-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines thermostatischen Arbeitselements, insbesondere für ein Thermostatventil. Die Erfindung betrifft außerdem einen für ein solches Verfahren geeigneten Feststoffkörper, ein mit einem solchen Verfahren hergestelltes Arbeitselement und ein mit einem derartigen Arbeitelement ausgestattetes Thermostatventil, insbesondere für einen Kühlkreis einer Brennkraftmaschine, vorzugsweise in einem Kraftfahrzeug.
-
Aus der
EP 0 165 395 A2 ist ein Thermostatventil für einen Kühlkreis einer Brennkraftmaschine bekannt, das mit einem thermostatischen Arbeitselement zum Betätigen von Ventilgliedern ausgestattet ist. Das Thermostatventil dient dazu, einen von der Brennkraftmaschine kommenden Kühlmittelstrom abhängig von dessen Temperatur auf einen über einen Kühler des Kühlkreises zur Brennkraftmaschine zurückführenden ersten Auslass und einen unter Umgehung des Kühlers direkt zur Brennkraftmaschine rückführenden zweiten Auslass aufzuteilen. Mit Hilfe des thermostatischen Arbeitselements erfolgt die temperaturabhängige Betätigung bzw. Verstellung der Ventilglieder zur Steuerung dieser Aufteilung des zugeführten Kühlmittelstroms.
-
Ein dabei zum Einsatz kommendes thermostatisches Arbeitselement ist beispielsweise aus der
EP 1 811 277 A2 bekannt. Das bekannte Arbeitselement besitzt ein zylindrisches Gehäuse, das an beiden axialen Seiten offen ist und das einen Arbeitsraum enthält, in dem sich ein Dehnstoff befindet. Ferner ist ein axial verstellbarer Arbeitskolben vorgesehen, der in den Arbeitsraum hineinragt. In das Gehäuse ist ein topfförmiges Führungselement eingesetzt, dessen Boden vom Arbeitskolben durchsetzt ist. Im Führungselement ist eine ringförmige Dichtung angeordnet, die den Arbeitskolben umschließt und die radial innen am Arbeitskolben und radial außen an einer zylindrischen Wandung des Führungselements anliegt. Ferner liegt die Dichtung axial einerseits am Boden des Führungselements und axial andererseits an einer Ringscheibe an, die vom Arbeitskolben durchsetzt ist und die den Innenraum des Führungselements, in dem die Dichtung angeordnet ist, verschließt. Axial gegenüber dem Führungselement ist das Gehäuse mittels eines Bodens verschlossen. Aufgrund der vielen Einzelteile ist die Herstellung des bekannten Arbeitselements vergleichsweise aufwändig.
-
Die Befüllung des Arbeitsraums des Arbeitselements mit dem Dehnstoff erfolgt üblicherweise in flüssiger Form, so dass der Dehnstoff als Schmelze in den Arbeitsraum eingegossen wird. Problematisch ist dabei, dass eine genaue Dosierung aufgrund des thermischen Dehnungsverhaltens des Dehnstoffs nur mit sehr hohem Aufwand realisierbar ist. In der Folge ist eine Kalibrierung des Arbeitselements erforderlich, was bevorzugt bei flüssigem Dehnstoff erfolgt. Abgesehen davon benötigt das gegebenenfalls mehrmals durchzuführende Aufschmelzen des Dehnstoffs während der Herstellung des Arbeitselements vergleichsweise viel Energie.
-
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für ein derartiges Herstellungsverfahren bzw. für ein derartiges thermostatisches Arbeitselement bzw. für ein damit ausgestattetes Thermostatventil eine verbesserte oder zumindest eine andere Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine vereinfachte Herstellbarkeit auszeichnet.
-
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
-
Die Erfindung beruht hinsichtlich des Herstellungsverfahrens auf dem allgemeinen Gedanken, die Befüllung des Arbeitsraums mit dem Dehnstoff mit Hilfe eines Feststoffkörpers aus Dehnstoff zu realisieren, der in fester Form einfach in das Gehäuse eingesetzt werden kann. Somit schlägt die Erfindung vor, auf eine herkömmliche Flüssigdosierung von aufgeschmolzenem Dehnstoff zu verzichten. Ferner wird der Feststoffkörper gezielt so hergestellt, dass er eine Körperöffnung aufweist, die axial orientiert ist, also parallel zu einer Längsmittelachse des vorzugsweise zylindrischen Feststoffkörpers ausgerichtet ist. Die Körperöffnung kann als Sacklochöffnung ausgestaltet sein, so dass sie einseitig axial verschossen ist und der Feststoffkörper topfförmig ist. Bevorzugt ist die Körperöffnung jedoch als Durchgangsöffnung konzipiert, die beidseitig axial offen ist. In diesem Fall ist der Feststoffkörper hohlzylindrisch und besitzt eine zylindrische Außenkontur sowie eine axial durchgehende zentrale Öffnung. Jedenfalls lässt sich der erfindungsgemäße Feststoffkörper, unabhängig davon, ob er nun topfförmig oder hohlzylindrisch oder anders ausgestaltet ist, besonders einfach axial in das Gehäuse einsetzen, derart, dass der Arbeitskolben in besagte Körperöffnung axial eindringt und letztlich der Feststoffkörper im Arbeitsraum den Arbeitskolben des Arbeitselements ringförmig umschließt. Die Gehäuseöffnung, durch die der Feststoffkörper in das Gehäuse eingesetzt wird, lässt sich mit dem Deckel verschließen. Auch dies erfolgt zweckgemäß bei Temperaturen, bei denen der Feststoffkörper fest ist.
-
Durch den Verzicht auf eine Flüssigdosierung treten sämtliche Probleme aufgrund thermischer Dehnungseffekte nicht oder nur noch stark reduziert auf. Die Dosierung des Dehnstoffs lässt sich dadurch erheblich vereinfachen bzw. mit einer vergleichsweise hohen Genauigkeit durchführen. Ferner benötigt das hier vorgestellte Verfahren erheblich weniger Energie, da auf ein Aufschmelzen des Dehnstoffs verzichtet wird. Als Dehnstoff kommt vorzugsweise ein Wachs zum Einsatz, dem zumindest ein Wärmeleitmittel und/oder wenigstens ein anderer Zusatzstoff zugemischt sein kann/können.
-
Grundsätzlich kann ein derartiger Feststoffkörper durch Gießformen oder Strangpressen oder Extrudieren von Dehnstoff hergestellt sein. Bevorzug wird jedoch gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform die Herstellung eines derartigen Feststoffkörpers durch Verpressen eines pulverförmigen Dehnstoffs. Somit handelt es sich beim hier verwendeten Feststoffkörper um ein Pressformteil. Derartige durch Pressformung hergestellte Feststoffkörper können auch als "Pellet" bezeichnet werden. Gemäß diesem Vorschlag wird auch bei der Herstellung des Feststoffkörpers auf ein Aufschmelzen des Dehnstoffs verzichtet, was mit einer entsprechenden Energieeinsparung einhergeht.
-
Vorzugsweise umfasst das Verschließen der Gehäuseöffnung mit dem Deckel die folgenden Schritte. Zunächst muss eine vorbestimmte axiale Relativlage zwischen dem Deckel und dem Gehäuse aufgefunden werden, was durch Variieren einer axialen Einstrecktiefe erfolgt, mit der ein Axialabschnitt des Deckels axial in das Gehäuse hineinragt. Durch Variieren der Einstecktiefe variiert das Volumen des Arbeitsraums, also das Volumen, das innerhalb des Arbeitselements dem Dehnstoff und dem Arbeitskolben zur Verfügung steht. Anschließend erfolgt ein Fixieren der aufgefundenen, vorbestimmten axialen Relativlage zwischen Deckel und Gehäuse, indem der Deckel am Gehäuse befestigt wird. Da sich diese vorbestimmte axiale Relativlage anschließend nicht mehr verändern soll, wird zweckmäßig eine dauerhafte Befestigung zwischen Deckel und Gehäuse vorgesehen, beispielsweise eine Schweißverbindung.
-
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann das Auffinden der vorbestimmten axialen Relativlage zwischen dem Deckel und dem Gehäuse einen Schritt umfassen, bei dem der Axialabschnitt des Deckels soweit in das Gehäuse eingesteckt wird, bis der Axialabschnitt axial stirnseitig am Feststoffkörper zur Anlage kommt. Mit anderen Worten, der Feststoffkörper definiert die axiale Einstecktiefe des Axialabschnitts des Deckels und somit die axiale Relativlage zwischen Deckel und Gehäuse. Somit vereinfacht sich das Auffinden der vorbestimmten axialen Relativlage zwischen Deckel und Gehäuse erheblich. Es ist klar, dass der Feststoffkörper dabei an einem der Gehäuseöffnung gegenüberliegenden Gehäuseboden direkt oder indirekt, z.B. über eine Dichtung und/oder einen Führungsring, abgestützt ist, um die Einstecktiefe des Axialabschnitts definieren zu können.
-
Wie erwähnt kann das Befestigen des Deckels am Gehäuse zweckmäßig dadurch erfolgen, dass der Deckel am Gehäuse angeschweißt wird. Hierbei kann insbesondere eine Laserschweißverfahren zum Einsatz kommen. Hierzu reicht grundsätzlich ein einzelner Schweißpunkt aus. Um mit dem Deckel die Gehäuseöffnung hinreichend dicht zu verschließen, kann alternativ oder zusätzlich eine umlaufende Schweißnaht zwischen Gehäuse und Deckel vorgesehen sein.
-
Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei welcher der Feststoffkörper zusammen mit dem davon umschlossenen Arbeitskolben in das Gehäuse eingesetzt wird. Auf diese Weise wird eine einheitlich handhabbare Baugruppe geschaffen, die zumindest den Arbeitskolben und den Feststoffkörper umfasst. Hierdurch kann sich die Montage des Arbeitselements vereinfachen. Jedenfalls vereinfacht sich die Handhabung des Feststoffkörpers, da er so ohne direkten Kontakt über den Arbeitskolben mittelbar greifbar ist.
-
Vorteilhaft ist hier eine Weiterbildung bei welcher das Herstellen des hohlzylindrischen Feststoffkörpers die folgenden Schritte umfasst. Zunächst werden der Arbeitskolben und der pulverförmige Dehnstoff in die Pressform eingebracht. Dies kann gleichzeitig oder nacheinander erfolgen. Danach erfolgt ein Verpressen des Dehnstoffs in der Pressform, während sich der Arbeitskolben ebenfalls in der Pressform befindet. Durch das Verpressen haften einerseits die Pulverpartikel des Dehnstoffs aneinander, um den Feststoffkörper auszubilden. Andererseits haften diese Pulverpartikel dann auch am Arbeitskolben, so dass anschließend der Feststoffkörper am Arbeitskolben gehalten ist. Schließlich kann der Pressform eine Einheit entnommen werden, die den Feststoffkörper und den davon umschlossenen Arbeitskolben aufweist. Die sich hieraus ergebenen Vorteile für die Herstellung des Arbeitselements sind z.B. eine vereinfachte Handhabung und eine Reduzierung der erforderlichen Arbeitsschritte während der Bestückung des Arbeitselements.
-
Generell kann das Herstellen des hohlzylindrischen Feststoffkörpers folgende Schritte umfassen. Zunächst werden wenigstens ein Bauteil des Arbeitselements und der pulverförmige Dehnstoff in die Pressform eingebracht. Dies kann gleichzeitig oder in beliebiger Reihenfolge erfolgen. Anschließend wird der Dehnstoff in der Pressform verpresst, während sich das wenigstens eine Bauteil des Arbeitselements ebenfalls in der Pressform befindet. Wie erwähnt, haften durch die Verpressung die Pulverpartikel aneinander und am jeweiligen Bauteil. Dementsprechend kann anschließend aus der Pressform eine Einheit entnommen werden, die den Feststoffkörper und das jeweilige Bauteil des Arbeitselements umfasst. Als Bauteile, die gemeinsam mit dem Feststoffkörper besagte Einheit bilden, kommen neben dem vorstehend genannten Arbeitskolben beispielsweise auch eine Dichtung, ein Führungsring sowie der Deckel in Betracht.
-
Zweckmäßig ist daher eine Weiterbildung, bei welcher der Feststoffkörper beim Einsetzen in das Gehäuse einen Bestandteil einer Einheit bildet, die als Ganzes in das Gehäuse eingesetzt wird und die wenigstens einen weiteren Bestandteil aufweist, der durch ein Bauteil des Arbeitselements gebildet ist.
-
Je nach Bauumfang dieser Einheit lässt sich somit der Montageaufwand beim Zusammenbau des Arbeitselements entsprechend reduzieren.
-
Bei einer anderen Ausführungsform kann der pulverförmige Dehnstoff ein Gemisch sein, das Dehnstoffpulver, z.B. ein Wachs, und Wärmeleitmittelpulver aufweist. Das Gemisch wird dabei durch Vermischen von Dehnstoffpulver und Wärmeleitpulver im festen Zustand erzeugt. Somit kann auch hier auf Energie zum Aufschmelzen der einzelnen Bestandteile des Dehnstoffs verzichtet werden.
-
Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei welcher der Dehnstoff einen Wärmeleitmittelanteil aufweist, der größer ist als ein Grenzwert, bis zudem eine Flüssigdosierung des Dehnstoffs im Rahmen einer Serienfertigung möglich ist. Die vorstehende Einschränkung "im Rahmen einer Serienfertigung" ist dahingehend zu verstehen, dass eine Serienfertigung nur bei einem vernünftigen Verhältnis von Aufwand zu Nutzen wirtschaftlich sinnvoll ist, so dass besagter Grenzwert die Grenze einer derartigen wirtschaftlich sinnvollen Serienfertigung definiert. Es ist klar, dass grundsätzlich in Laborversuchen und dergleichen auch andere, höhere Grenzwerte für eine derartige Flüssigdosierung des Dehnstoffs möglich sind. Bei dieser Ausführungsform wird ein wesentlicher Vorteil des hier vorgestellten Verfahrens konsequent dahingehend ausgenutzt, dass nunmehr auch Dehnstoffzusammensetzungen realisierbar sind, die für eine Flüssigdosierung ungeeignet sind. Derartige Dehnstoffzusammensetzungen können jedoch für eine besonders effiziente Betriebsweise und/oder für bestimmte Anwendungsfälle des Arbeitselements erwünscht sein.
-
Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der pulverförmige Dehnstoff ein Gemisch aus wenigstens zwei verschiedenen Pulvern ist, die in einer Mischstation vermischt werden. Ferner kann das Verpressen des pulverförmigen Dehnstoffs zum Feststoffkörper in einer Pressstation erfolgen. Bevorzugt ist nun eine Ausgestaltung, bei welcher der Dehnstoff von der Mischstation unmittelbar in die Pressstation überführt wird. Dies hat den Vorteil, dass beispielsweise die Gefahr einer Entmischung durch einen Transport von der Mischstation zur Pressstation und/oder während einer Zwischenlagerung entfällt. Außerdem entfällt die Gefahr einer Verunreinigung des Gemischs während eines derartigen Transports und/oder während einer solchen Zwischenlagerung.
-
Bei einer anderen Ausführungsform kann der pulverförmige Dehnstoff ein Gemisch aus Dehnstoffpulver und wenigstens einem weiteren Pulver sein, das in einer Mischstation gemischt wird. Zumindest das Dehnstoffpulver kann dabei aus einem Dehnstoffgranulat hergestellt werden, das in einer Mahlstation zum Dehnstoffpulver gemahlen wird. Zweckmäßig ist nun vorgesehen, dass das Dehnstoffpulver von der Mahlstation unmittelbar in die Mischstation überführt wird. Auch hier wird die Gefahr einer Verunreinigung des Dehnstoffpulvers während eines Transports von der Mahlstation zur Mischstation und/oder während einer Zwischenlagerung reduziert.
-
Ein erfindungsgemäßer Feststoffkörper ist ein hohlzylindrisches Formteil aus Dehnstoff. Bevorzugt handelt es sich beim Feststoffkörper um ein Pressformteil, das durch Verpressen eines pulverförmigen Dehnstoffs hergestellt ist.
-
Ein erfindungsgemäßes Arbeitselement charakterisiert sich dadurch, dass während seiner Herstellung ein Feststoffkörper aus Dehnstoff verwendet wird. Das Gehäuse des Arbeitselements ist dabei so ausgestaltet, dass der Feststoffkörper durch die Gehäuseöffnung darin axial einsteckbar ist. Insbesondere besitzt das Gehäuse in seinem Gehäusemantel von der Gehäuseöffnung bis zu einer gegebenenfalls vorgesehenen maximalen Einstecktiefe einen freien Innenquerschnitt, der mindestens gleich groß ist wie ein Außenquerschnitt des Feststoffkörpers. Bevorzugt ist dieser Innenquerschnitt des Gehäusemantels dabei konstant.
-
Ein erfindungsgemäßes Thermostatventil charakterisiert sich durch die Verwendung eines erfindungsgemäßen Arbeitselements.
-
Eine erfindungsgemäße Anlage zum Herstellen derartiger Arbeitselemente bzw. zum Herstellen derartiger Feststoffkörper umfasst somit vorzugsweise eine Mahlstation und/oder eine Mischstation und/oder eine Pressstation. Optional kann außerdem eine Montagestation vorgesehen sein, in der die Feststoffkörper in die Gehäuse eingesetzt werden.
-
Die Erfindung beruht hinsichtlich des Arbeitselements auf dem allgemeinen Gedanken, das Gehäuse topfförmig auszugestalten, so dass es einen zylindrischen Gehäusemantel und einen daran integral ausgeformten Gehäuseboden aufweist, der vom Arbeitskolben durchsetzt ist. Ferner kann am Gehäuse für den relativ zum Gehäuse axial verstellbaren Arbeitskolben optional eine Axialführung vorgesehen sein, die vom Arbeitskolben durchsetzt ist und die den Arbeitskolben für seine Axialverstellung relativ zum Gehäuse axial führt. Zweckmäßig kann ferner eine ringförmige Dichtung vorgesehen sein, die ebenfalls vom Arbeitskolben durchsetzt ist und die außerdem geometrisch so ausgestaltet und im Gehäuse angeordnet ist, dass sie radial innen unmittelbar am Arbeitskolben anliegt, radial außen unmittelbar am Gehäusemantel anliegt, axial einerseits unmittelbar am Führungsring anliegt und axial andererseits unmittelbar dem Dehnstoff ausgesetzt ist. Somit befindet sich die Dichtung axial zwischen dem Dehnstoff und der Axialführung, was den Aufbau bzw. die Herstellung des Arbeitselements erheblich vereinfacht.
-
Gleichzeitig kann mit Hilfe der Axialführung eine optimale Längsführung für den Arbeitskolben relativ zum Gehäuse erzielt werden. Insbesondere definiert die Axialführung hierzu radial innen eine zylindrische Führungskontur, die mit dem Arbeitskolben zu dessen Längsführung zusammenwirkt. Zweckmäßig kann nun vorgesehen sein, dass eine axiale Führungslänge dieser Führungskontur größer ist als ein Außendurchmesser des Arbeitskolbens bzw. als ein freier Innendurchmesser der Führungskontur. Hierdurch wird eine besonders effiziente und stabile Längsführung für den Arbeitskolben realisiert.
-
Bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der die Axialführung durch einen separaten Führungsring gebildet ist, der in das Gehäuse eingesetzt ist, der sich axial am Gehäuseboden abstützt und der radial durch den Gehäusemantel positioniert ist. In diesem Fall kann nun insbesondere vorgesehen sein, dass die Dichtung an ihrer dem Gehäuseboden zugewandten vorderen Stirnseite axial am Führungsring anliegt. Die Realisierung der Axialführung mittels eines bezüglich des Gehäuses separaten Führungsrings vereinfacht die Herstellung des Gehäuses. Ferner lässt sich der Werkstoff des Führungsrings einfacher tribologisch an den Werkstoff des Arbeitskolbens anpassen als der Werkstoff des Gehäuses.
-
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung kann der Führungsring im Gehäuse durch einen Presssitz axial fixiert sein. Durch den Presssitz wird gleichzeitig eine Zentrierung des Arbeitskolbens relativ zum Gehäuse realisiert. Außerdem kann der Presssitz eine hinreichend dichte Kontaktierung zwischen Führungsring und Gehäusemantel bewirken.
-
Alternativ zu einem solchen separaten Führungsring kann auch vorgesehen sein, dass die Axialführung durch eine Führungshülse gebildet ist, die am Gehäuseboden an einer vom Arbeitsraum abgewandten Außenseite fest angeordnet ist und eine Einfassung der Kolbenöffnung bildet. In diesem Fall kann die Dichtung an ihrer dem Gehäuseboden zugewandten vorderen Stirnseite axial am Gehäuseboden anliegen. Diese Führungshülse kann an das Gehäuse angebaut sein und damit fest und dauerhaft verbunden sein, z.B. über eine Schweißverbindung. Bevorzugt ist jedoch, dass die Führungshülse durch einen integral am Gehäuseboden ausgeformten Axialabschnitt des Gehäuses gebildet ist. Hierdurch kann die Führungshülse bei der Herstellung des Gehäuses materialeinheitlich am Gehäuse ausgebildet werden. Beispielsweise kann die Führungshülse beim Tiefziehen des Gehäuses integral daran ausgeformt werden.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann der Deckel einen Zylinderabschnitt aufweisen, der in den Gehäusemantel axial hineinragt und dabei die Gehäuseöffnung ausfüllt. Durch die Einstecktiefe dieses Zylinderabschnitts in den Gehäusemantel lässt sich das Volumen des Arbeitsraums definieren, das zur Aufnahme des Dehnstoffs vorgesehen ist. Somit lässt sich insbesondere während der Montage eine Kalibrierung des Arbeitselements durch Variieren der Einstecktiefe des Zylinderabschnitts in das Gehäuse durchführen.
-
Der Deckel ist fest mit dem Gehäuse verbunden. Vorzugsweise wird nach dem vorstehend genannten Kalibrieren, bei dem die optimale Einstecktiefe des Deckels ermittelt wird, der Deckel fest und dauerhaft mit dem Gehäuse verbunden. Dies kann z.B. mit einer Schweißverbindung erfolgen, vorzugsweise durch Laserschweißen.
-
Vorzugsweise kann der Deckel an einer vom Gehäuse abgewandten Seite eine Funktionsstruktur aufweisen. Diese Funktionsstruktur kann beispielsweise eine Rückstelleinrichtung und/oder einen Teil einer Ventileinrichtung bilden. Diese Bauweise hat den Vorteil, dass sich das Arbeitselement durch entsprechende Modifikationen des Deckels an unterschiedliche Anwendungsfälle anpassen lässt, während das Gehäuse mit Führungsring, Dichtung, Arbeitskolben und Dehnstoff im Übrigen baugleich ausgeführt werden kann. Somit vereinfacht sich die Variantenbildung für das Arbeitselement. Beispielsweise lässt sich das Arbeitselement auf diese Weise einfach und kostengünstig an verschiedene Thermostatventile anpassen.
-
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann die Funktionsstruktur einen vom übrigen Deckel axial abstehenden Schaft, eine axial verstellbar am Schaft angeordnete Ringscheibe und eine die Ringscheibe am übrigen Deckel abstützende Feder aufweisen. Zweckmäßig kann darüber hinaus vorgesehen sein, dass die Feder die Ringscheibe gegen einen am Schaft ausgebildeten Axialanschlag vorspannt. Beispielsweise kann die Ringscheibe einen Ventilteller eines Tellerventils repräsentieren, dessen Ventilsitz an einem anderen Bauteil ausgebildet ist, beispielsweise in einem Ventilgehäuse, in welches das Arbeitselement eingebaut ist.
-
Bei einer anderen Ausführungsform kann die Dichtung radial innen zwei Dichtlippen aufweisen, die axial voneinander beabstandet am Arbeitskolben radial direkt anliegen. Hierdurch wird eine hocheffiziente Dichtung realisiert, um ein Austreten des Dehnstoffs entlang des Arbeitskolbens aus dem Gehäuse zu vermeiden.
-
Bei einer anderen Ausführungsform kann die Dichtung radial außen konisch ausgestaltet sein, wobei sie sich zweckmäßig in Richtung zum Gehäuseboden hin verjüngt. Diese Bauweise vereinfacht das Montieren der Dichtung. Gleichzeitig kann sich dadurch eine zumindest für die Montage ausreichende axiale Fixierung des Führungsrings im Gehäuse realisieren.
-
Bei einer anderen Ausführungsform kann das Gehäuse in einem den Gehäuseboden enthaltenden axialen ersten Endbereich einen ersten Außenquerschnitt aufweisen, der kleiner ist als ein zweiter Außenquerschnitt, den das Gehäuse in einem die Gehäuseöffnung enthaltenden axialen zweiten Endbereich aufweist. Dies kann beispielsweise dazu genutzt werden, am Gehäuse ein Anbauteil leichter anbringen zu können.
-
Zweckmäßig kann der erste Endbereich den Führungsring enthalten. Hierdurch lässt sich der Führungsring radial kleiner dimensionieren, wodurch er preiswerter herstellbar ist.
-
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann nun der erste Endbereich durch eine den Außenquerschnitt des Gehäuses reduzierende Umformung zum Verpressen des Führungsrings hergestellt sein. Auf diese Weise lässt sich die Zentrierung und axiale Fixierung des Führungsrings im Gehäuse vergleichsweise einfach, preiswert und prozesssicher realisieren.
-
Zweckmäßig kann der erste Endbereich die Dichtung enthalten. Insbesondere in Verbindung mit der vorstehend genannten Umformung zum Verpressen des Führungsrings kann die radiale Vorspannung zwischen Dichtung und Gehäusemantel erhöht werden, wenn die Dichtung im ersten Endbereich angeordnet wird.
-
Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass der zweite Endbereich den Dehnstoff enthält. Hierdurch steht dem Dehnstoff vergleichsweise viel Volumen zur Verfügung.
-
Besonders zweckmäßig ist eine Ausführungsform, bei welcher der erste Endbereich direkt in den zweiten Endbereich übergeht, so dass außer dem Übergang kein zusätzlicher Zwischenbereich enthalten ist. Somit besitzt das Gehäuse einen vergleichsweise einfachen Aufbau.
-
Bei einer anderen Ausführungsform kann am Gehäuse ein Ventilteller axial fixiert sein. Insbesondere kann der Ventilteller am Gehäusemantel durch einen Presssitz axial fixiert sein, was die Herstellung vereinfacht. Mit dem am Gehäuse angebrachten Ventilteller lässt sich das Arbeitselement beispielsweise zum Verstellen des Ventiltellers relativ zu einem Ventilsitz nutzen, der in einem Ventil ausgebildet ist, das mit dem Arbeitselement ausgestattet ist.
-
Ein erfindungsgemäßes Thermostatventil, das sich insbesondere für einen Kühlkreis einer Brennkraftmaschine eignet, ist mit einem Ventilgehäuse ausgestattet, das einen Einlass, einen ersten Auslass und einen zweiten Auslass aufweist. Außerdem ist das Thermostatventil mit einem thermostatischen Arbeitselement der vorstehend beschriebenen Art ausgestattet, das im Thermostatventil zum Steuern einer Aufteilung eines dem Einlass zugeführten Fluidstroms auf den ersten Auslass und den zweiten Auslass dient. Dabei ist das Arbeitselement so im Ventilgehäuse angeordnet, dass das Gehäuse des Arbeitselements vom Fluidstrom umströmt ist und dessen Temperatur annimmt. Da sich das Volumen des Dehnstoffs temperaturabhängig ändert, ergibt sich dadurch eine axiale Verstellbewegung des Arbeitskolbens, die zum Verstellen von Ventilgliedern genutzt werden kann, die ihrerseits die Steuerung der Strömungsaufteilung auf die beiden Auslässe abhängig von der Temperatur des Fluidstroms bewirkt.
-
Zweckmäßig kann der Arbeitskolben am Ventilgehäuse abgestützt sein. Zusätzlich oder alternativ kann der vorstehend genannte, am Gehäuse fixierte Ventilteller mit einem am Ventilgehäuse ausgebildeten ersten Ventilsitz zum Steuern des ersten Auslasses zusammenwirken. Zusätzlich oder alternativ kann die vorstehend genannte Ringscheibe, die am Deckel angeordnet ist, als weiterer Ventilteller mit einem am Ventilgehäuse ausgebildeten zweiten Ventilsitz zum Steuern des zweiten Auslasses zusammenwirken.
-
Bevorzugt wird das Arbeitselement so hergestellt, dass der Dehnstoff bei der Herstellung des Arbeitselements als einteiliger oder mehrteiliger, durch Pressformung aus Pulver hergestellter Feststoffkörper in den Arbeitsraum eingesetzt ist. Die Verwendung eines Feststoffkörpers bei der Herstellung des Arbeitselements vereinfacht die Handhabung des Dehnstoffs. Durch Verzicht auf ein Einfüllen des Dehnstoffs in flüssiger Form wird weniger Energie benötigt, um die erforderliche Menge an Dehnstoff in den Arbeitsraum einzubringen. Bei entsprechender Formgebung des Feststoffkörpers vereinfacht sich auch die Kalibrierung des Arbeitselements, also das Auffinden einer optimalen axialen Positionierung des Deckels relativ zum Gehäuse. Sofern der Deckel mit einem Axialabschnitt axial in die Gehäuseöffnung eingesteckt wird, ergibt sich die optimale axiale Relativlage zwischen Deckel und Gehäuse sobald der Deckel axial an dem zuvor in das Gehäuse eingesteckten Feststoffkörper zur Anlage kommt. Die so aufgefundene optimale Relativlage kann nun durch eine geeignete Fixierung des Deckels am Gehäuse konserviert werden.
-
Bei einer Verwendung des Thermostatventils in einem Kühlkreis einer Brennkraftmaschine, die insbesondere in einem Fahrzeug angeordnet sein kann, ist der Einlass des Ventilgehäuses mit einem Kühlmittelauslass der Brennkraftmaschine verbunden. Der erste Auslass des Ventilgehäuses ist dann mit einem Kühlereinlass eines Kühlers des Kühlkreises verbunden. Ein Kühlerauslass dieses Kühlers ist dann mit einem Kühlmitteleinlass der Brennkraftmaschine verbunden. Somit führt der erste Auslass über den Kühler zurück zur Brennkraftmaschine. Der zweite Auslass ist direkt bzw. unter Umgehung des Kühlers mit dem Kühlmitteleinlass der Brennkraftmaschine verbunden. Somit führt der zweite Auslass unter Umgehung des Kühlers, insbesondere direkt, zur Brennkraftmaschine zurück.
-
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 Komponenten beziehen.
-
Es zeigen, jeweils schematisch,
-
1 einen Längsschnitt eines thermostatischen Arbeitselements bei einer ersten Ausführungsform,
-
2 einen Längsschnitt des Arbeitselements wie in 1, jedoch bei einer zweiten Ausführungsform,
-
3 einen stark vereinfachten Längsschnitt eines Thermostatventils, das ein derartiges Arbeitselement gemäß der in 2 gezeigten zweiten Ausführungsform enthält,
-
4–7 je einen Längsschnitt eines bei der Herstellung des Arbeitselements verwendeten Feststoffkörpers bei verschiedenen Ausführungsformen,
-
8 eine Axialansicht des Feststoffkörpers gemäß einer Blickrichtung VIII in 4,
-
9 vereinfachte schematische Darstellungen eines Verfahrens zur Herstellung des Arbeitselements bei verschiedenen Schritten a, b, c,
-
10 vereinfachte schematische Darstellungen des Verfahrens bei weiteren Schritten a, b,
-
11 eine stark vereinfachte Prinzipdarstellung einer Fertigungsanlage zum Herstellen des Arbeitselements.
-
Entsprechend den 1, 2 und 3 umfasst ein thermostatisches Arbeitselement 1 im Allgemeinen zumindest ein topfförmiges Gehäuse 2 aufweist, das einen Gehäusemantel 5 sowie einen Gehäuseboden 6 aufweist und das einen Arbeitsraum 7 enthält. Ferner weist das Arbeitselement 1 einen axial verstellbaren Arbeitskolben 9 auf, der durch eine im Gehäuseboden 6 ausgebildete Kolbenöffnung 10 in den Arbeitsraum 7 hineinragt. Schließlich ist auch ein Deckel 11 vorhanden, der eine dem Gehäuseboden 6 axial gegenüberliegende Gehäuseöffnung 12 verschließt.
-
Im Einzelnen umfasst das thermostatische Arbeitselement 1 bei den hier vorgestellten konkreten Ausführungsformen ein topfförmiges Gehäuse 2, das eine Längsmittelachse 3 aufweist. Die Längsmittelachse 3 definiert dabei eine Axialrichtung 4, die parallel zur Längsmittelachse 3 verläuft. Das Gehäuse 2 weist einen zylindrischen Gehäusemantel 5 und einen Gehäuseboden 6 auf. Ferner enthält das Gehäuse 2 einen Arbeitsraum 7, in dem sich ein Dehnstoff 8 befindet.
-
Das Arbeitselement 1 weist außerdem einen Arbeitskolben 9 auf, der relativ zum Gehäuse 2 axial verstellbar ist und der durch eine im Gehäuseboden 6 ausgebildete zentrische Kolbenöffnung 10 in den Arbeitsraum 7 hineinragt. Ferner ist das Arbeitselement 1 mit einem Deckel 11 ausgestattet, der eine Gehäuseöffnung 12 verschließt, die das Gehäuse 2 axial gegenüber vom Gehäuseboden 6 aufweist. Somit ist der Arbeitsraum 7 durch den Deckel 11 verschlossen.
-
Ferner weist das Arbeitselement 1 eine ringförmige Dichtung 13 und eine Axialführung 57. Die Axialführung 57 umschließt den Arbeitskolben 9 in der Umfangsrichtung und führt den Arbeitskolben 9 axial. Die Dichtung 13 ist so ausgestaltet, dass sie den Arbeitskolben 9 in der Umfangsrichtung umschließt. Ferner liegt die Dichtung 13 radial innen an ihrer Innenseite 15 unmittelbar am Arbeitskolben 9 an, während sie radial außen an ihrer Außenseite 16 unmittelbar am Gehäusemantel 5 anliegt. Mit ihrer vom Gehäuseboden 6 abgewandten hinteren Stirnseite 18 steht die Dichtung 13 unmittelbar axial mit dem Dehnstoff 8 in Kontakt.
-
Der Deckel 11 weist einen Zylinderabschnitt 19 auf, der axial in den Gehäusemantel 5 eintaucht und dabei die Gehäuseöffnung 12 ausfüllt und verschließt. Beim Kalibrieren des Arbeitselements 1 kann während der Montage durch Variieren der axialen Einstecktiefe des Zylinderabschnitts 19 in den Gehäusemantel 5 das Volumen des Arbeitsraums 7 eingestellt werden. Die durch die Kalibrierung aufgefundene Axialposition zwischen Gehäuse 2 und Deckel 11 kann dann durch eine geeignete Fixierung dauerhaft gesichert werden. Beispielsweise kann ein Schweißpunkt 20 vorgesehen sein, um die Axialposition zwischen Deckel 11 und Gehäuse 2 zu fixieren. Der Schweißpunkt 20 ist hierbei im Bereich des Zylinderabschnitts 19 am Gehäusemantel 5 angebracht. Zum dichten Verschließen des Gehäuses 2 sowie zum finalen Fixieren des Deckels 11 am Gehäuse 2 kann außerdem eine umlaufende Schweißnaht 21 vorgesehen sein, die im Beispiel im Bereich eines vom Gehäuseboden 6 abgewandten stirnseitigen Rands 22 des Gehäusemantels 5 ausgebildet ist und in den Fig. nur auf der rechten Seite angedeutet ist.
-
Der Deckel 11 ist bei den hier gezeigten Beispielen außerdem an einer vom Gehäuse 2 abgewandten Seite mit einer Funktionsstruktur 23 ausgestattet. Im Beispiel bildet die Funktionsstruktur 23 einen Teil einer Ventileinrichtung mit integrierter Rückstell- und/oder Vorspanneinrichtung. Im Einzelnen weist die Funktionsstruktur 23 einen vom übrigen Deckel 11 axial abstehenden Schaft 24, eine axial verstellbar am Schaft 24 angeordnete Ringscheibe 25 und eine Feder 26 auf, die sich an der Ringscheibe 25 und am übrigen Deckel 11 axial abstützt. Ferner spannt die Feder 26 hier die Ringscheibe 25 gegen einen Axialanschlag 27 vor, der hier am Schaft 24 integral ausgeformt ist. Die Ringscheibe 25 kann dabei als Ventilteller ausgestaltet sein.
-
Bei den hier gezeigten Beispielen ist am Gehäuse 2 ein Ventilteller 28 axial fixiert, beispielsweise mittels eines Presssitzes 29. Hierzu durchsetzt das Gehäuse 2 mit seinem Gehäusemantel 5 eine zentrale Öffnung 30 des Ventiltellers 28, deren Rand anschließend so umgeformt wird, dass sich ihre Öffnungsweite reduziert. Der am Gehäuse 2 ausgebildete Ventilteller 28 wird im Folgenden als erster Ventilteller 28 bezeichnet. Die bevorzugt als Ventilteller ausgestaltete Ringscheibe 25, die sich am Deckel 11 befindet, wird im Folgenden als zweiter Ventilteller 25 bezeichnet. Demnach besitzt das Arbeitselement 1 hier im bevorzugten Beispiel zwei Ventilteller, nämlich den am Gehäuse 2 axial fixierten ersten Ventilteller 28 und den am Deckel 11 axial verstellbar gehaltenen zweiten Ventilteller 25.
-
Die Dichtung 13 weist an ihrer Innenseite 15 zwei Dichtlippen 31, 32 auf, die axial voneinander beabstandet sind und jeweils radial innen am Arbeitskolben 9 unmittelbar radial anliegen. Hierdurch wird eine zweistufige Dichtung gegenüber dem Dehnstoff 8 realisiert. Die Außenseite 16 der Dichtung 13 ist hier konisch ausgestaltet, derart, dass sich die konische Außenseite 16 in Richtung zum Gehäuseboden 6 hin verjüngt.
-
Zweckmäßig besitzt das Gehäuse 2 daher in einem den Gehäuseboden 6 enthaltenden axialen ersten Endbereich 34 einen ersten Außenquerschnitt 35, der kleiner ist als ein zweiter Außenquerschnitt 36, den das Gehäuse 2 in einem die Gehäuseöffnung 12 enthaltenden axialen zweiten Endbereich 37 aufweist. Der erste Endbereich 34 enthält zweckmäßig die Axialführung 57 und optional auch die Dichtung 13. Der erste Endbereich 34 kann durch eine den Außenquerschnitt des Gehäuses 2 reduzierende Umformung hergestellt sein. Der zweite Endbereich 37 schließt sich zweckmäßig unmittelbar an den ersten Endbereich 34 an und enthält den Dehnstoff 8.
-
Im gezeigten Beispiel besitzt der Deckel 11 einen radial abstehenden, in der Umfangsrichtung geschlossen umlaufenden Kragen 56, der im gezeigten Beispiel mithilfe der Schweißnaht 21 mit dem stirnseitigen Rand 22 verschweißt ist. Der Kragen 56 befindet sich am Deckel 11 axial zwischen dem einerseits zentral axial abstehenden Axialabschnitt 19 und dem andererseits zentral axial abstehenden Schaft 24. Die Feder 26 stützt sich axial am Kragen 56 ab.
-
Die beiden Ausführungsformen der 1 und 2 unterscheiden sich nur durch die Ausgestaltung der Axialführung 57. Bei der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform ist die Axialführung 57 durch eine Führungshülse 58 gebildet, die am Gehäuseboden 6 an einer vom Arbeitsraum 7 abgewandten Außenseite fest angeordnet ist. Die Führungshülse 58 bildet dabei eine Einfassung der Kolbenöffnung 10. In diesem Fall ist die Dichtung 13 an ihrer dem Gehäuseboden 6 zugewandten vorderen Stirnseite 17 unmittelbar am Gehäuseboden 6 abgestützt. Diese Führungshülse 58 kann grundsätzlich an das Gehäuse 2 angebaut sein und damit fest und dauerhaft verbunden sein, z.B. über eine Schweißverbindung. Bevorzugt ist jedoch die hier gezeigte Ausführungsform, bei der die Führungshülse 58 durch einen integral am Gehäuseboden 6 ausgeformten Axialabschnitt des Gehäuses 2 gebildet ist. Hierdurch kann die Führungshülse 58 bei der Herstellung des Gehäuses 2 materialeinheitlich am Gehäuse 2 ausgebildet werden. Beispielsweise kann die Führungshülse 58 beim Tiefziehen des Gehäuses 2 integral daran ausgeformt werden.
-
Bei der in 2 gezeigten zweiten Ausführungsform ist die Axialführung 57 durch einen separaten Führungsring 14 gebildet, der in das Gehäuse 2 eingesetzt ist, der sich axial am Gehäuseboden 6 abstützt und der radial durch den Gehäusemantel 5 positioniert ist. In diesem Fall ist die Dichtung 13 an ihrer dem Gehäuseboden 6 zugewandten vorderen Stirnseite 17 axial unmittelbar am Führungsring 14 abgestützt. Die Realisierung der Axialführung 57 mittels eines bezüglich des Gehäuses 2 separaten Führungsrings 14 vereinfacht die Herstellung des Gehäuses 2. Ferner lässt sich der Werkstoff des Führungsrings 14 einfacher tribologisch an den Werkstoff des Arbeitskolbens 9 anpassen als der Werkstoff des Gehäuses 2.
-
Im Beispiel der 2 ist der Führungsring 14 im Gehäuse 2 durch einen Presssitz 33 axial fixiert. Durch den Presssitz 33 wird gleichzeitig eine Zentrierung des Arbeitskolbens 9 relativ zum Gehäuse 2 realisiert. Außerdem kann der Presssitz 33 eine hinreichend dichte Kontaktierung zwischen Führungsring 14 und Gehäusemantel 5 bewirken. Dieser Presssitz 33 kann beispielsweise durch eine den Querschnitt des Gehäusemantels 5 reduzierende Umformung des Gehäuses 2 im Bereich des Führungsrings 14 realisiert werden.
-
Wie erwähnt ist der Führungsring 14 bezüglich des Gehäuses 2 ein separates Bauteil, das in das Gehäuse 2 eingesetzt ist. Die Positionierung des Führungsrings 14 im Gehäuse 2 erfolgt so, dass sich der Führungsring 14 axial unmittelbar am Gehäuseboden 6 abgestützt ist und radial vom Gehäusemantel 5 eingefasst ist. Vorzugsweise kann der Führungsring 14 unmittelbar am Gehäusemantel 5 abgestützt sein.
-
Entsprechend den 1 und 2 definiert die Axialführung 57, unabhängig davon, ob sie nun durch die Führungshülse 58 oder den Führungsring 14 gebildet ist, eine Führungskontur, die mit dem Arbeitskolben 9 in Kontakt steht, um diesen bei seiner axialen Verstellung relativ zum Gehäuse 2 axial zu führen. Zweckmäßig ist nun vorgesehen, dass eine axiale Führungslänge 59 dieser Führungskontur größer ist als ein Außendurchmesser 60 des Arbeitskolbens 9 bzw. als ein freier Innendurchmesser 61 der Führungskontur. Im Beispiel der 1 besitzt die Führungshülse 58 diese Führungslänge 59, während im Beispiel der 2 der Führungsring 14 diese Führungslänge 59 aufweist.
-
Gemäß 3 umfasst ein Thermostatventil 38, das in einen Kühlkreis 39 einer Brennkraftmaschine 40 eingebunden ist, ein thermostatisches Arbeitselement 1 der vorstehend beschriebenen Art sowie ein Ventilgehäuse 41, in dem das Arbeitselement 1 angeordnet ist. Im Beispiel der 3 wird das Arbeitselement 1 gemäß der in 2 gezeigten zweiten Ausführungsform verwendet. Es ist klar, dass stattdessen auch das Arbeitselement 1 gemäß der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform verwendet werden kann. Das Ventilgehäuse 41 weist einen Einlass 42, einen ersten Auslass 43 und einen zweiten Auslass 44 auf. Das Arbeitselement 1 dient zum temperaturabhängigen Steuern einer Aufteilung eines dem Einlass 42 zugeführten Fluidstroms auf den ersten Auslass 43 und den zweiten Auslass 44. Das Ventilgehäuse 41 ist so in den Kühlkreis 39 eingebunden, dass der Einlass 42 mit einem Kühlmittelauslass 45 der Brennkraftmaschine 40 verbunden ist, während der erste Auslass 43 und der zweite Auslass 44 mit einem Kühlmitteleinlass 46 der Brennkraftmaschine 40 verbunden sind. Dabei führt der erste Auslass 43 über einen Kühler 47 des Kühlkreises 39 zur Brennkraftmaschine 40, während der zweite Auslass 44 unter Umgehung des Kühlers 47 zur Brennkraftmaschine 40 führt. Ferner weist der Kühlkreis 39 eine Kühlmittelpumpe 48 und eine Verbindungsstelle 49 auf, die einen vom ersten Auslass 43 kommenden, den Kühler 47 enthaltenden ersten Zweig 50 des Kühlkreises 39 mit einem vom zweiten Auslass 44 kommenden zweiten Zweig 51 des Kühlkreises 39 vereint, und zwar stromauf der Kühlmittelpumpe 48.
-
Der Arbeitskolben 9 stützt sich am Ventilgehäuse 41 axial ab. Der am Gehäuse 2 ausgebildete erste Ventilteller 28 wirkt mit einem ersten Ventilsitz 52 zusammen, um den ersten Auslass 43 zu steuern. In 3 ist eine Schließstellung des ersten Ventiltellers 28 gezeigt, in welcher der erste Auslass 43 gesperrt ist. Der erste Ventilsitz 52 ist dabei am Ventilgehäuse 41 unmittelbar ausgebildet. Der am Deckel 11 angeordnete zweite Ventilteller 25 wirkt mit einem zweiten Ventilsitz 53 zusammen, um den zweiten Auslass 44 zu steuern. Im Beispiel der 3 befindet sich der zweite Ventilteller 25 in einer Offenstellung, so dass der zweite Auslass 44 offen ist. Der zweite Ventilsitz 53 ist hier ebenfalls am Ventilgehäuse 41 unmittelbar ausgebildet. Des Weiteren ist in 3 eine Rückstellfeder 54 angedeutet, die den ersten Ventilteller 28 in dessen Schließstellung vorspannt. Hierzu stützt sich die Rückstellfeder 54 axial einerseits am ersten Ventilteller 28 und axial andererseits am Ventilgehäuse 41 ab.
-
Das hier vorgestellte Thermostatventil 38 arbeitet wie folgt: Bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine 40 besitzt das Kühlmittel Umgebungstemperatur, ist also vergleichsweise kalt. Das Arbeitselement 1 besitzt den in 3 gezeigten Zustand, in dem der erste Auslass 43 gesperrt ist, während der zweite Auslass 44 geöffnet ist. In der Folge strömt das Kühlmittel durch den Einlass 42 in einen Verteilerraum 55 des Ventilgehäuses 41 ein, in dem sich das Arbeitselement 1 befindet. Dabei umströmt das Kühlmittel das Gehäuse 2, so dass der Dehnstoff 8 die Temperatur des Kühlmittels annimmt. Durch den zweiten Auslass 44 strömt das Kühlmittel unter Umgehung des Kühlers 47 direkt zur Brennkraftmaschine 40 zurück. Wärmt sich die Brennkraftmaschine 40 auf, nimmt auch die Temperatur des Kühlmittels zu. In der Folge erwärmt sich auch der Dehnstoff 8. Mit zunehmender Temperatur dehnt sich der Dehnstoff 8 aus, wodurch der Arbeitskolben 9 aus dem Arbeitsraum 7 zunehmend verdrängt wird. Da sich der Arbeitskolben 9 am Ventilgehäuse 41 abstützt, führt dies zu einer Axialverstellung des Gehäuses 2 relativ zum Arbeitskolben 9 und somit relativ zum Ventilgehäuse 41. In der Folge hebt der erste Ventilteller 28 zunehmend vom ersten Ventilsitz 52 ab, während sich der zweite Ventilteller 25 zunehmend dem zweiten Ventilsitz 53 annähert. In der Folge strömt zunehmend Kühlmittel durch den ersten Auslass 43 über den Kühler 47 zur Brennkraftmaschine 40, während immer weniger Kühlmittel den Weg über den zweiten Auslass 44 nimmt. Erreicht das Kühlmittel eine hohe Temperatur, ist das Gehäuse 2 axial so weit verstellt, dass der zweite Ventilteller 25 seine Schließstellung erreicht, also im zweiten Ventilsitz 53 anliegt und den zweiten Auslass 44 sperrt. In der Folge strömt das gesamte Kühlmittel durch den ersten Auslass 43 über den Kühler 47 zur Brennkraftmaschine 40.
-
Nachfolgend wird ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Arbeitselements 1 näher beschrieben, wobei insbesondere auf die 4 bis 11 Bezug genommen wird.
-
Wesentlich für das hier vorgestellte Herstellungsverfahren ist der Umstand, dass im Rahmen der Herstellung des Arbeitselements 1 der Dehnstoff 8 in Form eines Feststoffkörpers 62 in das Gehäuse 2 eingesetzt wird. Dieser Feststoffkörper 62 ist bevorzugt zylindrisch ausgestaltet und besitzt eine axial orientierte Körperöffnung 63. Diese Körperöffnung 63 ist im Feststoffkörper 62 zweckmäßig koaxial angeordnet und an einer axialen Stirnseite des Feststoffkörpers 62 offen. Bei den hier gezeigten Beispielen ist der Feststoffkörper 62 hohlzylindrisch ausgestaltet, so dass die Körperöffnung 63 gemäß den 4 bis 8 eine zentrale Durchgangsöffnung bildet, die im Folgenden ebenfalls mit 63 bezeichnet wird. Im hier gezeigten, bevorzugten Beispiel besitzt der Feststoffkörper 62 einen kreiszylindrischen Außenquerschnitt sowie einen kreiszylindrischen Innenquerschnitt, der die Durchgangsöffnung 63 definiert. Alternativ dazu kann die Körperöffnung 63 auch als Sacklochöffnung ausgestaltet ein, so dass der Feststoffkörper 62 dann quasi topfförmig ausgestaltet ist. Beispielsweise ist dann die Körperöffnung 63 an einer dem Deckel zugewandten Seite axial durch einen Boden des Feststoffkörpers 62 verschlossen.
-
Jedenfalls wird der Feststoffkörper 62 aus dem Dehnstoff 8 hergestellt. Dies erfolgt bevorzugt durch einen Pressformvorgang, bei dem pulverförmiger Dehnstoff 8 bereitgestellt und zum Feststoffkörper 62 verpresst wird. Das Verpressen des pulverförmigen Dehnstoffs 8 zum Erzeugen des Feststoffkörpers 62 ist in 9c dargestellt. Erkennbar fährt in eine Pressform 64, in die der pulverförmige Dehnstoff 8 eingefüllt ist, ein Stempel 65 axial ein, um durch axiale Kompression den Feststoffkörper 62 auszubilden. In 9c deutet ein Pfeil die axiale Kompression bzw. die Relativbewegung des Stempels 65 an.
-
Während der Montage des Arbeitselements 1 wird gemäß 10a zunächst der Feststoffkörper 62 durch die Gehäuseöffnung 12 in das Gehäuse 2 eingesetzt. Dabei umschließt der Feststoffkörper 62 im Arbeitsraum 7 den Arbeitskolben 9 ringförmig. Gemäß 10b kann anschließend das Gehäuse 2 bzw. dessen Gehäuseöffnung 12 mit Hilfe des Deckels 11 verschlossen werden. Wichtig ist in dem Zusammenhang, dass beim Verschließen der Gehäuseöffnung 12 der Feststoffkörper 62 vorzugsweise fest ist. In 10a deutet ein Pfeil das Aufsetzen bzw. Ansetzen des Deckels 11 an.
-
Das Verschließen der Gehäuseöffnung 12 mit dem Deckel 11 kann dabei so durchgeführt werden, dass zunächst eine vorbestimmte axiale Relativlage zwischen dem Deckel 11 und dem Gehäuse 2 aufgefunden wird. Für das Auffinden dieser vorbestimmten Relativlage kann die Einstecktiefe, mit welcher der Axialabschnitt 19 des Deckels 11 durch die Gehäuseöffnung 12 in das Innere des Gehäuses 2 hineinragt, variiert werden. Nachdem diese vorbestimmte axiale Relativlage zwischen Deckel 11 und Gehäuse 2 aufgefunden worden ist, wird diese Relativlage zweckmäßig fixiert, indem der Deckel 11 auf geeignete Weise dauerhaft am Gehäuse 2 befestigt wird. Dies kann wie vorstehend erläutert durch wenigstens einen Schweißpunkt 20 und/oder durch wenigstens eine umlaufende Schweißnaht 21 erfolgen, was weiter oben mit Bezug auf die 1 und 2 näher erläutert worden ist. In 10b deutet ein Pfeil eine mögliche Position für einen solchen Schweißpunkt 20 an.
-
Vorteilhaft kann das Auffinden der vorbestimmten Relativlage zwischen Deckel 11 und Gehäuse 2 dadurch erfolgen, dass der Deckel 11 mit seinem Axialabschnitt 19 soweit axial in das Gehäuse 2 durch die Gehäuseöffnung 12 hindurch eingeführt wird, bis besagter Axialabschnitt 19 an einer dem Feststoffkörper 62 zugewandten axialen Stirnseite 66 axial am Feststoffkörper 62 zur Anlage kommt. In diesem Fall berührt eine dem Deckel 11 zugewandte axiale Stirnseite 67 des Feststoffkörpers 62 den Axialabschnitt 19 bzw. dessen Stirnseite 66. Somit definiert der Feststoffkörper 62 die maximale Einstecktiefe des Axialabschnitts 19 und somit die Relativlage zwischen Deckel 11 und Gehäuse 2. Zum Fixieren des Deckels 11 am Gehäuse 2 kann eine Schweißstelle 20 bzw. eine Schweißnaht 21 zum Einsatz kommen, die weiter oben mit Bezug auf die 1 und 2 bereits erläutert worden sind. Derartige Schweißstellen 20 bzw. Schweißnähte 21 können bevorzugt mit einem Laserschweißverfahren realisiert werden. Für die Positionierung einer derartigen Schweißstelle 20 eignet sich gemäß dem Pfeil in 10b in besonderer Weise der Bereich der axialen Überlappung zwischen dem Axialabschnitt 19 und dem Gehäusemantel 5.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann der Feststoffkörper 62 zusammen mit dem davon umschlossenen Arbeitskolben 9 in das Gehäuse 2 eingesetzt werden. Beispielsweise kann hierzu gemäß 9b der Arbeitskolben 9 in die Pressform 64 eingesetzt werden. Anschließend kann der pulverförmige Dehnstoff 8 in die Pressform 64 eingefüllt werden. Gemäß 9c erfolgt dann das Verpressen des Dehnstoffs 8 während sich der Arbeitskolben 9 in der Pressform 64 befindet. Anschließend lässt sich eine Einheit 68 aus der Pressform 64 entnehmen, die den Feststoffkörper 62 und den Arbeitskolben 9 umfasst. Ebenso ist denkbar ein anderes Bauteil des Arbeitselements 1 in die Pressform 64 einzusetzen. In 7 ist ein derartiges Bauteil 69 gezeigt, um wiederum eine Einheit 68 auszubilden, die den Feststoffkörper 62 und besagtes Bauteil 69 aufweist. Bei diesem Bauteil 69 kann es sich beispielsweise um die Dichtung 13 handeln. Ebenso ist denkbar, einen Führungsring oder dergleichen an dieser Einheit 68 anzuordnen. Ebenso ist denkbar, auch den Deckel 11 an dieser Einheit 68 anzuordnen.
-
Vorzugsweise handelt sich beim pulverförmigen Dehnstoff 8 um ein Gemisch 70, das Dehnstoffpulver 71 und Wärmeleitmittelpulver 72 aufweist. Gemäß 9a werden einem Mischer bzw. einer Mischstation 73 das Dehnstoffpulver 71 und das Wärmeleitmittelpulver 72 in fester Form zugeführt und miteinander vermischt. In 9a deutet ein Pfeil diese Vermischung an. Weitere Zusatzstoffe können dabei ebenfalls zugemischt werden, um das Gemisch 70 zu bilden. Dabei ist es insbesondere möglich, im Gemisch 70 einen Wärmeleitmittelanteil vorzusehen, der größer ist als ein Grenzwert, bis zu dem eine Flüssigdosierung des Dehnstoffs 8 möglich ist.
-
5 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher der Feststoffkörper 62 mehrteilig ausgestaltet ist. Dabei weist der Feststoffkörper 62 mehrere ringförmige Teilkörper 74 auf, die axial aufeinander folgen. Jeder dieser Teilkörper 74 wird durch Pressformung aus pulverförmigen Dehnstoff 8 hergestellt. Durch die Anzahl der verwendeten Teilkörper 74 kann die axiale Dimension des Feststoffkörpers 62 in vorgegebenen Stufen variiert werden. Dies kann für eine vereinfachte Variantenbildung von Vorteil sein. Im Beispiel der 5 sind alle Teilkörper 74 ringförmig ausgestaltet, wodurch der Feststoffkörper 62 seinerseits ringförmig bzw. hohlzylindrisch ausgestaltet ist und die Körperöffnung 63 eine Durchgangsöffnung bildet. Wird jedoch einer der beiden axial endseitigen Teilkörper 74 als geschlossene Scheibe ausgestaltet, erhält der Feststoffkörper 62 eine topfförmige Gestalt mit einer als Sacklochöffnung ausgestalteten Körperöffnung 63. Bevorzugt ist jedoch die bei den anderen Ausführungsformen gezeigte einteilige Ausgestaltung des Feststoffkörpers 62, bei dem der gesamte Feststoffkörper 62 durch Pressformung in einem Stück hergestellt wird.
-
Zweckmäßig wird der Feststoffkörper 62 so dimensioniert, dass er nach dem Einsetzen in das Gehäuse 2 einen Ringraum weitgehend ausfüllt, der radial zwischen dem Arbeitskolben 9 und dem Gehäusemantel 2 ausgebildet ist und der den Arbeitskolben 9 in der Umfangsrichtung umschließt. Dementsprechend entspricht dann ein Außenquerschnitt 75 des Feststoffkörpers 62, der exemplarisch in den 4 und 6 eingetragen ist, weitgehend einem Innenquerschnitt 76 des Gehäusemantels 5, der in den 1 und 2 eingetragen ist. Ferner entspricht ein Innenquerschnitt 77 des Feststoffkörpers 62, der die Durchgangsöffnung 63 definiert und der in den 4 und 6 exemplarisch eingezeichnet ist, im Wesentlichen dem Außenquerschnitt 60 des Arbeitskolbens 9. Die Formulierung "entspricht im Wesentlichen" lässt Maßabweichungen im Bereich von ±5% zu, so dass insbesondere auch ein Presssitz zwischen dem Feststoffkörper 62 und dem Gehäusemantel 2 einerseits und/oder zwischen dem Feststoffkörper 62 und dem Arbeitskolben 9 anderseits in Frage kommt.
-
In 6 ist rein exemplarisch gezeigt, dass am Feststoffkörper 62 auch geometrische Strukturen 78 berücksichtigt werden können, um beispielsweise der jeweiligen Einbausituation im Gehäuse 2 Rechnung zu tragen. In 6 ist diese geometrische Struktur 78 z.B. durch eine Ringstufe gebildet.
-
Entsprechend 11 kann eine Fertigungsanlage 79, mit deren Hilfe die Feststoffkörper 62 hergestellt werden können, beispielsweise eine Mahlstation 80, eine Mischstation 81 und eine Pressstation 82 aufweisen. Der Mahlstation 80 wird ein Dehnstoffgranulat 83 zugeführt. In der Mahlstation 80 wird das Dehnstoffgranulat 83 zum Dehnstoffpulver 71 gemahlen. Das Dehnstoffpulver 71 wird innerhalb der Fertigungsanlage 79 von der Mahlstation 80 zweckmäßig unmittelbar in die Mischstation 71 überführt. Diese unmittelbare Übergabe ist in 11 durch einen Pfeil angedeutet, der das Bezugszeichen des Dehnstoffpulvers 71 trägt. In der Mischstation 81 kann dem Dehnstoffpulver 71 das Wärmeleitmittelpulver 72 zugemischt werden. Ebenso lassen sich weitere Zusatzstoffe innerhalb der Mischstation 81 dem jeweiligen Gemisch 70 zumischen. Das Gemisch 70 wird zweckmäßig von der Mischstation 81 unmittelbar der Pressstation 82 zugeführt. Diese direkte Überführung ist in 11 durch einen Pfeil angedeutet, der mit dem Bezugszeichen des Gemischs 70 bezeichnet ist. In der Pressstation 82 erfolgt dann die Verpressung des Gemischs 70, um die Feststoffkörper 62 zu bilden. Die fertigen Feststoffkörper 62 können dann über eine Transportstrecke 84 einer Montagestation 85 zugeführt werden, in der die Feststoffkörper 62 in die Gehäuse 2 eingesetzt werden, um die Arbeitselemente 1 herzustellen.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- EP 0165395 A2 [0002]
- EP 1811277 A2 [0003]
