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Die Erfindung betrifft einen Thermostaten, der bevorzugt einen Bypass eines Kühlers regelt. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Komponente eines Ölkreislaufs, wobei es sich insbesondere um den Ölkreislauf eines Fahrzeugs handelt. Auch hier dient der Thermostat bevorzugt zum Regeln eines Bypasses eines Ölkühlers.
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Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass Verbrennungsmotoren einen Ölkreislauf aufweisen, um einen zuverlässigen und verbrauchsarmen Betrieb des Verbrennungsmotors zu ermöglichen. Der Ölkreislauf umfasst üblicherweise auch einen Ölkühler, der das zirkulierende Öl mit Hilfe einer für die Kühlung des Verbrennungsmotors vorgesehenen Kühlflüssigkeit kühlt.
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Während des Warmlaufvorgangs des Motors erwärmt sich die Kühlflüssigkeit üblicherweise schneller als das Öl. Somit ist während des Warmlaufens ein Wärmen des Öls durch die Kühlflüssigkeit möglich. Um den Druckverlust im System senken zu können, ist ein konstanter Bypass vorgesehen.
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Der konstante Bypass kann jedoch weder den Warmlauf optimal gestalten noch kann im Kühlleistungsfall das komplette Potential des Ölkühlers ausgeschöpft werden, da das Öl niemals vollständig über den Ölkühler geleitet wird. Ebenso ist die Temperatur des Öls weiterhin stark an die Temperatur der Kühlflüssigkeit gekoppelt. Dies kann insbesondere im dynamischen Fahrbetrieb, d. h. häufiges Wechseln von einem Lastbetrieb des Verbrennungsmotors in einen Schubbetrieb, zu Unterkühlungen des Öls führen, wodurch sich die Reibung innerhalb des Verbrennungsmotors erhöht und der Treibstoffverbrauch ansteigt.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung diese Nachteile auszuräumen. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung Bauelemente bereitzustellen, die bei einfacher und kostengünstiger Herstellung und bei wartungsarmem Betrieb eine sichere und zuverlässige Regelung der Temperatur eines zirkulierenden Fluids erlauben.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch den Thermostat mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Somit wird die Aufgabe gelöst durch einen Thermostaten, der ein Trägerelement umfasst, wobei das Trägerelement in einem Gehäuse verankerbar ist. Auf diese Weise ist es insbesondere möglich, dass das Trägerelement des Thermostats in einem Bypass eines Kühlers, bevorzugt eines Ölkühlers, angebracht wird. Weiterhin umfasst der Thermostat ein Ventilelement, das relativ zu dem Trägerelement bewegbar ist. Dabei ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Ventilelement in eine erste Position überführt werden kann, in der das Ventilelement an dem Trägerelement anliegt. Durch das Anliegen des Ventilelements an dem Trägerelement ist ein Kanal, bevorzugt der Bypass, verschließbar. Ebenso ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass eine von der ersten Position abweichende zweite Position des Ventilelements vorhanden ist, in der der Kanal offenbar ist. Dazu liegt das Ventilelement in der zweiten Position nicht mehr an dem Trägerelement an.
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Weiterhin umfasst der erfindungsgemäße Thermostat ein Wachselement, das eingerichtet ist, bei einer Temperaturänderung einen Hub zu erzeugen. Insbesondere kann der Hub durch Ausdehnen oder Zusammenziehen des Wachselements entstehen. Das Wachselement ist an dem Trägerelement angeordnet und mechanisch mit dem Ventilelement verbunden. Somit überträgt das Wachselement den Hub auf das Ventilelement, wodurch eine Relativbewegung zwischen Ventilelement und Trägerelement entsteht.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Thermostat ein erstes elastisches Element auf. Das erste elastische Element übt eine Kraft auf das Ventilelement aus, durch die das Ventilelement in die erste Position gezwungen wird, insbesondere dann, wenn sich das Ventilelement nicht in der ersten Position befindet. Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, dass das Ventilelement durch die Kraft des ersten elastischen Elements gegen das Trägerelement gedrückt wird, insbesondere dann, wenn sich das Ventilelement in der ersten Position befindet. Bevorzugt ist durch das Anpressen des Ventilelements an das Trägerelement ein Abdichten des Kanals gewährleistbar.
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Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass das erste elastische Element derart eingerichtet ist, dass ein vordefinlerter Druck auf das Ventilelement das Ventilelement aus der ersten Position heraus bewegt. Somit ist der Kanal durch den vordefinierten Druck öffenbar. Auf diese Weise wird vorteilhaft ermöglicht, dass ein Fluid bei zu hohem Druck in den Kanal entweichen kann, so dass der Thermostat auch als Überdruckventil verwendbar ist.
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Das Ventilelement ist vorteilhafterweise derart aufgebaut, dass dieses eine erste konvexe Oberfläche aufweist. Die erste konvexe Oberfläche dichtet bevorzugt die erste Öffnung des Trägerelements ab, wenn sich das Ventilelement in der ersten Position befindet. Das Abdichten der ersten Öffnung bedeutet bevorzugt auch ein Verschließen des Kanals.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Thermostaten ist das Ventilelement linear bewegbar. Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass das Ventilelement linear von dem Trägerelement weg bewegbar ist und linear auf das Trägerelement zu bewegbar ist. Somit kann insbesondere ein linearer Hub des Wachselements direkt in eine lineare Bewegung des Ventilelements umgesetzt werden.
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Bevorzugt ist außerdem vorgesehen, dass das Ventilelement in einer dritten Position an dem Trägerelement und/oder an dem Gehäuse anliegt und so den Kanal verschließt. Die dritte Position ist unterschiedlich von der ersten Position und der zweiten Position. Das überführen des Ventilelements in die dritte Position geschieht bevorzugt stets über die zweite Position, so dass ein Überführen des Ventilelements von der ersten Position in die dritte Position und umgekehrt bei Umgehung der zweiten Position nicht möglich ist.
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Das Ventilelement weist vorteilhafterweise eine zweite konvexe Oberfläche auf, die in der dritten Position eine zweite Öffnung des Trägerelements und/oder des Gehäuses abdichtet. Bevorzugt ist die zweite Oberfläche gleich wie die erste Oberfläche ausgebildet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Ventilelement linear von der ersten Position in die dritte Position bewegbar, wobei die zweite Position jede Zwischenposition zwischen der ersten und der dritten Position ist. Bevorzugt wird daher ein linearer Hub des Wachselements in eine lineare Bewegung des Ventilelements umgesetzt, wobei der Kanal bei zunehmendem Hub durch das Ventilelement zunächst geöffnet und anschließend wieder geschlossen wird.
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Bevorzugt ist außerdem vorgesehen, dass der Thermostat ein zweites elastisches Element aufweist. Das zweite elastische Element ist zwischen dem Trägerelement und dem Wachselement angeordnet und dient besonders bevorzugt als Ausgleichselement. Daher ist es möglich, dass ein Hub des Wachselements eine Bewegung des Ventilelements und alternativ oder zusätzlich eine Kontraktion oder Expansion des zweiten elastischen Elements bewirkt. So ist insbesondere möglich, dass ein Hub des Wachselements auch dann ausführbar ist, wenn das Ventilelement nicht mehr bewegbar ist, was insbesondere dann auftritt, wenn sich das Ventilelement in der dritten Position befindet.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Komponente eines Ölkreislaufs, insbesondere eines Ölkreislaufs in einem Fahrzeug. Die erfindungsgemäße Komponente umfasst einen Thermostat wie zuvor beschrieben und ein Gehäuse, in dem der Thermostat angeordnet ist. Das Gehäuse weist einen Öleingang und einen ersten Ölausgang auf, wobei das Wachselement derart angeordnet ist, dass ein Öl, das von dem Öleingang zu dem ersten Ölausgang strömt, das Wachselement umspült. Weiterhin ist durch das Ventilelement ein zweiter Ölausgang öffenbar und verschließbar, wobei der zweite Ölausgang den Beginn des Kanals darstellt. Dies bedeutet, dass mit dem erfindungsgemäßen Thermostat innerhalb der Komponente gesteuert werden kann, ob ein durch den Öleingang eintretendes Öl durch den ersten Ölausgang oder bevorzugt durch den zweiten Ölausgang geleitet werden soll.
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Die erfindungsgemäße Komponente ist bevorzugt derart ausgebildet, dass der erste Ölausgang mit einem Ölkühler verbunden ist und der Kanal einen Bypass des Ölkühlers darstellt. Daher kann das Öl entweder durch den ersten Ölausgang in den Ölkühler gelangen oder durch den zweiten Ölausgang an dem Ölkühler vorbeigeleitet werden. Auf diese Weise ist eine Temperaturregelung des Öls möglich.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen:
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1 eine erste schematische Ansicht des Thermostaten gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung innerhalb eines Gehäuses,
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2 eine zweite schematische Ansicht des Thermostaten gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung innerhalb eines Gehäuses,
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3 eine schematische Ansicht der Komponente gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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4 eine erste schematische Ansicht des Thermostaten gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung innerhalb eines Gehäuses,
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5 eine zweite schematische Ansicht des Thermostaten gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung innerhalb eines Gehäuses, und
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6 eine dritte schematische Ansicht des Thermostaten gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung innerhalb eines Gehäuses,
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Die 1 und 2 zeigen schematische Ansichten eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Dargestellt ist jeweils ein Thermostat 1, der zum besseren Verständnis in einem Gehäuse 3 dargestellt ist.
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Der Thermostat 1 umfasst ein Trägerelement 2, das in dem Gehäuse 3 verankert ist. Das Trägerelement 2 weist bevorzugt einen Dichtungsbereich 17 zur Aufnahme einer Dichtung auf, mit der das Trägerelement gegenüber dem Gehäuse 3 abdichtbar ist, so dass ein Austreten von Fluid aus dem Gehäuse 3 vermieden wird. Das Trägerelement 2 weist die Form eines Hohlzylinders auf, dessen Mantelfläche wiederum Ausnehmungen aufweist, so dass Fluid in das Innere des Hohlzylinders eindringen kann. An dem Trägerelement 2 ist ein Wachselement 6 befestigt, wobei das Wachselement insbesondere im Inneren des Hohlzylinders angeordnet ist.
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Das Wachselement ist mechanisch mit einem Ventilelement 4 verbunden. Das Ventilelement 4 ist relativ zu dem Trägerelement beweglich, wobei eine ausschließliche Bewegungsrichtung des Ventilelements 4 parallel zu einer Längsachse oder Symmetrieachse des Hohlzylinders ist. In einer ersten Position liegt das Ventilelement 4 an dem Trägerelement 2 an. Dieser Fall ist in 1 dargestellt. In einer zweiten Position liegt das Ventilelement 4 nicht an dem Trägerelement 2 an. Dieser Fall ist in 2 gezeigt.
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1 zeigt das Ventilelement 4 in der ersten Position. Somit liegt das Ventilelement 4 an dem Trägerelement 2 an, um den Kanal 5 zu verschließen. Dazu weist das Ventilelement 4 eine erste konvexe Oberfläche 8 auf, die eine erste Öffnung 9 des Trägerelements 2 verschließt. Auf diese Weise kann ein Fluid nicht in den Kanal 5 eindringen. Ein erstes elastisches Element 7 drückt die erste konvexe Oberfläche 8 in die erste Öffnung 9, so dass eine Abdichtung erfolgt. Das erste elastische Element 7 ist bevorzugt eine Spiralfeder.
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Zum Öffnen des Kanals 5 muss das Ventilelement 4 gegen die Rückstellkraft des ersten elastischen Elements 7 aus der ersten Position heraus in die zweite Position verschoben werden. Dies kann auf zwei Arten erfolgen: Zum einen ist es möglich, dass das Wachselement 6 einen Hub erzeugt, der ausreicht, um das Ventilelement 4 zu verschieben, zum anderen ist es möglich, dass ein Fluid einen derartigen Druck erzeugt, dass die Rückstellkraft des ersten elastischen Elements 7 überwunden wird. In beiden Fällen kann Fluid durch die erste Öffnung 9 strömen und somit in den Kanal 5 gelangen.
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Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist der Thermostat 1 ein Regelelement zum Öffnen und Schließen eines Kanals 5, der einen Bypass eines Ölkühlers darstellt. Daher weist das Gehäuse 3 einen Öleingang 14 auf, in den ein Öl einbringbar ist und einen ersten Ölausgang 15 auf, aus dem das Öl entnehmbar ist. Das Trägerelement 2 des Thermostaten 1 ist vorteilhafterweise derart innerhalb des Gehäuses 3 angeordnet, dass ein Umströmen des Wachselements 6 stattfindet, wenn das Öl innerhalb des Gehäuses von dem Öleingang 14 zu dem ersten Ölausgang 15 strömt. Daher gleicht sich die Temperatur des Wachselements 6 an die Temperatur des Öls an, so dass bei einer Änderung der Temperatur des Öls ein Hub des Wachselements 6 erzeugt wird. Daher kann der Thermostat 1 anhand der Temperatur des Öls den Öffnungsgrad des als Bypass fungierenden Kanals 5 regeln.
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3 zeigt ein eine schematische Ansicht der Komponente eines Ölkreislaufes gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dabei wurde der Übersicht halber das Trägerelement 2 des Thermostaten 1 nicht dargestellt.
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Hieraus ist ersichtlich, dass der erste Ölausgang 15 mit einem Ölkühler verbindbar ist, wobei der Ölkühler das aufgenommene Öl über eine Rückführung 18 wieder abgibt. Somit erstreckt sich der Kanal 5 als Bypass von dem Öleingang 14 zu der Rückführung. Das durch den Öleingang 14 tretende Öl kann somit entweder über den ersten Ölausgang 15 an den Ölkühler geleitet werden, oder über einen zweiten Ölausgang 16 an den Kanal 5, um den Ölkühler zu umgehen. Der zweite Ölausgang 16 wird durch die erste Öffnung 9 des Trägerelements 2 gebildet und ist daher verschließbar und öffenbar.
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Der erfindungsgemäße Thermostat 1 gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung ist daher eingerichtet, einen Ölfluss zwischen dem Ölkühler und dem Bypass des Ölkühlers aufzuteilen. Dabei ist bei geringen Temperaturen des Öls der Bypass geschlossen, um das sich durch den Verbrennungsmotor schneller erwärmende Kühlmittel zum Aufheizen des Öls zu verwenden. In diesem Fall kühlt der Ölkühler nicht des Öl, sondern erwärmt dieses. Daher kann eine Betriebstemperatur des Öls sehr schnell erreicht werden.
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Sobald das Öl die Betriebstemperatur erreicht hat, soll es auf dieser Temperatur gehalten werden. Daher ist eine weitere Kopplung an den Temperaturverlauf des Kühlmittels nicht sinnvoll. Der Thermostat 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel trägt diesem Sachverhalt Rechnung, indem das Wachselement β durch Erzeugen eines Hubs das Ventilelement 4 in die zweite Position überführt und somit die erste Öffnung 9 öffnet. Es kann Öl durch den Kanal 5 fließen und somit den Ölkühler umgehen. Im Ergebnis ist die Öltemperatur größtenteils von der Temperatur des Kühlmittels entkoppelt.
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Die 4 bis 6 zeigen den Thermostat 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dabei wurden gleiche Bezugsziffern für gleiche oder gleichartige Bauteile verwendet.
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Die zweite Ausführungsform ist identisch zu der ersten Ausführungsform, wobei folgende Elemente hinzugefügt sind: Das Ventilelement 4 des Thermostaten 1 des zweiten Ausführungsbeispiels weist eine zweite konvexe Oberfläche 10 auf. Diese zweite konvexe Oberfläche 10 ist eingerichtet, eine zweite Öffnung 11 zu verschließen. Die zweite Öffnung ist entweder ein Teilbereich des Trägerelements 2 oder ein Teilbereich des Gehäuses 3. Somit existiert für das Ventilelement 4 eine dritte Position, in der die zweite Öffnung 11 durch die zweite konvexe Oberfläche 10 verschlossen ist. Das Verschließen der zweiten Öffnung 11 bedeutet auch ein Verschließen des Kanals 5.
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Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel kann das Ventilelement 4 drei Positionen aufweisen: die erste Position des Ventilelements 4 verschließt den Kanal 5. Dies ist in 4 gezeigt, wobei diese Position identisch zu der in 1 gezeigten Position des ersten Ausführungsbeispiels ist. Die zweite Position des Ventilelements 4 ist in 5 dargestellt und analog zu dem in 2 dargestellten Fall des ersten Ausführungsbeispiels. Der Kanal 5 ist daher geöffnet.
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Die dritte Position des Ventilelements ist in 6 dargestellt. Hier unterscheidet sich das erste Ausführungsbeispiel von dem zweiten Ausführungsbeispiel, da das zweite Ausführungsbeispiel zeigt, dass bei steigenden Temperaturen des das Wachselement 6 umströmenden Fluids der Kanal 5 geschlossen wird. Sobald das Wachselement 6 einen vordefinierten Hub erzeugt, wird die zweite konvexe Oberfläche 10 in die zweite Öffnung 11 gedrückt, so dass der Kanal 5 verschlossen wird.
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Analog zu dem oben genannten Anwendungsfall der Ölkühlung ist in der dritten Position eine maximale Kühlleistung einstellbar. Wie bereits in der ersten Position ist der Kanal 5 verschlossen und der gesamte Ölstrom wird durch den Ölkühler geleitet. Somit kann verhindert werden, dass die Temperatur des Öls weiter ansteigt.
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Der Thermostat 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel weißt außerdem ein zweites elastisches Element 12 auf. Das zweite elastische Element 12 ist zwischen dem Trägerelement 2 und dem Wachselement 6 angeordnet, so dass das zweite elastische Element 12 eine Ausgleichsfunktion übernehmen kann. Insbesondere in dem Fall, dass sich das Ventilelement 4 in der dritten Position befindet, ist eine weitere Bewegung des Ventilelements 4 nicht möglich. Daher nimmt das zweite elastische Element 12 den verbleibenden Hub des Wachselements 6 auf. Insbesondere ist das zweite elastische Element 12 eine Spiralfeder.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Thermostat
- 2
- Trägerelement
- 3
- Gehäuse
- 4
- Ventilelement
- 5
- Kanal
- 6
- Wachselement
- 7
- Erstes elastisches Element
- 8
- Erste konvexe Oberfläche
- 9
- Erste Öffnung des Trägerelements (konkave Oberfläche)
- 10
- Zweite Konvexe Oberfläche
- 11
- Zweite Öffnung des Trägerelements/des Gehäuses (konkave Oberfläche)
- 12
- Zweites elastisches Element
- 13
- Komponente
- 14
- Öleingang
- 15
- Erster Ölausgang
- 16
- Zweiter Ölausgang
- 17
- Dichtungsbereich
- 18
- Rückführung
