DE102019103913A1

DE102019103913A1 - Thermostatventil

Info

Publication number: DE102019103913A1
Application number: DE102019103913.4A
Authority: DE
Inventors: Roman Kraus; Pia Engelhardt; Florian Appel
Original assignee: Woco Industrietechnik GmbH
Current assignee: Woco Industrietechnik GmbH
Priority date: 2019-02-15
Filing date: 2019-02-15
Publication date: 2020-08-20

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Thermostatventil, insbesondere 2/2-Thermostatwegeventil, zum Steuern einer Strömung eines Arbeitsfluids, wie einer Arbeitsflüssigkeit, umfassend einen Fluidkanal, ein Ventilglied zum Schließen und zumindest teilweise Öffnen des Fluidkanals und einen Stellantrieb zum Aufbringen von Stellkräften, der mit dem Ventilglied gekoppelt ist und ein Formgedächtnislegierungs-Bauteil zum Aufbringen wenigstens eines Teils der Stellkräfte umfasst, wobei bei geschlossenem Ventilglied das Formgedächtnislegierungs-Bauteil einer Leckageströmung des Arbeitsfluids ausgesetzt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Thermostatventil, insbesondere 2/2-Thermostatwegeventil, zum Steuern einer Strömung eines Arbeitsfluids, wie einer Arbeitsflüssigkeit.
Ein Thermostatventil kann im Allgemeinen als Temperaturregler bezeichnet werden, welcher den Durchfluss einer Strömung eines Arbeitsfluids in Abhängigkeit von einer Arbeitsfluid-Temperatur und/oder Umgebungstemperatur steuert, um eine vordefinierte Arbeitsfluid-Temperatur und/oder Umgebungstemperatur zu regeln, insbesondere konstant zu halten. Thermostatventile werden beispielsweise in Heizungen von Industrie- oder Wohnanlagen sowie in Sanitäranlagen eingesetzt, um Gas- und Wasserversorgung sowie Abwasserentsorgung zu ermöglichen. Des Weiteren werden Thermostatventile beispielsweise im Kühlmittelkreislauf von Kraftfahrzeugen zur Steuerung des Kühlmittels installiert.
Ein Thermostatventil ist in der Regel so auszulegen, dass es bei einer vorbestimmten Arbeitsfluid-Temperatur eine Strömung des Arbeitsfluids durch das Thermostatventil hindurch durch Öffnen eines Ventilglieds des Thermostatventils zulässt. Sobald das Arbeitsfluid eine vorbestimmte Schalttemperatur erreicht hat, soll das Ventilglied die Strömung des Arbeitsfluids wieder unterbinden, um die Arbeitsfluid-Temperatur in festgelegten Bereichen zu halten. Zum Öffnen bzw. Verschließen des Ventilglieds werden temperaturabhängige Aktuatoren eingesetzt. Beispielsweise machen sich bekannte Aktuatoren Wachsdehnstoffelemente zunutze. Diese beziehen die notwendige Energie zum Betätigen des Ventilglieds aus dem sie anströmenden Arbeitsfluid, sodass keine zusätzliche Energieversorgung, keine zusätzliche Regeleinheit und auch keine Temperatursensoren notwendig sind. Über einen wachsspezifischen Schmelzpunkt lassen sich gewünschte Umschalttemperaturen, bei denen ein Öffnen bzw. Schließen des Ventilglieds erfolgen soll, realisieren.
Thermostatventile mit Wachsdehnstoffelementen sind ausfallanfällig, was zu nicht optimalem Betrieb führt. Besonders nachteilig an den bekannten Thermostatventilen sind Schalthysteresen und fertigungsbedingte Schwankungen im Temperaturbereich, sodass die bekannten Thermostatventile nicht präzise bei den gewünschten Temperaturen schalten, d. h. das Ventilglied Öffnen bzw. Schließen.
Es ist bereits bekannt, alternativ zu dem Wachsdehnstoffelement auf Formgedächtnislegierungen (FGL) auszuweichen. Gegenüber Wachsdehnstoffelementen zeichnen sich FGL-Bauteile insbesondere durch geringere Reaktionszeiten, d.h. präziserem Schaltverhalten, aus.
US 2016/0139616 A1 lehrt ein 3/2-Wegeventil mit einer Fluidleitung, welche am Umfang eine Öffnung aufweist, die von einem mittels einer FGL-Tellerfeder betriebenen Ventilglied geöffnet und freigegeben werden kann, um ein Durchströmen des Arbeitsfluids zu verhindern bzw. zu gewährleisten. Die FGL-Feder ist dabei außerhalb der Fluidleitung an dessen Außenumfang angeordnet und wird mittels Konduktion aktiviert. Das heißt, es findet ein Wärmefluss zwischen dem Arbeitsfluid, der Fluidkanalwandung und der FGL-Feder infolge eines Temperaturunterschiedes statt. An dem derartigen Ventil hat sich als nachteilig erwiesen, dass es aufgrund des langsamen Wärmeflusses durch die Fluidkanalwandung nicht präzise bei den gewünschten Temperaturen, sondern nur mit einer erheblichen Verzögerung schaltet.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile aus dem bekannten Stand der Technik zu verbessern, insbesondere ein kostengünstiges Thermostatventil bereitzustellen, das wenig Bauraum benötigt und ein gezieltes und schnelles Umschalten zwischen den Betriebspositionen des Thermostatventils gewährleistet.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
Danach ist ein Thermostatventil, insbesondere 2/2-Thermostatwegeventil, zum Steuern einer Strömung eines Arbeitsfluids, wie einer Arbeitsflüssigkeit oder eines Arbeitsgases, vorgesehen. Ein 2/2-Thermostatwegeventil besitzt zwei Fluidanschlüsse, insbesondere einen Fluideingang und einen Fluidausgang, und zwei Betriebsstellungen, insbesondere einen geschlossenen Betriebszustand, in dem die Strömung des Arbeitsfluids unterbunden ist, und einen wenigstens teilweise geöffneten Betriebszustand, in dem die Strömung des Arbeitsfluids ermöglicht ist. Das Thermostatventil ist vorzugsweise nicht auf eine bestimmte Strömungsrichtung des Arbeitsfluids beschränkt. Vorzugsweise wird das Thermostatventil im Kühlmittelkreislauf eines Kraftfahrzeugs eingesetzt und dient insbesondere der Steuerung des Kühlmittels. Es sind jedoch auch andere Einsatzgebiete denkbar, bei denen eine Arbeitsfluidströmung zu steuern ist. Das Thermostatventil kann auch als Temperaturregler bezeichnet werden, welcher den Durchfluss der Strömung des Arbeitsfluids in Abhängigkeit von einer Arbeitsfluid-Temperatur und/oder Umgebungstemperatur steuern kann, um eine vordefinierte Arbeitsfluid-Temperatur und/oder Umgebungstemperatur zu regeln, insbesondere konstant zu halten. Das Thermostatventil kann derart ausgelegt sein, dass es bei einer vorbestimmten Arbeitsfluid-Temperatur, insbesondere Schalttemperatur, die Strömung des Arbeitsfluids durch das Thermostatventil hindurch zulässt, und die Strömung des Arbeitsfluids durch Schließen des Ventilglieds im Wesentlichen unterbindet, wenn das Arbeitsfluid eine vorbestimmte weitere Schalttemperatur erreicht hat, insbesondere mit dem Ziel, die Arbeitsfluids-Temperatur konstant, insbesondere in festgelegten Bereichen, zu halten. Ein Temperaturarbeitsbereich des erfindungsgemäßen Thermostatventils liegt vorzugsweise bei ≤ 100°C. Die Temperatur des Arbeitsfluids beträgt demnach vorzugsweise ≤ 100°C. Die beim Steuern der Strömung des Arbeitsfluids mittels des Thermostatventils auftretenden Fluiddrücke betragen vorzugsweise ≤ 10 bar.
Das Thermostatventil umfasst einen Fluidkanal. Der Fluidkanal kann derart eingerichtet sein, dass die Strömung des Arbeitsfluids durch diesen hindurchströmt und/oder durch den Fluidkanal geführt ist. Beispielsweise ist der Fluidkanal rotationssymmetrisch ausgebildet. Des Weiteren kann der Fluidkanal umfänglich von einem Gehäuse umgeben sein und durch dieses im Wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung des Arbeitsfluids begrenzt sein. Der Fluidkanal kann beispielsweise in einen Fluideingang und einen Fluidausgang münden, wobei es auch denkbar ist, dass wenigstens zwei Fluidein- und/oder ausgänge vorgesehen sind.
Des Weiteren umfasst das erfindungsgemäße Thermostatventil ein Ventilglied zum Schließen des Fluidkanals, insbesondere um die Strömung des Arbeitsfluids durch das Thermostatventil im Wesentlichen zu unterbinden, und zumindest teilweise Öffnen des Fluidkanals, insbesondere um die Strömung des Arbeitsfluids durch das Thermostatventil, insbesondere durch den Fluidkanal, hindurch zuzulassen. Das Thermostatventil wird beispielsweise im Kühlmittelkreislauf eines Kraftfahrzeugs eingesetzt und dient insbesondere der Steuerung des Kühlmittels, wobei vorzugsweise mittels des Ventilglieds der Durchfluss der Kühlmittelströmung durch das Thermostatventil in Abhängigkeit von der Kühlmittel-Temperatur und/oder Umgebungstemperatur gesteuert werden kann. Beispielsweise ist das Ventilglied als translatorisch verlagerbarer Schieber ausgebildet. Der Schieber kann demnach in einer axialen, translatorischen Stellrichtung zum Schließen bzw. Öffnen des Fluidkanals verlagert werden. Dabei kann die in Stellrichtung orientierte Richtung, in der das Ventilglied den Fluidkanal verschließt, als Schließrichtung bezeichnet werden. Die der Schließrichtung entgegengesetzte, ebenfalls in Stellrichtung orientierte Öffnungsrichtung ist dabei diejenige Richtung, in der das Ventilglied bewegt wird, um den Fluidkanal wenigstens teilweise zu öffnen. Ferner umfasst das erfindungsgemäße Thermostatventil einen Stellantrieb oder eine Stellmechanik zum Aufbringen von Stellkräften und/oder zum Betreiben bzw. Stellen des Ventilglieds. Der Stellantrieb/die Stellmechanik kann insbesondere kraftübertragungsgemäß mit dem Ventilglied gekoppelt sein, insbesondere um die von dem Stellantrieb generierte Stellkraft zu dem Ventilglied zu übertragen, insbesondere um dieses zu stellen, vorzugsweise verstellen.
Der Stellantrieb kann ein Formgedächtnislegierungs-Bauteil zum Aufbringen wenigstens eines Teils der Stellkräfte umfassen. Insbesondere bringt das Formgedächtnislegierungs-Bauteil vollständig die Stellkräfte entweder zum Freigeben oder zum Schließen des Fluidkanals mittels des Ventilglieds auf, wobei insbesondere das Formgedächtnislegierungs-Bauteil keine Kräfte zum Verlagern des Ventilglieds in die andere Stellrichtung aus Öffnungs- und Schließrichtung aufbringt. Des Weiteren kann das Formgedächtnislegierungs-Bauteil mit einem anderen stellkrafterzeugenden Bauteil kombiniert sein, um die Stellkräfte für das Ventilglied zu erzeugen. Formgedächtnislegierungen sind im Allgemeinen Metalle, die in zwei unterschiedlichen Kristallstrukturen existieren können und damit unterschiedliche Formen annehmen können, wobei sie sich an eine frühere Form nach Verformung bzw. Deformation wieder „erinnern“ zu können. Formgedächtnislegierungen können abhängig von der Temperatur zwei unterschiedliche Strukturen und/oder Phasen besitzen. In der Regel können die Formgedächtnislegierungen zwischen der als Austenit bezeichneten Hochtemperaturphase und der als Martensit bezeichneten Niedertemperaturphase ineinander übergehen. Die Phasenumwandlung/Deformation von Formgedächtnislegierungs-Bauteilen kann für Stellantriebe genutzt werden, und zwar derart, dass die zum Verstellen des Ventilglieds notwendige Energie aus der Arbeitsfluid- und/oder Umgebungstemperatur bezogen wird, so dass keine zusätzliche Energieversorgung, Regeleinheit und/oder Temperatursensorik anzubringen ist. Das Formgedächtnislegierungs-Bauteil kann beispielsweise mittels des Einweg-Effekts oder mittels des Zweiweg-Effekts betrieben werden. Vorzugsweise wird das Formgedächtnislegierungs-Bauteil mittels des extrinsischen Zweiweg-Effekts betrieben. Beispielsweise ist es auch möglich, statt eines translatorisch verlagerbaren Schiebers ein sich um eine Rotationsachse drehendes Ventilglied, wie eine Ventilklappe, zu verwenden, die beispielsweise zu einer Bauraumeinsparung hinsichtlich des Thermostatventils führen kann. Das temperaturabhängig sich deformierende, vorzugsweise phasenumwandelnde, Formgedächtnislegierungs-Bauteil kann dabei derart ausgelegt sein, dass bei einer ersten vorbestimmten Temperatur, insbesondere Schalttemperatur, eine Deformation/Phasenumwandlung einhergeht, welche dazu dient, wenigstens einen Teil der Stellkräfte zu generieren. Ferner kann das Formgedächtnislegierungs-Bauteil derart ausgelegt sein, dass es bei einer zweiten vorbestimmten Temperatur, insbesondere Schalttemperatur, die sich von der ersten Temperatur, insbesondere Schalttemperatur, unterscheidet, eine weitere Deformation/Phasenumwandlung einhergeht, durch welche erneut wenigstens ein Teil der Stellkräfte zum Betätigen des Ventilglieds generiert wird, insbesondere zum Betätigen des Ventilglieds in die andere Stellrichtung aus Schließrichtung und Öffnungsrichtung.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Formgedächtnislegierungs-Bauteil bei geschlossenem Ventilglied bzw. Fluidkanal einer vorzugsweise vorbestimmten Leckageströmung des Fluids ausgesetzt. Vorteilhafterweise ermöglicht die Leckageströmung ein Umströmen bzw. Aussetzen des Formgedächtnislegierungs-Bauteils auch bei geschlossenem Ventilglied mit der Leckageströmung des Arbeitsfluids, so dass ein gezieltes und schnelles Umschalten zwischen den Betriebspositionen des Thermostatventils gewährleistet ist. Dadurch, dass das Formgedächtnislegierungs-Bauteil stets dem Arbeitsfluid ausgesetzt ist und somit dessen Temperatur erfühlen kann, ist eine Reaktions- und/oder Schaltzeit des Thermostatventils erheblich reduziert. Das Vorsehen einer vorzugsweise vorbestimmten Leckage, insbesondere Undichtigkeit, in geschlossenem Ventilzustand wurde erfindungsgemäß als vorteilhafte Maßnahme herausgefunden, um ein deutlich präziseres Öffnen und/oder Schließen des Fluidkanals und damit eine hohe Dynamik des Thermostatventils, zu erreichen. Die vorliegende Erfindung überwindet demnach das allgemeine Vorurteil, eine Leckage sei unerwünscht und führe zu einem Ausfall eines technischen Systems.
In einer beispielhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Thermostatventils ist das Formgedächtnislegierungs-Bauteil derart angeordnet, dass es insbesondere bei geschlossenem Ventilglied von der Strömung des Arbeitsfluids in zumindest einer Strömungsrichtung im Wesentlichen abgeschirmt ist. Das Thermostatventil ist demnach nicht auf eine bestimmte Strömungsrichtung des Arbeitsfluids durch den Fluidkanal hindurch festgelegt. Die Funktionsfähigkeit des Thermostatventils liegt in beiden Strömungsrichtungen vor. Insbesondere ist das Formgedächtnislegierungs-Bauteil bis auf die Leckageströmung, die das Formgedächtnislegierungs-Bauteil vorzugsweise an- und/oder umströmt, von der Strömung des Arbeitsfluids bei geschlossenem Ventilglied abgeschirmt, so dass insbesondere das Formgedächtnislegierungs-Bauteil ausschließlich mit der Strömung des Arbeitsfluids infolge der Leckageströmung in Kontakt gerät. Gemäß einer beispielhaften Weiterbildung ist das Formgedächtnislegierungs-Bauteil von Gehäusewänden umgeben, die das Formgedächtnislegierungs-Bauteil vorzugsweise bei geschlossenem Ventilglied von der Strömung des Arbeitsfluids zumindest in einer Strömungsrichtung im Wesentlichen abschirmen. Beispielsweise schirmen die Gehäusewände das Formgedächtnislegierungs-Bauteil bis auf die Leckageströmung von der Strömung des Arbeitsfluids ab. Mit in wenigstens einer Strömungsrichtung sei gemeint, dass die Strömung des Arbeitsfluids in den Fluidkanal durch einen der Fluidanschlüsse, insbesondere den Fluideingang, einströmt und über einen weiteren Fluidanschluss, insbesondere den Fluidausgang, den Fluidkanal verlässt, unabhängig davon, welcher Fluidanschluss den Eingang und welcher den Ausgang bildet. In wenigstens einer Strömungsrichtung des Arbeitsfluids durch das Thermostatventil ist das Formgedächtnislegierungs-Bauteil eingekapselt, vorzugsweise von Gehäusewänden eingekapselt, so dass das Formgedächtnislegierungs-Bauteil bei geschlossenem Ventilglied nur der Leckageströmung des Arbeitsfluids ausgesetzt ist.
In einer weiteren beispielhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Thermostatventils beträgt eine lichte Leckageströmungsfläche für die Leckageströmung bei geschlossenem Ventilglied mehr als 0 % und höchstens 10 % der lichten Öffnungsquerschnittsfläche bei geöffnetem Ventilglied. Vorzugsweise beträgt die Leckageströmungsfläche mehr als 0,3 % und höchstens 9 %, vorzugsweise mehr als 0,5 % und weniger als 8 %, vorzugsweise mehr als 0,8 % und höchstens 7 %, vorzugsweise mehr als 1 % und höchstens 6 %, vorzugsweise wenigstens 2 % und höchstens 5 %. Als lichte Leckageströmungsfläche kann diejenige Fläche zu verstehen sein, durch die bei geschlossenem Ventilglied die Leckageströmung gewährleistet ist, insbesondere die Leckageströmung durch den Fluidkanal an dem Ventilglied vorbei hindurchströmen kann. Als lichte Öffnungsquerschnittsfläche bei geöffnetem Ventilglied kann diejenige Querschnittsfläche zu verstehen sein, die für die Strömung des Arbeitsfluids bei geöffnetem Ventilglied zum Hindurchströmen zur Verfügung steht, beispielsweise eine Öffnungsquerschnittsfläche, welche beispielsweise das maximale Strömungsvolumen des Arbeitsfluids festlegt. Gemäß einer Weiterbildung weist wenigstens eine der Gehäusewände eine Leckageöffnung zum Gewährleisten der Leckageströmung auf, wobei insbesondere die Leckageöffnung eine lichte Leckageströmungsfläche für die Leckageströmung definiert. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben herausgefunden, dass die beschriebenen Leckageströmungsmengen sich vorteilhaft, insbesondere optimal, auf die Präzision und die Reaktionsfähigkeit des Thermostatventils auswirken.
In einer weiteren beispielhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung ist das Formgedächtnislegierungs-Bauteil in dem Fluidkanal angeordnet. Dadurch ist es insbesondere möglich, dass das Formgedächtnislegierungs-Bauteil von der Strömung des Arbeitsfluids umströmt werden kann, also dieser ausgesetzt ist, so dass die temperatursensiblen Materialien des Formgedächtnislegierungs-Bauteils präzise und reaktionsschnell reagieren können, um die gewünschten Schalttemperaturen einzuhalten. Beispielsweise ist das Formgedächtnislegierungs-Bauteil derart in dem Fluidkanal angeordnet, dass es von einer Leckagefluidmenge der Leckageströmung von mehr als 0 % und höchstens 15 % des Volumenstroms bei geöffnetem Ventilglied umströmt ist. Es wurde herausgefunden, dass eine derartige Leckagefluidmenge ausreichend ist, um ein zuverlässiges und präzises Umschalten zwischen dem geöffneten und dem geschlossenen Ventilzustand zu ermöglichen, insbesondere zu optimieren. Vorzugsweise beträgt die Leckagefluidmenge wenigstens 0,3 % und höchstens 12 %, vorzugsweise wenigstens 0,5 % und höchstens 10 %, vorzugsweise wenigstens 1 % und höchstens 7 %, vorzugsweise wenigstens 2 % und höchstens 5 % des Volumenstroms bei geöffnetem Ventilglied.
Gemäß einer beispielhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Thermostatventils wirkt das Ventilglied mit einem Ventilsitz bei geschlossenem und/oder geöffnetem Ventilglied zusammen, wobei insbesondere der Ventilsitz den Fluidkanal wenigstens axialabschnittsweise bezüglich der axialen Stellrichtung im Wesentlichen senkrecht zur axialen Stellrichtung begrenzt. Das Ventilglied kann sich in dessen Schließstellung in einem Dichtkontakt mit dem Ventilsitz befinden, so dass ein Durchtritt der Strömung des Arbeitsfluids durch den Fluidkanal, insbesondere an dem Ventilsitz vorbei im Wesentlichen vermieden ist, das heißt insbesondere bis auf die Leckageströmung. Wenigstens eine Dichtkontaktfläche des Ventilglieds und/oder des Ventilsitzes kann derart gestaltet sein, dass die Leckageströmung zugelassen ist. Beispielsweise kann diese Ausführung als undichte Dichtkontaktfläche bezeichnet werden. Es ist möglich, dass die Leckageströmung ausschließlich über die undichte Dichtkontaktfläche gewährleistet ist. Es ist jedoch zusätzlich oder alternativ möglich, dass eine Leckageöffnung vorgesehen ist, welche die Leckageströmung bei geschlossenem Ventilglied zulässt. Beispielsweise kann die Dichtkontaktfläche des Ventilglieds und/oder des Ventilsitzes, welche jeweils in einem Dichtkontakt mit der entsprechenden anderen Dichtkontaktfläche bei geschlossenem Ventilglied gelangen, profiliert sein und/oder nicht vollständig in Bezug auf die entsprechende andere Dichtkontaktfläche dimensioniert sein, so dass ein vollständig dichter Dichtkontakt, das heißt unter Ausschluss einer Leckageströmung, gebildet ist. Beispielsweise ist der Ventilsitz als insbesondere aus einem Stück mit dem Gehäuse des Thermostatventils ausgebildeter, nach innen in Richtung des Fluidkanals ragender umlaufender Vorsprung gebildet, der im Bereich des Ventilsitzes axialabschnittsweise bezüglich der axialen Stellrichtung den Durchmesser des Fluidkanals reduziert, wobei insbesondere die Strömung des Arbeitsfluids trichterartig hin zu dem durch den Ventilsitz definierten freien Strömungsquerschnitt geleitet wird. Das Ventilglied kann beispielsweise wenigstens teilweise teleskopartig in die freie Strömungsquerschnittsfläche einfahren und einen umlaufenden Dichtkontakt mit dem Ventilsitz bei geschlossenem Ventilglied bilden. Es ist auch denkbar, dass das Ventilglied bereits vor dem translatorischen, axialen Einfahren in den freien Strömungsquerschnitt des Ventilsitzes in einen Dichtkontakt mit dem Ventilsitz gelangt.
In einer beispielhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Thermostatventils ist eine Dichtung, wie eine O-Ring-Dichtung oder eine Labyrinthdichtung, zum Abdichten des Fluidkanals bei geschlossenem Ventilglied dem Ventilglied zugeordnet, vorzugsweise an dem Ventilglied angeordnet. Gemäß einer Weiterbildung ist die Dichtung dem Ventilsitz und/oder dem Ventilglied zum Abdichten der wenigstens einen Dichtkontaktfläche zugeordnet, vorzugsweise an dem Ventilsitz oder dem Ventilglied angeordnet. Beispielsweise verhindert die Dichtung eine Leckageströmung im Bereich der Dichtkontaktfläche zwischen Ventilglied und Ventilsitz, in welchem Fall die Leckageströmung beispielsweise über die Leckageöffnung realisiert ist.
In einer beispielhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Thermostatventils ist das Formgedächtnislegierungs-Bauteil dazu ausgelegt, das Ventilglied zum Öffnen bzw. Schließen des Fluidkanals translatorisch in einer axialen Stellrichtung zu verlagern. Die von dem Formgedächtnislegierungs-Bauteil generierten Stellkräfte, insbesondere infolge einer temperaturabhängigen Phasenumwandlung/Deformation des Formgedächtnislegierungs-Bauteils, können demnach eine translatorische Verlagerung des Ventilglieds in axialer Stellrichtung bewirken. Der axiale Stellweg insbesondere zum Schließen des Ventilglieds kann dabei derart eingestellt sein und/oder das Formgedächtnislegierungs-Bauteil und/oder dessen Material derart gewählt sein, dass das Ventilglied in einen Dichtkontakt mit dem Ventilsitz kommt. Beim Öffnen des Ventilglieds wird das Ventilglied translatorisch aus der Schließstellung in die Öffnungsstellung in axialer Stellrichtung verlagert, insbesondere um eine lichte Öffnungsquerschnittsfläche allmählich freizugeben, über die die Strömung des Arbeitsfluids an dem Ventilsitz und/oder dem Ventilglied vorbei gewährleistet ist. In einer beispielhaften Weiterbildung ist die axiale Stellrichtung parallel, vorzugsweise koaxial, zu einer Hauptströmungsrichtung der Strömung des Arbeitsfluids durch den Fluidkanal orientiert. Beispielsweise sind alternativ oder zusätzlich die wenigstens zwei Fluidanschlüsse, wie ein Fluideingang und ein Fluidausgang, parallel, vorzugsweise koaxial, zu der Hauptströmungsrichtung und/oder zu der axialen Stellrichtung orientiert. In einer weiteren beispielhaften Weiterbildung legt der Ventilsitz einen Axialanschlag in axialer Stellrichtung für das Ventilglied fest. Dies bedeutet, dass das Ventilglied beim axialen Stellen, insbesondere Schließen des Fluidkanals, gegen den Ventilsitz anschlägt, insbesondere um mit diesem einen Dichtkontakt zu bilden. Insbesondere kann eine Dichtung, wie eine O-Ring-Dichtung oder eine Labyrinthdichtung, zwischen Ventilsitz und Ventilglied angeordnet sein, insbesondere derart angeordnet sein, dass beim axialen Anschlagen des Ventilglieds auf dem Ventilsitz die Dichtung wenigstens teilweise elastisch deformiert, wie komprimiert, wird. Es ist jedoch auch möglich, dass das Ventilglied eine rotatorische Stellbewegungsrichtung um eine Rotationsachse zum Öffnen und Schließen des Fluidkanals durchführt.
In einer beispielhaften Ausführung der Erfindung ist das Ventilglied als rohrförmiger, sich insbesondere in der axialen Stellrichtung erstreckender, Hohlkörper ausgebildet. Beispielsweise ist der Hohlkörper rotationsförmig aufgebaut. Der Hohlkörper kann zu einer Stirnseite, die insbesondere in axialer Stellrichtung orientiert ist, vollständig offen sein und an einer dieser gegenüberliegenden Stirnseite, die vorzugsweise ebenfalls in axialer Stellrichtung orientiert ist, mit einer Leckageöffnung zum Gewährleisten der Leckageströmung hin zu dem wenigstens teilweise innerhalb des Hohlkörpers angeordneten Formgedächtnislegierungs-Bauteil versehen sein. Insbesondere ist die Rotations- und/oder Mittelachse des Hohlkörpers parallel, vorzugsweise koaxial, zu der Mittel- und/oder Rotationsachse des Thermostatventils und/oder zu den Fluidanschlüssen orientiert. Das Formgedächtnislegierungs-Bauteil kann wenigstens teilweise innerhalb des Hohlkörpers angeordnet sein, so dass insbesondere das Formgedächtnislegierungs-Bauteil im Wesentlichen von der Strömung des Arbeitsglieds zumindest in einer Strömungsrichtung des Arbeitsfluids abgeschirmt ist. Gemäß einer Weiterbildung sind die das Formgedächtnislegierungs-Bauteil von der Strömung des Arbeitsfluids abschirmenden Gehäusewände wenigstens teilweise durch das Ventilglied, insbesondere den Hohlkörper, realisiert. Bei geschlossenem Ventilglied, insbesondere bei einem Dichtkontakt zwischen Ventilglied und Ventilsitz bilden vorzugsweise umlaufende Mantelwände des Ventilglieds den Dichtkontakt mit dem Ventilsitz aus. Beispielsweise können die Mantelwände teleskopartig wenigstens teilweise in die von dem Ventilsitz begrenzte freie Strömungsquerschnittsfläche hineinverschiebbar sein, um das Ventilglied zu schließen.
Gemäß einer beispielhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist das Formgedächtnislegierungs-Bauteil als Feder, insbesondere Druckfeder, ausgebildet. Beispielsweise teilt die Formgedächtnislegierungs-Feder dem Ventilglied zum translatorischen Verlagern des Ventilglieds eine Stellkraft mit. Insbesondere ist die Formgedächtnislegierungs-Feder kraftübertragungsgemäß mit dem Ventilglied gekoppelt, insbesondere um die infolge der Phasenumwandlung erzeugte Stellkraft auf das Ventilglied zu übertragen, insbesondere um dieses in die Schließ- oder Öffnungsstellung zu verlagern. Die translatorische Verlagerung hat den Vorteil, dass diese konstruktiv einfach umzusetzen ist. Wie bereits oben beschrieben wurde, sind allerdings auch rotatorische Verlagerungsbewegungen möglich, wobei insbesondere dann die Formgedächtnislegierungs-Feder als Schenkelfeder oder als auf Torsion beanspruchte Torsionsfeder realisiert ist. Gemäß einer Weiterbildung ist das Formgedächtnislegierungs-Bauteil, insbesondere die Formgedächtnislegierungs-Feder, getriebefrei mit dem Ventilglied kraftübertragungsgemäß gekoppelt. Des Weiteren ist es möglich, dass das Ventilglied mit dem Formgedächtnislegierungs-Bauteil, insbesondere der Formgedächtnislegierungs-Feder, über ein Getriebe, insbesondere ein Exzentergetriebe, zum Umwandeln der translatorischen Bewegung in eine translatorische oder rotatorische Bewegung, durch die das Ventilglied betätigt ist, vorzusehen. Das Getriebe kann beispielsweise eine an das Formgedächtnislegierungs-Bauteil, insbesondere die Formgedächtnislegierungs-Feder, gekoppelte Welle und eine Exzenterscheibe umfassen, die beim translatorischen Verlagern infolge der temperaturabhängigen Phasenumwandlung des Formgedächtnislegierungs-Bauteils rotiert, wobei die Exzenterscheibe exzentrisch um die Welle rotiert und damit eine Rotation des Ventilglieds verursacht.
Gemäß einer beispielhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Thermostatventils ist dem Formgedächtnislegierungs-Bauteil, insbesondere der Formgedächtnislegierungs-Feder, eine entgegensetzt wirkende Antagonistenfeder zugeordnet. Insbesondere ist die Antagonistenfeder dem Formgedächtnislegierungs-Bauteil derart zugeordnet, dass die Formgedächtnislegierungs-Feder mechanisch vorgespannt ist, insbesondere um den temperaturabhängigen Schaltpunkt des Thermostatventils zu verlagern. Als temperaturabhängiger Schaltpunkt ist derjenige Schaltpunkt zu verstehen, zu dem die Formgedächtnislegierungs-Feder aktiviert wird, insbesondere eine Phasenumwandlung/Deformation durchführt. Die sogenannten Schalt-/Auslösetemperaturen zum Aktivieren der Formgedächtnislegierungs-Feder lassen sich erfindungsgemäß mittels der durch die Antagonistenfeder bereitgestellten Vorspannung auf die Formgedächtnislegierungs-Feder insbesondere in einen höheren Temperaturbereich verschieben. Gemäß einer beispielhaften Weiterbildung kann die durch die Antagonistenfeder bereitgestellte Vorspannung auch mittels einer Stellschraube einstellbar sein, um entsprechend der Einstellung den Schalltemperaturbereich zu verschieben. Dabei wurde herausgefunden, dass sich die jeweiligen unteren Schalttemperaturen stärker insbesondere in höhere Temperaturbereiche verschieben als die oberen Schalttemperaturen. Daher wurde erfindungsgemäß herausgefunden, dass sich die sogenannte Schalthysterese gezielt reduzieren lässt mittels einer zusätzlichen mechanischen Vorspannung der Formgedächtnislegierungs-Feder. Das Verkleinern der Schalthysterese bewirkt demnach eine Möglichkeit der Annäherung der Schalt-/Auslösetemperaturen zum Aktivieren der Formgedächtnislegierungs-Feder, so dass es möglich ist, gezielter und/oder reaktionsschneller die Formgedächtnislegierungs-Feder auszulösen/zu aktivieren, insbesondere um ein dynamischeres Thermostatventil zu schaffen und/oder um vorgegebene obere und untere Schalttemperaturen einzuhalten. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das Formgedächtnislegierungs-Bauteil, insbesondere die Formgedächtnislegierungs-Feder, derart in dem Thermostatventil eingebaut ist, dass es um einen vorbestimmten Betrag vorverformt ist, insbesondere um das Formgedächtnislegierungs-Bauteil vorzuspannen. Beispielsweise kann das Formgedächtnislegierungs-Bauteil um 5 % bis 30 %, vorzugsweise um 6 % bis 28 %, vorzugsweise um 7 % bis 27 % seiner eingespeicherten Länge vorverformt sein. Als eingespeicherte Länge ist im Allgemeinen diejenige Länge des Formgedächtnislegierungs-Bauteils definiert, die es einnimmt, wenn es ohne äußere mechanische Lasten über seine Aktivierungstemperatur erwärmt wird (Austenitphase).
Die Antagonistenfeder und die Formgedächtnislegierungs-Feder können derart zueinander angeordnet sein, dass sich eine auf die Formgedächtnislegierungs-Feder wirkende Vorspannkraft in Abhängigkeit der Verlagerung des Ventilglieds ändert. Insbesondere nimmt die auf die Formgedächtnislegierungs-Feder wirkende Vorspannkraft beim Freigeben/Öffnen des Ventilglieds zu und/oder beim Schließen des Ventilglieds ab, wobei insbesondere die Zu- und Abnahme kontinuierlich verlaufen. Beispielsweise sind die Formgedächtnislegierungs-Feder und die Antagonistenfeder als Druckfedern ausgebildet, wobei insbesondere eine entgegen einer Deformation wirkende Deformationsrückstellkraft der Formgedächtnislegierungs-Feder entgegengesetzt zu einer entgegen einer Deformation der Antagonistenfeder wirkenden Deformationsrückstellkraft der Antagonistenfeder orientiert ist.
In einer beispielhaften Ausführung der Erfindung sind/ist die Formgedächtnislegierungs-Feder und/oder die Antagonistenfeder innerhalb des rohrförmigen Ventilglieds angeordnet und stützt sich an einer Innenstirnfläche des Ventilglieds ab, wobei sich die andere Feder an einer der Innenstirnfläche gegenüberliegenden Außenstirnfläche des Ventilglieds abstützt. Die Außenstirnfläche und die Innenstirnfläche weisen dabei in diametral entgegengesetzte Richtungen, vorzugsweise in axialer Stellrichtung. Demnach leiten sowohl die Formgedächtnislegierungs-Feder und/oder die Antagonistenfeder die Stellkräfte bzw. Deformationsrückstellkräfte in die Stirnfläche, in die die Mantelwände münden, ein. Beispielsweise kann das Thermostatventil derart eingerichtet sein, dass es sich ursprünglich, das heißt vor einer Aktivierung des Formgedächtnislegierungs-Bauteils, in geöffnetem oder in geschlossenem Zustand befindet. Es wurde erfindungsgemäß herausgefunden, dass in Abhängigkeit davon, welche der Federn als Formgedächtnislegierungs-Feder ausgebildet ist und abhängig von der Art der Federn, insbesondere Zug- oder Druckfeder, das Ventilglied sich ursprünglich in der geschlossenen bzw. geöffneten Ventilstellung befindet. Je nach Einsatzgebiet bzw. Anforderung kann das erfindungsgemäße Thermostatventil entsprechend eingerichtet sein.
Gemäß einer beispielhaften Weiterbildung ist das Ventilglied derart teleskopartig in eine Führungskapsel zum Schließen bzw. Öffnen des Fluidkanals aus- bzw. einfahrbar, dass von der Strömung des Arbeitsfluids auf eine Mantelfläche des Ventilglieds wirkende Fluiddruckkräfte sich im Wesentlichen aufheben. Die Führungskapsel kann beispielsweise analog zu dem Ventilglied aufgebaut sein, wobei die Führungskapsel größer als das Ventilglied dimensioniert ist. Die Führungskapsel kann außerdem derart eingerichtet sein, dass beim Einfahren des Ventilglieds in die Führungskapsel zum Öffnen des Fluidkanals bzw. beim Ausfahren des Ventilglieds aus der Führungskapsel zum Schließen des Fluidkanals Mantelwände der Führungskapsel das Ventilglied, insbesondere die Ventilgliedmantelwände, in Stellrichtung führen. Gemäß einer beispielhaften Weiterbildung weisen das Ventilglied und das Gehäuse des Thermostatventils einander zugeordnete Führungselemente auf, die beim Verlagern des Ventilglieds in Stellrichtung das Ventilglied relativ zu dem Gehäuse führen. Beispielsweise kann das Ventilglied einen Führungsvorsprung, wie einen Pin oder ein langgezogenes Rohr, besitzen, der mit einer dem Führungsvorsprung zugeordneten Führungsvertiefung, wie einer Nut, zusammenwirkt, insbesondere in der Führungsvertiefung geführt ist. Insbesondere um einen Leckagestrom zwischen Führungskapselmantelwand und Ventilgliedmantelwand zu verhindern, kann eine Dichtung, wie eine O-Ring-Dichtung, zum Abdichten der Führungskontaktflächen angeordnet sein. Gemäß einer Weiterbildung sind die Fluiddruckkräfte im Wesentlichen senkrecht zur axialen Stellrichtung des Ventilglieds orientiert und/oder umfänglich an einer Mantelfläche des Ventilglieds im Wesentlichen gleichmäßig verteilt. Dies hat den Vorteil, dass das Ventilglied nicht bzw. nur in geringem Maße bei dessen Verlagerung gegen die Fluiddruckkräfte arbeiten muss.
Dabei sei angenommen, dass die Fluiddruckkräfte im Wesentlichen senkrecht zur axialen Stellrichtung zu orientieren sind, während die Strömungsrichtung des Arbeitsfluids nicht zwingend senkrecht zur axialen Stellrichtung orientiert sein muss, um den erfindungsgemäßen Effekt zu erreichen, also einen möglichst kostengünstigen und kleinen Stellantrieb zur Realisierung der Funktionsfähigkeit des Thermostatventils einsetzen zu können. Gemäß einer Weiterbildung ist die Summe aller auf das Ventilglied wirkenden Kräfte senkrecht zur axialen Stellrichtung des Ventilglieds Null. Dieser Kräfteausgleich in zur axialen Stellrichtung senkrecht orientierten Radialrichtung kann die Reibkräfte zwischen dem Ventilglied und der Führungskapsel deutlich reduzieren, was zu einem geringeren Verschleiß an Ventilglied und Führungskapsel und insbesondere zu reduzierten Anforderungen an das Formgedächtnislegierungs-Bauteil führt. Vorzugsweise kann das Formgedächtnislegierungs-Bauteil dann derart ausgelegt sein, dass es unabhängig von den Fluiddruckkräften auszulegen ist, um eine gewisse Stellkraft aufzubringen.
Gemäß einer beispielhaften Weiterbildung ist die Führungskapsel als rohrförmiger, sich insbesondere in der axialen Stellrichtung erstreckender, Hohlkörper ausgebildet, zu einer Stirnseite hin vollständig offen und an einer dieser gegenüberliegenden Stirnseite mit einer Leckageöffnung zum Gewährleisten der Leckageströmung hin zu dem wenigstens teilweise innerhalb des Hohlkörpers angeordneten Formgedächtnislegierungs-Bauteil und/oder der Antagonistenfeder versehen. In einer beispielhaften Ausführung kann die Führungskapsel entsprechend der beispielhaften Ausführung des Ventilglieds als Hohlkörper gestaltet sein. Beispielsweise können die die Antagonistenfeder und/oder das Formgedächtnislegierungs-Bauteil von der Strömung des Arbeitsfluids zumindest in einer Strömungsrichtung im Wesentlichen abschirmenden Gehäusewände wenigstens teilweise von der Führungskapsel gebildet sein.
In einer beispielhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Thermostatventils weist das Ventilglied vorzugsweise im Bereich des Ventilsitzes einen vorzugsweise umlaufenden Radialabsatz auf, gegen den wenigstens ein Teil der Fluiddruckkräfte des Arbeitsfluids bei geschlossenem Ventilglied wirkt, um eine axiale Relativkraft entgegen oder in Richtung des Formgedächtnislegierungs-Bauteils zu bilden. Je nachdem, welche der Federn als Formgedächtnislegierungs-Feder hergestellt ist, wirken die Fluiddruckkräfte entgegen bzw. in Krafterzeugungsrichtung des Formgedächtnislegierungs-Bauteils, insbesondere um die Stellkräfte des Formgedächtnislegierungs-Bauteils zu reduzieren bzw. zu erhöhen. Beispielsweise wirken die Fluiddruckkräfte des Arbeitsfluids bei geschlossenem Ventilglied auf die Stellkräfte des Formgedächtnislegierungs-Bauteils ein, um das Formgedächtnislegierungs-Bauteil ohne die Antagonistenfeder vorzuspannen. Die Erfinder der vorliegenden haben herausgefunden, dass eine gewisse Vorspannung sich ebenfalls positiv auf die Reaktionsfähigkeit des Thermostatventils auswirkt, so dass schnellere Reaktionszeiten zu erreichen sind.
Gemäß einer beispielhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Thermostatventils ist das Ventilglied, insbesondere die Gehäusewände, bei geöffnetem Ventilglied im Wesentlichen vollständig von der Strömung des Arbeitsfluids umströmt. Es kann vorgesehen sein, dass das Ventilglied bei geöffnetem Ventilglied in die Führungskapsel wenigstens teilweise eingefahren ist, so dass die Strömung des Arbeitsfluids ebenfalls die Führungskapsel vollständig umströmt. Insbesondere lässt sich dadurch ein symmetrischer Aufbau des Thermostatventils realisieren, der sich positive auf dessen Herstellung und damit Herstellungskosten auswirkt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung, der mit den vorhergehenden Aspekten und beispielhaften Ausführungen kombinierbar ist, ist ein Kühlmitteltrakt zum Leiten von Kühlmittel eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt. Danach ist ein erfindungsgemäßes und nach einem der vorangehenden beispielhaften Ausführungen ausgebildetes Thermostatventil in den Kühlmitteltrakt integriert, insbesondere der Fluidkanal des Thermostatventils an Kühlmittelleitungen angeschlossen, insbesondere sowohl der Fluidkanaleingang als auch der Fluidkanalausgang an jeweils eine Kühlmittelleitung angeschlossen.
Bevorzugte Ausführungen sind in den Unteransprüchen gegeben.
Im Folgenden werden weitere Eigenschaften, Merkmale und Vorteile der Erfindung mittels Beschreibung bevorzugter Ausführungen der Erfindung anhand der beiliegenden beispielhaften Zeichnungen deutlich, in denen zeigen:

1 eine Schnittansicht einer beispielhaften Ausführung eines erfindungsgemäßen Thermostatventils im Schließzustand;
2 eine Schnittansicht des Thermostatventils nach 1 in geöffnetem Zustand;
3 eine Schnittansicht eines weiteren beispielhaften erfindungsgemäßen Thermostatventils in geschlossenem Zustand;
4 eine Schnittansicht des Thermostatventils nach 3 in geöffnetem Zustand;
5 eine Schnittansicht einer weiteren beispielhaften Ausführung eines erfindungsgemäßen Thermostatventils in geschlossenem Zustand; und
6 eine Schnittansicht des Thermostatventils der 5 in geöffnetem Zustand.

In der folgenden Beschreibung beispielhafter Ausführung eines erfindungsgemäßen Thermostatventils ist das Thermostatventil im Allgemeinen mit der Bezugsziffer 1 versehen. In den 1 und 2 ist eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Thermostatventils 1 dargestellt, wobei in 1 das Thermostatventil 1 in der Schließstellung und in 2 in der Öffnungsstellung dargestellt ist. Entsprechend sind in den 3 und 4 bzw. 5 und 6 eine zweite bzw. eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Thermostatventils 1 zu sehen, wobei in 3 bzw. 5 die Schließstellung und in den 4 bzw. 6 die Öffnungsstellung abgebildet sind. In der folgenden Beschreibung werden gleiche bzw. ähnliche Komponenten mit der gleichen bzw. ähnlichen Bezugsziffer versehen. Die Beschreibung der zweiten und dritten beispielhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Thermostatventils 1 ist auf die in Bezug auf die erste Ausführungsform gemäß der 1 und 2 vorhandenen Unterschiede beschränkt.
In 1 ist das Thermostatventil 1 als 2/2- Thermostatwegeventil realisiert. Das Thermostatventil 1 dient zum Steuern einer Strömung eines Arbeitsfluids, die beispielsweise eine Arbeitsflüssigkeit, wie eine Kühlflüssigkeit im Kühlmittelbereich eines Kraftfahrzeugs, ist. Das Thermostatventil 1 legt einen Fluidkanal 3 fest, der sich durch das gesamte Thermostatventil 1 hindurch erstreckt. Der Fluidkanal 3 mündet zu beiden Enden des Thermostatventils 1 in je einen Fluidanschluss 5, 7. Es sei klar, dass das Thermostatventil 1 in beiden Strömungsrichtungen R, die schematisch in 1 mittels eines Doppelpfeils angedeutet ist, betreibbar ist, das heißt, dass sowohl die Strömung des Arbeitsfluids von dem Fluidanschluss 5 durch den Fluidkanal 3 hindurch zu dem Fluidanschluss 7 gelangen kann, als auch umgekehrt. Beispielsweise handelt es sich bei dem Fluidanschluss 5 um einen Fluideingang und bei dem Fluidanschluss 7 um einen Fluidausgang, bzw. umgekehrt. Das Thermostatventil 1 ist beispielsweise rotationssymmetrisch bezüglich einer Mittelachse gestaltet und besitzt ein Gehäuse 9, welches den Fluidkanal 3 begrenzt. In der beispielhaften Ausführung nach 1 ist das Gehäuse 9 zweiteilig realisiert und umfasst ein erstes, unteres Gehäuseteil 11 und ein zweites, oberes Gehäuseteil 13. Das untere und das obere Gehäuseteil 11, 13 besitzen jeweils einen der Fluidanschlüsse 5, 7, wobei gemäß 1 der Fluidanschluss 5 im oberen Gehäuseteil 13 und der Fluidanschluss 7 im unteren Gehäuseteil 11 sich befindet. Das untere Gehäuseteil 11 kann auch als Basisgehäuseteil und das obere Gehäuseteil 13 als Deckelgehäuseteil bezeichnet werden. Das Deckelgehäuseteil 13 ist teilweise in das Basisgehäuseteil 11 eingeschoben. Sowohl das Basisgehäuseteil 11 als auch das Deckelgehäuseteil 13 besitzen wenigstens einen, gemäß 1 zwei, Montagevorsprung 15, 17. Der Montagevorsprung 15 des Deckelgehäuseteils 13 gelangt in einen Axialanschlag mit einem Montagevorsprung 17 des Basisgehäuseteils 11. Der umlaufende Montagevorsprung 15 erstreckt sich radial von dem Deckelgehäuseteil 13 nach außen. Der umlaufende Montagevorsprung 17 erstreckt sich dafür radial von dem Basisgehäuseteil 11 nach innen. Das Deckelgehäuseteil 13 kann derart weit in das Basisgehäuseteil 11 hineingeschoben werden, bis der Montagevorsprung 15 mit dem diesem zugeordneten Montagevorsprung 17 in einen Anschlagkontakt kommt, insbesondere um die axiale Position des Deckelgehäuseteils 13 bezüglich des Basisgehäuseteils 11 festzulegen. Ferner bildet ein Dichtungsvorsprung 19 des Deckelgehäuseteils 13 mit einem Dichtungsvorsprung 21 des Basisgehäuseteils 11 im Anschlagkontakt zwischen Deckelgehäuseteil 13 und Basisgehäuseteil 11 eine Dichtungsaufnahme 23. In die Dichtungsaufnahme 23 ist eine vorzugsweise umlaufende Dichtung 25, beispielsweise eine O-Ring-Dichtung, zum Abdichten der beiden Gehäuseteile 11, 13 eingesetzt.
Das Deckelgehäuseteil 13 umfasst außerdem eine basisgehäuseteilseitige Führungskapsel 27. Im Bereich des Montagevorsprungs 15 und/oder des Dichtungsvorsprungs 19 erstrecken sich vorzugsweise nicht umlaufende Tragstege 29, 31 zu der Führungskapsel 27, welche wiederum als rotationssymmetrisches, vollständig umlaufendes Bauteil ausgebildet ist. Die Führungskapsel 27 ist im Wesentlichen topfförmig bzw. im Querschnitt U-förmig gestaltet, wobei eine umlaufende Seitenwand 33 in eine im Wesentlichen senkrecht zur Seitenwand 33 orientierte Stirnwand 35 mündet. Die Führungskapsel 27 ist im Wesentlichen als rohrförmige Hohlkörper ausgebildet, der zu einer Stirnseite, vorzugsweise der deckelgehäuseteilseitigen Stirnseite, welche von der Stirnwand 35 gebildet ist, mit einer Leckageöffnung 37 zum Gewährleisten einer Leckageströmung des Arbeitsfluids in geschlossenem Zustand des Thermostatventils 1 versehen. Die Leckageströmung ist schematisch mittels des Doppelpfeils mit dem Bezugszeichen L in 1 angedeutet. Zu der der Stirnwand 35 gegenüberliegenden Stirnseite 39 ist die Führungskapsel 27 vollständig offen.
Die Führungskapsel 27 kann außerdem Teil eines Stellantriebs 41 zum Aufbringen von Stellkräften zum Betreiben des Thermostatventils 1 sein, um die Strömung des Arbeitsfluids zu steuern. Das erfindungsgemäße Thermostatventil 1 umfasst ferner ein Ventilglied 43 zum Schließen und zumindest teilweise Öffnen des Fluidkanals 3, das ebenfalls Teil des Stellantriebs 41 sein kann. Das Ventilglied 43 kann, wie es beispielsweise in 1 abgebildet ist, als translatorisch verlagerbarer Schieber realisiert sein, dessen translatorische Verlagerung zum Schließen und zumindest teilweise Öffnen des Fluidkanals 3 eine axiale Stellrichtung S definiert. Vorzugsweise ist die axiale Stellrichtung S parallel, insbesondere koaxial, zu einer Mittel- und/oder Rotationsachse des Thermostatventils 1 orientiert. Das Ventilglied 43 ist beispielsweise als rohrförmiger, sich in axialer Stellrichtung S erstreckender, Hohlkörper ausgebildet und kann im Wesentlichen gleich wie die Führungskapsel 27 geformt sein, wobei eine Dimensionierung des Ventilglieds 43 kleiner bemessen ist als eine Dimensionierung der Führungskapsel 27. Ein umlaufender Mantel 45 des Ventilglieds 43 mündet deckelgehäuseteilseitig in eine Stirnwand 47, die mit einer Leckageöffnung 49 zum Gewährleisten der Leckageströmung versehen ist, wobei die Leckageöffnung 49 des Ventilglieds 43 und die Leckageöffnung 37 der Führungskapsel 27 im Wesentlichen koaxial, vorzugsweise fluchtend, zueinander angeordnet sind, so dass die Leckageströmung L im Wesentlichen geradlinig durch den Fluidkanal 3 bei geschlossenem Ventilglied 43 (1) hindurchströmen kann. An einer der Stirnwand 47 gegenüberliegenden Stirnseite 51 des Ventilglieds 43 ist das Ventilglied 43 vollständig offen. Vorteilhafterweise beträgt eine lichte Leckageströmungsfläche durch die Leckageöffnung 37 und die Leckageöffnung 49 bei geschlossenem Ventilglied für die Leckageströmung L mehr als 0 % und höchstens 10 % der lichten Öffnungsquerschnittsfläche bei geöffnetem Ventilglied (vgl. 2). Das Thermostatventil 1 kann außerdem derart ausgebildet sein, dass eine Leckagefluidmenge der Leckageströmung L von mehr als 0 % und höchstens 5 % des Volumenstroms bei geöffnetem Ventilglied 43 (vgl. 2) zugelassen ist. Das Ventilglied 43 ist derart dimensioniert und in Bezug auf die Führungskapsel 27 angeordnet, dass das Ventilglied 43 teleskopartig in die vorzugsweise ortsfeste Führungskapsel 27 zum Schließen und Öffnen des Fluidkanals 3 aus- und einfahrbar ist. Zum gegeneinander Abdichten der Führungskapsel 27 und des Ventilglieds 43 kann eine Dichtung 53, wie eine O-Ring-Dichtung, an dem Ventilglied 43 und/oder der Führungskapsel 27 angeordnet sein.
Das Ventilglied 43 wirkt mit einem vorzugsweise aus einem Stück mit dem Gehäuse 9, insbesondere dem Basisgehäuseteil 11, ausgebildeten Ventilsitz 55 bei geschlossenem Ventilglied 43 zusammen. Der Ventilsitz 55 kann beispielsweise als umlaufender, sich radial nach innen erstreckender Vorsprung realisiert sein, in dem Gehäusewände des Gehäuses 9, vorzugsweise des Basisgehäuseteils 11, übergehen, wobei insbesondere die Strömung des Arbeitsfluids trichterartig zu einem durch den Ventilsitz 55 definierten freien Strömungsquerschnitt führt. Zur Erhöhung der Dichtigkeit zwischen Ventilglied 43 und Ventilsitz 55 ist eine Dichtung 57 insbesondere an dem Ventilglied 43 angeordnet, wie eine O-Ring-Dichtung oder eine Labyrinthdichtung. In einer nicht dargestellten Ausführung des erfindungsgemäßen Thermostatventils 1 kann die Leckageströmung L auch dadurch realisiert sein, miteinander in Dichtkontakt geratende Dichtkontaktflächen 59, 61 des Ventilglieds 43 bzw. des Ventilsitzes 55 bei geschlossenem Ventilglied 43 derart gestaltet sind, dass eine Leckageströmung L zugelassen ist, insbesondere ohne dass die Leckageöffnungen 37, 49 notwendig sind. Beispielsweise kann wenigstens eine der Dichtkontaktflächen 59, 61 profiliert sein, so dass sich ein undichter Dichtkontakt zwischen Ventilglied 43 und Ventilsitz 55 ergibt.
Der Stellantrieb 41 umfasst ein Formgedächtnislegierungs-Bauteil zum Aufbringen wenigstens eines Teils der Stellkräfte zum Betreiben/Betätigen des Ventilglieds 43, um den Fluidkanal 3 zu schließen oder zumindest teilweise zu öffnen. Gemäß der beispielhaften Ausführungsformen umfasst das Thermostatventil 1 eine Doppel-Feder-Anordnung 63 aus einer deckelgehäuseteilseitigen Feder 65 und einer basisgehäuseteilseitigen Feder 67, wobei beide Federn 65, 67 Teil des Stellantriebs 41 sein können. Beispielsweise sind beide Federn 65, 67 als Druckfedern realisiert. Eine der Federn 65, 67 ist erfindungsgemäß als Formgedächtnislegierungs-Bauteil realisiert, das heißt aus einem Formgedächtnislegierungsmaterial hergestellt, und dient zum Aufbringen wenigstens eines Teils der Stellkräfte zum Betätigen des Ventils 43. Zur Funktionsweise von Formgedächtnislegierungs-Bauteilen wird auf die vorangehende allgemeine Beschreibung verwiesen. In Zusammenschau der 1 und 2 ist zu erkennen, dass infolge einer temperaturabhängigen Phasenumwandlung/Deformation der Formgedächtnislegierungs-Feder 65 oder 67, die eine Ausdehnung oder Komprimierung der Formgedächtnislegierungs-Feder 65 oder 67 bewirkt, eine Betätigung des Ventilglieds 43 erfolgt. Nämlich dahingehend, dass das Ventilglied 43 translatorisch in der axialen Stellrichtung S bei Aktivierung der Formgedächtnislegierungs-Feder 65 oder 67 teleskopartig aus der Führungskapsel 27 ausgefahren ist, um in einen Dichtkontakt mit dem Ventilsitz 55 und damit einen geschlossenen Ventilgliedzustand zu geraten (1), oder in die Führungskapsel 27 wenigstens teilweise eingefahren ist, um in einen Öffnungszustand zu geraten, bei dem das Ventilglied 43 den Dichtkontakt mit dem Ventilsitz 55 verlassen hat und die in 2 schematisch anhand der Doppelpfeile angedeutete Hauptströmung H zulässt. In geschlossenem Zustand (1) ist demnach die deckelgehäuseteilseitige Feder 65 in einem entspannten bzw. ausgedehnten Zustand, während die basisgehäuseteilseitige Feder 67 in einem komprimierten bzw. neutralen Zustand sich befindet. Im Vergleich dazu ist in 2 die deckelgehäuseteilseitige Feder 65 in einem neutralen bzw. komprimierten Zustand abgebildet, während die basisgehäuseteilseitige Feder 67 in einem ausgedehnten bzw. normalen Zustand sich befindet. Beispielsweise ist der Formgedächtnislegierungs-Feder 65 oder 67 eine entgegengesetzt wirkende Antagonistenfeder 67 oder 65 zugeordnet, vorzugsweise um die Formgedächtnislegierungs-Feder 65, 67 auf Druck vorzuspannen, beispielsweise um den temperaturabhängigen Schaltpunkt des Thermostatventils 1 zu verlagern.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Formgedächtnislegierungs-Bauteil, insbesondere die Formgedächtnislegierungs-Feder 65 oder 67, der Leckageströmung L des Arbeitsfluids bei geschlossenem Ventilglied 43 (1, 3, 5) ausgesetzt. Dadurch wird erfindungsgemäß erreicht, dass das stellkrafterzeugende Formgedächtnislegierungs-Bauteil 65 oder 67, welches in Abhängigkeit der Temperatur des Arbeitsfluids oder einer Umgebungstemperatur eine Stellkraft zum Schließen bzw. wenigstens teilweise Öffnen des Fluidkanals 3 generiert, direkt dem Arbeitsfluid ausgesetzt, also mit dem Arbeitsfluid in Kontakt ist, vorzugweise von dem Arbeitsfluid angeströmt bzw. umspült ist, so dass ein präzises und reaktionsschnelles Schalten ermöglicht ist, insbesondere ein präzises und schnelles Reagieren auf die Arbeitsfluidtemperatur und/oder Umgebungstemperatur erreicht ist. Die Leckageströmung L wird in den beispielhaften Ausführungen durch die Leckageöffnungen 37, 49 realisiert, wobei bereits angedeutet wurde, dass alternativ oder zusätzlich die Dichtkontaktflächen 59, 61 des Ventilglieds 43 bzw. des Ventilsitzes 55 beispielsweise profiliert sein können, um die Leckageströmung L zuzulassen. Es ist ferner beispielsweise in 1 zu erkennen, dass das Formgedächtnislegierungs-Bauteil 65 oder 67 derart angeordnet ist, dass es insbesondere bei geschlossenem Ventilglied 43 von der Strömung des Arbeitsfluids in zumindest einer Strömungsrichtung durch den Fluidkanal 3 im Wesentlichen abgeschirmt ist. Dies ist dadurch erreicht, dass das Formgedächtnislegierungs-Bauteil 65, 67 im Wesentlichen in der Führungskapsel 27 bzw. dem Ventilglied 43 eingekapselt ist. Demnach können Gehäusewände vorgesehen sein, die das Formgedächtnislegierungs-Bauteil 65 oder 67 in wenigstens einer Strömungsrichtung des Arbeitsfluids von dieser abschirmen, wobei beispielsweise die Gehäusewände wenigstens teilweise durch die Stirnwand 35 und die Seitenwand 33 der Führungskapsel bzw. durch die Stirnwand 47 bzw. den Mantel 45 des Ventilglieds realisiert sind. Anders ausgedrückt befinden sich das Formgedächtnislegierungs-Bauteil 65 oder 67, insbesondere die Formgedächtnislegierungs-Feder 65 oder 67, und/oder die Antagonistenfeder 67 oder 65 zumindest wenigstens teilweise innerhalb der Führungskapsel 27 bzw. innerhalb des Ventilglieds 43. Die deckelgehäuseteilseitige Feder 65 stützt sich einerseits an einer Innenseite der Stirnwand 35 und andererseits an einer deckelgehäuseteilseitigen Außenseite der Stirnwand 47 des Ventilglieds 43 ab. Die basisgehäuseteilseitige Feder 67 stützt sich zum einen innenseitig an der Stirnwand 47 des Ventilglieds 43 und zum anderen an wenigstens zwei bei geschlossenem Ventilglied 43 sich im Bereich des Ventilsitzes 55 von dem Basisgehäuseteil 11 weg erstreckenden Haltestegen 69, 71 ab. Die von der Strömung des Arbeitsfluids auf den Mantel 45 des Ventilglieds 43 wirkenden Fluiddruckkräfte heben sich in Wesentlichen auf. Dies wird dadurch ermöglicht, dass die Fluiddruckkräfte im Wesentlichen senkrecht zur axialen Stellrichtung S des Ventilglieds 43 orientiert sind und/oder umfänglich an dem Mantel 45 des Ventilglieds 43 im Wesentlichen gleichmäßig verteilt sind und dort angreifen. Bei Betätigung des Ventilglieds 43 in der axialen Stellrichtung S hat das Ventilglied 43 im Wesentlichen keine entgegen der Verlagerung wirkenden Fluiddruckkräfte zu überwinden. Dadurch lässt sich ein besonders verschleißarmes Thermostatventil 1 realisieren, bei dem ein Stellantrieb kostengünstig ausgelegt werden kann, da keine erhöhten Stellkräfte aufzubringen sind, welche beispielsweise zur Überwindung von Fluiddruckkräften nötig wären.
In 2 ist das Thermostatventil 1 nach 1 in geöffnetem Zustand abgebildet, indem infolge einer temperaturabhängigen Aktivierung des Formgedächtnislegierungs-Bauteils 65 oder 67 das Ventilglied 43 aus einem Dichtkontakt mit dem Ventilsitz 55 gebracht ist, um die Hauptströmung H durch den Fluidkanal 3 hindurch zu gewährleisten. Es ist zu erkennen, dass bei geöffnetem Ventilglied 43 das Ventilglied 43, insbesondere die Gehäusewände 45, 33 von Ventilglied 43 bzw. Führungskapsel 27 im Wesentlichen vollständig von der Hauptströmung des Arbeitsfluids H umströmt sind. Die insbesondere symmetrische Anordnung des erfindungsgemäßen Thermostatventils 1 ermöglicht eine gleichmäßige Durchströmung des Fluidkanals 3 bzw. eine im Wesentlichen gleichmäßige Umströmung von Ventilglied 43 und Führungskapsel 27.
In Bezug auf die 3 und 4 wird eine weitere beispielhafte Ausführung des erfindungsgemäßen Thermostatventils 1 erläutert, wobei 3 analog zu 1 den geschlossenen Ventilgliedzustand und 4 analog zu 2 den geöffneten Ventilgliedzustand abbildet. Die folgende Beschreibung beschränkt sich dabei auf die sich in Bezug auf die Ausführung nach 1 bzw. 2 ergebenden Unterschiede. Im Vergleich zu den 1 und 2 besitzt das Ventilglied 43 gemäß der 3 und 4 im Bereich des Ventilsitzes 55 bei geschlossenem Ventilglied 43 einen umlaufenden Radialabsatz 73, der sich von dem Mantel 45 des Ventilglieds 43 radial nach außen in Richtung des Ventilsitzes 45 erstreckt. Der Radialabsatz 73 besitzt eine umlaufende, sich senkrecht von dem Mantel 45 weg erstreckende Druckangriffsflanke 75, welche in eine schräg bezüglich der axialen Stellrichtung S orientierte Dichtkontaktfläche 77 übergeht, welche mit dem Ventilsitz 55 bei geschlossenem Ventilglied 43 in einen Dichtkontakt gerät. Der Radialabsatz 73 dient insbesondere dazu, eine in axialer stellrichtungswirkende Relativkraft entgegen oder in Richtung des Formgedächtnislegierungs-Bauteils 65 oder 67 zu bilden, insbesondere um das Formgedächtnislegierungs-Bauteil 65 oder 67 oder die Antagonistenfeder 67 oder 65 vorzuspannen. Es wurde erfindungsgemäß herausgefunden, dass mittels einer Vorspannung eine präzisere und reaktionsschnellere Umschaltung zwischen den Betriebszuständen des Thermostatventils 1 zu erreichen ist. Wie insbesondere in 3 zu sehen ist, wirkt der Radialabsatz 73 gemäß der beispielhaften Ausführung vor allem in geschlossenem Ventilgliedzustand und bei einer vom Fluidanschluss 5 in Richtung des Fluidanschlusses 7 strömenden Strömung des Arbeitsfluids. Die Strömung des Arbeitsfluids wirkt gemäß 3 im Vergleich zu 1 nicht mehr nur gleichmäßig verteilt auf den Mantel 45 des Ventilglieds 43, sondern wenigstens teilweise auch auf die Druckauflageflanke 75 des Radialabsatzes 73, um beispielsweise eine Fluiddruckkraft in Richtung der geschlossenen Ventilgliedstellung auszubilden, die beispielsweise eine Stellkraft des Formgedächtnislegierungs-Bauteils 65 oder 67 in Richtung des geöffneten Ventilgliedzustands erschwert bzw. erleichtert, je nachdem, welche der Federn 65 oder 67 als Formgedächtnislegierungs-Feder realisiert ist und je nachdem, ob der geschlossene Ventilgliedzustand oder der geöffnete Ventilgliedzustand einen ursprünglichen, Initialzustand bildet. Der Radialabsatz 73 ist insbesondere dazu vorgesehen, die Fluiddruckkräfte zu nutzen, um die von dem Formgedächtnislegierungs-Bauteil 65 oder 67 zu verrichtende Arbeit zu unterstützen, insbesondere zu reduzieren.
In den 5 und 6 ist eine weitere beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Thermostatventils 1 abgebildet, die sich von der Ausführungsform gemäß der 1 und 2 dadurch unterscheidet, dass im Bereich des Fluidanschlusses 7, der beispielweise ein Fluideingang oder ein Fluidausgang sein kann, ein im Wesentlichen T-förmiges Bypass-Gehäuseteil 79 angeflanscht oder aus einem Stück mit dem Basisgehäuseteil 11, vorzugsweise mit dem Deckelgehäuseteil 13, hergestellt ist. Das Bypass-Gehäuseteil 79 ist als im Wesentlichen hohles Strömungsrohr mit im Wesentlichen gleichmäßiger Wandstärke ausgebildet, indem eine Bypass-Strömung, die schematisch durch den Doppelpfeil mit der Bezugsziffer 81 abgebildet ist, hindurchströmt. Beispielsweise kann die Bypass-Strömung 81 durch das Bypass-Gehäuseteil 79 kontinuierlich, das heißt auch unabhängig von der Ventilgliedstellung des erfindungsgemäßen Thermostatventils 1 hindurchströmen. Dies bedeutet, dass unabhängig von der Ventilgliedstellung des erfindungsgemäßen Thermostatventils 1 die basisgehäuseteilseitige Feder 67 wenigstens teilweise der Bypass-Strömung 81 ausgesetzt ist, das heißt von dieser angeströmt bzw. umströmt wird. In 5 ist die geöffnete Ventilgliedstellung des Ventilglieds 43 und in 6 die geschlossene Ventilgliedstellung des Ventilglieds 43 abgebildet. In geöffnetem Ventilgliedzustand nach 6 ist demnach die Hauptströmung H durch den Fluidkanal 3 ermöglicht und mittels der Doppelpfeile mit dem Bezugszeichen H angedeutet.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Figuren und den Ansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Realisierung der Erfindung in den verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.
Bezugszeichenliste

1: Thermostatventil
3: Fluidkanal
5,7: Fluidanschluss
9: Gehäuse
11, 13: Gehäuseteil
15,17: Montagevorsprung
19,21: Dichtungsvorsprung
23: Dichtungsaufnahme
25: Dichtung
27: Führungskapsel
29,31: Tragsteg
33: Seitenwand
35: Stirnwand
37: Leckageöffnung
39: Stirnseite
41: Stellantrieb
43: Ventilglied
45: Mantel
47: Stirnwand
49: Leckageöffnung
51: Stirnseite
53: Dichtung
55: Ventilsitz
57: Dichtung
59,61: Dichtkontaktfläche
63: Doppel-Feder-Anordnung
65, 67: Feder
69,71: Haltestege
73: Radialabsatz
75: Druckangriffsflanke
77: Dichtkontaktfläche
79: Bypass-Gehäuseteil
81: Bypass-Strömung
S: Stellrichtung
H: Hauptströmung
L: Leckageströmung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2016/0139616 A1 [0006]

Claims

Thermostatventil (1), insbesondere 2/2-Thermostatwegeventil, zum Steuern einer Strömung eines Arbeitsfluids, wie einer Arbeitsflüssigkeit, umfassend: - einen Fluidkanal (3); - ein Ventilglied (43) zum Schließen und zumindest teilweise Öffnen des Fluidkanals (3); und - einen Stellantrieb (41) zum Aufbringen von Stellkräften, der mit dem Ventilglied (43) gekoppelt ist und ein Formgedächtnislegierungs-Bauteil zum Aufbringen wenigstens eines Teils der Stellkräfte umfasst; dadurch gekennzeichnet, dass bei geschlossenem Ventilglied (43) das Formgedächtnislegierungs-Bauteil einer Leckageströmung des Arbeitsfluids ausgesetzt ist.
Thermostatventil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Formgedächtnislegierungs-Bauteil derart angeordnet ist, dass es von der Strömung des Arbeitsfluids in zumindest einer Strömungsrichtung im Wesentlichen abgeschirmt ist, wobei insbesondere das Formgedächtnislegierungs-Bauteil von Gehäusewänden umgeben ist, die das Formgedächtnislegierungs-Bauteil von der Strömung des Arbeitsfluids zumindest in einer Strömungsrichtung im Wesentlichen abschirmen.
Thermostatventil (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine lichte Leckageströmungsfläche für die Leckageströmung bei geschlossenem Ventilglied (43) mehr als 0 % und höchstens 10 % der lichten Öffnungsquerschnittsfläche bei geöffnetem Ventilglied (43) beträgt, wobei insbesondere wenigstens eine der Gehäusewände eine Leckageöffnung (37,49) zum Gewährleisten der Leckageströmung aufweist.
Thermostatventil (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Formgedächtnislegierungs-Bauteil in dem Fluidkanal (3) angeordnet ist, insbesondere derart angeordnet ist, dass es von einer Leckagefluidmenge der Leckageströmung von mehr als 0 % und höchstens 15 % des Volumenstroms bei geöffnetem Ventilglied (43) umströmt ist.
Thermostatventil (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied (43) mit einem Ventilsitz (55) bei geschlossenem Ventilglied (43) zusammenwirkt und wenigstens eine Dichtkontaktfläche des Ventilglieds (43) und/oder des Ventilsitzes (55) derart gestaltet ist, dass die Leckageströmung zugelassen ist.
Thermostatventil (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dichtung (57), wie eine O-Ring-Dichtung oder eine Labyrinthdichtung, zum Abdichten des Fluidkanals (3) bei geschlossenem Ventilglied (43) dem Ventilglied (43) zugeordnet, vorzugsweise an dem Ventilglied (43) angeordnet, ist, wobei insbesondere die Dichtung (57) dem Ventilsitz (55) und/oder dem Ventilglied (43) zum Abdichten der wenigstens einen Dichtkontaktfläche zugeordnet, vorzugsweise an dem Ventilsitz (55) oder dem Ventilglied (43) angeordnet, ist.
Thermostatventil (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Formgedächtnislegierungs-Bauteil dazu ausgelegt ist, das Ventilglied (43) zum Öffnen und Schließen des Fluidkanals (3) translatorisch in einer axialen Stellrichtung (S) zu verlagern, wobei insbesondere die axiale Stellrichtung (S) parallel, vorzugsweise koaxial, zu einer Hauptströmungsrichtung (H) der Strömung des Arbeitsfluids durch den Fluidkanal (3) orientiert ist, wobei insbesondere der Ventilsitz (55) einen Axialanschlag in axialer Stellrichtung (S) für das Ventilglied (43) festlegt.
Thermostatventil (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied (43) als rohrförmiger, sich insbesondere in der axialen Stellrichtung (S) erstreckender, Hohlkörper ausgebildet ist, zu einer Stirnseite hin vollständig offen ist und an einer dieser gegenüberliegenden Stirnseite mit einer Leckageöffnung (49) zum Gewährleisten der Leckageströmung hin zu dem wenigstens teilweise innerhalb des Hohlkörpers angeordneten Formgedächtnislegierungs-Bauteil versehen ist, wobei insbesondere die Gehäusewände wenigstens teilweise durch das Ventilglied (43) realisiert sind.
Thermostatventil (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Formgedächtnislegierungs-Bauteil als Feder (65, 67), insbesondere Druckfeder, ausgebildet ist.
Thermostatventil (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Formgedächtnislegierungs-Bauteil, insbesondere der Formgedächtnislegierungs-Feder, eine entgegensetzt wirkende Antagonistenfeder zugeordnet ist, insbesondere derart zugeordnet ist, dass die Formgedächtnislegierungs-Feder auf Druck vorgespannt ist, insbesondere um den temperaturabhängigen Schaltpunkt des Thermostatventils (1) zu verlagern.
Thermostatventil (1) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Formgedächtnislegierungs-Feder und/oder die Antagonistenfeder innerhalb des rohrförmigen Ventilglieds (43) angeordnet ist und sich an einer Innenstirnfläche des Ventilglieds (43) abstützt, wobei insbesondere die andere Feder sich an einer der Innenstirnfläche gegenüberliegenden Außenstirnfläche des Ventilglieds (43) abstützt.
Thermostatventil (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied (43) derart teleskopartig in eine Führungskapsel (27) zum Schließen und Öffnen des Fluidkanals (3) aus- und einfahrbar ist, dass von der Strömung des Arbeitsfluids auf eine Mantelfläche des Ventilglieds (43) wirkende Fluiddruckkräfte sich im Wesentlichen aufheben, wobei insbesondere die Fluiddruckkräfte im Wesentlichen senkrecht zur axialen Stellrichtung des Ventilglieds (43) orientiert sind und/oder umfänglich an der Mantelfläche des Ventilglieds (43) im Wesentlichen gleichmäßig verteilt sind.
Thermostatventil (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungskapsel (27) als rohrförmiger, sich insbesondere in der axialen Stellrichtung erstreckender, Hohlkörper ausgebildet ist, zu einer Stirnseite hin vollständig offen ist und an einer dieser gegenüberliegenden Stirnseite mit einer Leckageöffnung (37) zum Gewährleisten der Leckageströmung hin zu dem wenigstens teilweise innerhalb des Hohlkörpers angeordneten Formgedächtnislegierungs-Bauteil und/oder der Antagonistenfeder versehen ist, wobei insbesondere die Gehäusewände wenigstens teilweise von der Führungskapsel (27) gebildet sind.
Thermostatventil (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied (43) einen vorzugsweise umlaufenden Radialabsatz (73), insbesondere zum Bilden eines Dichtkontakts mit dem Ventilsitz (55), aufweist, gegen den wenigstens ein Teil der Fluiddruckkräfte des Arbeitsfluids bei geschlossenem Ventilglied (43) wirkt, um eine axiale Relativkraft entgegen oder in Richtung des Formgedächtnislegierungs-Bauteils zu bilden, insbesondere um das Formgedächtnislegierungs-Bauteil oder die Antagonistenfeder vorzuspannen.
Thermostatventil (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied (43), insbesondere die Gehäusewände, bei geöffnetem Ventilglied (43) im Wesentlichen vollständig von der Strömung des Arbeitsfluids umströmt ist.