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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Heizeinrichtung, insbesondere für ein thermostatisches
Arbeitselement eines Thermostatventils, der im Oberbegriff des Anspruchs
1 genannten Art.
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Bekannte
Heizeinrichtungen dieser Art (
DE 203 08 941 U1 ) machen es möglich, die
Kühlmitteltemperatur
im Kühlkreislauf
einer Brennkraftmaschine in gewissen Bereichen insbesondere in Abhängigkeit
verschiedener äußerer Parameter
einzustellen. Insbesondere kann der Öffnungszeitpunkt und auch die
Reaktionszeit des thermostatischen Arbeitselementes durch die Heizeinrichtung
beeinflusst werden. Dabei ist jedoch zu beachten, dass mit steigender
Leistung auch die Stromstärke
zunimmt, für
die aus verschiedenen Gründen
eine obere Grenze gesetzt ist. Bekannte Heizeinrichtungen sind deswegen so
gestaltet, dass bei Einschaltung dieser eine frühere Öffnung eines Thermostatventils
etwa ab einer Kühlmitteltemperatur
von 50°C
möglich
ist. Eine größere Heizleistung
der Heizeinrichtung verbietet sich u.a. auch zur Vermeidung von
Beschädigungen
einzelner Bauteile des thermostatischen Arbeitselements.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Heizeinrichtung der eingangs
genannten Art zu schaffen, die es möglich macht, selbständig die
jeweils benötigte
Heizleistung zu regeln, ohne dass dazu etwa in einem Steuergerät einer
Brennkraftmaschine eine besondere Leistungsregelungsfunktion dafür vorgehalten
werden muss.
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Die
Aufgabe ist bei einer Heizeinrichtung der eingangs genannten Art
gemäß der Erfindung
durch die Merkmale im Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Erfindungsmerkmale
und Ausgestaltungen ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 9. Die Heizeinrichtung
gemäß der Erfindung
macht es möglich,
in einem unteren Temperaturbereich, insbesondere weit unterhalb
von etwa 50°C,
eine große
Heizleistung bereitzustellen, die ein frühzeitiges Öffnen eines Thermostatventils
bei derartigen niedrigen Temperaturen ermöglicht und die bei zunehmenden
höheren Temperaturen
ein schnelleres Öffnen
des Thermostatventils zur Folge hat. Ferner ermöglicht es die erfindungsgemäße Heizeinrichtung,
dass deren Heizleistung mit zunehmender Kühlmitteltemperatur selbsttätig reduziert
wird, insbesondere in einem höheren
Temperaturbereich, wodurch vermieden wird, dass bei sonst etwa andauernder
höherer
Heizleistung Bauteile des thermostatischen Arbeitselements beschädigt werden.
Ein mit einer solchen Heizeinrichtung ausgestattetes thermostatisches
Arbeitselement ist daher in der Lage, selbsttätig die von diesem jeweils
benötigte
Heizleistung zu regeln, und dies in einfacher und kostengünstiger
Weise.
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Gegenstand
der Erfindung ist ferner ein Thermostatventil für den Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine
mit den Merkmalen im Anspruch 10. Weitere vorteilhafte Erfindungsmerkmale
und Ausgestaltungen dazu ergeben sich aus den Ansprüchen 11
und 12. Ein solches Thermostatventil kann somit durch große Heizleistung
des Heizelements in unteren Temperaturbereichen frühzeitig
zum Öffnen gebracht
werden und öffnet
dann schneller und ggf. mit größerem Öffnungshub,
wobei in einem oberen Temperaturbereich, z. B. beginnend etwa ab 100°C, die Heizleistung
des Heizelements selbsttätig
durch Zunahme des Widerstands reduziert wird und Beschädigungen
von Bauteilen des thermostatischen Arbeitselements vermieden sind.
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Weitere
Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung.
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Der
vollständige
Wortlaut der Ansprüche
ist vorstehend allein zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen nicht
wiedergegeben, sondern statt dessen lediglich durch Hinweis auf
die Ansprüche
darauf Bezug genommen, wodurch jedoch alle diese Anspruchsmerkmale
als an dieser Stelle ausdrücklich und
erfindungswesentlich offenbart zu geltend haben. Dabei sind alle
in der vorstehenden und folgenden Beschreibung erwähnten Merkmale
sowie auch die allein aus der Zeichnung entnehmbaren Merkmale weitere
Bestandteile der Erfindung, auch wenn sie nicht besonders hervorgehoben
und insbesondere nicht in den Ansprüchen erwähnt sind.
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Die
Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen gezeigten
Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
schematische, teilweise geschnittene Seitenansicht einer Heizeinrichtung
insbesondere für
ein thermostatisches Arbeitselement eines Thermostatventils,
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2 einen
schematischen Längsschnitt
eines Teils der Heizeinrichtung in 1, in vergrößertem Maßstab,
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3 eine
schematische, teilweise geschnittene Seitenansicht eines Thermostatventils
mit Heizeinrichtung.
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Während in 1 und 2 allein
eine Heizeinrichtung 10 gezeigt ist, die insbesondere für ein thermostatisches
Arbeitselement 11 eines Thermostatventils 12 geeignet
ist, ist in 3 ein derartiges Thermostatventil 12 schematisch
dargestellt, das ein thermostatisches Arbeitselement 11,
versehen mit einer Heizeinrichtung 10, aufweist.
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Die
in 1 und 2 gezeigte Heizeinrichtung 10 weist
eine elektrische Heizpatrone 13 mit Halter 14 auf.
Die Heizpatrone 13 bildet in dieser Form einen Kolben 15 des
thermostatischen Arbeitselements 11. Die Heizpatrone 13 weist
im einzelnen ein Gehäuse 16 in
Form einer Rohrhülse 17 auf,
die am in der Zeichnung unteren Ende geschlossen ist und am oberen
Ende z. B. einen Flansch 18 trägt. Die Heizpatrone 13 ist
mit diesem oberen Endbereich mit dem Flansch 18 im Inneren
des Halters 14 aufgenommen.
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Wie
in 3 beim dortigen Thermostatventil 12 ersichtlich
ist, taucht die einen Kolben 15 bildende Heizpatrone 13 in
ein Gehäuse 19 ein,
das einen Dehnstoff 20, z. B. ein Wachs, enthält. Mit
dem in der Zeichnung oberen Ende ist dieser Kolben 15 an
einem Ventilgehäuse 21 unverschiebbar
abgestützt. Bei
einer Erwärmung
des Dehnstoffes 20 und Volumenzunahme dieses kann sich
das Gehäuse 19 des Thermostatventils 12 in 3 nach
unten relativ zum nicht verschiebbaren Kolben 15 in Ventilöffnungsrichtung
verschieben. Das Gehäuse 19 trägt ein Ventilglied 22 z.
B. in Form eines Ventiltellers, dem im Ventilgehäuse 21 eine Ventilsitzfläche 23 zugeordnet
ist, die vom Ventilglied 22 beherrscht wird. Das Ventilglied 22 ist
von einer Schließfeder 24 in
Schließrichtung
beaufschlagt, die mit ihrem oberen Ende am Ventilglied 22 in
Schließrichtung
abgestützt
ist und mit ihrem gegenüberliegenden
unteren Ende an einem Stützglied 25 aufsitzt,
das am Ventilgehäuse 21 unverschiebbar
festgelegt und vom Gehäuse 19 axial verschiebbar
durchsetzt ist. Am unteren Ende des Gehäuses 19 ist ein zweites
Ventilglied 26 auf dem Gehäuse 19 verschiebbar
gegen die Wirkung einer Feder 27 gehalten, mittels der
das zweite Ventilglied 26 gegen einen Anschlag 28 des
Gehäuses 19 gedrückt ist.
Die Feder 27 stützt
sich mit dem anderen, dem Ventilglied 26 gegenüberliegenden
Ende an einem Absatz 29 des Gehäuses 19 ab. Das zweite Ventilglied 26 ist
z. B. ebenfalls als Ventilteller ausgebildet und dient der Steuerung
einer Bypassöffnung 30 im
Ventilgehäuse 21.
Im gezeigten Zustand des Thermostatventils 12 befindet
sich dessen Hauptventil, nämlich
Ventilglied 22, in der Schließstellung, während dessen
Bypassventil, nämlich
Ventilglied 26, sich in der die Bypassöffnung 30 freigebenden Stellung
befindet. Bei Erwärmung
des Dehnstoffs 20 und Volumenzunahme dieses verschiebt
sich das Gehäuse 19 relativ
zum Kolben 15 gegen die Wirkung der Schließfeder 24 in 3 nach
unten, wobei das Ventilglied 22 zunehmend den Durchgang
im Bereich der Ventilsitzfläche 23 freigibt,
während
das andere Ventilglied 26 zunehmend den Durchgang durch die
Bypassöffnung 30 verringert
bis hin zum Verschluss der Bypassöffnung 30 durch Aufsitzen
des Ventilgliedes 26 an einer zugeordneten Ventilsitzfläche 31.
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Die
den Kolben 15 bildende Heizpatrone 13 enthält innerhalb
des Gehäuses 16 ein
elektrisches Heizelement 40, welches zumindest einen Heizleiter 41 aufweist,
der aus zumindest einem auf einen Träger 42 gewickelten
Heizdraht 43 besteht. Dieses elektrische Heizelement 40 ist über herausgeführte elektrische
Leitungen 44, 45 von einer nicht weiter gezeigten
elektrischen Stromquelle, z. B. vom Bordnetz des Fahrzeugs, in das
das Thermostatventil 12 eingebaut ist, speisbar. Der Träger 42 mit
Heizleiter 41 ist von einer Ummantelung 46 umgeben,
die vom Gehäuse 16 umschlossen
ist.
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Generell
ist durch einen als elektrische Heizpatrone 13 ausgebildeten
Kolben 15 beschriebener Art die Kühlmitteltemperatur einer Brennkraftmaschine
in gewissen Grenzen einstellbar, abhängig von verschiedenen Einflussgrößen und
bedarfsorientiert. Auch wenn die Heizpatrone 13 in verschiedenen Leistungs-
und Spannungsausführungen
bereitgestellt werden kann und durch die jeweilige Heizleistung
der Heizpatrone 13 die Reaktionszeit des Arbeitselements 11 beeinflusst
werden kann, ist jedoch zu beachten, dass mit steigender Leistung auch
die Stromstärke
zunimmt, für
die aus verschiedenen Gründen
eine obere Grenze gesetzt ist.
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Üblicherweise
ist ein thermostatisches Arbeitselement mit herkömmlichem, nicht beheizbaren Kolben 15 so
eingestellt, dass das Thermostatvenil 12 erst bei einer
Temperatur von etwa 100°C
im Bereich seines Hauptventils öffnet
und mit einem Hub beginnt. Ein anderes herkömmliches Arbeitselement 11,
das mit einem als Heizpatrone 13 ausgebildeten Kolben 15 versehen
ist, ist hingegen in der Lage, schon bei einer Temperatur etwa von
50°C allmählich zu öffnen, wobei
allerdings der Öffnungshub
des Ventilgliedes 22 mit weiterhin steigender Temperatur z.
B. etwa bis 100°C
nur langsam zunimmt, sich somit eine relativ flache Temperatur-Hub-Kurve ergibt.
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Bei
der Steuerung bzw. Regelung der Kühlmitteltemperatur insbesondere
für Brennkraftmaschinen
wird bei modernen Kühlmittelkreisläufen angestrebt,
dass das Regelventil im Kühlmittelkreislauf sich
so verhält,
wie ein unabhängig
von der Kühlmitteltemperatur
betätigtes
Ventil, z. B. ein solches, das in bekannter Weise mittels eines
besonderen Stellantriebes in Abhängigkeit
verschiedenster Kenngrößen betätigt wird.
Ein derartiges mittels Stellantriebes in Abhängigkeit äußerer Parameter verstellbares
Ventil mit Regeleinrichtung unter Einschluss der Regelungsfunktion
in einem Steuergerät
der Brennkraftmaschine ist aufwendig und teuer. Um dies zu vermeiden
und ein thermostatisches Arbeitselement 12 dennoch einsetzen
zu können,
sieht die Erfindung in besonders einfacher Weise vor, dass der zumindest eine
Heizleiter 41 des Heizelements 40 derartig ausgebildet
ist, dass dieser ein temperaturabhängiges Widerstandsverhalten
aufweist, insbesondere so, dass der Heizleiter 41 während seiner
Einschaltphase die Größe des hindurchfließenden Stromes
bestimmt, insbesondere verändert,
insbesondere die Heizleistung in Abhängigkeit von dem sich ändernden
Widerstand regelt, nämlich
insbesondere mit zunehmenden Widerstand verringert. Der Heizleiter 41 weist
z. B. einen positiven Temperaturkoeffizienten auf. Der zumindest
eine Heizdraht 43 besteht aus einem solchen Material, das
ein temperaturabhängiges Widerstandsverhalten
hat. Aufgrund dessen kann die Heizeinrichtung 10 so gestaltet
sein, dass deren Heizleiter 41 in einem unteren Temperaturbereich, der
unterhalb der Ansprechtemperatur des thermostatischen Arbeitselements 11 liegt,
zur Beheizung im Sinne schnelleres und/oder früheres und/oder weiteres Öffnen des
Thermostatventils 12 insbesondere temperaturabhängig einschaltbar
ist. So kann die Anordung z. B. so getroffen sein, dass der Heizleiter 41 in
einem Temperaturbereich der Umgebungstemperatur des thermostatischen
Arbeitselements 11 von bereits etwa 0°C bis etwa 50°C insbesondere
temperaturabhängig
einschaltbar ist. Aufgrund dessen ist es möglich, bereits bei niedrigen Temperaturen,
die unterhalb der Ansprechschwelle des thermostatischen Arbeitselements 11 liegen,
ein Öffnen
des Hauptventils mit Ventilglied 22 zu erreichen dadurch,
dass in diesem unteren Temperaturbereich mehr Heizleistung in den
Kolben 15 eingebracht wird. Die elektrische Heizpatrone 13 ermöglicht somit
eine variable Leistung derart, dass im unteren Temperaturbereich
eine hohe Leistung eingebracht wird, damit ein Öffnen des Thermostatventils 12 bereits
bei niedrigeren Temperaturen, und dabei auch eine schnelle Ventilöffnung,
erfolgt. Auch ist erreichbar, dass das Thermostatventil 12 bei
höheren Temperaturen
schneller öffnet,
wobei bei steigender Kühlmitteltemperatur
dann die eingebrachte Heizleistung selbsttätig reduziert wird und dadurch
die im Bereich der Heizpatrone 13 entstehende Temperatur
reduziert wird, wodurch die Gefahr etwaiger Beschädigungen
des thermostatischen Arbeitselements 11, insbesondere einzelner
Bauteile dieses, wie z. B. des Dichtstopfens, der den Durchlass
im Gehäuse 19 für den Kolben 15 abdichtet,
vermieden ist. Aufgrund dessen ist somit erreicht, dass das thermostatische Arbeitselement 11 durch
den Heizdraht 43, der selbsttätig die Heizleistung durch
den sich temperaturabhängig ändernden
Widerstand regulieren kann, selbsttätig die benötigte Heizleistung regelt.
Somit ist es nicht erforderlich, dass in einem Steuergerät einer Brennkraftmaschine
eine entsprechende Leistungsregelungsfunktion vorgehalten wird.
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Die
Erfindung ist z. B. mit Vorteil bei einem Thermostatventil 12 anwendbar,
das – ausgehend von
einer kalten Brennkraftmaschine – den Kühlmittelkreislauf beim Anlauf
und Warmlauf der Brennkraftmaschine komplett unterbinden kann. Sobald
im Bereich des Zylinderkopfes die eine Kühlung dort erforderlich machende
Temperatur erreicht ist, die weit unterhalb der Ansprechtemperatur
des thermostatischen Arbeitselements 11 liegt und z. B.
im Bereich etwa von 0°C
bis etwa 50°C
liegen kann, wird in diesem unteren Temperaturbereich aufgrund der
besonderen Gestaltung des Heizleiters 41 eine hohe Heizleistung
eingebracht, um das Thermostatventil 12 auch bei derartigen
tiefen Temperaturen bereits zu öffnen
und bei höheren
Temperaturen auch ein schnelleres Öffnen herbeizuführen, so
dass dann mit Ventilöffnung
die interne Kühlmittelzirkulation
beginnen kann. Hiernach verringert der Heizleiter 41 die Heizleistung
aufgrund zunehmenden Widerstands selbsttätig, wodurch Bauteile des Arbeitselements 11 keiner
Beschädigungsgefahr
ausgesetzt sind.