DE102017106158B4

DE102017106158B4 - Thermostat with hybrid actuator

Info

Publication number: DE102017106158B4
Application number: DE102017106158.4A
Authority: DE
Inventors: Jens Oberänder; Stephan Steinke; Burkhard Maass
Original assignee: Nidec GPM GmbH
Current assignee: Nidec GPM GmbH
Priority date: 2017-03-22
Filing date: 2017-03-22
Publication date: 2019-03-14
Anticipated expiration: 2037-03-23
Also published as: DE102017106158A1

Abstract

Thermostat zur Strömungsregelung eines Wärmeträgers, aufweisend:ein Thermostatgehäuse (1) mit einer Ventilkammer (10) sowie einem Eingang (3) und einem Ausgang (4), die mit der Ventilkammer (10) verbunden sind;ein Ventil (2) mit einer Ventilsitzfläche (21) und einem einstellbaren Ventilschließkörper (20), das zwischen dem Eingang (3) und dem Ausgang (4) in der Ventilkammer (10) aufgenommen ist;einen passiven Aktor (5) mit einem Dehnstoff-Arbeitselement (50), der dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit der Temperatur des Wärmeträgers, ein Schließen und eine graduelle Öffnungsposition des Ventils (2) einzustellen;dadurch gekennzeichnet, dassferner ein aktivierbarer Aktor (6) mit einem Formgedächtnis-Arbeitselement (60) bereitgestellt ist, der dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit einer thermischen Aktivierung durch eine elektrische Leistungsquelle, eine graduelle Öffnungsposition des Ventilschließkörpers (20), unabhängig von einer Einstellung des passiven Aktors (5), einzustellen, undder aktivierbare Aktor (6) mittels einer Koppelung (62) mit dem Ventilschließkörper (20) in Wirkverbindung steht, die in der Schließrichtung eines Ventilschließelements einen Eingriff bereitstellt und in der Öffnungsrichtung des einen Freilauf gewährt.A thermostat for controlling the flow of a heat carrier, comprising: a thermostat housing (1) having a valve chamber (10) and an inlet (3) and an outlet (4) connected to the valve chamber (10); a valve (2) having a valve seat surface (21) and an adjustable valve closing body (20) received between the inlet (3) and the outlet (4) in the valve chamber (10); a passive actuator (5) with a wax working element (50) attached thereto is arranged to adjust a closing and a gradual opening position of the valve (2) depending on the temperature of the heat carrier, characterized in that there is further provided an activatable actuator (6) having a shape memory working element (60) adapted to operate in Dependence of a thermal activation by an electric power source, a gradual opening position of the valve closing body (20), regardless of a setting of the passive actuator (5), ei and the activatable actuator (6) is operatively connected by means of a coupling (62) to the valve closing body (20), which engages in the closing direction of a valve closing element and provides in the opening direction of the one freewheel.

Description

Die Erfindung betrifft ein Thermostat mit einer Hybridaktorik, das einen Durchfluss eines Wärmeträgers, sowohl in Abhängigkeit einer Temperatur selbstregulierend, als auch extern steuerbar, einstellen kann.The invention relates to a thermostat with a hybrid actuator that can regulate a flow rate of a heat carrier, both self-regulating depending on a temperature, as well as externally controllable.

In modernen Thermomanagementsystemen von Fahrzeugen sind, je nach Situation, verschiedene Betriebszustände einer Umwälzung des Kühlwassers vorgesehen. Bei einem Kaltstart ruht das Kühlwasser in einem Wärmetauscher zunächst, d.h. es befindet sich in einem sogenannten Zeroflow Zustand, sodass eine Verbrennungsmaschine schnellstmöglich auf eine vorgesehene Betriebstemperatur gelangt, und bessere Emissionswerte erzielt werden.In modern thermal management systems of vehicles, depending on the situation, various operating states of a circulation of the cooling water are provided. During a cold start, the cooling water initially rests in a heat exchanger, i. It is in a so-called Zeroflow condition, so that an internal combustion engine reaches its intended operating temperature as quickly as possible and better emission levels are achieved.

Anschließend werden geringere Volumenströme, wie ein Pilotflow von beispielsweise 0,5 bis 2 l/min, am Thermostat in den Wärmetauscher eingeleitet, um vornehmlich thermische Differenzen an dem Zylinderkopf und dem Zylinderkurbelgehäuse sowie weiteren Komponenten auszugleichen. Um akute Wärmeanstauungen an Hotspots, wie zum Beispiel einem wassergekühlten Abgaskrümmer zu vermeiden, müssen darüber hinaus sogenannte Panikflows von beispielsweise 5 bis 20 l/min vorübergehend schnell zugeschaltet werden.Subsequently, lower volume flows, such as a pilot flow of, for example, 0.5 to 2 l / min, introduced to the thermostat in the heat exchanger to compensate primarily thermal differences on the cylinder head and the cylinder crankcase and other components. In addition, in order to avoid acute heat accumulation at hotspots, such as a water-cooled exhaust manifold, so-called panic flows of, for example, 5 to 20 l / min must be temporarily switched on quickly.

Im Stand der Technik sind Dehnstoff-Thermostate bekannt, in denen ein Arbeitselement aus einem Wachs bzw. Paraffin zum Einsatz kommt, dessen thermische Ausdehnung einen Arbeitskolben des betreffenden Aktors betätigt. Dieser Aufbau ist seit Jahrzehnten bewährt. Er lässt jedoch lediglich eine temperaturgeführte selbstregulierte Einstellung des Thermostats ohne aktive Steuerung der genannten Pilot- und Panikflows zu.Dehnstoff thermostats are known in the art, in which a working element of a wax or paraffin is used, the thermal expansion of which actuates a working piston of the relevant actuator. This structure has been proven for decades. However, it allows only a temperature-controlled self-regulated setting of the thermostat without active control of said pilot and panic flows.

Zu diesem Zweck sind ferner Thermostate bekannt geworden, in denen zusätzlich zu dem Dehnstoff-Aktor elektromagnetische Schaltventile oder elektromotorisch betätigte Ventile vorgesehen sind, die auf den Bedarf eines Pilot- oder Panikflows schnell reagieren können.For this purpose, thermostats are also known in which in addition to the expansion actuator electromagnetic switching valves or electric motor operated valves are provided which can respond quickly to the need for a pilot or panic flow.

So offenbart die US 7,987,822 B2 ein Thermostat mit einem Dehnstoff-Aktor, der mit einem Ventil gekoppelt ist. Die Ventilstellung kann durch ein elektromotorisches Stellglied, das über ein Untersetzungsgetriebe auf den Ventilteller wirkt, aktiv gesteuert werden.So revealed the US 7,987,822 B2 a thermostat with an expansion actuator coupled to a valve. The valve position can be actively controlled by an electromotive actuator acting on the valve disk via a reduction gear.

Die im Stand der Technik bekannten Thermostate mit einem elektromagnetischen Schaltventil, oder einem elektromotorisch angetriebenen Ventil, sind jedoch mit dem Nachteil eines größeren Bauraumbedarfs und höheren Kosten verbunden. Insbesondere bei Verbrennungsmaschinen mit großen Drücken bzw. Querschnittsflächen eines Thermostatventils im Kühlsystem, ist eine hohe Schließkraft eines Elektromagnets oder Elektromotors erforderlich. Das führt zu großen Abmessungen und Materialkosten einer ausreichend dimensionierten Kupferspule des Elektromagnets oder eines zusätzlichen Getriebes.However, known in the art thermostats with an electromagnetic switching valve, or an electric motor driven valve, however, are associated with the disadvantage of a larger space requirement and higher costs. Especially in internal combustion engines with large pressures or cross-sectional areas of a thermostatic valve in the cooling system, a high closing force of an electromagnet or electric motor is required. This leads to large dimensions and material costs of a sufficiently sized copper coil of the electromagnet or an additional transmission.

Ferner sind beheizte Dehnstoff-Thermostate bekannt geworden, bei denen die Temperaturführung des Arbeitselements durch ein direkt angebrachtes Heizelement beeinflusst wird, um einen Stellweg des Thermostats zu steuern.Furthermore, heated expansion thermostats have become known in which the temperature control of the working element is influenced by a directly mounted heating element to control a travel of the thermostat.

So offenbart die US 6,595,165 B2 ein elektronisch steuerbares Thermostat mit einem als solches bezeichneten, herkömmlichen Thermostat, das mit einem Kühlwasser in Kontakt steht und mit einem Ventil gekoppelt ist. Das Thermostat umfasst ferner einen thermisch aktivierbaren Aktor mit dem gleichen thermischen Ausdehnungsmaterial und einem steuerbaren Heizelement, das über einen Übertragungsmechanismus die Ventilstellung einstellen kann. Im geöffneten Ventilzustand ist der aktivierbare Aktor von dem durchströmenden Kühlmittel umgeben.So revealed the US 6,595,165 B2 an electronically controllable thermostat having a conventional thermostat designated as such, which is in contact with a cooling water and is coupled to a valve. The thermostat further comprises a thermally activatable actuator with the same thermal expansion material and a controllable heating element, which can adjust the valve position via a transmission mechanism. In the open valve state of the activatable actuator is surrounded by the coolant flowing through.

Derartige Aktoren mit einem herkömmlichen Dehnstoff, sind jedoch aufgrund der Eigenschaften des Wachses bzw. Paraffins mit einer großen Trägheit der Schaltvorgänge verbunden. Somit sind die erzielten Schaltgeschwindigkeiten, zumindest für die schnelle Einschaltung eines Panikflows, d.h. zur sicheren Vermeidung von kritischen Wärmeanstauungen, ungeeignet oder zumindest nachteilhaft. Ferner muss die elektrische Heizleistung relativ groß dimensioniert werden, um das Arbeitselement auch bei einem kalten umgebenden Kühlwasser zu aktivieren bzw. zu beeinflussen, was zum Zeitpunkt des Bedarfs eines Pilot- oder Panikflows in der Regel der Fall ist. Infolgedessen ist für die Schaltvorgänge ein entsprechend hoher Energiebedarf erforderlich.Such actuators with a conventional wax, but are due to the properties of the wax or paraffin associated with a large inertia of the switching operations. Thus, the achieved switching speeds, at least for the rapid intervention of a panic flow, i. to safely avoid critical heat accumulation, unsuitable or at least disadvantageous. Furthermore, the electric heating power must be made relatively large, in order to activate or influence the working element even with a cold surrounding cooling water, which is the case at the time of the need for a pilot or panic flow in the rule. As a result, a correspondingly high energy requirement is required for the switching operations.

Ferner beschreibt die WO 2009/025629 A1 ein Thermostat, bei dem anstelle eines paraffinhaltigen Dehnstoffes, eine Feder aus einer Formgedächtnislegierung zum Einsatz kommt. Die einwirkende Temperatur kann optional von dem Kühlmittel, einer elektrischen Spannung oder einer geeigneten Beheizung erfolgen.Furthermore, the describes WO 2009/025629 A1 a thermostat that uses a spring made of a shape memory alloy instead of a paraffin-containing wax. The acting temperature can optionally be carried out by the coolant, an electrical voltage or a suitable heating.

Bei diesem Aufbau ist davon auszugehen, dass der Formgedächtnislegierungs-Aktor bzw. FGL-Aktor ein Hystereseverhalten zwischen einem passiven, d.h. selbstregulierenden Betrieb in Abhängigkeit der Temperatur, und einem aktivierbaren, d.h. elektrisch beheizten Betrieb aufweist, was für eine sehr genaue Temperaturregelung nachteilhaft erscheint. Ferner könnten Korrosionsprobleme an dem FGL-Aktor, der Beheizungseinrichtung, oder den Kontakten derselben auftreten.In this structure, it can be assumed that the shape memory alloy actuator or FGL actuator has a hysteresis behavior between a passive, ie self-regulating operation as a function of temperature, and an activatable, ie electrically heated operation, which appears disadvantageous for a very accurate temperature control. Furthermore, corrosion problems at the FGL Actuator, the heating device, or their contacts occur.

Die EP 0 274 726 A2 beschreibt eine Temperatur-Regelvorrichtung für den Kühlkreis flüssigkeitsgekühlter Brennkraftmaschinen. Hierbei sind in einem Mischraum eines Thermostatgehäuses u.a. eine Dehnstoffkapsel und eine Stellfeder aus einem Formgedächtnismetall angeordnet.The EP 0 274 726 A2 describes a temperature control device for the cooling circuit of liquid-cooled internal combustion engines. Here, inter alia, a Dehnstoffkapsel and a spring made of a shape memory metal are arranged in a mixing chamber of a thermostat housing.

Die DE 10 2015 217 236 A1 beschreibt ein Thermostatventil für Kühlmittel von Verbrennungsmotoren, mit einem Ventilkörper und zwei hintereinander in Reihe geschalteten, temperatursensitiven Aktuatoren aus einem Dehnstoff und aus einem SMA-Material.The DE 10 2015 217 236 A1 describes a thermostatic valve for internal combustion engine coolant, comprising a valve body and two series-connected, temperature-sensitive actuators made of an expansion material and of an SMA material.

Die DE 10 2005 045 432 A1 beschreibt eine Anordnung zum Verstellen eines Ventils, die ein Stellelement aus einer Legierung mit eingeprägtem Formgedächtnis umfasst. Bei Erwärmung des Stellelements durch ein Heizelement wird über einen Stößel ein Arbeitskolben eines Ventils bewegt.The DE 10 2005 045 432 A1 describes an arrangement for adjusting a valve, which comprises an actuator made of an alloy with impressed shape memory. Upon heating of the actuating element by a heating element, a working piston of a valve is moved via a plunger.

Die DE 10 2011 108 223 A1 beschreibt einen Antrieb für ein Mikroventil mit Formgedächtnislegierung, das durch elektrischen Stromfluss im Inneren erhitzbar ist.The DE 10 2011 108 223 A1 describes a drive for a shape memory alloy microvalve heatable by electrical current flow inside.

Im Hinblick auf die genannten Probleme im Stand der Technik, besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Thermostat mit einer kostengünstigen und kompakten Aktorik zu schaffen, die eine schnelle und exakte Steuerung von alternativen Schaltzuständen des Durchflusses, gegenüber einer temperaturgeführten Selbstregulierung zulässt.In view of the aforementioned problems in the prior art, it is an object of the present invention to provide a thermostat with a low-cost and compact actuator system, which allows a fast and accurate control of alternative switching states of the flow, compared to a temperature-controlled self-regulation.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Thermostat mit einer Hybridaktorik mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.The object is achieved by a thermostat with a hybrid actuator with the features of claim 1.

Das erfindungsgemäße Thermostat zeichnet sich neben einem passiven Aktor mit einem Dehnstoff-Arbeitselement, das einen Ventilschließkörper temperaturabhängig einstellt, insbesondere dadurch aus, dass ferner ein aktivierbarer Aktor mit einem Formgedächtnis-Arbeitselement bereitgestellt ist, der dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit einer thermischen Aktivierung durch eine elektrische Leistungsquelle, eine graduelle Öffnungsposition des Ventilschließkörpers, unabhängig von einer Einstellung des passiven Aktors, einzustellen; und der aktivierbare Aktor mittels einer Koppelung mit dem Ventilschließkörper in Wirkverbindung steht, die in der Schließrichtung des Ventilschließelements einen Eingriff bereitstellt, und in der Öffnungsrichtung des Ventilschließelements einen Freilauf gewährt.The thermostat according to the invention is characterized in addition to a passive actuator with a Dehnstoff working element that adjusts a valve closing body temperature-dependent, in particular by the fact that further an activatable actuator is provided with a shape memory working element, which is adapted to a thermal activation by a electric power source, a gradual opening position of the valve closing body, regardless of a setting of the passive actuator to set; and the activatable actuator is operatively connected by means of a coupling with the valve closing body, which provides an engagement in the closing direction of the valve closing element, and granted in the opening direction of the valve closing element a freewheel.

Somit sieht die Erfindung erstmals eine Hybridaktorik aus einem passiven Aktor und einem extern steuerbaren, aktivierbaren Aktor mit einem Arbeitselement aus einer Formgedächtnislegierung sowie einer Koppelung vor, die lediglich einseitig, d.h. in einer Ventilöffnungsrichtung, in eine gegebene Einstellung des passiven Aktors eingreift.Thus, the invention provides for the first time a hybrid actuator system comprising a passive actuator and an externally controllable, activatable actuator with a working element made of a shape memory alloy as well as a coupling which is only one-sided, i. in a valve opening direction, engages in a given setting of the passive actuator.

Dabei kann eine passive Selbstregulierung des Thermostats in günstig verfügbarer Weise durch ein temperaturgeführtes Dehnstoff-Arbeitselement mit einem bewährten Verhalten mit geringer Hysterese umgesetzt werden.In this case, a passive self-regulation of the thermostat can be implemented in a cheaply available manner by a temperature-controlled expansion-working element with a proven behavior with low hysteresis.

Andererseits kann durch ein ebenfalls kostengünstiges FGL-Arbeitselement, die Trägheit des Dehnstoff-Arbeitselement überwunden, und eine schnelle Reaktionszeit zur Schaltung von Pilot- oder Panikflows bereitgestellt werden. Eine Aktivierungstemperatur des FGL-Arbeitselements liegt deutlich oberhalb der Regeltemperatur des Dehnstoff-Arbeitselements und einer Umgebungstemperatur in der Nähe einer Verbrennungsmaschine, wodurch ein schnelles Abkühlen des FGL-Arbeitselements und eine schnelle Rückkehr des FGL-Aktors in eine deaktivierte Ausgangsposition gewährleistet ist. Durch die große Temperaturdifferenz kehrt das FGL-Arbeitselement nach einem elektrischen Aufheizen rasch auf die Ursprungstemperatur zurück, wodurch ein schnelles Schließen bzw. eine schnelle Rückkehr in den Selbstregelbetrieb möglich ist.On the other hand, an equally cost-effective FGL working element can overcome the inertia of the expanding working element and provide a fast reaction time for switching pilot or panic flows. An activation temperature of the FGL work element is well above the control temperature of the expansion work element and an ambient temperature near an internal combustion engine, thereby ensuring rapid cooling of the FGL work element and rapid return of the FGL actuator to a deactivated home position. Due to the large temperature difference, the FGL working element quickly returns to the original temperature after electrical heating, allowing for quick closure or rapid return to self-regulating operation.

Die Kupplung ist durch einen einfachen Hinterschnitt oder eine ähnliche Begrenzung einer Gleitfläche mit einseitigem Anschlag realisierbar, um ab einer vorbestimmten Arbeitsstrecke bzw. Aktivierung, ein Eingreifen des FGL-Arbeitselements an dem Ventilschließelement zu erzielen. Zugleich kann das Dehnstoff-Arbeitselement die Öffnungsposition erhöhen, wenn dessen Arbeitstrecke über diejenige des FGL-Arbeitselements auf dem Verstellweg hinausgeht.The coupling can be realized by a simple undercut or a similar limitation of a sliding surface with a one-sided stop, in order to achieve, at a predetermined working distance or activation, an engagement of the FGL working element on the valve closing element. At the same time, the expansion-working element can increase the opening position when its working distance exceeds that of the FGL-working element on the adjustment path.

Durch das Prinzip einer gezielten einseitigen Übersteuerung der Selbstregulierung in Ventilöffnungsrichtung, realisiert die erfindungsgemäße Hybridaktorik ferner einen kompakten Aufbau im Vergleich zu Varianten mit zusätzlichen elektromagnetischen Ventilen.Due to the principle of a targeted one-sided override of self-regulation in the valve opening direction, the hybrid actuator according to the invention further realizes a compact design compared to variants with additional electromagnetic valves.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Thermostats sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.Advantageous developments of the thermostat are the subject of the dependent claims.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung, kann das Arbeitselement aus einer Formgedächtnislegierung, als Aktorfeder oder Aktorblech, in der Gestalt einer V-Form, einer U-Form, einer Meanderform, einer Blattfeder oder einer koaxial gewickelten Druckfeder ausgebildet sein.According to one aspect of the invention, the working element may be formed from a shape memory alloy, as an actuator spring or actuator plate, in the shape of a V-shape, a U-shape, a meander shape, a leaf spring or a coaxially wound compression spring.

Eine funktionswirksame Gestalt des FGL-Arbeitselements zur Erzielung einer thermisch aktivierten Arbeitsstrecke entlang eines Verstellwegs, ist nicht auf eine dargestellte Variante begrenzt und kann durch verschiedene Formen bereitgestellt und optimiert sein.A functional design of the FGL working element to achieve a thermal activated working path along a Verstellwegs, is not limited to an illustrated variant and can be provided by different shapes and optimized.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung, kann eine Abmessung der durchschnittlichen Dicke einer Feder oder eines Blechs des Arbeitselements aus einer Formgedächtnislegierung 0,25 mm bis 2,00 mm betragen.According to one aspect of the invention, a dimension of the average thickness of a spring or a sheet of the shape memory alloy working member may be 0.25 mm to 2.00 mm.

Dieser Dimensionierungsbereich stellt einen bevorzugten Kompromiss aus erforderlicher Aktorkraft, Reaktionsverhalten und Kosten dar.This dimensioning range represents a preferred compromise of required actuator force, reaction behavior and costs.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung, kann die Formgedächtnislegierung des Arbeitselements aus einer Nickel-Titan Legierung, einer Nickel-Titan-Kupfer Legierung, vorzugsweise aus einer Nickel-Titan-Kupfer-Hafnium Legierung bestehen.According to one aspect of the invention, the shape memory alloy of the working element may consist of a nickel-titanium alloy, a nickel-titanium-copper alloy, preferably a nickel-titanium-copper-hafnium alloy.

Diese Legierungen stellen eine bevorzugte Wahl bezüglich der Eigenschaften, wie eine Temperaturführung und Korosionsneigung für einen Aktor im Thermostat dar. Weitere optimierte Legierungen können ferner Anteile von Chrom, Vanadium oder Hafnium enthalten.These alloys are a preferred choice in terms of properties such as temperature control and corrosion susceptibility for an actuator in the thermostat. Other optimized alloys may also contain proportions of chromium, vanadium or hafnium.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung, kann der aktivierbare Aktor getrennt von der Ventilkammer bereitgestellt sein.According to one aspect of the invention, the activatable actuator may be provided separately from the valve chamber.

Hierdurch wird eine unabhängige Temperaturführung vereinfacht, und der FGL-Aktor vor dem Druck und korrosiven Einflüssen der Kühlwasserströmung geschützt. Ferner können zusätzliche Kosten für eine individuelle Abschirmung des FGL-Aktors, einer Elektronik, eines Heizelements oder dergleichen gegenüber dem Kühlwasser entfallen.This simplifies independent temperature control and protects the FGL actuator against pressure and corrosive effects of cooling water flow. Furthermore, additional costs for individual shielding of the FGL actuator, an electronics, a heating element or the like over the cooling water can be omitted.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung, kann der aktivierbare Aktor thermisch isoliert zu der Ventilkammer, in dem Thermostatgehäuse aufgenommen sein.According to one aspect of the invention, the activatable actuator may be thermally insulated from the valve chamber, housed in the thermostat housing.

Je nach Anordnung des Thermostats, kann im Betrieb eine Umgebungstemperatur an dessen Position im Kühlsystem, geringer als die Temperatur des Kühlwassers sein. In diesem Fall können eine Wärmeisolierung zur Ventilkammer und ein Wärmeaustausch zur Umgebung zu einer schnelleren Abkühlung des FGL-Arbeitselements nach einem elektrischen Aufheizen, also einer schnelleren Schaltgeschwindigkeit führen.Depending on the arrangement of the thermostat, during operation an ambient temperature at its position in the cooling system may be lower than the temperature of the cooling water. In this case, thermal isolation to the valve chamber and heat exchange with the environment may result in faster cooling of the FGL work element after electrical heating, ie faster switching speed.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung, kann an zwei Endabschnitten des Arbeitselements aus einer Formgedächtnislegierung, eine Spannung der elektrischen Leistungsquelle mit einer steuerbaren Leistung angelegt sein.According to one aspect of the invention, a voltage of the electric power source having a controllable power may be applied to two end portions of the shape memory alloy working element.

Diese Variante stellt eine bevorzugte Möglichkeit zur thermischen Aktivierung des FGL-Arbeitselements dar. Durch eine angelegte Spannung fließt ein elektrischer Strom durch die Feder oder das Blech, wobei sich das Arbeitselement durch den resultierenden Ohm'schen Widerstand aus Leitfähigkeit und Querschnitt erwärmt.This variant represents a preferred option for thermal activation of the FGL work element. An applied current flows through the spring or the sheet through an applied voltage, whereby the working element heats up due to the resulting ohmic resistance of conductivity and cross section.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung, kann das Arbeitselement aus einer Formgedächtnislegierung, einer Wärmeabstrahlung eines PTC-Heizelements ausgesetzt sein, an dem eine Spannung der elektrischen Leistungsquelle mit einer steuerbaren Leistung angelegt ist.According to one aspect of the invention, the working element may be exposed to a shape memory alloy, a heat radiation of a PTC heating element, to which a voltage of the electric power source is applied with a controllable power.

Diese Variante stellt eine alternative Möglichkeit zur thermischen Aktivierung des FGL-Arbeitselements dar. Dabei kann das FGL-Arbeitselement direkt von einem Heizelement mit positivem Temperaturkoeffizienten (PTC) umgeben sein, um einen direkten Wärmeeintrag zu erzielen, oder in einer isolierten Anordnung benachbart angeordnet sein.This variant provides an alternative way of thermally activating the FGL work element. In this case, the FGL work element may be directly surrounded by a positive temperature coefficient (PTC) heating element to achieve direct heat input or disposed adjacent to an isolated array.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung, kann der aktivierbare Aktor auf einer Seite des passiven Aktors angeordnet sein, die in der Öffnungsrichtung des Ventilschließelements liegt.According to one aspect of the invention, the activatable actuator may be disposed on a side of the passive actuator that is in the opening direction of the valve closing member.

Hierdurch kann eine lineare Ausrichtung und Wirkungsweise des aktivierbaren Aktors mit dem FGL-Arbeitselement genutzt werden, die ohne eine Kinematik, wie eine Umlenkung oder dergleichen, im Durchflussbereich auskommt.As a result, it is possible to use a linear alignment and mode of action of the activatable actuator with the FGL working element, which does not require any kinematics, such as a deflection or the like, in the flow area.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung, kann der Ventilschließkörper einen Kolben aufweisen, der sich zu dem aktivierbaren Aktor erstreckt, und die Koppelung kann an dem Kolben ausgebildet sein.According to one aspect of the invention, the valve closing body may comprise a piston extending to the activatable actuator, and the coupling may be formed on the piston.

Der Kolben bietet eine vorteilhafte Möglichkeit zur Durchführung einer Koppelung zwischen der Ventilkammer und dem aktivierbaren Aktor durch eine Kammerwand, die ohne eine Kinematik oder sonstigen Gelenken und Führungen im Durchflussbereich des Kühlwassers auskommt.The piston offers an advantageous possibility for carrying out a coupling between the valve chamber and the activatable actuator through a chamber wall, which manages without kinematics or other joints and guides in the flow area of the cooling water.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung, kann der aktivierbare Aktor zum Öffnen des Ventils, den passiven Aktor gemeinsam mit dem Ventilschließelement, in Bezug zu dem Thermostatgehäuse, in einer Öffnungsrichtung des Ventilschließelements versetzen.According to one aspect of the invention, the activatable actuator for opening the valve may displace the passive actuator together with the valve closing member with respect to the thermostat housing in an opening direction of the valve closing member.

Somit wird eine kinematisch einfach realisierbare Lösung bereitgestellt, die eine Blockade unterschiedlicher Stellwege der Aktoren vermeidet, und eine priorisierte Übersteuerung des passiven Aktors ermöglicht, indem dieser in Öffnungsrichtung zum umgebenden Bezugssystem relativ versetzt werden kann.Thus, a kinematically easy to implement solution is provided, which avoids a blockage of different travel paths of the actuators, and allows a prioritized override of the passive actuator by this can be relatively offset in the opening direction to the surrounding frame.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung, kann der Ventilschließkörper in einer Schließrichtung des Ventilschließelements elastisch beaufschlagt werden, und sich der passive Aktor bei einer Betätigung zum Öffnen des Ventilschließkörpers gegen ein Widerlager des Thermostatgehäuses abstützen. According to one aspect of the invention, the valve closing body can be elastically acted upon in a closing direction of the valve closing element, and support the passive actuator against an abutment of the thermostat housing in an operation for opening the valve closing body.

Die elastische Beaufschlagung einer vorgespannten Feder sorgt dafür, dass im inaktiven bzw. kalten Zustand der Aktoren das Ventil spielfrei und sicher verschlossen ist.The elastic loading of a prestressed spring ensures that in the inactive or cold state of the actuators, the valve is closed without play and safe.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung, kann die Abstützung des passiven Aktors am Widerlager in der Öffnungsrichtung des Ventilschließelements lösbar sein.According to one aspect of the invention, the support of the passive actuator on the abutment in the opening direction of the valve closing element can be solvable.

Die lösbare Abstützung am gehäuseseitigen Widerlager kann durch eine lose Steckpassung oder dergleichen einfach realisiert werden. Die Lösbarkeit ermöglicht das relative Versetzen des passiven Aktors zum Thermostatgehäuse in Öffnungsrichtung, wenn der aktivierbare Aktor an der Kupplung eingreift. Zudem verhindert die Lösbarkeit der Abstützung, dass das Dehnstoff-Arbeitselement bei einer Kontraktion unter niedrigen Temperaturen, Spannungen an dem Ventil durch Zugkräfte in Schließrichtung aufbringt.The detachable support on the housing-side abutment can be easily realized by a loose plug-in fit or the like. The solvability allows the relative displacement of the passive actuator to the thermostat housing in the opening direction, when the activatable actuator engages the coupling. In addition, the solvability of the support prevents the expansion-working element from applying stresses to the valve in the closing direction when contracting at low temperatures.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung, kann der passive Aktor abschnittsweise in dem Ventilschließkörper aufgenommen sein, und ein Wärmeübergang von dem eingangsseitigen Wärmeträger auf das Dehnstoff-Arbeitselement eingerichtet sein.According to one aspect of the invention, the passive actuator may be partially accommodated in the valve closing body, and a heat transfer from the input side heat transfer medium to be arranged on the expansion-working element.

Insofern ein solcher Aufnahmeabschnitt des Ventilschließkörpers zur Ventilkammer geschlossen ausgebildet ist, kann eine vordere Verschlussfläche des Ventilschließkörpers zum Eingang des Thermostats offen oder mittels Durchbrüchen geöffnet sein. Somit steht auch im geschlossenen Zustand des Ventils, der Dehnstoff des Arbeitselements stets in direktem Kontakt, d.h. im Wärmeaustausch mit dem Kühlwasser.Insofar as such a receiving portion of the valve closing body is formed closed to the valve chamber, a front closure surface of the valve closing body to the input of the thermostat can be open or open by means of openings. Thus, even in the closed state of the valve, the expansion of the working element is always in direct contact, i. in heat exchange with the cooling water.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer ersten Ausführungsform mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigen:

1 eine Schnittansicht durch das Thermostat im geschlossenen Zustand;
2 eine Schnittansicht durch das Thermostat in einem geöffneten Zustand, der durch den passiven Aktor mit einem Dehnstoff-Arbeitselement eingestellt ist;
3 eine Schnittansicht durch das Thermostat in einem geöffneten Zustand, der durch den aktivierbaren Aktor mit einem Formgedächtnislegierungs- bzw. FGL-Arbeitselement eingestellt ist.

The invention will now be described by way of a first embodiment with reference to the accompanying drawings. In these show:

1 a sectional view through the thermostat in the closed state;
2 a sectional view through the thermostat in an open state, which is set by the passive actuator with a wax working element;
3 a sectional view through the thermostat in an open state, which is set by the activatable actuator with a shape memory alloy or FGL working element.

Wie in den 1 bis 3 gezeigt ist, besteht das Thermostat im Wesentlichen aus einem Thermostatgehäuse 1, einem Ventil 2, einem Eingang 3 und einem Ausgang 4. Im Inneren des Thermostatgehäuses 1 ist das Ventil 2 in einer Ventilkammer 10 aufgenommen, die den Eingang 3 und den Ausgang 4 verbindet. Zu einer gegenüberliegenden Seite des Eingangs 3, ist die Ventilkammer 10 durch eine Kammerwand 11, die Teil des Ventils 2 bzw. des Thermostatgehäuses 11 ist, abgeschlossen. Auf einer Rückseite der Kammerwand 11 befindet sich eine Aktorkammer 16, die wiederum durch eine Gehäusewand abgeschlossen ist.As in the 1 to 3 is shown, the thermostat consists essentially of a thermostat housing 1 , a valve 2 , an entrance 3 and an exit 4 , Inside the thermostat housing 1 is the valve 2 in a valve chamber 10 taken the entrance 3 and the exit 4 combines. To an opposite side of the entrance 3 , is the valve chamber 10 through a chamber wall 11 , the part of the valve 2 or the thermostat housing 11 is closed. On a back of the chamber wall 11 there is an actuator chamber 16 , which in turn is closed by a housing wall.

An einem konischen Abschnitt zwischen einer Zylinderfläche des Eingangs 3 und einen Zylinderfläche der Ventilkammer 10 ist eine Ventilsitzfläche 21 ausgebildet. Ein Ventilschließkörper 20 ist auf einem Verstellweg verschiebbar in der Ventilkammer 10 aufgenommen. Der Ventilschließkörper 20 wird von einer vorgespannten Druckfeder 22, die sich gegen die Kammerwand 11 abstützt, zu einer Schließposition gegen die Ventilsitzfläche 21 beaufschlagt. Ein ringförmiger Abschnitt des Ventilschließkörpers 20, der zu dem Eingang 3 weist, und mit der Ventilsitzfläche 21 in Kontakt gelangt, ist mit einer Dichtung 13 versehen.At a conical section between a cylindrical surface of the entrance 3 and a cylinder surface of the valve chamber 10 is a valve seat surface 21 educated. A valve closing body 20 is displaceable on an adjustment in the valve chamber 10 added. The valve closing body 20 is from a preloaded compression spring 22 , which are against the chamber wall 11 supported, to a closed position against the valve seat surface 21 applied. An annular portion of the valve closing body 20 that to the entrance 3 points, and with the valve seat surface 21 comes into contact with a seal 13 Mistake.

Der Ventilschließkörper 20 ist auf dem Verstellweg in axialer Richtung des Eingangs 3, durch eine gehäuseseitige zylindrische Führung 12 sowie durch einen Kolben 26 geführt. Die Führung 12 ist mit Durchtrittsöffnungen versehen, um einen Strömungswiderstand im Durchflussbereich der Ventilkammer 10 zu verringern. Ferner sind am Ende der Führung 12 und einer gegenüberliegenden Gleitfläche des Ventilschließkörpers 20 Hinterschnitte bzw. Anschläge vorgesehen, die das Ende einer Führungsstrecke begrenzen. Der Kolben 26 verläuft axial zum Verstellweg des Ventils 2 von dem Ventilschließkörper 20 in Richtung der Aktorkammer 16 und erstreckt sich durch die Kammerwand 11 hindurch. Ein Spalt in der Eröffnung zwischen der Kammerwand 11 und dem Kolben 26 ist durch eine Dichtung 14 abgedichtet.The valve closing body 20 is on the adjustment path in the axial direction of the input 3 , By a housing-side cylindrical guide 12 as well as a piston 26 guided. The leadership 12 is provided with passages to a flow resistance in the flow area of the valve chamber 10 to reduce. Further, at the end of the guide 12 and an opposite sliding surface of the valve closing body 20 Undercuts or stops provided, which limit the end of a guide track. The piston 26 runs axially to the adjustment of the valve 2 from the valve closing body 20 in the direction of the actuator chamber 16 and extends through the chamber wall 11 therethrough. A gap in the opening between the chamber wall 11 and the piston 26 is through a seal 14 sealed.

Zwischen der Ventilsitzfläche 21 und in der Führung 12 weist der Ventilschließkörper 20 einen becherförmigen Aufnahmeabschnitt 25 auf, der zu dem Eingang 3 geöffnet ist. In dem Aufnahmeabschnitt 25 des Ventilschließkörpers 20 ist ein passiver Aktor 5 fixiert. Der passive Aktor 5 weist einen zylindrischen Körper 52 auf, in dem ein Arbeitselement 50 aus einem Dehnstoff eingeschlossen ist. Der Dehnstoff ist ein Wachs bzw. ein Paraffin, das einen ausgeprägten Wärmedehnungskoeffizienten über einen üblichen Temperaturbereich eines Kühlsystems einer Verbrennungsmaschine aufzeigt. Aus dem passiven Aktor 5 steht ferner ein Arbeitskolben 51 aus dem Körper 52 axial hervor. Eine temperaturabhängige Ausdehnung des Dehnstoff-Arbeitselements 50 bewirkt eine Verschiebung des Arbeitskolbens 51, d.h. eine Arbeitsstrecke des passiven Aktors 5. Durch die offene Ausgestaltung des Aufnahmeabschnitts 25 des Ventilschließkörpers 20, steht der Körper 52 des passiven Aktors 5, und somit der darin aufgenommene Dehnstoff des Arbeitselements 50, in direktem Kontakt mit dem Kühlwasser. Innerhalb des Eingangs 3 ist im Thermostatgehäuse 1 ein Widerlager 15 angeordnet, an dem sich ein äußeres Ende des Arbeitskolbens 51 des passiven Aktors 5 abstützen kann.Between the valve seat surface 21 and in the lead 12 has the valve closing body 20 a cup-shaped receiving portion 25 up to the entrance 3 is open. In the recording section 25 of the valve closing body 20 is a passive actor 5 fixed. The passive actuator 5 has a cylindrical body 52 in which a work item 50 is enclosed by an expansion material. The wax is a wax or paraffin which exhibits a pronounced thermal expansion coefficient over a common temperature range of a cooling system of an internal combustion engine. From the passive actor 5 also stands a working piston 51 out of the body 52 axially out. A temperature-dependent expansion of the expansion element working element 50 causes a displacement of the working piston 51 ie a working distance of the passive actuator 5 , Due to the open design of the receiving portion 25 of the valve closing body 20 , stands the body 52 of the passive actuator 5 , And thus the absorbed therein wax of the working element 50 , in direct contact with the cooling water. Inside the entrance 3 is in the thermostat housing 1 an abutment 15 arranged, at which an outer end of the working piston 51 of the passive actuator 5 can support.

In der Aktorkammer 16 ist zwischen der Kammerwand 11 und der Kupplung 62 ein aktivierbarer Aktor 6 in Form eines Arbeitselements 60 aus einer Formgedächtnislegierung bzw. ein FGL-Arbeitselement 60 eingefügt. Das dargestellte FGL-Element 60 weist die Gestalt einer V-förmigen Blattfeder auf, die sich einerseits gegen die Kammerwand 11 und andererseits gegen den mechanischen Anschlag bzw. Eingriff einer Kupplung 62 abstützt. Die Kupplung 62 ist in Form einer senkrechten Platte an einem äußeren Ende des Kolbens 26 des Ventilschließkörpers 20 ausgebildet, der sich in die Aktorkammer 16 hinein erstreckt. Somit wird in der dargestellten Ausführungsform, der aktivierbare Aktor 6 durch die Aktorkammer 16 mit der Kammerwand 11, das FGL-Arbeitselement 60 und den Kolben 26 gebildet.In the actuator chamber 16 is between the chamber wall 11 and the clutch 62 an activatable actuator 6 in the form of a work item 60 from a shape memory alloy or a FGL working element 60 inserted. The illustrated FGL element 60 has the shape of a V-shaped leaf spring, on the one hand against the chamber wall 11 and on the other hand against the mechanical stop or engagement of a clutch 62 supported. The coupling 62 is in the form of a vertical plate at an outer end of the piston 26 of the valve closing body 20 trained, located in the actuator chamber 16 extends into it. Thus, in the illustrated embodiment, the activatable actuator 6 through the actuator chamber 16 with the chamber wall 11 , the FGL work item 60 and the piston 26 educated.

An den Enden der V-förmigen Gestalt des FGL-Arbeitselements 60, ist die Spannung einer nicht dargestellten elektrischen Leistungszufuhr angelegt. Durch eine gezielte elektrische Leistung, die durch das Arbeitselement 60 fließt, erwärmt sich dieses und ändert charakteristischer Weise seine Form, was zu einer Ausdehnung der Abmessung in axialer Richtung des Kolbens 26 führt. Das FGL-Arbeitselement 60 besitzt eine vorbestimmte Kennlinie für ein Verhältnis zwischen der Ausdehnung bzw. der Arbeitsstrecke des Aktors 6 unter Last und einer angelegten Spannung bzw. einer elektrischen Leistung. Durch eine Steuerung der elektrischen Leistungszufuhr zu dem aktivierbaren Aktor 6 ist somit eine gezielte Aktorik am Kolben 26, d.h. die Einstellung einer vorbestimmten Strecke entlang des Verstellwegs des Ventils 2 möglich.At the ends of the V-shaped form of the FGL work element 60 , the voltage of an unillustrated electric power supply is applied. Through a targeted electrical power generated by the working element 60 flows, this heats up and characteristically changes its shape, resulting in an expansion of the dimension in the axial direction of the piston 26 leads. The FGL work item 60 has a predetermined characteristic for a ratio between the expansion and the working distance of the actuator 6 under load and an applied voltage or electrical power. By controlling the electrical power supply to the activatable actuator 6 is thus a targeted actuator on the piston 26 ie the setting of a predetermined distance along the displacement path of the valve 2 possible.

Nachstehend werden die Betriebszustände des Thermostats beschrieben.The following describes the operating states of the thermostat.

Das Thermostat ist zur Einstellung eines Durchflusses von Kühlwasser in einem Kühlsystem einer Verbrennungsmaschine vorgesehen. An dem Eingang 3 des Thermostats liegt ein Strom eines Kühlwassers an, das von der Verbrennungsmaschine kommt und mittels einer Wasserpumpe zirkuliert wird. Eine Schließung des Ventils 2 im Thermostat bedeutet, dass der Strom nicht durch eine Schleife des Kühlsystems mit einem Wärmetauscher durchgeleitet wird, sondern ohne eine Abkühlung im Wärmetauscher wieder zur der Verbrennungsmaschine zurück geleitet wird.The thermostat is provided for adjusting a flow of cooling water in a cooling system of an internal combustion engine. At the entrance 3 the thermostat is a flow of cooling water, which comes from the internal combustion engine and is circulated by means of a water pump. A closure of the valve 2 in the thermostat means that the current is not passed through a loop of the cooling system with a heat exchanger, but is returned without a cooling in the heat exchanger back to the internal combustion engine.

1 zeigt einen geschlossenen Zustand des Thermostats, der bei einer niedrigen Kühlwassertemperatur und einem inaktiven Steuerzustand des aktivierbaren Aktors 6 vorliegt. Dabei liegt die Dichtung 13 des Ventilschließkörpers 20 an der Ventilsitzfläche 21 an. Die Feder 22 sorgt für eine Verschlusskraft des Ventils 2. 1 shows a closed state of the thermostat, at a low cooling water temperature and an inactive control state of the activatable actuator 6 is present. This is the seal 13 of the valve closing body 20 on the valve seat surface 21 at. The feather 22 ensures a closing force of the valve 2 ,

2 stellt einen geöffneten Zustand des Thermostats dar, der innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereichs des Kühlwassers, beispielsweise zwischen 90 und 110 °C auftritt. Die Temperatur des Kühlwassers, das mit dem passiven Aktor 5 in Kontakt steht, hat durch einen Wärmeübergang auf das Dehnstoff-Arbeitselement 50, eine Ausdehnung des Dehnstoffs herbeigeführt. Die Ausdehnung des Dehnstoffs führt zu einer Verschiebung des Arbeitskolbens 51, d.h. zu einer Arbeitsstrecke des passiven Aktors 5. Nachdem der Arbeitskolben 51 das Widerlager 15 erreicht, bewirkt eine weitere Arbeitsstrecke des passiven Aktors 5, dass der Ventilschließkörper 20 einschließlich der Dichtung 13 von der Ventilsitzfläche 21 hinweg in die Ventilkammer 10 bewegt wird. 2 represents an open state of the thermostat, which occurs within a predetermined temperature range of the cooling water, for example between 90 and 110 ° C. The temperature of the cooling water, with the passive actuator 5 in contact, has by a heat transfer to the expansion-working element 50 , an expansion of the expansion agent brought about. The expansion of the expansion material leads to a displacement of the working piston 51 , ie to a working distance of the passive actuator 5 , After the working piston 51 the abutment 15 achieved, causes a further working distance of the passive actuator 5 in that the valve closing body 20 including the seal 13 from the valve seat surface 21 away into the valve chamber 10 is moved.

Das Kühlwasser kann nun durch den Eingang 3 und das Ventil 2 durch die Ventilkammer 10 und den Ausgang 4 passieren, und in die Schleife des Kühlsystems mit dem Wärmetauscher gelangen. Eine Kennlinie zwischen der Arbeitsstrecke und der Temperatur des passiven Aktors 5 ist derart ausgelegt, dass ein abzukühlender Volumenstrom in Abhängigkeit der Eingangstemperatur, durch eine graduelle Öffnung des Ventils 2 entlang des Verstellwegs selbstregulieren eingestellt wird.The cooling water can now pass through the entrance 3 and the valve 2 through the valve chamber 10 and the exit 4 pass, and get into the loop of the cooling system with the heat exchanger. A characteristic between the working distance and the temperature of the passive actuator 5 is designed such that a volume flow to be cooled as a function of the inlet temperature, by a gradual opening of the valve 2 is adjusted self-adjust along the displacement.

Der Kolben 26 gleitet in Öffnungsrichtung des Verstellwegs zwischen den Schenkeln des FGL-Arbeitselements 60 hindurch, wobei keine Wirkverbindung eintritt. Somit wird weder eine Öffnungsbewegung des Ventils 2 durch eine inaktive bzw. abweichende Einstellung des aktivierbaren Aktors 6 beeinträchtigt, noch wird eine Dehnung durch äußere Zwangseinwirkung auf das FGL-Arbeitselement 60 ausgeübt.The piston 26 slides in the opening direction of the adjustment path between the legs of the FGL working element 60 through, wherein no active compound occurs. Thus, neither opening movement of the valve 2 by an inactive or deviating setting of the activatable actuator 6 is impaired, nor is an elongation caused by external constraint on the FGL work item 60 exercised.

3 stellt einen Öffnungszustand dar, der bei einer niedrigen Temperatur des Kühlwassers und durch eine Steuerung des aktivierbaren Aktors 6 herbeigeführt ist. Wie anhand der dargestellten Arbeitsstrecke des passiven Aktors 5 zu entnehmen ist, führt die temperaturabhängige Ausdehnung des Dehnstoffes selbst nicht zu einer Öffnung des Ventils 2. In diesem Betriebszustand eines Kühlsystems mit niedriger Temperatur des Kühlwassers, kann jedoch das Erfordernis eines Panikflows oder eines Pilotflows eintreten, während das Ventil 2 aufgrund einer niedrigen Temperatur geschlossen ist. 3 represents an opening state, which is at a low temperature of the cooling water and by a control of the activatable actuator 6 brought about. As based on the illustrated working distance of the passive actuator 5 it can be seen, the temperature-dependent expansion of the expansion material itself does not lead to an opening of the valve 2 , However, in this operating condition of a low temperature cooling system of the cooling water, the need for a panic flow or a pilot flow may occur while the valve 2 closed due to a low temperature.

Durch eine Ansteuerung des aktivierbaren Aktors 6 mit einer elektrischen Leistung, ändert das mit Strom durchflossen FGL-Arbeitselement 60 seine Form, und vergrößert seine Abmessung in axialer Richtung des Kolbens 26, bis es zunächst an einen Anschlag der Kupplung 62 anstößt. Sobald der links abgebildete Schenkel des FGL-Arbeitselements 60 an dem Anschlag der Kupplung 62 eingreift, führt eine weitere Formänderung bzw. Spreizung der V-förmigen Gestalt zwischen der Kammerwand 11 und der Kupplung 62 zu einem effektiven Arbeitsweg, der an dem Kolben 26 verrichtet wird. Der Kolben 26 ist einteilig mit dem Ventilschließkörper 20 ausgebildet. Der passive Aktor 5 ist in dem Ventilschließkörper 20 fixiert. Somit erfolgt mit einer Bewegung des Kolbens 26 nicht nur eine graduelle Öffnung des Ventils 2, sondern auch eine Versetzung des passiven Aktors 5 entlang des Verstellwegs. Da sich der Arbeitskolbens 51 des passiven Aktors 5 an dem Widerlager 15 lediglich abstützt, und von diesem entfernt werden kann, wird eine Öffnungsbewegung des Ventils 2 nicht durch eine abweichende Einstellung des passiven Aktors 5 beeinträchtigt. By activating the activatable actuator 6 with an electric power, the current flows through the FGL working element 60 its shape, and increases its dimension in the axial direction of the piston 26 until it first touches a stop of the clutch 62 abuts. As soon as the left leg of the FGL working element 60 at the stop of the coupling 62 engages, performs a further change in shape or spreading of the V-shaped configuration between the chamber wall 11 and the clutch 62 to an effective work path, which is attached to the piston 26 is done. The piston 26 is integral with the valve closing body 20 educated. The passive actuator 5 is in the valve closing body 20 fixed. Thus, with a movement of the piston 26 not just a gradual opening of the valve 2 but also a transfer of the passive actor 5 along the adjustment path. Because of the working piston 51 of the passive actuator 5 on the abutment 15 only supported, and can be removed from this, is an opening movement of the valve 2 not by a different setting of the passive actuator 5 impaired.

In diesem, von der Temperatur des Kühlwassers unabhängig herbeigeführten Öffnungszustand, erfolgt nun erneut ein begrenzt eingestellter Durchfluss des Kühlwassers von dem Eingang 3 durch das Ventil 2 zum Ausgang 4 und in die Schleife des Kühlsystems mit dem Wärmetauscher.In this, independently brought about by the temperature of the cooling water opening state, now again a limited set flow of cooling water from the input 3 through the valve 2 to the exit 4 and into the loop of the cooling system with the heat exchanger.

Nachstehend wird eine nicht dargestellte zweite Ausführungsform beschrieben.Hereinafter, a second embodiment not shown will be described.

Eine zweite Ausführungsform unterscheidet sich darin, dass der aktivierbare Aktor 6 nicht mit dem Ventilschießkörper 20 gekoppelt ist. Demzufolge entfällt zumindest auch der Kolben 26.A second embodiment differs in that the activatable actuator 6 not with the valve shooter 20 is coupled. As a result, at least the piston is also eliminated 26 ,

Ein alternatives Thermostatgehäuse 1 der zweiten Ausführungsform weist einen Bypass mit einem weiteren Ventil auf. Der Bypass umgeht das Ventil 2 und die Ventilkammer 10 zwischen dem Eingang 3 und dem Ausgang 4, oder er stellt eine Verbindung zwischen dem Eingang 3 und einem separaten Ausgang 4, oder eine Verbindung zwischen einem separaten Eingang und einem separaten Ausgang her. Dabei erfüllt der Bypass des Thermostats in einer Anschlusskonfiguration des Kühlsystems die Funktion, dass er im geöffneten Zustand des Ventils einen Panikflow oder einen Pilotflow ermöglicht, wenn das Ventil 2 aufgrund einer niedrigen Kühlwassertemperatur geschlossen ist.An alternative thermostat housing 1 The second embodiment has a bypass with another valve. The bypass bypasses the valve 2 and the valve chamber 10 between the entrance 3 and the exit 4 or he makes a connection between the entrance 3 and a separate exit 4 , or a connection between a separate input and a separate output. The bypass of the thermostat in a connection configuration of the cooling system fulfills the function of allowing a panic flow or a pilot flow when the valve is open when the valve 2 is closed due to a low cooling water temperature.

Der aktivierbare Aktor 6 ist mit dem Ventil in dem Bypass gekoppelt, um den Bypass in Abhängigkeit einer elektrischen Ansteuerung zu öffnen und zu schließen.The activatable actuator 6 is coupled to the valve in the bypass to open and close the bypass in response to an electrical drive.

Nachfolgend werden Ausführungsformen des aktivierbaren Aktors 6 und des FGL-Arbeitselements 60 erläutert.Hereinafter, embodiments of the activatable actuator 6 and the FGL work item 60 explained.

Das FGL-Arbeitselement 60 weist ein erheblich kleineres Volumen im Vergleich zu dem Dehnstoff-Arbeitselement 50 auf. Zudem weist die Formgedächtnislegierung durch seine metallischen Eigenschaften eine erheblich höhere Wärmeleitfähigkeit zur Wärmeabgabe an die Umgebung als der Dehnstoff auf. Dadurch kann eine schnelle Temperaturerhöhung und -Absenkung durch einen elektrischen Strom im Querschnitt des Arbeitselements 60 umgesetzt werden. Hierdurch kann eine schnelle Einflussnahme auf den Öffnungszustand des Ventils 2, und eine kurze Reaktionszeit bei einem eintretenden Erfordernis eines Pilotflows oder Panikflows gewährleistet werden.The FGL work item 60 has a significantly smaller volume compared to the expansion work element 50 on. In addition, the shape memory alloy by its metallic properties on a significantly higher thermal conductivity for heat dissipation to the environment as the wax on. As a result, rapid temperature increase and decrease by an electric current in the cross section of the working element 60 be implemented. This allows a quick influence on the opening state of the valve 2 , and ensure a short reaction time to an incoming requirement of pilot flow or panic flow.

Die Ansteuerung der Leistungszufuhr der elektrischen Leistungsquelle, deren Spannung an dem FGL-Arbeitselement 60 angelegt wird, kann beispielsweise in digitaler Umsetzung durch eine Pulsweitenmodulation, oder in analoger Umsetzung durch ein Potentiometer oder dergleichen einstellbar sein, die durch Befehle einer Steuereinheit geregelt werden.The control of the power supply of the electrical power source, the voltage on the FGL working element 60 can be set, for example, in digital implementation by a pulse width modulation, or be implemented in analogous implementation by a potentiometer or the like, which are controlled by commands of a control unit.

Das FGL-Arbeitselement 60 kann, ähnlich wie der passive Aktor 5, ebenso in einem hülsenförmigen Körper aufgenommen sein, aus dem eine Arbeitskolben hervortritt. Eine solche Bauweise eignet sich bevorzugt zur axialen Führung eines FGL-Arbeitselements in der Gestalt einer koaxial gewickelten Druckfeder.The FGL work item 60 can, similar to the passive actuator 5 , Also be included in a sleeve-shaped body from which emerges a working piston. Such a construction is preferably suitable for the axial guidance of a FGL working element in the form of a coaxially wound compression spring.

Dabei kann in dem Körper des aktivierbaren Aktors 6 ein zusätzliches PTC-Heizelement aufgenommen sein, das anstelle des FGL-Arbeitselements 60 mit einer elektrischen Leistung versorgt wird.In this case, in the body of the activatable actuator 6 an additional PTC heating element may be included instead of the FGL working element 60 is supplied with an electrical power.

Demzufolge kann das FGL-Arbeitselement sowohl als Aktorfeder oder Aktorblech ausgeführt sein. Hierzu sind neben einer koaxial gewickelten Druckfeder oder der dargestellten V-Form, ebenso weitere verschiedene geometrische Formgebungen, wie eine U-Form, eine Meanderform, eine laminare oder alternierende Struktur einer Blattfeder, oder dergleichen angedacht, deren Formänderung eine linear gerichtete Arbeitsstrecke erzielen.As a result, the FGL working element can be designed both as an actuator spring or actuator plate. For this purpose, in addition to a coaxially wound compression spring or the illustrated V-shape, as well as other various geometric shapes, such as a U-shape, a Meanderform, a laminar or alternating structure of a leaf spring, or the like envisaged whose shape change achieve a linearly directed working distance.

Die Formgedächtnislegierungen können neben Nickel und Titan weitere Anteile von Chrom, Vanadium oder Hafnium enthalten. Insbesondere kommen hierzu folgende Legierungen in Betracht: NiTi, NiTiCu5, NiTiCu10, NiTiCuCr, NiTiCuV, NiTiCuHf.The shape memory alloys may contain, in addition to nickel and titanium, further proportions of chromium, vanadium or hafnium. In particular, the following alloys may be considered: NiTi, NiTiCu5, NiTiCu10, NiTiCuCr, NiTiCuV, NiTiCuHf.

Alternativ kann das Thermostatgehäuse 11 der ersten und zweiten Ausführungsform anstelle eines diskreten Körpers, ebenso integral in dem Zylinderkurbelgehäuse, in einem Kühlwasserverteilergehäuse, in einem Wasserpumpengehäuse oder in einer anderen Komponente eines Kühlwasserkreislaufs, einteilig oder darin aufgenommen ausgebildet sein. Darüber hinaus können der Eingang 3 und der Ausgang 4 gemäß ihrer funktionalen Bezeichnung bzw. in Durchströmungsrichtung umgekehrt eingerichtet sein oder innerhalb des Systems umgekehrt angeschlossen werden.Alternatively, the thermostat housing 11 The first and second embodiments may be integrally formed in the cylinder crankcase, in a cooling water manifold housing, in a water pump housing, or in another component of a cooling water circuit, integrally or housed therein instead of a discrete body. In addition, the entrance 3 and the exit 4 be reversed according to their functional designation or in the flow direction or connected inversely within the system.

Claims

A thermostat for controlling the flow of a heat carrier, comprising: a thermostat housing (1) having a valve chamber (10) and an input (3) and an output (4), which are connected to the valve chamber (10); a valve (2) having a valve seat surface (21) and an adjustable valve closing body (20) received between the inlet (3) and the outlet (4) in the valve chamber (10); a passive actuator (5) having an expansion working member (50) adapted to set a closing and a gradual opening position of the valve (2) depending on the temperature of the heat carrier; characterized in that there is further provided an activatable actuator (6) having a shape memory working element (60) adapted to, depending on a thermal activation by an electric power source, have a gradual opening position of the valve closing body (20) irrespective of adjustment of the passive actuator (5), and the activatable actuator (6) by means of a coupling (62) with the valve closing body (20) is in operative connection, which provides an engagement in the closing direction of a valve closing element and granted in the opening direction of a freewheel.

Thermostat after Claim 1 wherein the working element (60) is formed of a shape memory alloy as Aktorfeder or Aktor sheet, in the shape of a V-shape, a U-shape, a meandering shape, a leaf spring and / or a coaxially wound compression spring.

Thermostat after Claim 1 or 2 wherein a dimension of the average thickness of a spring or a sheet of the shape memory alloy working member (60) is 0.25mm to 2.00mm.

Thermostat after one of the previous ones Claims 2 or 3 wherein the shape memory alloy of the working element (60) consists of a nickel-titanium alloy, a nickel-titanium-copper alloy or preferably of nickel-titanium-copper-hafnium alloy.

Thermostat according to one of the preceding claims, wherein the activatable actuator (6) is provided separately from the valve chamber (10).

Thermostat according to one of the preceding claims, wherein the activatable actuator (6) thermally insulated to the valve chamber (10) is accommodated in the thermostat housing (1).

A thermostat according to any one of the preceding claims, wherein a voltage of the electric power source having a controllable power is applied to two end portions of the shape memory alloy working member (60).

Thermostat after one of the Claims 1 to 6 wherein the shape memory alloy working member (60) is exposed to heat radiation of a PTC heating element to which a voltage of the electric power source having a controllable power is applied.

Thermostat according to one of the preceding claims, wherein the activatable actuator (6) on one side of the passive actuator (5) is arranged, which lies in the opening direction of the valve closing element.

Thermostat according to one of the preceding claims, wherein the valve closing body (20) has a piston (26) which extends to the activatable actuator (6), and the coupling (62) is formed on the piston (26).

Thermostat according to one of the preceding claims, wherein the activatable actuator (6) for opening the valve (2), the passive actuator (5) together with the valve closing element, with respect to the thermostat housing (1), offset in an opening direction of the valve closing element.

Thermostat according to one of the preceding claims, wherein the valve closing body (20) is resiliently acted upon in a closing direction of the valve closing element, and the passive actuator (5) against an abutment (15) of the thermostat housing (1 ) is supported.

Thermostat after Claim 12 wherein the support of the passive actuator (5) on the abutment (15) in the opening direction of the valve closing element is releasable.

Thermostat according to one of the preceding claims, wherein the passive actuator (5) is received in sections in the valve closing body (20), and a heat transfer from the Input side heat transfer medium to the expansion element working element (50) is set up.