DE19814252B4

DE19814252B4 - Thermostatventil

Info

Publication number: DE19814252B4
Application number: DE19814252.8A
Authority: DE
Inventors: Barbu-Scarlat Frunzetti
Original assignee: Behr Thermot Tronik GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 1998-03-31
Filing date: 1998-03-31
Publication date: 2014-10-09
Anticipated expiration: 2018-04-01
Also published as: US6065682A; IT1309647B1; GB2335966A; GB9905738D0; DE19814252A1; GB2335966B; FR2776744A1; FR2776744B1; ITMI990399A1

Abstract

Thermostatventil (10), insbesondere für eine Regelung der Kühlmittelzufuhr zu einem Getriebeölkühler, mit einem ersten, mittels eines thermostatischen Arbeitselementes (33) verstellbaren Ventil (32), das die Zufuhr von gekühltem Kühlmittel zu einer Mischkammer (42) regelt, und mit einem zweiten, mittels eines thermostatischen Arbeitselementes (18, 18') verstellbaren Ventil (14, 15), das die Zufuhr von erwärmtem Kühlmittel zu der Mischkammer regelt, dadurch gekennzeichnet, dass dem zweiten Ventil (14, 15) zwei thermostatische Arbeitselemente (18, 18', 24, 24') zugeordnet sind, die gleichsinnig an ein zum Öffnen des zweiten Ventils einstellbares Ventilelement (15) angreifen, wobei ein Ventilteller (15) gleitend auf einem Gehäuse (17, 45) eines der thermostatischen Arbeitselemente (18, 18') geführt ist und mit einer Einschnürung (19) einen Absatz dieses Gehäuses (17, 45) hintergreift, und wobei an dem Ventilteller (15) ein Bügel (30) angebracht ist, an den das zweite thermostatische Arbeitselement (24, 24') angreift.

Description

Die Erfindung betrifft ein Thermostatventil, insbesondere für eine Regelung einer Kühlmittelzufuhr zu einem Getriebölkühler, mit einem ersten, mittels eines thermostatischen Arbeitselementes verstellbaren Ventil, das die Zufuhr von gekühltem Kühlmittel in eine Mischkammer regelt, und mit einem zweiten, mittels eines thermostatischen Arbeitselementes verstellbaren Ventil, das die Zufuhr von erwärmtem Kühlmittel zur Mischkammer regelt.
Ein Thermostatventil der eingangs genannten Art hat die Funktion, nach einem Kaltstart eines Verbrennungsmotors einerseits die Warmlaufphase zu verkürzen, d. h. das Erreichen einer Betriebstemperatur beispielsweise eines Getriebeölkühlers für ein Automatikgetriebe. Andererseits hat es die Funktion, dafür zu sorgen, daß eine relativ hohe Betriebstemperatur eingehalten wird und eine maximal zulässige Temperatur nicht überschritten wird. Das die Zufuhr des erwärmten Kühlmittels zur Mischkammer regelnde Ventil öffnet erst, wenn das Kühlmittel des Verbrennungsmotors eine Mindesttemperatur erreicht hat, die beispielsweise in der Größenordnung von 80°C liegt. Das die Zufuhr des kalten oder gekühlten Kühlmittels regelnde Ventil öffnet erst, wenn die Betriebstemperatur in der Größenordnung von 110°C bis 120°C erreicht worden ist. Die dabei verwendeten thermostatischen Arbeitselemente haben heute einen hohen Qualitätsstandard erreicht.
Die Druckschrift DE 23 14 301 A offenbart eine Umlaufkühlvorrichtung für Kolbenbrennkraftmaschinen, wobei ein Dreiwegethermostat zur Regelung des Kühlmittelflusses in der Umlaufkühlvorrichtung vorgesehen ist. Um Strömungswege freizugeben oder diese zu verschließen sind Dehnstoffelemente vorgesehen, die abhängig von Temperaturen des strömenden Fluids ansprechen.
Die Druckschrift DE 33 47 002 C1 offenbart einen Temperaturregler-Einsatz für den Kühlkreis einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine. Dabei sind eine erste Dehnstoffkapsel und eine zweite Dehnstoffkapsel in einem Mischraum eines Kühlmittel-Mischthermostaten vorgesehen. Die Dehnstoffkapseln sind dabei derart ausgelegt, dass sie auf unterschiedliche Temperaturen ansprechen. Die Dehnkapseln sind derart orientiert, dass sie eine gemeinsame Wirkungsrichtung aufweisen.
Dennoch kann nicht mit absoluter Sicherheit ausgeschlossen werden, daß die Thermostatventile ausfallen. In diesem Fall besteht das Problem, daß dann beide Ventile geschlossen bleiben, so daß dann eine Kühlung unterbunden wird und beispielsweise der Getriebeölkühler nicht arbeitet, und deshalb eine Überhitzung im Bereich eines Automatikgetriebes auftreten kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Thermostatventil der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Sicherheit gegen einen Ausfall weiter erhöht wird.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß dem zweiten Ventil zwei thermostatische Arbeitselemente zugeordnet sind, die gleichsinnig an ein zum Öffnen des zweiten Ventils verstellbares Ventilelement angreifen.
Das zusätzliche thermostatische Arbeitselement erhöht die Sicherheit gegen einen Funktionsausfall wesentlich, da es in der Praxis als nahezu ausgeschlossen gelten kann, daß alle thermostatischen Arbeitselemente ausfallen. Die Verwendung eines zweiten thermostatischen Arbeitselementes für das die Zufuhr von erwärmtem Kühlmittel regelnde Ventil führt darüber hinaus zu einem Funktionsvorteil. Es ist daher möglich, dieses Ventil so auszubilden, daß es bis zu einer vorgegebenen Mindesttemperatur vollständig geschlossen bleibt. Diese Ausbildung hat gegenüber einer anderen Lösung den Vorteil, bei der eine Bypass-Strömung für dieses Ventil vorgesehen wird. Für diese Bypass-Strömung muß ein Strömungsquerschnitt vorgesehen werden, der sicherstellt, daß diese Bypass-Strömung ausreicht, um bei einem Ausfall des Thermostatventils sicherzustellen, daß eine zulässige Maximaltemperatur nicht überschritten wird. Eine derartige Lösung ist jedoch insbesondere für Dieselmotoren mit Direkteinspritzung ungünstig, da diese nur relativ wenig Wärme entwickeln. In diesem Fall besteht die Gefahr, daß bei kalten Außentemperaturen die Bypass-Strömung so stark ist, daß die Betriebstemperatur überhaupt nicht erreicht wird.
In Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, daß die beiden thermostatischen Arbeitselemente des zweiten Ventils koaxial hintereinander angeordnet sind. Diese Anordnung erlaubt eine räumlich günstige Bauweise und einfache Übertragungselemente.
In vorteilhafter Weiterbildung wird vorgesehen, daß das zweite Ventil einen Ventilteller enthält, der mit einer Schließfeder belastet ist und der in Öffnungsrichtung in Mitnahmeverbindung mit beiden thermostatischen Arbeitselementen steht. Jedes der beiden thermostatischen Arbeitselemente bewirkt somit bei Erreichen der entsprechenden Kühlmitteltemperatur eine Öffnung dieses Ventils.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, daß die beiden thermostatischen Arbeitselemente quer zu einer Längsachse spiegelsymmetrisch angeordnet sind. Dies erlaubt die Verwendung von weitgehend identisch ausgebildeten thermostatischen Arbeitselementen für dieses zweite Ventil.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist für die beiden thermostatischen Arbeitselemente ein gemeinsames Gehäuse vorgesehen, das mittels einer Querwand in zwei jeweils einem thermostatischen Arbeitselement zugeordnete Kammern unterteilt ist. Damit ergibt sich eine einfache Konstruktion.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele und den Unteransprüchen.
1 zeigt einen Axialschnitt durch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Thermostatventils und
2 einen Axialschnitt durch eine abgewandelte Ausführungsform.
Das in 1 dargestellte Thermostatventil 10 ist als ein vormontierter, patronenartiger Einsatz ausgebildet, der in der zusammengebauten Form eingebaut wird. Das Thermostatventil besitzt ein aus drei Kunststoffteilen 11, 12, 13 zusammengefügtes Ventilgehäuse. Das Teil 12 bildet einen Ventilsitz 14, dem ein Ventilteller 15 zugeordnet ist. Der Ventilteller 15 wird mittels einer Schließfeder 16 gegen den Ventilsitz 14 angedrückt, die sich an dem Teil 11 des Ventilgehäuses abstützt. Der Ventilteller 15 ist gleitend auf einem Gehäuse 17 eines ersten thermostatischen Arbeitselemtens 18 geführt. Der Ventilteller 15 hintergreift mit einer Einschnürung 19 einen Ringbund des Gehäuses 17.
In dem Gehäuse 17 des thermostatischen Arbeitselementes 18 ist ein Dehnstoff untergebracht, insbesondere eine Wachsmischung. Der mit dem Dehnstoff gefüllt Raum ist mittels einer sackförmigen Membran 20 nach außen abgedichtet, die mittels eines eingebördelten Führungsteils 21 gesichert ist. In dem Führungsteil 21 ist ein Arbeitskolben 22 geführt, der in die sackförmige Membran 20 und damit in das Innere des Gehäuses 17 eindringt. Der Arbeitskolben 22 ist an einem Steg 23 des Teils 12 des Ventilsgehäuses abgestützt.
Dem aus dem Ventilsitz 14 und dem Ventilteller gebildeten Ventil ist ein zweites thermostatisches Arbeitselement 24 zugeordnet, das weitgehend identisch mit dem ersten thermostatischen Arbeitselement 18 ausgebildet ist und spiegelsymmetrisch quer zur Längsachse angeordnet ist. Das zweite thermostatische Arbeitselement 24 besitzt ein mit Dehnstoff befülltes Gehäuse 25, das nach außen mittels einer sackförmigen Membran 26 abgedichtet ist. Die Membran 26 ist mittels eines in das Gehäuse 25 eingebördelten Führungsteils 27 gehalten. In dem Führungsteil 27 ist ein Arbeitskolben 28 geführt, der in die sackförmige Membran 26 eindringt. An einer Schulter des Arbeitskolbens 28 liegt ein Zwischenring 29 an, der auf einen Bügel 30 wirkt, dessen beide Schenkel mit dem Ventilteller 15 verbunden sind.
Das Thermostatventil 10 enthält ein weiteres Ventil, das aus einem Ventilsitz 31 des Teils 13 des Gehäuses und aus einem Ventilteller 32 gebildet wird. Der Ventilteller 32 ist auf ein Gehäuse 34 eines weiteren thermostatischen Arbeitselementes 33 aufgepreßt. Das thermostatische Arbeitselement 33 ist entsprechend den thermostatischen Arbeitselementen 18 und 24 gestaltet, d. h. es enthält einen Dehnstoff und eine mittels eines eingebördelten Führungsteils 35 gesicherte sackförmige Membran sowie einen Arbeitskolben 36. Der Arbeitskolben 36 ist gegen einen Steg 37 des Teils 13 des Ventilgehäuses abgestützt. Der Ventilteller 32 ist mit einer vorgespannten Schließfeder 38 belastet, die sich an dem Teil 12 des Ventilgehäuses abstützt.
Auf das dem Arbeitskolben 36 gegenüberliegende Ende des Gehäuses 34 des thermostatischen Arbeitselementes 33 ist ein Ventilschieber 39 aufgepreßt, der mit Fenstern 40 des Teils 12 des Ventilgehäuses ein Schieberventil bildet. An dem Ventilschieber 39 ist ferner ein ringförmiger Prallsteg 41 vorgesehen, der sich im Bereich einer Mischkammer 42 befindet. Die Mischkammer 42 ist mit einer fensterartigen Aussparung des Teils 13 des Ventilgehäuses versehen, die mit einem Kanal in Verbindung steht, der zu einem nicht dargestellten Getriebeölkühler führt.
Das aus Ventilsitz 14 und Ventilteller 15 gebildete Ventil regelt einen Zulauf eines erwärmten Kühlmittels, das unter Umgehung eines Kühlmittelkühlers von dem Motoraustritt zu diesem Ventil und damit zu den thermostatischen Arbeitselementen 18, 24 strömt. Das aus Ventilsitz 31 und Ventilteller 32 gebildete Ventil regelt die Zufuhr von aus einem nicht dargestellten Kühlmittelkühler kommendem gekühlten Kühlmittel.
Das Thermostatventil 10 sperrt bis zu einer vorgebbaren Mindesttemperatur von beispiels 80°C jegliche Kühlmittelströmung zu dem nicht dargestellten Ölkühler. Nach Erreichen dieser Mindesttemperatur öffnet das aus Ventilsitz 14 und Ventilteller 15 gebildete Ventil. Die beiden thermostatischen Arbeitselemente 18, 24, die diesem Ventil zugeordnet sind, können auf die gleiche Öffnungstemperatur ausgelegt sein. Es kann aber auch vorgesehen werden, daß beispielsweise das Thermostatventil 24 auf eine höhere Öffnungstemperatur ausgelegt ist, beispielsweise eine Öffnungstemperatur, die in der Größenordnung von 10% höher liegt. Wenn die Mindesttemperatur erreicht ist, öffnet das aus Ventilsitz 14 und Ventilteller 15 gebildete Ventil, so daß erwärmtes Kühlmittel zuströmt, das unter Umgehung eines Kühlmittelkühlers von dem Motoraustritt kommt. Das Kühlmittel strömt über die Fenster 40 in die Mischkammer 42 und von dort über das Fenster 43 zu dem Ölkühler, so daß dieser erwärmt wird.
Das von dem Ventilsitz 31 und dem Ventilteller 32 gebildete Ventil bleibt so lange geschlossen, bis der Bereich der gewünschten Betriebstemperatur erreicht wird. Hierzu wird der in dem thermostatischen Arbeitselement 33 vorhandene Dehnstoff auf eine entsprechende Öffnungstemperatur ausgelegt. Wenn das von Ventilsitz 31 und Ventilteller 32 gebildete Ventil geöffnet wird, so strömt von dem Kühlmittelkühler kommendes kaltes Kühlmittel in die Mischkammer 42 und wird dort mit dem direkt vom Motoraustritt kommenden erwärmten Kühlmittel gemischt. Dieses eine Mischtemperatur aufweisende Kühlmittel strömt dann durch das Fenster 43 hindurch zu dem Getriebeölkühler. Die Mischtemperatur wird mittels der von dem Kühlmittelkühler strömenden Kühlmittelmenge und der über das Schieberventil 39, 40 in die Mischkammer 42 einströmenden, direkt von dem Motoraustritt kommenden Kühlmittelmenge auf eine vorgebbare Temperatur geregelt. In diesem Temperaturbereich ist das von dem Ventilsitz 14 und dem Ventilteller 15 gebildete Ventil voll geöffnet, so daß die Regelung mittels des thermostatischen Arbeitselementes 33 und den von ihm verstellten Ventilen 31, 32 und 39, 40 erfolgt.
Sollte das thermostatische Arbeitselement 43 ausfallen, so hält die Schließfeder 38 das von Ventilsitz 31 und Ventilteller 32 gebildete Ventil geschlossen, so daß die Zufuhr von gekühltem Kühlmittel gesperrt ist. In diesem Fall strömt nur erwärmtes Kühlmittel in die Mischkammer 42, wobei dieses erwärmte Kühlmittel jedoch noch eine Temperatur hat, die ausreicht, um mittels des Getriebeölkühlers das Öl eines Automatikgetriebes so weit zu kühlen, daß eine maximal zulässige Temperatur von beispielsweise 130°C nicht überschritten wird. Diese Funktion bleibt erhalten, so lange wenigstens eines der beiden thermostatischen Arbeitselemente 18 oder 24 nicht ausfällt. Eine kritische Situation ist äußerst unwahrscheinlich, da nur dann eine Überhitzung auftreten könnte, wenn alle drei thermostatischen Arbeitselemente 18, 24, 33 ausfallen.
Das in 2 dargestellte Thermostatventil entspricht von seinem grundsätzlichen Aufbau und seiner Funktion her dem Thermostatventil nach 1, so daß auf dessen Beschreibung Bezug genommen wird und die gleichen Bezugszeichen verwendet werden. Ein Unterschied besteht lediglich bezüglich der Ausbildung der thermostatischen Arbeitselemente 18' und 24', die dem aus Ventilsitz 14 und Ventilteller 15 gebildeten Ventil zugeordnet sind. Die beiden thermostatischen Arbeitselemente 18', 24' besitzen ein gemeinsames, metallisches Gehäuse 45, das mittels einer Querwand 46 in zwei Kammern unterteilt ist, so daß zwei getrennte thermostatische Arbeitselemente in dem gemeinsamen Gehäuse 45 untergebracht sind. Mit diesem Unterschied bezüglich des Gehäuses 45 ist der übrige Aufbau der thermostatischen Arbeitselemente 18' und 24' identisch.
Bei einer abgewandelten Ausführungsform, die in ihrem Aufbau im wesentlichen dem Ausführungsbeispiel nach 1 entspricht, wird vorgesehen, daß das thermostatische Arbeitselement 24 um 180° um eine horizontale Achse gedreht ist. In diesem Fall stützt sich der Arbeitskolben 28 an dem Boden des Gehäuses 17 ab, während das Gehäuse 25 dann an dem Quersteg des Bügels 30 anliegt.

Claims

Thermostatventil (10), insbesondere für eine Regelung der Kühlmittelzufuhr zu einem Getriebeölkühler, mit einem ersten, mittels eines thermostatischen Arbeitselementes (33) verstellbaren Ventil (32), das die Zufuhr von gekühltem Kühlmittel zu einer Mischkammer (42) regelt, und mit einem zweiten, mittels eines thermostatischen Arbeitselementes (18, 18') verstellbaren Ventil (14, 15), das die Zufuhr von erwärmtem Kühlmittel zu der Mischkammer regelt, dadurch gekennzeichnet, dass dem zweiten Ventil (14, 15) zwei thermostatische Arbeitselemente (18, 18', 24, 24') zugeordnet sind, die gleichsinnig an ein zum Öffnen des zweiten Ventils einstellbares Ventilelement (15) angreifen, wobei ein Ventilteller (15) gleitend auf einem Gehäuse (17, 45) eines der thermostatischen Arbeitselemente (18, 18') geführt ist und mit einer Einschnürung (19) einen Absatz dieses Gehäuses (17, 45) hintergreift, und wobei an dem Ventilteller (15) ein Bügel (30) angebracht ist, an den das zweite thermostatische Arbeitselement (24, 24') angreift.
Thermostatventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden thermostatischen Arbeitselemente (18, 18', 24, 24') des zweiten Ventils (14, 15) koaxial hintereinander angeordnet sind.
Thermostatventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Ventil den Ventilteller (15) enthält, der mit einer Schließfeder (16) belastet ist und der in Öffnungsrichtung in Mitnahmeverbindung mit beiden thermostatischen Arbeitselementen (18, 18', 24, 24') steht.
Thermostatventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden thermostatischen Arbeitselemente (18, 18', 24, 24') quer zu einer Längsachse spiegelsymmetrisch angeordnet sind.
Thermostatventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden thermostatischen Arbeitselemente (18, 24) mit den Böden ihrer Gehäuse (17, 25) aneinander liegen.
Thermostatventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass für die beiden thermostatischen Arbeitselemente (18', 24') ein gemeinsames Gehäuse (45) vorgesehen ist, das mittels einer Querwand (46) in zwei jeweils einem thermostatischen Arbeitselement zugeordnete Kammern unterteilt ist.