DE102015207232A1

DE102015207232A1 - Thermostatventil

Info

Publication number: DE102015207232A1
Application number: DE102015207232.0A
Authority: DE
Inventors: Kai Saupe
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2015-04-21
Filing date: 2015-04-21
Publication date: 2016-10-27
Also published as: EP3286469A1; WO2016169809A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Thermostatventil (1) zur temperaturabhängigen Steuerung eines Fluidstroms (2), – mit einem Gehäuse (3) mit einer ersten Fluidkanalöffnung (4), einer zweiten Fluidkanalöffnung (5) und einer dritten Fluidkanalöffnung (6), einem temperaturabhängigen Dehnelement (8), einem Ventilkörper (9) mit mehreren Öffnungen (10, 11, 12), einer Rückstellfeder (13) und einem Spindelelement (14) mit einem Gewindeabschnitt (15) und zwei stirnseitigen, gegenüberliegenden Aufnahmen (16, 17), – wobei sich die Rückstellfeder (13) einerseits am Gehäuse (3) und andererseits in der ersten Aufnahme (16) des Spindelelements (14) abstützt, – wobei sich das Dehnelement (8) einerseits am Gehäuse (3) und andererseits in der zweiten Aufnahme (17) des Spindelelements (14) abstützt, – wobei der Ventilkörper (9) Eingriffsnasen (18) aufweist, die derart in Wirkverbindung mit dem Gewindeabschnitt (15) stehen, dass bei einer Axialverstellung des Spindelelements (14) ein Verdrehen des Ventilkörpers (9) und damit ein Aufteilen des Fluidstroms (2) auf die drei Fluidkanalöffnungen (10, 11, 12) erfolgt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Thermostatventil zur temperaturabhängigen Steuerung eines Fluidstroms. Die Erfindung betrifft außerdem einen Ölkreislauf eines Kraftfahrzeugs sowie ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Thermostatventil.
Thermostatventile sind mannigfaltig bekannt und steuern einen Fluidstrom in Abhängigkeit der Temperatur. In modernen Ölkreisläufen eines Kraftfahrzeugs sind beispielsweise Thermostatventile verbaut, um je nach Öltemperatur unterschiedliche Fluidkanäle freizugeben bzw. zu verschließen und dadurch den Ölstrom durch einen Kühler oder einen Bypasskanal und damit um den Kühler herum zuleiten.
Nachteilig bei den aus dem Stand der Technik bekannten Thermostatventilen ist dabei jedoch, dass diese einen vergleichsweise hohen Druckverlust aufweisen, was wiederum eine hohe Leistung zur Förderung des Fluidstroms erfordert. Zudem sind bekannte Thermostatventile oftmals auch aufwendig und damit teuer konstruiert. Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für ein Thermostatventil eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch einen geringen Druckverlust und eine kostengünstige Herstellung auszeichnet.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, ein Thermostatventil erstmals nicht mehr mit einem axial mittels eines Dehnelementes verstellbaren Ventilkörper auszustatten, sondern den Dehnkörper mit einem Spindelelement und das Spindelelement mit dem Ventilkörper zu koppeln, so dass bei einer axialen Ausdehnung des Dehnelements ein axiales Verschieben des Spindelelements und dadurch ein Verdrehen des Ventilkörpers erfolgt. Das erfindungsgemäße Thermostatventil weist dabei im Wesentlichen lediglich fünf Bauteile auf, nämlich ein Gehäuse, ein temperaturabhängiges Dehnelement, einen Ventilkörper, eine Rückstellfeder sowie das zuvor erwähnte Spindelelement. In dem Gehäuse ist dabei eine erste Fluidkanalöffnung, eine zweite Fluidkanalöffnung sowie eine dritte Fluidkanalöffnung angeordnet. Das Spindelelement besitzt einen Gewindeabschnitt sowie zwei stirnseitige und sich gegenüberliegende Aufnahmen, nämlich eine erste Aufnahme und eine zweite Aufnahme. In zusammengebautem Zustand stützt sich die Rückstellfeder einerseits am Gehäuse und andererseits in der ersten Aufnahme des Spindelelements ab, wogegen sich das Dehnelement einerseits am Gehäuse und andererseits in der zweiten Aufnahme des Spindelelements abstützt. Die Axialverstellung des Spindelelements erfolgt somit in die eine Richtung über ein Ausdehnen des Dehnelements und ein Stauchen der Rückstellfeder und in die entgegengesetzte Richtung über ein Zusammenziehen des Dehnelements und ein Ausfedern der Rückstellfeder. Der Ventilkörper selbst weist dabei Eingriffsnasen auf, beispielsweise drei Eingriffsnasen, die derart in Wirkverbindung mit dem Gewindeabschnitt des Spindelelements stehen, dass bei einer Axialverstellung des Spindelelements ein Verdrehen des Ventilkörpers und damit ein Aufteilen des Fluidstroms auf die drei Fluidkanalöffnungen erfolgt. Hierzu weist der Ventilkörper mehrere Öffnungen auf. Mit dem erfindungsgemäßen Thermostatventil kann somit ein aus relativ wenigen Bauteilen zusammengesetztes Thermostatventil geschaffen werden, welches dadurch nicht nur kostengünstig hergestellt werden kann, sondern zudem auch einen nur geringen Bauraumbedarf erfordert. Durch den drehbaren Ventilkörper kann zudem ein Thermostatventil mit einem vergleichsweise geringen Druckverlust geschaffen werden, was sich insbesondere in Kraftfahrzeugen kraftstoffsparend auswirkt.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung weist das Dehnelement ein Wachsdehnstoffelement, ein Bimetall oder eine Formgedächtnislegierung auf. Bereits diese nicht abschließende Aufzählung lässt erahnen, welche mannigfaltige Einsatzmöglichkeiten für Dehnstoffelemente bestehen, wobei insbesondere Wachsdehnstoffelemente eine vergleichsweise kostengünstige, genau arbeitende und zudem langlebige Möglichkeit der temperaturabhängigen Steuerung des Fluidstroms ermöglichen.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung weist der Gewindeabschnitt ein Gewinde mit einer kontinuierlichen Gewindesteigung auf, oder aber zumindest zwei Gewindebereiche mit unterschiedlichen Gewindesteigungen. Durch das Vorsehen von zumindest zwei Gewindebereichen mit unterschiedlicher Gewindesteigung kann Einfluss auf die Schaltgeschwindigkeit des erfindungsgemäßen Thermostatventils genommen werden, wobei im groben Zusammenhang gilt, je höher die Gewindesteigung ist, umso langsamer ist die Schaltgeschwindigkeit des Thermostatventils. Rein theoretisch können dabei auch Gewindebereiche mit unterschiedlicher Gewindesteigung einzelnen Temperaturen zugeordnet werden, so dass das erfindungsgemäße Thermostatventil beispielsweise in einem ersten Temperaturbereich im zugehörigen ersten Gewindebereich mit beispielsweise höherer Gewindesteigung arbeitet, wogegen es in einem zweiten Temperaturbereich in einen Gewindebereich mit geringerer Gewindesteigung wechselt und dadurch schneller schaltet. Bei einer geringen Gewindesteigung reicht bereits eine geringe axiale Längenänderung des Dehnelements, um ein schnelles Verdrehen des Ventilkörpers und damit Schalten des Thermostatventils zu bewirken, und umgekehrt.
Zweckmäßig weist das Thermostatventil zumindest drei Schaltzustände auf, wobei der Ventilkörper im ersten Schaltzustand nicht verdreht ist und den Fluidstrom zu einer mit einem Kühler verbundenen Fluidkanalöffnung leitet, während er im zweiten Schaltzustand um ca. 90° verdreht ist und den Fluidstrom über eine als Bypass ausgebildete Fluidkanalöffnung in einen Bypasskanal ableitet, während er im dritten Schaltzustand um ca. 180° verdreht ist und den Fluidstrom wieder zu der mit dem Kühler verbundenen Fluidkanalöffnung leitet. Eingenommen werden können die drei unterschiedlichen Schaltzustände bei unterschiedlichen Temperaturen, so dass das Thermostatventil beispielsweise bei einer Fluidtemperatur 0 °C < t < 65 °C den ersten Schaltzustand, bei einer Fluidtemperatur 80 °C < t < 110 °C den zweiten Schaltzustand und bei einer Fluidtemperatur von t > 110 °C den dritten Schaltzustand einnimmt. Hierdurch lässt sich auf besonders einfache Weise eine sogenannte Fail Safe-Funktion darstellen, da sowohl bei einer gebrochenen Rückstellfeder und einer gleichzeitig hohen Temperatur der Fluidstrom über den Kühler geleitet wird, als auch bei einem defekten Dehnelement, wodurch die Rückstellfeder den Ventilkörper in seinen ersten Schaltzustand drückt.
Zweckmäßig ist das Thermostatventil als Ölthermostatventil ausgebildet. Besonders zur Temperierung eines Ölkreislaufs in einem Kraftfahrzeug ist es somit vorteilhaft, das erfindungsgemäße Thermostatventil einzusetzen, da dieses konstruktiv einfach und damit kostengünstig aufgebaut ist, nahezu beliebige Schaltzustände ermöglicht und zudem kompakt baut, was insbesondere im Hinblick auf beengte, moderne Motorräume von großem Vorteil ist.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Dabei zeigen, jeweils schematisch,
1 eine Schnittdarstellung durch ein erfindungsgemäßes Thermostatventil zur temperaturabhängigen Steuerung eines Fluidstroms,
2 eine Ansicht auf ein Innenleben des Thermostatventils,
3 eine Gehäusehälfte, ein Spindelelement sowie einen Ventilkörper des erfindungsgemäßen Thermostatventils,
4 bis 6 eine Schnittdarstellung durch das erfindungsgemäße Thermostatventil bei unterschiedlichen Schaltzuständen.
Entsprechend den 1, 2 sowie 4 bis 6 weist ein erfindungsgemäßes Thermostatventil 1 zur temperaturabhängigen Steuerung eines Fluidstroms 2 (vgl. 4 bis 6) ein Gehäuse 3 mit einer ersten Fluidkanalöffnung 4, einer zweiten Fluidkanalöffnung 5 sowie einer dritten Fluidkanalöffnung 6 auf. Darüber hinaus besitzt das erfindungsgemäße Thermostatventil 1, welches insbesondere als Öl-Thermostatventil ausgebildet und in einem Ölkreislauf 7 eines nicht näher gezeigten Kraftfahrzeuges eingesetzt werden kann, ein temperaturabhängiges Dehnelement 8, einen Ventilkörper 9 mit mehreren Öffnungen 10, 11, 12, einen Rückstellfeder 13 sowie ein Spindelelement 14 mit einem Gewindeabschnitt 15 mit zwei stirnseitigen, gegenüberliegenden Aufnahmen 16, 17, nämlich einer ersten Aufnahme 16 und einer zweiten Aufnahme 17 auf. Die Rückstellfeder 13 stützt sich dabei einerseits am Gehäuse 3 und andererseits in der ersten Aufnahme 16 des Spindelelements 14 ab, wogegen sich das Dehnelement 8 einerseits am Gehäuse 3 und andererseits in der zweiten Aufnahme 17 des Spindelelements 14 abstützt. An dem Ventilkörper 9 sind darüber hinaus Eingriffsnasen 18 (vgl. die 1 und 3) angeordnet, die derart in Wirkverbindung mit dem Gewindeabschnitt 15 stehen, das bei einer Axialverstellung des Spindelelements 14 gleichzeitig ein Verdrehen des Ventilkörpers 9 und damit ein Aufteilen des Fluidstroms 2 auf die drei Fluidkanalöffnungen 4, 5, 6 erfolgt. Im Unterschied zu aus dem Stand der Technik bekannten Thermostatventilen wird somit bei dem erfindungsgemäßen Thermostatventil 1 der Ventilkörper 9 nicht axial verstellt, um zwischen unterschiedlichen Schaltzuständen zu wechseln, sondern er wird lediglich verdreht.
Das Dehnelement 8 kann beispielsweise als Wachsdehnstoffelement, als Bimetall oder als Formgedächtnislegierung ausgebildet sein bzw. ein solches Wachsdehnstoffelement, ein solches Bimetall oder eine solche Formgedächtnislegierung aufweisen.
Betrachtet man das Spindelelement gemäß den 1 bis 6, so kann man erkennen, dass der Gewindeabschnitt 15 ein Gewinde mit kontinuierlicher Gewindesteigung aufweist, wobei selbstverständlich auch denkbar ist, dass der Gewindeabschnitt 15 ein Gewinde mit zumindest zwei Gewindebereichen 19, 19' mit unterschiedlicher Gewindesteigung aufweist, wodurch unterschiedliche Schaltgeschwindigkeiten bei beispielsweise unterschiedlichen Temperaturen realisiert werden können.
Prinzipiell weist das erfindungsgemäße Thermostatventil 1 zumindest zwei Schaltzustände auf, wobei der Ventilkörper 9 im ersten Schaltzustand nicht verdreht ist und den Fluidstrom 2 über eine als Bypass ausgebildete Fluidkanalöffnung 6 ableitet, während er im zweiten Schaltzustand derart verdreht ist, dass er den Fluidstrom 2 zu einer mit einem Kühler verbundenen Fluidkanalöffnung 5 leitet. In diesem Fall wäre die dritte Fluidkanalöffnung 6 die mit dem Bypasskanal verbundene, wogegen die zweite Fluidkanalöffnung 5 die mit dem Kühler verbundene darstellt. Die erste Fluidkanalöffnung 4 bildet dabei den Einlass in das Thermostatventil 1.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Thermostatventils 1 weist dabei zumindest drei Schaltzustände auf (vgl. 4 bis 6), wobei der Ventilkörper 9 im ersten Schaltzustand (vgl. 4) nicht verdreht ist und den Fluidstrom 2 zu der mit dem Kühler verbundenen zweite Fluidkanalöffnung 5 leitet, während er im zweiten Schaltzustand (vgl. 5) um ca. 90° verdreht ist und den Fluidstrom 2 über die als Bypass ausgebildete dritte Fluidkanalöffnung 6 ableitet, während er im dritten Schaltzustand (vgl. 6) um 180° verdreht ist und den Fluidstrom 2 wieder zu der mit dem Kühler verbundenen zweiten Fluidkanalöffnung 5 leitet. Das Thermostatventil 1 kann dabei bei einer Fluidtemperatur zwischen 0 °C < t < 65 °C den ersten Schaltzustand (vgl. 4) bei einer Fluidtemperatur zwischen 80 °C < t < 110 °C den zweiten Schaltzustand (vgl. 5) und bei einer Fluidtemperatur t > als 110 °C den dritten Schaltzustand (vgl. 6) einnehmen. Hierdurch kann beispielsweise eine sogenannte Fail Safe-Funktion realisiert werden, die beispielsweise bei einer gebrochenen Rückstellfeder 13 im dritten Schaltzustand (vgl. 6) verharrt, wogegen bei einem defekten Dehnelement 8 die Rückstellfeder 13 den Ventilkörper 9 in seinen ersten Schaltzustand (vgl. 4) verdreht und dadurch in beiden Fällen ein Lenken des Fluidstromes 2 über die zweite Fluidkanalöffnung 5 zum Kühler ermöglicht, wodurch ein damit ausgestattetes Kraftfahrzeug langfristig betriebsbereit bleibt.
Selbstverständlich müssen die im vorherigen Absatz beschriebenen Winkelangaben für die einzelnen Temperaturbereiche nicht exakt eingehalten werden, so dass es sich bei den Winkelangaben lediglich um ungefähre Angaben handelt. Selbstverständlich sind auch mehr als drei Schaltzustände denkbar. Von besonderem Vorteil dürfte jedoch sein, wenn das Spindelelement 14 beispielsweise zwei oder mehr Gewindebereiche 19, 19' (vgl. 3) aufweist, wodurch ein unterschiedlich schnelles Schalten in unterschiedlichen Temperaturbereichen möglich ist.
Mit dem erfindungsgemäßen Thermostatventil 1 lässt sich nicht nur ein vergleichsweise konstruktiv einfach aufgebautes Thermostatventil 1 realisieren, welches aus lediglich fünf Einzelteilen, nämlich dem Gehäuse 3, der Rückstellfeder 13, dem Spindelelement 14, dem Ventilkörper 9 und dem Dehnelement 8 besteht, sondern das erfindungsgemäße Thermostatventil 1 baut auch äußerst kompakt und arbeitet äußerst zuverlässig.

Claims

Thermostatventil (1) zur temperaturabhängigen Steuerung eines Fluidstroms (2), – mit einem Gehäuse (3) mit einer ersten Fluidkanalöffnung (4), einer zweiten Fluidkanalöffnung (5) und einer dritten Fluidkanalöffnung (6), einem temperaturabhängigen Dehnelement (8), einem Ventilkörper (9) mit mehreren Öffnungen (10, 11, 12), einer Rückstellfeder (13) und einem Spindelelement (14) mit einem Gewindeabschnitt (15) und zwei stirnseitigen, gegenüberliegenden Aufnahmen (16, 17), nämlich einer ersten Aufnahme (16) und einer zweiten Aufnahme (17), – wobei sich die Rückstellfeder (13) einerseits am Gehäuse (3) und andererseits in der ersten Aufnahme (16) des Spindelelements (14) abstützt, – wobei sich das Dehnelement (8) einerseits am Gehäuse (3) und andererseits in der zweiten Aufnahme (17) des Spindelelements (14) abstützt, – wobei der Ventilkörper (9) Eingriffsnasen (18) aufweist, die derart in Wirkverbindung mit dem Gewindeabschnitt (15) stehen, dass bei einer Axialverstellung des Spindelelements (14) ein Verdrehen des Ventilkörpers (9) und damit ein Aufteilen des Fluidstroms (2) auf die drei Fluidkanalöffnungen (10, 11, 12) erfolgt.
Thermostatventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dehnelement (8) ein Wachsdehnstoffelement, ein Bimetall oder eine Formgedächtnislegierung aufweist.
Thermostatventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, – dass der Gewindeabschnitt (15) ein Gewinde mit kontinuierlicher Gewindesteigung aufweist, oder – dass der Gewindeabschnitt (15) ein Gewinde mit zumindest zwei Gewindebereichen (19, 19') mit unterschiedlicher Gewindesteigung aufweist.
Thermostatventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Thermostatventil (1) zumindest zwei Schaltzustände aufweist, wobei der Ventilkörper (9) im ersten Schaltzustand nicht verdreht ist und den Fluidstrom (2) über eine als Bypass ausgebildete dritte Fluidkanalöffnung (12) ableitet, während er im zweiten Schaltzustand derart verdreht ist, dass er den Fluidstrom (2) zu der mit einem Kühler verbundenen zweiten Fluidkanalöffnung (5) leitet.
Thermostatventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Thermostatventil (1) zumindest drei Schaltzustände aufweist, wobei der Ventilkörper (9) im ersten Schaltzustand nicht verdreht ist und den Fluidstrom (2) zu einer mit einem Kühler verbundenen zweiten Fluidkanalöffnung (5) leitet, während er im zweiten Schaltzustand um ca. 90° verdreht ist und den Fluidstrom (2) über eine als Bypass ausgebildete dritte Fluidkanalöffnung (6) ableitet, während er im dritten Schaltzustand um ca. 180° verdreht ist, und den Fluidstrom (2) wieder zu der mit dem Kühler verbundenen Fluidkanalöffnung (5) leitet.
Thermostatventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Thermostatventil (1) bei einer Fluidtemperatur 0 °C < t < 65 °C den ersten Schaltzustand, bei einer Fluidtemperatur 80 °C < t < 110 °C den zweiten Schaltzustand und bei einer Fluidtemperatur 110 °C < t den dritten Schaltzustand einnimmt.
Thermostatventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Thermostatventil (1) als Öl-Thermostatventil ausgebildet ist.
Ölkreislauf (7) eines Kraftfahrzeugs mit einem Thermostatventil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
Kraftfahrzeug mit einem Thermostatventil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.