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Die Erfindung betrifft eine Ventileinrichtung mit zumindest zwei an eine gemeinsame Zuführleitung angeschlossenen Ventilen, wobei ein erstes der Ventile als Rückschlagventil in einer ersten, von der Zuführleitung abzweigenden Leitung und ein zweites der Ventile als thermisch gesteuertes Thermostatventil in einer zweiten, von der Zuführleitung abzweigenden Leitung vorliegt, und wobei das Rückschlagventil eine Durchströmung lediglich aus Richtung der Zuführleitung zulässt. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antriebseinrichtung.
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Ventileinrichtungen der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Sie finden beispielsweise in Antriebseinrichtungen mit einer Antriebsmaschine, insbesondere einer Brennkraftmaschine, Anwendung. Dies ist vor allem der Fall, wenn die Antriebseinrichtung über zwei oder mehr Kühlkreisläufe verfügt, die während eines Aufwärmbetriebs der Antriebsmaschine zumindest teilweise und/oder zeitweise fluidtechnisch voneinander getrennt betrieben werden. Erst nach Erreichen einer Betriebstemperatur der Antriebsmaschine wird in diesem Fall der Aufwärmbetrieb beendet und ein Normalbetrieb eingeleitet. In diesem werden die beiden Kühlkreisläufe im Wesentlichen, also zumindest teilweise, miteinander gekoppelt betrieben. Um dies zu realisieren, ist die Ventileinrichtung vorgesehen, welche zwei Ventile aufweist, die an eine gemeinsame Zuführleitung angeschlossen sind, über welche sie mit Fluid, insbesondere Kühlmittel, versorgt werden. In der Zuführleitung kann beispielsweise eine Fördereinrichtung vorliegen beziehungsweise die Zuführleitung fluidtechnisch mit dieser gekoppelt sein. Den Ventilen wird insoweit mithilfe der Fördereinrichtung das Fluid zugeführt.
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Von der Zuführleitung gehen die zwei Leitungen aus, insbesondere geht die Zuführleitung in die beiden Leitungen über beziehungsweise teilt sich in die beiden Leitungen auf. Es ist also vorzugsweise nicht vorgesehen, dass die Zuführleitung parallel zu den beiden Leitungen weitergeführt ist. Die zweite Leitung ist von der ersten Leitung unterschiedlich. In der ersten Leitung liegt das erste der Ventile und in der zweiten Leitung das zweite der Ventile vor. Ersteres ist als Rückschlagventil, letzteres als thermisch gesteuertes und/oder geregeltes Thermostatventil ausgeführt. Das Rückschlagventil lässt seine Durchströmung lediglich aus Richtung der Zuführleitung zu und unterbindet eine Durchströmung in die Gegenrichtung. Das Thermostatventil kann als stufenlos schaltendes oder als diskret schaltendes Thermostatventil ausgebildet sein. In ersterem Fall wird der von dem Thermostatventil zugelassene Durchsatz an Fluid (Menge pro Zeiteinheit) im Wesentlichen stufenlos gesteuert und/oder geregelt, während im letzteren Fall lediglich zwei Schaltstufen vorliegen, insbesondere lediglich die Schaltstufen vollständig geöffnet und vollständig geschlossen. Der Durchlass beziehungsweise die einzustellende Schaltstufe wird in Abhängigkeit von einer Temperatur des Fluids gewählt.
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Dazu ist es bei aus dem Stand der Technik bekannten Thermostatventilen notwendig, dass stets ein geringer Durchsatz durch das Ventil zugelassen wird, um ein Schalten aufgrund der aktuellen Temperatur des Fluids zu ermöglichen. Wäre das Thermostatventil vollständig geschlossen, so würde sich das Fluid vor dem Thermostatventil stauen und somit ein Schalten des Thermostatventils aufgrund der Temperatur des Fluids verhindert, weil sich diese im Bereich des Ventils aufgrund des Aufstauens nicht oder lediglich geringfügig ändert. Das Thermostatventil ist daher für einen Pilotstrom mit einem Mindestdurchsatz ausgelegt. Es gelangt also stets eine geringe Menge des Fluids pro Zeiteinheit durch das Thermostatventil hindurch, um ein zuverlässiges Steuern beziehungsweise Regeln des Thermostatventils zu ermöglich. Dies führt bei der eingangs angesprochenen Antriebseinrichtung dazu, dass Fluid auch während des Aufwärmbetriebs zwischen den Kühlkreisläufen ausgetauscht wird. Dies ist jedoch unerwünscht, weil der Zeitraum, in welchem der Aufwärmbetrieb durchgeführt werden muss, verlängert wird, insbesondere da dem Austauschen kaltes Fluid in denjenigen Kühlkreislauf gelangen kann, in welchem das Fluid bereits wenigstens teilweise aufgewärmt ist.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Ventileinrichtung vorzustellen, welche die eingangs genannten Nachteile nicht aufweist und insbesondere eine bessere Trennung der Kühlkreisläufe voneinander ermöglicht.
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Dies wird erfindungsgemäß erreicht, indem ein das Thermostatventil ansteuerndes Schaltelement in oder an einer Kreuzung der ersten Leitung und der zweiten Leitung angeordnet ist. Das Schaltventil dient dem Betätigen des Thermostatventils. Aus diesem Grund muss es mit Fluid beaufschlagt sein, welches eine aktuelle Temperatur aufweist. Das aus dem Stand der Technik bekannte Thermostatventil beaufschlagt das Schaltelement zu diesem Zweck mit dem vorstehend beschriebenen Pilotstrom, welcher beispielsweise in einem Bypass zu dem Thermostatventil vorliegt. In diesem Bypass ist dabei eine Drossel angesehen, welche eine Beaufschlagung des Schaltelements mit dem Mindestdurchsatz sicherstellt, sodass stets Fluid über das Schaltelement strömt. Durch die erfindungsgemäße Anordnung des Schaltelements in oder an der Kreuzung der ersten Leitung und der zweiten Leitung kann ein solcher Bypass durch das Thermostatventil entfallen, vielmehr wird die erste Leitung als Bypass verwendet und auch das das Rückschlagventil durchströmende Ventil über das Schaltelement geführt. Unabhängig davon, durch welches der Ventils des Fluid strömt, wird es also durch die Anordnung in oder an der Kreuzung demnach stets über oder an des Schaltelement geführt, so dass dieses die aktuelle Temperatur des Fluids aufnimmt.
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Das Schaltelement kann mechanisch oder elektrisch mit dem Thermostatventil wirkverbunden sein. Beispielsweise liegt das Schaltelement als elektronischer Messfühler vor, welcher das Thermostatventil entsprechend der erfassten Temperatur ansteuert beziehungsweise regelt. Alternativ kann des Schaltelement auch mechanisch mit dem Thermostatventil wirkverbunden sein, sodass beispielsweise eine Volumenänderung des Schaltelements zu einer entsprechenden Ansteuerung des Thermostatventils führt.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Schaltelement mit dem Rückschlagventil integriert vorliegt. Das Rückschlagventil ist beispielsweise in oder an der ersten Leitung angeordnet. Es ist nun vorgesehen, dass das Schaltelement mit dem Rückschlagventil integriert ausgeführt ist. Auf diese Weise wird eine besonders vorteilhafte und platzsparende Ausführungsform der Ventileinrichtung erzielt.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Schaltelement sowohl bei einer Durchströmung nur des Rückschlagventils als auch bei einer Durchströmung nur des Thermostatventils mit Fluid aus der Zuführleitung beaufschlagt ist. Es ist dabei insbesondere vorgesehen, dass – bei Anliegen eines entsprechenden Drucks in der Zuführleitung – stets eines der Ventile wenigstens teilweise geöffnet ist. Insbesondere öffnet sich das Rückschlagventil, wenn das Thermostatventil vollständig oder zumindest weitestgehend verschlossen ist, sodass sichergestellt ist, dass das Schaltelement stets mit dem Mindestdurchsatz des Fluids beaufschlagt ist. Das Schaltelement ist also derart in oder an der Kreuzung angeordnet, dass unabhängig davon, welches der Ventile mit Fluid durchströmt ist, dieses Fluid stets auch das Schaltelement beaufschlagt.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Thermostatventil bei entsprechender Ansteuerung durch das Schaltelement vollständig geschlossen ist. Wie bereits vorstehend erwähnt, ist es bei aus dem Stand der Technik bekannten Thermostatventilen üblich, einen Pilotstrom vorzusehen. Dagegen soll das für die erfindungsgemäße Ventileinrichtung verwendete Thermostatventil vollständig schließbar sein, den Fluiddurchfluss also vollständig unterbrechen können. Aus diesem Grund ist es insbesondere ohne permanenten Bypass, also pilotstromlos, ausgebildet.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Rückschlagventil einen federkraftbeaufschlagten Schließkörper aufweist, der bei Unterschreiten einer bestimmten Druckdifferenz eine Strömungsverbindung durch das Rückschlagventil unterbricht, wobei die Federkraft derart gewählt ist, dass das Schaltelement auch bei zumindest teilweise geöffnetem Thermostatventil stets mit einem Mindestmassenstrom des Fluids beaufschlagt ist. Der Schließkörper wird demnach von einem Federelement mit der Federkraft beaufschlagt, welche ihn in Richtung eines Ventilsitzes drängt. In Abhängigkeit von einer Druckdifferenz zwischen einer Anström- und einer Abströmseite des Rückschlagventils wird der Schließkörper aus dem Ventilsitz herausgedrängt, wenn der Druck auf der Zuströmseite um die bestimmte Druckdifferenz größer als der Druck auf der Abströmseite ist. Umgekehrt unterbricht das Rückschlagventil bei Unterschreiten der bestimmten Druckdifferenz die Strömungsverbindung. Die Federkraft soll nun derart gewählt sein, dass sichergestellt ist, dass das Schaltelement – bei Anliegen eines entsprechenden Drucks auf der Abströmseite beziehungsweise einer entsprechenden Druckdifferenz – stets mit dem Mindestdurchsatz, insbesondere einem Mindestmassenstrom, des Fluids beaufschlagt ist. Dies gilt auch, wenn das Thermostatventil selbst wenigstens teilweise geöffnet ist, der Durchsatz durch das Thermostatventil jedoch kleiner als der Mindestdurchsatz ist. In diesem Fall soll gleichzeitig mit dem Thermostatventil das Rückschlagventil wenigstens teilweise geöffnet sein, sodass die Summe der Durchsätze durch das Thermostatventil und das Rückschlagventil größer oder gleich dem Mindestdurchsatz ist.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Thermostatventil ein Schlauchthermostat ist. Grundsätzlich kann das Thermostatventil ein beliebiges, von dem Schaltelement angesteuertes Ventil sein. Besonders bevorzugt ist es jedoch als Schlauchthermostat ausgebildet, insbesondere mit integriertem Schaltelement.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Schaltelement ein Dehnstoffelement, insbesondere Wachs, Paraffin oder Öl aufweisend, ist. Das Schaltelement ist demnach mechanisch mit dem Thermostatventil wirkverbunden. Es liegt als Dehnstoffelement vor und beinhaltet entsprechend einen Dehnstoff, also einen Stoff, welcher in Abhängigkeit von seiner Temperatur sein Volumen ändert. Wird das Dehnstoffelement nun mit dem Fluid beziehungsweise der Temperatur des Fluids beaufschlagt, so nimmt es ein der Temperatur des Fluids entsprechendes Volumen ein. Durch die Wirkverbindung kann nun das Thermostatventil eine entsprechende Stellposition einnehmen, in der ein bestimmter Durchlass durch das Thermostatventil zugelassen ist. Der in dem Dehnstoffelement verwendete Dehnstoff kann beispielsweise Wachs, Paraffin oder Öl sein.
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Grundsätzlich ist er jedoch beliebig in Abhängigkeit von der gewünschten Schaltcharakteristik des Thermostatventils wählbar.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antriebseinrichtung, mit einer Antriebsmaschine und einer Ventileinrichtung, insbesondere gemäß den vorstehenden Ausführungen, wobei die Ventileinrichtung zumindest zwei an eine gemeinsame Zuführleitung angeschlossene Ventile aufweist und ein erstes der Ventile als Rückschlagventil in einer ersten, von der Zuführleitung abzweigenden Leitung und ein zweites der Ventile als thermisch gesteuertes Thermostatventil in einer zweiten, von der Zuführleitung abzweigenden Leitung vorliegt, und wobei das Rückschlagventil eine Durchströmung lediglich aus Richtung der Zuführleitung zulässt. Dabei ist vorgesehen, dass ein das Thermostatventil ansteuerndes Schaltelement in oder an einer Kreuzung der ersten Leitung und der zweiten Leitung angeordnet ist. Die Antriebsmaschine liegt beispielsweise als Brennkraftmaschine vor. Die Antriebseinrichtung weist entsprechend den vorstehenden Ausführungen beispielsweise mehrere Kühlkreisläufe auf, welche mittels der Ventileinrichtung strömungstechnisch voneinander trennbar sind. In Abhängigkeit von einem Schaltzustand des Thermostatventils liegt entsprechend eine Fluidverbindung zwischen den Kühlkreisläufen vor oder ist unterbrochen.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Zuführleitung auf ihrer, den Ventilen abgewandten Seite an einen Abgaskühler eines Kühlkreislaufs der Antriebsmaschine angeschlossen ist. Der Abgaskühler ist dem Kühlkreislauf und einer Abgasrückführung der Antriebsmaschine zugeordnet. Er dient dazu, Abgas, welches von der Auslassseite der Antriebsmaschine auf deren Einlassseite zurückgeführt wird, auf ein niedrigeres Temperaturniveau zu bringen. Zu diesem Zweck wird der Abgaskühler von dem Fluid, insbesondere einem Kühlfluid, durchströmt. Aus dem Abgaskühler austretendes Fluid wird nun in Richtung der Ventileinrichtung geführt, indem die Zuführleitung mit ihrer einen Seite an den Abgaskühler und mit ihrer anderen Seite an die zu den Ventilen führenden Leitungen angeschlossen ist.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass eine erste, dem Rückschlagventil zugeordnete Auslassleitung an einen Hauptkühler des Kühlkreislaufs angeschlossen ist und/oder dass eine zweite, dem Thermostatventil zugeordnete Auslassleitung an einen Hauptthermostat des Kühlkreislaufs angeschlossen ist. Die erste Auslassleitung ist entsprechend auf der der Zuführleitung abgewandten Seite des Rückschlagventils an die erste Leitung angeschlossen beziehungsweise bildet diese aus. Ebenso ist die zweite Auslassleitung auf der der Zuführleitung abgewandten Seite der zweiten Leitung an diese angeschlossen beziehungsweise bildet diese aus. Die erste Auslassleitung soll nun dazu dienen, Fluid dem Hauptkühler des Kühlkreislaufs zuzuführen. Dagegen ist die zweite Auslassleitung dazu vorgesehen, das Fluid dem Hauptthermostat des Kühlkreislaufs zuzuführen, mittels welchem der der Antriebsmaschine zugeführte Fluiddurchsatz gesteuert und/oder geregelt wird.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Antriebseinrichtung, welche eine Antriebsmaschine und eine Ventileinrichtung aufweist, und
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2 eine schematische Darstellung der Ventileinrichtung.
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Die 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Antriebseinrichtung 1. Diese verfügt über eine Antriebsmaschine 2, welche hier als Brennkraftmaschine vorliegt, und eine Ventileinrichtung 3. Die Antriebseinrichtung 1 weist zwei Kühlkreisläufe 4 und 5 auf, wobei der Kühlkreislauf 4 als innerer Kühlkreislauf und der Kühlkreislauf 5 als äußerer Kühlkreislauf ausgebildet sind. Der äußere Kühlkreislauf 5 verfügt über einen Hauptkühler 6, eine Innenraumheizung 7 und einen Abgaskühler 8. Mittels eines Hauptthermostats 10 ist einstellbar, ob Fluid aus dem Hauptkühler der Antriebsmaschine 2 zugeführt wird oder ob der innere Kühlkreislauf 4 im Wesentlichen geschlossen ist. Zwischen dem Hauptthermostat 9 und der Antriebsmaschine 2 ist eine Fördereinrichtung 10 vorgesehen, welche das Fluid in Richtung der Antriebsmaschine 2 fördert. Mittels eines Ventils 11 kann eingestellt werden, ob Fluid aus der Antriebsmaschine 2 in Richtung des Hauptkühlers 6, der Innenraumheizung 7 und einem Fluidtank 12 gelangen kann. Ist das Ventil 11 geschlossen, so strömt das Fluid über eine Auslassleitung 13 des Kühlkreislaufs 4 wiederum in Richtung des Hauptthermostats 9. Auf diese Weise wird, während eines Aufwärmbetriebs der Antriebsmaschine 2 bei geschlossenem Ventil 11, ein schnelles Aufwärmen der Antriebsmaschine 2 sichergestellt. Generell ist die Strömungsrichtung innerhalb der Kühlkreisläufe 4 und 5 durch Pfeile angedeutet.
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Aus dem Hauptkühler 6 kann zudem mit Hilfe einer Fördereinrichtung 14 Fluid in Richtung des Abgaskühlers 8 gefördert werden. Nach dem Durchströmen des Abgaskühlers 8 gelangt das Fluid durch eine gemeinsame Zuführleitung 15 in Richtung der Ventileinrichtung 3. Aus der gemeinsamen Zuführleitung 15 gehen eine erste Leitung 16 und eine zweite Leitung 17 hervor. Vorzugsweise teilt sich die Zuführleitung 15 in lediglich die erste Leitung 16 und die zweite Leitung 17 auf. Den Leitungen 16 und 17 sind zwei Ventile 18 und 19 zugeordnet, wobei das erste Ventil als Rückschlagventil und das zweite Ventil als thermisch gesteuertes Thermostatventil ausgebildet ist. Das Rückschlagventil 18 liegt insbesondere vor, wenn die Antriebsmaschine 2 eine Dieselbrennkraftmaschine ist.
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Ein dem Thermostatventil zugeordnetes Schaltelement 2 ist in einer Kreuzung der ersten Leitung 16 mit der zweiten Leitung 17 angeordnet und über eine Wirkverbindung 21 mit einem Ventilkörper 22 des Thermostatventils 19 wirkverbunden. Auf diese Weise kann das Thermostatventil – anders als aus dem Stand der Technik bekannt – ohne separaten Bypass, also pilotstromlos, ausgeführt sein. Somit kann, solange die Temperatur des durch die Zuführleitung 15 der Ventileinrichtung 3 zugeführten Fluids nicht ausreichend ist, um das Thermostatventil zu öffnen, sichergestellt werden, dass Fluid nicht durch dieses hindurch in Richtung des Kühlkreislaufes 4 gelangt. Entsprechend wird eine Beimischung von kaltem Fluid aus der Zuführleitung 15 in den inneren Kühlkreislauf 4 verhindert. Erst bei Erreichen beziehungsweise Überschreiten einer bestimmten Temperatur, beispielsweise 70°C, öffnet sich das Thermostatventil 19, sodass Fluid von der Zuführleitung 15 dem inneren Kühlkreislauf 4 zugeführt werden kann. Bei der hier dargestellten Ausführungsform der Ventileinrichtung 3 sind dabei die Leitungen 16 und 17 voneinander verschieden, also separat zueinander ausgebildet. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Ventileinrichtung 3 ermöglicht ein Beaufschlagen des Schaltelements 20 sowohl bei einer Durchströmung nur des Rückschlagventils 18 als auch bei einer Durchströmung nur des Thermostatventils 19. Entsprechend ist kein separater Bypass für das Thermostatventil 19 notwendig.
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Die 2 zeigt eine schematische Darstellung der Ventileinrichtung 3 in einer weiteren Ausführungsform, bei welcher das Schaltelement 20 mit dem Rückschlagventil 18 integriert vorliegt. Die Ausführung entspricht im Wesentlichen der anhand der 1 beschriebenen, sodass auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen wird. Es wird nochmals deutlich, dass das Schaltelement 20 an der Kreuzung der Leitungen 16 und 17 vorliegt, sodass es sowohl bei einem ausschließlichen Durchströmen des Bypassventils 18 als auch bei einem ausschließlichen Durchströmen des Thermostatventils 19 mit Fluid beaufschlagt wird.
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Es wird zudem deutlich, dass der Ventilkörper 22 des Thermostatventils 19 sowohl von dem Schaltelement 20, welches als Dehnstoffelement vorliegt, als auch von einem Federelement 23 beaufschlagt wird. Das Federelement 23 drängt den Ventilkörper 22 in Richtung seines Ventilsitzes (hier nicht dargestellt), während das Schaltelement 20 bei einer ausreichend hohen Temperatur des durch die Zuführleitung 15 zugeführten Fluids der Federkraft des Federelements 23 entgegenwirkt und den Ventilkörper 22 aus dem Ventilsitz herausbewegt, sodass Fluid aus der Zuführleitung 15 die zweite Leitung 17 durchströmen kann. Das Rückschlagventil 18 weist einen Schließkörper 24 auf, welcher hier als Kugel vorliegt und von einem Federelement 25 in Richtung eines Ventilsitzes 26 gedrängt ist. Erst bei einer ausreichend hohen Druckdifferenz zwischen einer Zuströmseite 27 und einer Abströmseite 28 des Rückschlagventils 18 öffnet sich das Rückschlagventil zum Freigeben der ersten Leitung 16. Ein Rückströmen von der ersten Leitung 16 in die Zuführleitung 15 wird dagegen von dem Rückschlagventil 18 nicht zugelassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebseinrichtung
- 2
- Antriebsmaschine
- 3
- Ventileinrichtung
- 4
- Kühlkreislauf
- 5
- Kühlkreislauf
- 6
- Hauptkühler
- 7
- Innenraumheizung
- 8
- Abgaskühler
- 9
- Hauptthermostat
- 10
- Fördereinrichtung
- 11
- Ventil
- 12
- Fluidtank
- 13
- Auslassleitung
- 14
- Fördereinrichtung
- 15
- Zuführleitung
- 16
- 1. Leitung
- 17
- 2. Leitung
- 18
- 1. Ventil
- 19
- 2. Ventil
- 20
- Schaltelement
- 21
- Wirkverbindung
- 22
- Ventilkörper
- 23
- Federelement
- 24
- Schließkörper
- 25
- Federelement
- 26
- Ventilsitz
- 27
- Zuströmseite
- 28
- Abströmseite
