DE3613496A1 - Thermostatventil fuer das kuehlmittel von brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Thermostatventil für das Kühl­ mittel von Brennkraftmaschinen der ansonsten im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Art.

Bei Temperaturregeleinrichtungen für Brennkraftmaschinen sind elektrische Stellantriebe für das Ventilverschlußglied des Thermo­ statventiles bekannt. Diese Stellantriebe bestehen aus Drehantrie­ ben, die über entsprechende getriebliche Mittel eine Translations­ bewegung des Thermostatventiles oder eines Teiles dieses bewirken können. Das Ventilverschlußglied besteht dabei aus einem Teller. Bei dieser Gestaltung muß der Stellantrieb wegen eines relativ großen Differenzdruckes am Ventilverschlußglied eine rela­ lativ große Leistung haben. Der Stellantrieb ist daher groß, schwer und teuer. Ferner ergeben sich Probleme bei Ausfall des Stellantriebes, da dann die Gefahr einer Überhitzung der Brenn­ kraftmaschine besteht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Thermostatventil für das Kühlmittel von Brennkraftmaschinen der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zu schaffen, bei dem der Stell­ antrieb einfacher, kleiner und kompakter, leichter und billiger ist.

Die Aufgabe ist bei einem Thermostatventil der im Oberbe­ griff des Anspruchs 1 genannten Art erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 gelöst. Ein solcher Stellantrieb kann klein, kompakt und leicht gestaltet sein. Er ist kostengünstig und bedarf in aller Regel keiner zusätzlichen, aufwendigen und teuren getrieb­ lichen Übertragungsmittel. Vielmehr kann der Elektromagnet unmittelbar an das Ventilgehäuse angesetzt werden.

Eine vorteilhafte Weiterbildung ergibt sich aus Anspruch 2 und insbesondere aus Anspruch 3. Durch die Anordnung und die Öffnungsfeder ist gewährleistet, daß bei Ausfall des Elektromagneten, z.B. bei Ausfall der Erregung der Magnet­ spule, das Ventilverschlußglied mittels der Öffnungsfeder selbsttätig in die Öffnungsstellung bewegt wird, in der ein Kühlmitteldurchgang von der Brennkraftmaschine hin zum Kühler möglich ist, so daß eine etwaige Überhitzung und Beschädigung der Brennkraftmaschine zuverlässig ver­ hindert ist.

Weitere vorteilhafte Merkmale ergeben sich aus den Ansprü­ chen 4-16. Dadurch wird das Thermostatventil einfach, kostengünstig, funktionssicher und montagefreundlich. Die Funktionselemente des Thermostatventiles, nämlich das Ven­ tilverschlußglied mit Ringteil und Öffnungsfeder zwischen beiden, können dank des beide axial gegen die Wirkung der Öffnungsfeder zusammenhaltenden Verlängerungsstückes als fertige Baueinheit komplett zusammengebaut und für den Einbau im Ventilgehäuse bereitgehalten werden. Zugleich wird dadurch ein etwaiger Austausch bei Beschädigung oder etwaiger Fehlfunktion erleichtert. Die Baueinheit kann als schnell und einfach austauschbares Ersatzteil bereit­ gehalten werden.

Weitere Einzelheiten und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.

Der vollständige Wortlaut der Ansprüche ist vorstehend allein zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen nicht wie­ dergegeben, sondern statt dessen lediglich durch Nennung der Anspruchsnummer darauf Bezug genommen, wodurch jedoch alle diese Anspruchsmerkmale als an dieser Stelle ausdrück­ lich und als erfindungswesentlich offenbart zu gelten ha­ ben.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Zeich­ nung zeigt einen schematischen Schnitt eines Thermostatven­ tiles für das Kühlmittel von Brennkraftmaschinen, wobei sich dessen Ventilverschlußglied bei der Darstellung links der Mittellinie in der Schließstellung befindet mit Frei­ gabe zum Bypass hin und in der Darstellung rechts der Mit­ tellinie sich in der Öffnungsstellung befindet mit Sperrung des Durchlasses zum Bypass.

Das Thermostatventil 10 für das Kühlmittel von Brennkraft­ maschinen weist ein allgemein mit 11 bezeichnetes Ventilge­ häuse auf, das hier z.B. zweiteilig ist. Der eine Teil be­ steht aus einem Einlaßstutzen 12, der an den Zufluß von der nicht weiter gezeigten Brennkraftmaschine anschließbar ist, so daß das Kühlmittel von dort in den Einlaßstutzen 12 gelangt. Der andere Teil des Ventilgehäuses 11 weist einen Auslaßstutzen 13 und einen davon durch eine Zwischen­ wand 14 getrennten Bypass-Auslaßstutzen 15 auf, die mit­ einander einstückig sind. An den Auslaßstutzen 13 ist der zum nicht gezeigten Kühler des Kühlkreislaufes führende Abfluß anschließbar. An den Bypass-Auslaßstutzen 15 ist eine im Kurzschluß zur nicht gezeigten Brennkraftmaschine zurückführende Bypassleitung anschließbar.

Der Durchfluß des Kühlmittels vom Einlaßstutzen 12 zum Bypass-Auslaßstutzen 15 und/oder zum Auslaßstutzen 13 ist mittels eines Ventilverschlußgliedes 16 steuerbar, das als zylindrische Schieberhülse 17 ausgebildet ist. Die Schieberhülse 17 weist eine nicht durchbrochene zylindrische Wand 18 auf, deren in der Zeichnung untere axiale Stirnflä­ che eine Ventilfläche 19 bildet, die zur Steuerung des Kühl­ mitteldurchlasses vom Einlaßstutzen 12 zum Auslaßstutzen 13 mit einer zugewandten axialen, ringförmigen Ventilsitz­ fläche 20 an einem Ringteil 21 zusammenarbeitet. Der Ring­ teil 21 ist zwischen den beiden Hälften des Ventilgehäuses 11 eingesetzt, die mittels Schrauben 22 verbunden sind, wo­ durch zugleich der Ringteil 21 zwischen beiden Teilen axial verspannt ist. Der Ringteil 21 enthält im Zentrum eine da­ mit einstückige Scheibe 23, die über einzelne radial gerich­ tete Arme unter Belassung von Zwischenräumen 24 dazwischen mit dem äußeren Ring des Ringteiles 21 verbunden ist.

Die Schieberhülse 17 trägt am der Ventilfläche 19 gegen­ überliegenden anderen Ende damit einstückige einzelne radi­ ale Arme 25, zwischen denen Zwischenräume 26 gebildet sind, durch die hindurch das Kühlmittel in der links der Mittel­ linie gezeigten Schließstellung der Schieberhülse 17 vom Einlaßstutzen 12 zum Bypass-Auslaßstutzen 15 gelangen kann. Am der Ventilfläche 19 axial gegenüberliegenden anderen Ende ist die Wand 18 umgebogen unter Bildung einer dorti­ gen zweiten Ventilfläche 27, die mit einer axial gegenüber­ liegenden Ventilsitzfläche 28 am Ventilgehäuse 11 zusammen­ wirkt. In der rechts der Mittellinie gezeigten Öffnungs­ stellung der Schieberhülse 17 ist der Durchgang vom Ein­ laßstutzen 12 zum Auslaßstutzen 13 geöffnet, dagegen der Durchgang zum Bypass-Auslaßstutzen 15 dadurch geschlossen, daß die zweite Ventilfläche 27 auf der Ventilsitzfläche 28 dichtend aufsitzt. Die Zwischenwandung 14 enthält eine mit einem Dichtungsring 29 versehene Bohrung 30, in der die Schieberhülse 17 gleitend geführt ist.

Die Schieberhülse 17 wird von einem Stellantrieb 31 be­ tätigt, der außen angeordnet ist. Der Stellantrieb 31 ist als Elektromagnet 32 ausgebildet, der in einem Gehäuse 33 einen aus Eisen bestehenden Kern 34 und eine den Kern 34 mit Luftspalt dazwischen umgebende Magnetspule 35 enthält. Die Magnetspule 35 wird über eine Erregerleitung 36 ge­ speist, in der ein Widerstand 37 und ein Verstärker 38 ent­ halten sind. Der translatorisch bewegbare Kern 34 verstellt bei Erregung der Magnetspule 35 die Schieberhülse 17 zu­ mindest in der einen Translationsrichtung gemäß Pfeil 39 von oben nach unten. Der Elektromagnet 32 ist als Proportio­ nalmagnet ausgebildet, so daß die Verstellung der Schieber­ hülse 17 proportional zur Größe des jeweiligen Erregerstro­ mes geschieht. Der Widerstand 37 ist nur schematisch ange­ deutet. Die Magnetspule 35 kann in Abhängigkeit verschiede­ ner Kennfeldgrößen einer Brennkraftmaschine angesteuert werden, z.B. der Kühlmitteltemperatur, der Außentempera­ tur sowie weiterer sonstiger Größen.

An der Schieberhülse 17 greift eine Öffnungsfeder 40 an, die hier aus einer zylindrischen, koaxialen Schraubenfe­ der im Zentrum der Schieberhülse 17 besteht. Die Öffnungs­ feder 40 ist einerseits in der Zeichnung von unten her im Zentrumbereich 41 an der Schieberhülse 17 und mit ihrem gegenüberliegenden Ende an der Scheibe 23 abgestützt. Da­ bei ist die Öffnungsfeder 40 zusammengedrückt. Sie wirkt als Druckfeder, die in der Lage ist, bei Ausfall des Elek­ tromagneten 32 die Schieberhülse 17 von ihrer links der Mittellinie gezeigten Schließstellung, bei der ein Durch­ gang vom Einlaßstutzen 12 zum Auslaßstutzen 13 gesperrt ist, selbsttätig in die rechts der Mittellinie gezeigte Öffnungs­ stellung zu verschieben, in der der Durchgang vom Einlaß­ stutzen 12 zum Auslaßstutzen 13 geöffnet ist. Der Elektro­ magnet 32 arbeitet bei der Verstellung der Schieberhülse 17 gegen die Wirkung der Öffnungsfeder 40. Da das Ventil­ verschlußglied 16 axial durch die Zwischenräume 24 und 26 an beiden Enden offen ist, sind praktisch keine Differenz­ drücke zu überwinden, so daß der Elektromagnet 32 trotz des Umstandes, daß dieser gegen die Öffnungsfeder 40 ar­ beiten muß, relativ klein, kompakt und leicht und kosten­ günstig gestaltet werden kann. Der Elektromagnet 32 ist als komplette Baueinheit oben an das Ventilgehäuse 11 ange­ setzt und daran befestigt.

Zwischen dem Kern 34 und dem Ventilverschlußglied 16 be­ findet sich ein Übertragungsstößel 42. Der Kern 34, der Übertragungsstößel 42 und das Ventilverschlußglied 16 sind koaxial zueinander angeordnet. Dabei liegt der Über­ tragungsstößel 42 mit seinem zum Kern 34 weisenden Ende 43 an der zugewandten axialen Stirnfläche des Endes des Kernes 34 an. Am gegenüberliegenden Ende trägt der Über­ tragungsstößel 42 einen Anschlag 44, z.B. in Form eines Ringes, gegen den das Ventilverschlußglied 16 unter der Wirkung der Öffnungsfeder 40 mit dem Zentrumbereich 41 axial angedrückt ist, wodurch der Übertragungsstößel 42 mit seinem anderen Ende 43 gegen die axial zugewandte Stirnfläche des Kernes 34 angedrückt ist. Der Übertragungs­ stößel 42 ist im Ventilgehäuse 11, und zwar im von der Ven­ tilsitzfläche 28 umgebenen Mittelbereich 45, axial ver­ schiebbar geführt und dort durch eine Bohrung 46 aus dem Ventilgehäuse 11 herausgeführt, so daß er in das Gehäuse 33 des Elektromagenten 32 eingreifen kann. Zwischen dem Ven­ tilgehäuse 11 und dem Übertragungsstößel 42 befindet sich eine Abdichtvorrichtung, die z.B. aus einer Dichtungsman­ schette, z.B. aus einem Faltenbalg, besteht, der einerseits am Ventilgehäuse 11 und andererseits am Übertragungsstößel 42 angreift, von dem er durchsetzt ist. Dies ist nicht ge­ zeigt. Gemäß Zeichnung befindet sich in der Bohrung 46 links der Mittellinie als ein Ausführungs­ beispiel ein Dichtungsring 47 in Form eines 0-Ringes, der eine Abdichtung zwischen dem Ventilgehäuse 11 und dem he­ rausgeführten Teil des Übertragungsstößels 42 bewirkt. Rechts der Mittellinie ist als anderes Ausführungsbei­ spiel ein Durchlaß gezeigt, der eine gewisse Spaltbreite aufweisen kann, durch den das im Ventilgehäuse 11 befind­ liche Kühlmittel auch in das Innere des Elektromagneten 32 gelangen und daraus wieder entweichen kann, sofern der Elektromagnet 32 als gekapselter Magnet ausgebildet ist, der von Flüssigkeit umspült oder durchströmt werden kann. Der Übertragungsstößel 42 weist ein daran anschließendes, koaxiales Verlängerungsstück 48 gleichen Durchmessers auf, das den Zentrumbereich 41 des Ventilverschlußgliedes 16 koaxial durchsetzt und bis hin zur Scheibe 23 des Ring­ teils 21 führt, die eine zentrale Bohrung 49 enthält, die vom Verlängerungsstück 48 durchsetzt ist. Auf diese Weise ist der Übertragungsstößel 42 an zwei axial in Abstand be­ findlichen Stellen zentriert und geführt, nämlich zum einen in der Bohrung 46 und zum anderen in der Bohrung 49. Am Ende des Verlängerungsstückes 48, das axial über die Scheibe 23 vorsteht, befindet sich ein Anschlag 50, z.B. in Form eines damit einstückigen Ringbundes. Durch diese Gestaltung kann die Schieberhülse 17 mitsamt dem Übertragungsstößel 42 und dessen Verlängerungsstück 48 sowie dem Ringteil 21 und der Öffnungsfeder 40 zu einer eigenständigen, einbaufertigen Baueinheit vereinigt werden, die dann zwischen das zweitei­ lige Ventilgehäuse 11 in beschriebener Weise eingesetzt wird. Der Anschlag 50 liegt dabei axial an der Scheibe 23 an, wodurch die unter der Wirkung der Öffnungsfeder 40 axial voneinander weggedrückten Teile, nämlich die Schieber­ hülse 17 einerseits und der Ringteil 21 andererseits, zusam­ mengehalten sind.

Im Normalbetrieb des Kühlkreislaufes und bei noch nicht auf Betriebstemperatur erwärmter Brennkraftmaschine wird die Magnetspule 35 in beschriebener Weise erregt, wodurch der Kern 34 in der Zeichnung in Pfeilrichtung 39 nach unten und aus dem Gehäuse 33 des Elektromagneten 32 herausge­ schoben wird, zumindest so weit, daß über eine dadurch erfolgte Verschiebung des Übertragungsstößels 42 die Schieberhülse 17 mit ihrer Ventilfläche 19 auf die Ven­ tilsitzfläche 20 gedrückt wird. Das Ventilverschlußglied 16 ist dann so geschlossen, daß das Kühlmittel vom Einlaß­ stutzen 12 nicht in den Auslaßstutzen 13 und zum Kühler sondern vielmehr durch die Zwischenräume 24 und 26 in den Bypass-Auslaßstutzen 15 und damit unter Umgehung des Küh­ lers direkt zur Brennkraftmaschine gelangen kann. Hat sich die Temperatur der Brennkraftmaschine erhöht, z.B. auf Betriebstemperatur, wird die Magnetspule 35 entspre­ chend und derart erregt, daß der Kern 34 weniger weit nach unten verschoben wird und die Öffnungsfeder 40 zumindest so weit wirksam werden kann, daß darüber die Schieberhülse 17 z. B. in eine Mittelstellung zwischen den beiden Ventil­ sitzflächen 28 und 20 bewegt wird, so daß ein Teil des Kühlmittels in den Bypass-Auslaßstutzen 15 und ein anderer Teil in den Auslaßstutzen 13 gelangen kann, bis dann die Schieberhülse 17 die rechts der Mittellinie gezeigte Öff­ nungsstellung einnimmt, in der ein Durchlaß zum Bypass- Auslaßstutzen 15 völlig gesperrt ist.

Der Stellantrieb 31 in Form des Elektromagneten 32 ist einfach, kostengünstig, kompakt und leicht. Er macht eine proportionale und feinfühlige Verstellung des Ventilver­ schlußgliedes 16 in Abhängigkeit verschiedener Kennfeld­ größen möglich. Sollte dieser Stellantrieb 31 ausfallen, z.B. bei Ausfall der Erregung der Magnetspule 35 oder aus sonstigen Gründen, ist durch die Öffnungsfeder 40 sicher­ gestellt, daß dann selbsttätig die Schieberhülse 17 in die rechts der Mittellinie gezeigte Öffnungsstellung verschoben wird, so daß für diesen Fall mit Sicherheit ein Kühlmittel­ verlauf vom Einlaßstutzen 12 zum Auslaßstutzen 13 und damit zum Kühler gewährleistet und eine Überhitzung der Brenn­ kraftmaschine verhindert ist.

Claims (16)

1. Thermostatvenil für das Kühlmittel von Brennkraftmaschinen, das ein von einem Stellantrieb (31) betätigtes Ventilverschluß­ glied (16) aufweist, welches zumindest eine zwischen einem Einlaß und einem Auslaß gebildete Ventilöffnung beherrscht und den Kühlmitteldurchlaß durch diese Ventilöffnung steu­ ert, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellantrieb (31) als Elektromagnet (32) ausgebildet ist, dessen translatorisch bewegter Kern (34) bei der Erregung der Magnetspule (35) das Ventilverschlußglied (16) - vor­ zugsweise proportional zur Größe des Erregerstromes - zu­ mindest in einer Translationsrichtung (Pfeil 39) verstellt.

2. Thermostatventil nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Elektromagnet (32) als Proportionalmagnet ausgebildet ist.

3. Thermostatventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß am Ventilverschlußglied (16) eine Öffnungsfeder (40) angreift, die einerseits am Ventil­ verschlußglied (16) und andererseits gegenüber dem Ventil­ gehäuse (11) gestützt ist und gegen die der Elektromagnet (32) bei der Verstellung des Ventilverschlußgliedes (16) in der einen Translationsrichtung (Pfeil 39) arbeitet, wobei die Öffnungsfeder (40) das Ventilverschlußglied (16) bei Ausfall des Elektromagneten (32) selbsttätig in die Öffnungsstellung bewegt.

4. Thermostatventil nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Elektromagnet (32) eine der Öffnungskraft der Öffnungsfeder (40) entgegen­ gerichtete Druckkraft auf das Ventilverschlußglied (16) ausübt.

5. Thermostatventil nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungsfeder (40) aus einer zum Ventilverschlußglied (16) koaxialen zylindrischen Schraubenfeder gebildet ist.

6. Thermostatventil nach einem der Ansprüche 1-5, ge­ kennzeichnet durch einen Übertragungs­ stößel (42) zwischen dem Kern (34) des Elektromagneten (32) und dem Ventilverschlußglied (16).

7. Thermostatventil nach Anspruch 6 , dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Elektromagnet (32) und das Ventilverschlußglied (16) koaxial zueinander angeordnet sind.

8. Thermostatventil nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Übertragungsstößel (42) unter der Wirkung der Öffnungsfeder (40) mit einem axialen Ende (43) am Kern (34) des Elektromagneten (32) und mit dem anderen, gegenüberliegenden Ende (44) am Ventilverschlußglied (16) anliegt und angedrückt ist.

9. Thermostatventil nach einem der Ansprüche 6-8, da­ durch gekennzeichnet, daß der Über­ tragungsstößel (42) im Ventilgehäuse (11) axial ver­ schiebbar geführt ist und aus dem Ventilgehäuse (11) herausgeführt und zum Elektromagneten (32) hin gerich­ tet ist.

10. Thermostatventil nach Anspruch 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Elektromagnet (32) als Baueinheit an das Ventilgehäuse (11) angesetzt und daran befestigt ist.

11. Thermostatventil nach Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zwischen dem Ventilgehäuse (11) und dem herausgeführten Teil des Übertragungsstößels (42) eine Abdichtvorrichtung, insbesondere eine Dichtungs­ manschette, z.B. ein Faltenbalg, ein Dichtungsring (47), z.B. ein O-Ring, oder statt dessen ein Durchlaß für das Kühlmittel vorgesehen ist.

12. Thermostatventil nach einem der Ansprüche 6-11, da­ durch gekennzeichnet, daß der Über­ tragungsstößel (42) ein das Ventilverschlußglied (16) koaxial durchsetzendes Verlängerungsstück (48) auf­ weist, das in axialem Abstand von dem herausgeführten Teil unmittelbar oder mittelbar am Ventilgehäuse (gehalten und verschiebbar geführt ist.

13. Thermostatventil nach Anspruch 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Verlängerungsstück (48) im Zentrum (23) eines die Ventilsitzfläche (20) tragenden Ringteiles (21) gehalten und geführt ist und an seinem freien Ende einen daran anschlagenden An­ schlag (50), insbesondere Ringbund, trägt.

14. Thermostatventil nach einem der Ansprüche 1-13, da­ durch gekennzeichnet, daß das Ven­ tilverschlußglied (16) als Schieberhülse (17) ausgebil­ det ist, die mit dem Übertragungsstößel (42) und dem eine ringförmige Ventilsitzfläche (20) tragenden Ring­ teil (21) und der Öffnungsfeder (40) zu einer eigen­ ständigen, einbaufertigen Baueinheit vereinigt ist.

15. Thermostatventil nach Anspruch 13 oder 14, da­ durch gekennzeichnet, daß der die Ventilsitzfläche (20) tragende Ringteil (21) zwischen einem Einlaßstutzen (12), der an den Zufluß von der Brennkraftmaschine anschließbar ist, und einem Auslaß­ stutzen (13) angeordnet ist, der an den Abfluß zum Kühler der Brennkraftmaschine anschließbar ist, und daß die Schieberhülse (17) innerhalb einer dazu koaxialen Bohrung (30) in der Wandung (14) des Auslaßstutzens (13) gleitend und dicht gehalten und geführt ist, die den Auslaßstutzen (13) mit einem Bypass-Auslaßstutzen (15) verbindet, an den eine zur Brennkraftmaschine zu­ rückführende Bypassleitung anschließbar ist.

16. Thermostatventil nach Anspruch 15, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Ventilgehäuse (11) im Bereich des Pypass-Auslaßstutzens (15) eine ringför­ mige Ventilsitzfläche (28) aufweist, die derjenigen (20) des Ringteiles (21) axial gegenüberliegt, und daß die Schieberhülse (17) an ihrem axialen Ende, das der Ventilsitzfläche (28) zugewandt ist, eine gegen die Ventilsitzfläche (28) anpreßbare ringförmige Ventil­ fläche (27) trägt.