem Kolben 25 sind elektrische Anschlussleitungen 26 des mindestens einen elektrischen Heizelements herausgeführt. Diese führen zu einem nicht weiter im Detail gezeigten Kontaktstecker für die Kontaktverbindung. Der Deckel 22 besteht aus Kunststoff und ist unter Zwischenfügung eines Dichtungsringes 28 auf ein Bauteilgehäuse 29 aufgesetzt, an dem der Deckel 22 befestigt ist.
Das Thermostatventil 10 enthält das Hauptventil 14 im Bereich des Deckels 22 und ferner am anderen Ende das Bypassventil 15. Das Hauptventil 14 weist ein z. B. tellerförmiges Hauptventilglied 34 auf, das mit einem ringförmigen Ventilsitz 35 eines Gehäuseteils in Form des Deckels 22 zusammenwirkt und in der in 1 gezeigten geschlossenen Stellung mit einem Dichtungsring 36 am Außenrand gegen den Ventilsitz 35 angedrückt ist. Der Ventilsitz 35 umringt eine Ventilöffnung 37 des Hauptventils 14 im Deckel 22. Bei geöffnetem Hauptventil 14 entsteht eine Verbindung zwischen der Ventilöffnung 37 und der Ventilkammer 19.
Das Bypassventil 15 sitzt am unteren Ende des thermostatischen Betätigungselements 20. Es weist ein Bypassventilglied 45 auf, das hier als Schieber mit etwa U-förmigem Querschnitt ausgebildet ist, der einen sich radial erstreckenden Teller 46 mit einstückig davon in 1 nach oben abstrebendem zylindrischen Mantel 47 aufweist, wobei das Bypassventilglied 45 mit seinem Teller 46 am unteren Ende des Gehäuses 21 des Betätigungselements 20 befestigt ist, z. B. durch eine Bördelverbindung. Das Bypassventil 15 steuert den Bypassdurchgang gemäß Pfeil 11 durch den Bypass 12 mit Bypasskanal 13, der als Rohrteil gestaltet sein kann. Der Bypasskanal 13 weist eine sich radial erstreckende Ringfläche 48 auf. Oberhalb dieser Ringfläche 48 ist ein Ventilteil 50 angeordnet, in dem das Bypassventilglied 45 axial verschiebbar und radial geführt ist. Das Bypassventilglied 45 ist vom thermostatischen Betätigungselement 20, auch thermostatisches Arbeitselement genannt, gegen die Wirkung eines in Schließrichtung des Hauptventils 14 wirksamen federnden Rückstellmittels 30 betätigbar, insbesondere in Schließstellung bringbar. Dieses Rückstellmittel 30 besteht z. B. aus einer zylindrischen Schraubendruckfeder, die mit dem in 1 oberen Ende am Hauptventilglied 34 abgestützt ist oder statt dessen auch am Gehäuse 21 des Betätigungselements 20 abgestützt sein kann. Über das Rückstellmittel 30 wird das Hauptventilglied 34 gegen den Ventilsitz 35 gedrückt. Dabei wird das Betätigungselement 20 mit seinem Gehäuse 21 in 1 nach oben beaufschlagt, so dass das Bypassventilglied 45 dadurch ebenfalls nach oben in eine Öffnungsstellung des Bypassventils 15 gezwungen wird. Das Rückstellmittel 30 ist mit seinem anderen Ende am Ventilteil 50 abgestützt, so dass dadurch der Ventilteil 50 gegen die Ringfläche 48 des Bauteilgehäuses 29 angedrückt wird.
Bei diesem Thermostatventil 10 ist die Anordnung so getroffen, dass der den Ventilsitz 35 tragende Gehäuseteil, hier in Form des Deckels 22, zusammen mit dem thermostatischen Betätigungselement 20 und dem Hauptventilglied 34 sowie mit dem Ventilteil 50 und dem Bypassventilglied 45 darin und mit dem zwischen dem Hauptventilglied 34 und dem Ventilteil 50 angeordneten und an diesen abgestützten Rückstellmittel 30 als eine baueinheitliche Funktionseinheit und Einsteckeinheit ausgebildet ist, die in das Bauteilgehäuse 29 eingesteckt ist. Bei Bedarf kann diese Einheit aus dem Bauteilgehäuse 29 entnommen werden. Wird der Deckel 22 davon abgehoben, werden alle zuvor beschriebenen Bauteile bishin zum unteren Ventilteil 50 mit abgehoben, da das Bypassventilglied 45 in 1 von unten her im Inneren axial am Ventilteil 50 anliegt und dieser dadurch vom Bypassventilglied 45 gehalten ist.
Der Ventilteil 50 ist hinsichtlich seiner Einzelheiten insbesondere aus 6 bis 8 ersichtlich. Er ist als separates Bauteil ausgebildet und weist einen radial verlaufenden Bodenteil 51 auf, der einen axialen Durchlass 52 enthält, der mit dem Bypasskanal 13 in Verbindung steht. Über das Rückstellmittel 30 wird der Ventilteil 50 mit diesem Bodenteil 51 gegen die Ringfläche 48 des Bauteilgehäuses 29 beaufschlagt, so dass der Ventilteil 50 darauf aufsitzt. Die Ringfläche 48 weist eine axiale Ringeintiefung 53 auf. Der Bodenteil 51 weist in Zuordnung dazu einen axial überstehenden Ringvorsprung 54 auf, der in der Ringeintiefung 53 aufgenommen ist. Der Ventilteil 50 sitzt somit mittels des Ringvorsprunges 54 abgedichtet auf der Ringfläche 48 auf, wobei zugleich eine Zentrierung in radialer Richtung erfolgt. Über den Bodenteil 51 kann der Ventilteil 50 auch als Überdruckventil fungieren.
Der Ventilteil 50 weist einen vom Bodenteil 51 im Bereich des Durchlasses 52 axial abstehenden, in 1 nach oben gerichteten Zylinderringteil 55 auf, dessen innere Umfangsfläche 56 als ringförmige Ventilsitzfläche für das in Schließstellung in den Zylinderringteil 55 einschiebbare und darin axial verschiebbare Bypassventilglied 45 ausgebildet ist.
In axialem Abstand vom Zylinderringteil 55 weist der Ventilteil 50 ein koaxiales, etwa ringförmiges Kopfteil 57 auf. Das Kopfteil 57 ist im Bereich des temperaturabhängig arbeitenden Betätigungselements 20 angeordnet und von dessen Gehäuse 21 durchsetzt, etwa dort, wo das Bypassventilglied 45 am Ende des Gehäuses 21 befestigt ist. Das Kopfteil 57 bildet eine axiale Abstützung für das zugewandte Ende des Rückstellmittels 30, welches darauf aufsitzt. Das Kopfteil 57 trägt oberseitig ringsum verteilte Zentriervorsprünge 58 zur Zentrierung des Rückstellmittels 30. Mit einem zylindrischen Ringabsatz 59 sitzt das Kopfteil 57 auf der Außenfläche des Gehäuses 21 mit relativer Gleitverschieblichkeit, da das Gehäuse 21 mitsamt dem Bypassventil 45 sich bei der Ventilbetätigung relativ zum Kopfteil 57 verschiebt.
Das Kopfteil 57 ist mit dem Zylinderringteil 55 über einzelne, umfangsverteilte und etwa achsparallele Stege 60 einstückig verbunden. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel sind insgesamt fünf solcher Stege 60 vorhanden. Diese verlaufen mit Radialabstand etwa parallel zum zylindrischen Ringabsatz 59 des Kopfteils 57.
Der Ventilteil 50 weist ferner einen damit einen einstückigen äußeren Zylindermantel 61 auf, der fußseitig an den Außenrand des Bodenteils 51 anschließt und mit einer etwa achsparallel verlaufenden Wandung 62 sich in Radialabstand von dem Zylinderringteil 55 und den Stegen 60 etwa bis hin zum Kopfteil 57 erstreckt. Das Bodenteil 51 mit Zylinderringteil 55 und der äußere Zylindermantel 61 sind als Strömungsleitwände ausgebildet für eine Bypassströmung bei in Öffnungsstellung befindlichem Bypassventil 15, wie dies z. B. in 1 und 3 der Fall ist. Bei dieser Öffnungsstellung wird die Bypassströmung durch die Ringfläche 48 des Bypasskanals 13 hindurch und durch den Durchlass 52 des Bodenteils 51 mit Zylinderringteil 55 zwischen den Stegen 60 hindurch und entlang dem Zylindermantel 61 zu dessen kopfseitigen Auslass 63 zur Ventilkammer 19 geleitet. Das Kühlmittel strömt dabei gemäß den Pfeilen 64 in 6 kopfseitig des Zylindermantels 61 aus, wobei es entlang der Innenseite des Zylindermantels 61 nach oben geleitet wird. Dadurch ist erreicht, dass das Kühlmittel in 1 nach oben in den Bereich des thermostatischen Betätigungselements 20 geführt wird, so dass dieses vom Kühlmittel möglichst großflächig umströmt wird. Dadurch ergibt sich eine schnellere Erwärmung des Betätigungselements 20 und darüber ein schnelleres Ansprechen des Thermostatventils 10.
Der äußere Zylindermantel 61 enthält umfangsverteilte Durchbrüche 65, von denen beim gezeigten Ausführungsbeispiel insgesamt fünf vorgesehen sind. Diese Durchbrüche 65 sind auf dem Umfangsbereich vorgesehen, der sich jeweils zwischen zwei Stegen 60 befindet. Man erkennt, dass die Durchbrüche 65 fußseitig des Zylindermantels 61 vorzugsweise etwa bis zum Außenrand des Bodenteils 51 reichen. Die Stege 60 reichen vom Kopfteil 57 etwa bis zum Zylinderringteil 55, wobei der in Umfangsrichtung betrachtete Zwischenbereich zwischen den Stegen 60 Freiraum ist, der mit dem Inneren 66 des Ventilteils 50 kommuniziert. Der Zylinderringteil 55 bildet zusammen mit dem Bypassventilglied 45 die Steuerfläche des Bypassventils 15, derart, dass das Bypassventil 15 dann geschlossen ist, wenn das Bypassventilglied 45 bei der Schließbewegung zumindest mit dem Teller 46 die Oberkante 67 des Zylinderringteils 55 erreicht, wie dies in 4 der Fall ist. Bei offenem Bypassventil 15 gemäß 1 und 3 gelangt das Kühlmittel durch das Innere 66 hindurch und kann oberhalb der Oberkante 67 des Zylinderringteils 55 gemäß den Pfeilen 68 austreten. Dabei wird die Strömung durch den Zylindermantel 61 nach oben in Richtung zum Auslass 63 umgelenkt, wobei ein Strömungsanteil auch durch die Durchbrüche 65 gemäß den Pfeilen 69 radial nach außen gelangen kann. Aufgrund dieses Verlaufs der Bypassströmung ist eine besonders gute Einströmung in die Ventilkammer 19 und Umströmung des thermostatischen Betätigungselements 20 verwirklicht. Das Thermostatventil 10 ist dabei einfach und kostengünstig. Es besteht aus nur wenigen Bauteilen und ermöglicht als Einsteckteil einen einfachen und schnellen Zusammenbau durch einfaches Einstecken in das Bauteilgehäuse 29. Die Einsteckeinheit kann mit allen Elementen dieser funktionsfertig vormontiert werden und zum Einsetzen in das Bauteilgehäuse 29 bereitgehalten werden. In dieser Form ist das Thermostatventil 10 u. a. auch zur direkten Montage z. B. an einem Wärmeaustauscher, insbesondere Kühler, eines Kühlmittelkreislaufs einer Brennkraftmaschine gut geeignet, wobei dann das Bauteilgehäuse 29 ein Gehäuseteil dieses Wärmeaustauschers sein kann.
Man erkennt, dass diese baueinheitliche Funktionseinheit in Gestalt einer Einsteckeinheit folgende zusammenmontierte Elemente aufweist: Einen Gehäuseteil in Form des Deckels 22, an dem der Ventilsitz 35 ausgebildet ist und an dem ein, vorzugsweise im Inneren elektrisch beheizter, Kolben 25 des temperaturabhängig arbeitenden Betätigungselements 20 mit seiner elektrischen Anschlussleitung 26 und mit dem Gehäuse 21 des Betätigungselements 20 und dem auf dem Gehäuse 21 gehaltenen Hauptventilglied 34 gehalten sind. Bestandteil dieser Funktionseinheit als Einsteckeinheit ist ferner der Ventilteil 50, der am Ende des Gehäuses 21 des Betätigungselements 20 gehalten und vom Gehäuse 21 im Bereich des Kopfteils 57 durchsetzt ist. Teil dieser Funktionseinheit ist außerdem das Rückstellmittel 30, vorzugsweise in Form einer Druckfeder, das zwischen dem Hauptventilglied 34 und dem Ventilteil 50 angeordnet und wirksam ist und einerseits das Hauptventilglied 34 gegen den Ventilsitz 35 am Deckel 22 beaufschlagt und andrückt und andererseits das im Inneren des Ventilteils 50 befindliche Bypassventilglied 45 von unten her gegen das Kopfteil 57 beaufschlagt und angedrückt ist.
Der Deckel 22 und/oder der Ventilteil 50 und/oder das Bauteilgehäuse 29 können aus Kunststoff gebildet sein.
In vorteilhafter Weise ist das Bauteilgehäuse 29 als Gehäuseteil eines Kühlmittelpumpengehäuses, insbesondere Wasserpumpengehäuses, ausgebildet. Dieser Gehäuseteil ist mit 31 angedeutet. Er weist eine mit der Ventilkammer 19 in Verbindung stehende Gehäuseöffnung 32 für das Kühlmittel auf, wobei innerhalb dieser Gehäuseöffnung 32 z. B. ein nicht gezeigtes Kühlmittelpumpenteil, insbesondere ein Pumpenlaufrad, aufnehmbar ist. Dies führt zu einer Bauteilreduzierung und außerordentlich kompakten Bauweise, bei der die Kühlmittelpumpe mit ihrem Gehäuse mit dem Thermostatventil 10 unmittelbar zusammengebaut ist. Der andere, nicht gezeigte Gehäuseteil des Kühlmittelpumpengehäuses kann hierbei an die Stirnfläche 33 unter Abdichtung angesetzt und mit dem Gehäuseteil 31 z. B. durch Schrauben verbunden werden.
Man erkennt, dass der dem Kopfteil 57 benachbarte Endbereich des Ventilteils 50 und das Ende des Zylindermantels 61 sowie das Kopfteil 57 sich außerhalb des Durchlassbereichs der Gehäuseöffnung 32 erstrecken. Die Gehäuseöffnung 32 mündet in 1 unterhalb dieses oberen Bereichs des Ventilteils 50 in die Ventilkammer 19. Dadurch wird eine Strömung des Kühlmittels dergestalt erzwungen, dass das Kühlmittel aus dem Ventilteil 50 zunächst möglichst in 1 nach oben hin austritt und in die Ventilkammer 19 und in den Bereich des Betätigungselements 20 gelangt und erst von dort bogenförmig in 1 etwa nach unten und zur Gehäuseöffnung 32 geleitet wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2104015 A2 [0002]

Claims

Thermostatventil (10) zur Reglung der Temperatur eines Kühlmittels einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugmotors, das den Kühlmittelfluss zwischen der Brennkraftmaschine und einem Wärmeaustauscher, insbesondere Kühler, und/oder einem Bypass (12) regelt, mit einem temperaturabhängig arbeitenden Betätigungselement (20) zur Betätigung eines Hauptventils (14), das ein mit einem Ventilsitz (35) eines Gehäuseteils (22) zusammenwirkendes Hauptventilglied (34) aufweist, und eines Bypassventils (15), das ein Bypassventilglied (45) aufweist, welches innerhalb eines zum Betätigungselement (20) hin weisende Strömungsleitwände tragenden Ventilteils (50) axial verschiebbar und radial geführt ist und vom Betätigungselement (20) bei der Betätigung des Hauptventilgliedes (34) gegen die Wirkung eines einzigen in Schließrichtung wirkenden federnden Rückstellmittels (30) betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der den Ventilsitz (35) tragende Gehäuseteil (22) zusammen mit dem temperaturabhängig arbeitenden Betätigungselement (20) und dem Hauptventilglied (34) sowie mit dem Ventilteil (50) und dem Bypassventilglied (45) darin und dem zwischen dem Hauptventilglied (34) und dem Ventilteil (50) angeordneten und an diesen abgestützten Rückstellmittel (30) als eine baueinheitliche Funktionseinheit und Einsteckeinheit ausgebildet ist, die in ein Bauteilgehäuse (29) eingesteckt ist.
Thermostatventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilteil (50) als separates Bauteil ausgebildet ist und mit einem radial verlaufenden, einen axialen Durchlass (52) aufweisenden Bodenteil (51) vom Rückstellmittel (30) gegen eine Ringfläche (48) im Bauteilgehäuse (29) beaufschlagt ist und darauf aufsitzt.
Thermostatventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringfläche (48) eine axiale Ringeintiefung (53) und der Bodenteil (51) einen axial überstehenden Ringvorsprung (54) aufweist, der in die Ringeintiefung (53) eingreift.
Thermostatventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilteil (50) einen vom Bodenteil (51) im Bereich des Durchlasses (52) axial abstehenden Zylinderringteil (55) aufweist, dessen innere Umfangsfläche (56) als ringförmige Ventilsitzfläche für das in Schließstellung in den Zylinderringteil (55) einschiebbare und darin axial verschiebbare Bypassventilglied (45) ausgebildet ist.
Thermostatventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bypassventilglied (45) als Schieber mit etwa U-förmigem Querschnitt ausgebildet ist, der mit seinem zylindrischen Mantel (47) im Ventilteil (50) geführt ist.
Thermostatventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilteil (50) in axialem Abstand vom Zylinderringteil (55) ein koaxiales, etwa ringförmiges Kopfteil (57) aufweist, das im Bereich des temperaturabhängig arbeitenden Betätigungselements (20) angeordnet und von dessen Gehäuse (21) durchsetzt ist, an dem das Bypassventilglied (45) befestigt ist, und das eine axiale, vorzugsweise mit Zentriervorsprüngen (58) versehene, Abstützung für das zugewandte Ende des Rückstellmittels (30) bildet, das darauf aufsitzt.
Thermostatventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kopfteil (57) mit dem Zylinderringteil (55) über einzelne, umfangsverteilte und etwa achsparallele Stege (60) einstückig verbunden ist.
Thermostatventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilteil (50) einen damit einstückigen äußeren Zylindermantel (61) aufweist, der fußseitig an den Außenrand des Bodenteils (51) anschließt und mit einer etwa achsparallel verlaufenden Wandung (62) sich in Radialabstand von dem Zylinderringteil (55) und den Stegen (60) etwa bis hin zum Kopfteil (57) erstreckt.
Thermostatventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bodenteil (51) mit Zylinderringteil (55) und der äußere Zylindermantel (61) als Strömungsleitwände ausgebildet sind für eine bei in Öffnungsstellung befindlichem Bypassventil (15) durch die Ringfläche (48) des Bauteilgehäuses (29) und durch das Innere (66) des Bodenteils (51) mit Zylinderringteil (55) zwischen den Stegen (60) hindurch und entlang dem Zylindermantel (61) zu dessen kopfseitigem Auslass (63) und in die Ventilkammer (19) geleitete Bypassströmung.
Thermostatventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Zylindermantel (51) umfangsverteilte Durchbrüche (65) enthält.
Thermostatventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchbrüche (65) des Zylindermantels (61) auf dem zwischen jeweils zwei Stegen (60) befindlichen Umfangsbereich vorgesehen sind und fußseitig des äußeren Zylindermantels (61) vorzugsweise etwa bis zum Außenrand des Bodenteiles (51) reichen.
Thermostatventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäuseteil einen Deckel (22) aufweist, an dem der Ventilsitz (35) ausgebildet ist und an dem ein vorzugsweise im Inneren elektrisch beheizter Kolben (25) des temperaturabhängig arbeitenden Betätigungselements (20) mit elektrischer Versorgungsleitung (26) und mit dem Gehäuse (21) des Betätigungselements (20) und dem darauf gehaltenen Hauptventilglied (34) gehalten sind, wobei das Gehäuse (21) des Betätigungselements (20) auf dem dem Hauptventilglied (34) gegenüberliegenden Endbereich den Ventilteil (50) trägt und diesen im Bereich des Kopfteiles (57) durchsetzt und wobei mittels des zwischen dem Hauptventilglied (34) und dem Ventilteil (50) wirksamen, vorzugsweise als Druckfeder ausgebildeten, Rückstellmittels (30) das Hauptventilglied (34) gegen den Ventilsitz (35) und das Bypassventilglied (45) im Inneren des Ventilteils (50) gegen dessen Kopfteil (57) beaufschlagt sind und angedrückt sind.
Thermostatventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäuseteil (22) und/oder der Ventilteil (50) und/oder das Bauteilgehäuse (29) aus Kunststoff gebildet sind.
Thermostatventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteilgehäuse (29) als Gehäuseteil (31) eines Kühlmittelpumpengehäuses, insbesondere Wasserpumpengehäuses, ausgebildet ist.
Thermostatventil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseteil (31) eine mit der Ventilkammer (19) in Verbindung stehende Gehäuseöffnung (32) für das Kühlmittel aufweist, innerhalb der ein Kühlmittelpumpenteil, insbesondere Pumpenlaufrad, einer Kühlmittelpumpe aufnehmbar ist.
Thermostatventil nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der dem Kopfteil (57) benachbarte Endbereich und das Ende des Zylindermantels (61) sowie das Kopfteil (57) sich außerhalb des Durchlassbereichs der Gehäuseöffnung (32) erstrecken.