DE4106081A1 - Thermostatventil zur regelung der temperatur der kuehlfluessigkeit einer brennkraftmaschine, insbesondere eines kraftfahrzeugmotors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Thermostatventil zur Regelung der Temperatur der Kühlflüssigkeit einer Brennkraftmaschine, ins­ besondere eines Kraftfahrzeugmotors, mit einem Arbeitskolben, dem ein mittels eines Stellorgans verstellbarer Abstützkörper und ein ihn von dem Abstützkörper hinweg zurückstellendes, federndes Rückstellmittel zugeordnet sind.

Bei einem bekannten Thermostatventil der eingangs genannten Art (DE-C 35 04 653) ist als Stellorgan ein Elektromotor vorge­ sehen, der einen als Exzenter ausgebildeten Abstützkörper ver­ stellt. Das federnde Rückstellmittel für den Arbeitskolben des Thermostatventils stützt sich an diesem Arbeitskolben und an dem Ventilgehäuse derart ab, daß es bei Absinken der Kühl­ mitteltemperatur den Arbeitskolben in seine Ruhestellung zurückdrückt. Damit wird sichergestellt, daß sich keine uner­ wünschten Betriebszustände des Thermostatventils und damit der Brennkraftmaschine ergeben.

Es ist auch bekannt (DE-A 32 26 104), als Abstützkörper einen zu dem Arbeitskolben des Thermostatventils koaxial ausgerich­ teten Kolben eines thermostatischen Arbeitselementes vorzu­ sehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine möglichst ein­ fache Ausbildung eines Thermostatventils der eingangs genannten Art zu schaffen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Abstützkörper ein zu dem Arbeitskolben koaxial ausgerichteter Kolben eines thermosta­ tischen Arbeitselementes ist, und daß das Rückstellmittel gegen den Arbeitskolben und gegen den Kolben des thermostatischen Arbeitselementes abgestützt ist.

Durch die Verwendung eines thermostatischen Arbeitselementes als Stellorgan und dessen Kolben als Abstützkörper ergibt sich bereits eine Vereinfachung der Konstruktion. Durch die beson­ dere Anordnung des Rückstellmittels wird dabei zusätzlich er­ reicht, daß sowohl der Arbeitskolben als auch der Kolben des thermostatischen Arbeitselementes jeweils in ihre Ausgangs­ stellungen zurückgeführt werden, wenn die Kühlmitteltemperatur und die Temperatur, der das thermostatische Arbeitselement aus­ gesetzt ist, absinken. Die Rückstellung wird somit mit nur einem Rückstellmittel erreicht, so daß die Konstruktion weiter vereinfacht wird. Mittels dieses Rückstellmittels wird sicher­ gestellt, daß ungewünschte Betriebszustände der Brennkraft­ maschine aufgrund von ungewünschten Arbeitspositionen des Thermostatventils vermieden werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, daß zwischen dem Kolben des thermostatischen Arbeitselementes und dem Arbeitskolben ein einen Leerweg vorgebendes, Druckkräfte übertragendes Übertragungselement angeordnet ist. Ein der­ artiges Übertragungselement bietet weitere Möglichkeiten, die Konstruktion zu vereinfachen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung des in der Zeichnung darge­ stellten Ausführungsbeispiels und den Unteransprüchen.

Die Zeichnung zeigt einen Axialschnitt durch ein erfindungs­ gemäßes Thermostatventil, das die Betriebsposition bei kaltem Kühlmittel einnimmt.

Das dargestellte Thermostatventil besitzt ein aus zwei Teilen (10, 11) gebildetes Ventilgehäuse, das mit drei Kühlwasser­ anschlüssen (12, 13, 14) versehen ist. Wenn das Thermostat­ ventil im Vorlauf zwischen einer Brennkraftmaschine und einem Kühler angeordnet wird, so dient der Anschluß (12) zur Zufuhr von Kühlmittel von der Brennkraftmaschine, der Anschluß (13) zur Weiterleitung des Kühlmittels zu einem Kühler und der An­ schluß (14) zum Anschließen einer den Kühler umgehenden Kurz­ schlußleitung. Ein derartiges Thermostatventil, das in seinem prinzipiellen Aufbau bekannt ist, kann auch in der Rücklauf­ leitung von einem Kühler zu einer Brennkraftmaschine angeordnet werden. In diesem Falle würde der Anschluß (12) zu der Brenn­ kraftmaschine führen, während der Anschluß (13) für eine von dem Kühler kommende Leitung bestimmt wäre.

Innerhalb des Ventilgehäuses (10, 11) ist ein erstes thermosta­ tisches Arbeitselement (15) angeordnet, das in einem Gehäuse (16) einen Dehnstoff enthält, insbesondere ein Wachs. Dieser Dehnstoff dehnt sich mit Erwärmung ab einer vorgegebenen Temperatur derart aus, daß aus dem Gehäuse (16) ein Arbeits­ kolben (17) ausgetrieben wird. An einem Ringbund des Gehäuses (16) ist ein Ventilteller (18) angebracht, der mit einer Schließfeder (19) gegen ein von dem Teil (10) des Ventil­ gehäuses gebildeten Ventilsitz (20) angedrückt wird. Der aus­ fahrende Arbeitskolben (17) stützt sich in noch zu beschrei­ bender Weise an einem als Abstützkörper dienenden Kolben (21) eines zweiten thermostatischen Arbeitselementes (22) ab. Ein weiteres Ausfahren des Arbeitskolbens (17) aus seinem Gehäuse (16) führt danach zu einer Ausweichbewegung seines Gehäuses (16) und damit zu einem Abheben des Ventiltellers (18) von dem Ventilsitz (20) und somit zu einem öffnen des Thermostat­ ventils. An dem Gehäuse (16) ist in bekannter Weise ein Bolzen (23) angebracht, auf dem ein mit einer Sicherungsscheibe (24) gesicherter Kurzschlußventilteller (25) gleitend geführt ist. Der Kurzschlußventilteller (25) wird mittels einer Schrauben­ feder (26) in der dargestellten Stellung an dem Sicherungsring (24) gehalten. Wenn das Gehäuse (16) zum Öffnen des Ventils (18, 20) verschoben wird, legt sich der Kurzschlußventilteller (25) vor den Anschluß (14) und verschließt somit die Kurz­ schlußleitung. Bei einem weiteren Verschieben des Gehäuses (16) gleitet der Kurzschlußteller (25) auf dem Bolzen (23).

Wie schon erwähnt wurde, stützt sich der Arbeitskolben (17) gegen einen als Abstützkörper dienenden Kolben (21) des zweiten thermostatischen Arbeitselementes (22) ab. Das thermostatische Arbeitselement (22) ist derart angeordnet, daß sein Kolben (21) koaxial zu dem Arbeitskolben (17) ausgerichtet ist. Die Ab­ stützung zwischen dem Arbeitskolben (17) und dem Kolben (21) erfolgt indirekt über ein Übertragungselement (27), das im wesentlichen innerhalb des Teils (10) des Ventilgehäuses an­ geordnet ist und dieses mit einem kolbenartigen Ansatz (28) in einer Bohrung (29) durchdringt. Der kolbenartige Ansatz (28), der sich gegen den Kolben (21) abstützt, ist mit einem in einer Aussparung des Teils (10) eingelegten Dichtungsring (30) um­ geben. Der Dichtungsring (30) ist mittels einer in das Teil (10) des Ventilgehäuses eingesetzten Platte (31) gehalten.

Das Übertragungselement (27) besitzt eine an ihrem offenen Ende angefaste Führungsbohrung (32), die den Arbeitskolben (17) auf­ nimmt. Die axiale Tiefe der Führungsbohrung (32) ist so be­ messen, daß der Arbeitskolben (17) bei seiner Ausfahrbewegung aus seinem Gehäuse (16) zunächst einen Leerweg zurücklegen muß, bis er sich an dem Boden der Führungsbohrung (32) abstützt. Erst danach führt ein weiteres Ausfahren des Arbeitskolbens (17) zu einer Bewegung des Gehäuses (16) und des daran ange­ brachten Ventiltellers (18). Die Führungsbohrung (32) ist zu dem sie umgebenden Kühlmittel offen, so daß die Bewegung des Arbeitskolbens (17) nicht durch in die Führungsbohrung (32) eindringendes Kühlmittel behindert ist. Hierzu ist im Bereich des geschlossenen Endes der Führungsbohrung (32) eine Quer­ bohrung (33) angebracht.

Das zweite thermostatische Arbeitselement (22) ist in einem Gehäuseteil (34) gehalten, das lösbar an dem Teil (10) des Ventilgehäuses befestigt ist. Das thermostatische Arbeits­ element (22) weist ein Gehäuse (35) auf, das einen Dehnstoff, insbesondere Wachs, enthält, bei dessen Erwärmung auf eine vorgegebene Temperatur der Kolben (21) ausgetrieben wird. Das Gehäuse (35) ist mit einem zu dem Kolben (21) koaxialen Füh­ rungsansatz (36) versehen, mit dem es in einer Bohrung des Gehäuseteils (34) geführt ist. Das Gehäuse (35) ist mittels einer Überhubfeder (36) in der dargestellten Grundposition gehalten, in welcher es an einer Ringschulter des Gehäuses (34) anliegt. Die Überhubfeder (36), die als eine kegelförmige Schraubenfeder ausgebildet ist, stützt sich gegen eine Siche­ rungsscheibe (37) ab, die von axialen Stegen (38) des Gehäuse­ teils (34) gehalten wird. Die Überhubfeder (36) ist derart vorgespannt und ausgelegt, daß sie eine deutlich höhere Kraft aufbringt als die ebenfalls vorgespannte Schließfeder (19). Die jeweilige Stellung des Thermostatventils ist somit unbeeinflußt von der Überhubfeder (36).

Bei kalter Kühlmitteltemperatur befindet sich das Thermostat­ ventil in der dargestellten Stellung. Ab einer vorgegebenen Kühlmitteltemperatur wird der Arbeitskolben (17) aus dem Ge­ häuse (16) ausgefahren. Sobald er sich an den Boden der Füh­ rungsbohrung (32) anlegt, beginnt die Öffnung des Thermostat­ ventils und somit das Durchströmen des Kühlmittels durch den nicht dargestellten Kühler. Dieser durch die Kühlmitteltempe­ ratur der Brennkraftmaschine bedingten Regelung wird eine weitere Regelgröße überlagert, die von dem zweiten thermosta­ tischen Arbeitselement (22) erfaßt wird. Dieses zweite thermostatische Arbeitselement (22) ist der Umgebungstemperatur ausgesetzt, insbesondere der Motorraumtemperatur eines Kraft­ fahrzeuges. Sobald diese Temperatur einen vorgegebenen Wert erreicht und überschreitet, auf den der in dem Gehäuse (35) enthaltene Dehnstoff ausgelegt ist, wird der Kolben (21) dieses thermostatischen Arbeitselementes (22) ausgefahren, so daß der Abstützpunkt für den Arbeitskolben (17) verlagert, wodurch das Thermostatventil weiter geöffnet wird oder der Beginn des Öffnens auf ein anderes Temperaturniveau verlagert wird.

Um sicherzustellen, daß immer definierte Ausgangszustände er­ halten werden, wird vorgesehen, daß sowohl der Arbeitskolben (17) als auch der Kolben (21) bei Absinken der jeweils von ihnen erfaßten Temperaturen in die Ausgangslage zurückgestellt werden. Dies geschieht mittels einer gemeinsamen, vorgespannten Rückstellfeder (39), die als eine Art Spreizfeder zwischen dem Arbeitskolben (17) und dem Kolben (21) angeordnet ist. Die als Schraubenfeder ausgebildete Rückstellfeder (39) stützt sich gegen einen Federteller (40) ab, der mit einem Sicherungsring (41) an dem Arbeitskolben (17) gehalten ist. An dem Kolben (21) des zweiten thermostatischen Arbeitselementes (22) ist die Rückstellfeder (39) indirekt über das Übertragungselement (21) abgestützt. An das Übertragungselement (27) ist ein Federteller (42) angeformt. Die Rückstellfeder (39) drückt den Arbeits­ kolben (17) in sein Gehäuse (16) hinein, bis der Sicherungsring (41) an dem Gehäuse (16) zur Anlage kommt. Ebenso drückt die Rückstellfeder (39) das Übertragungselement (27) zurück und damit den Kolben (21) in sein Gehäuse (35), bis die Rückseite des Federtellers (42) an der Platte (31) zur Anlage kommt. Die Rückstellfeder (39) ist derart vorgespannt und bemessen, daß die von ihr aufgebrachte Kraft deutlich schwächer als die Kraft der Schließfeder (19) und der Überhubfeder (36) ist.

Die Verwendung des Übertragungselementes (27), das überwiegend innerhalb des Teils (10) des Ventilgehäuses angeordnet ist, hat den Vorteil, daß das Gehäuseteil (34) mit dem zweiten thermosta­ tischen Arbeitselement (22) von dem Teil (10) des Ventilge­ häuses gelöst werden kann, ohne daß dadurch die Dichtheit des Thermostatventils verloren geht. Darüber hinaus bleibt durch diese Anordnung die Grundfunktion des Thermostatventils erhal­ ten, auch wenn das zweite thermostatische Arbeitselement (22) ausgebaut ist oder ausgefallen sein sollte.

Bei der dargestellten Ausführungsform ist das zweite thermosta­ tische Arbeitselement (22), d. h. sein Gehäuse (35), der Umgebungstemperatur ausgesetzt. Bei einer abgewandelten Ausfüh­ rungsform wird vorgesehen, daß das Gehäuse (35) des thermosta­ tischen Arbeitselementes (22) mittels einer Heizeinrichtung be­ heizt wird, so daß andere Regel- oder Steuergrößen für die Regelung der Temperatur der Kühlflüssigkeit der Brennkraft­ maschine noch mit herangezogen werden können.

Claims (9)

1. Thermostatventil zur Regelung der Temperatur der Kühl­ flüssigkeit einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraft­ fahrzeugmotors, mit einem Arbeitskolben, dem ein mittels eines Stellorgangs verstellbarer Abstützkörper und ein ihn von dem Abstützkörper hinweg zurückstellendes federndes Rückstellmittel zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstützkörper ein zu dem Arbeitskolben (17) koaxial ausgerichteter Kolben (21) eines thermostatischen Arbeitselementes (22) ist, und daß das Rückstellmittel (39) gegen den Arbeitskolben (17) und gegen den Kolben (21) des thermostatischen Arbeitselementes (22) ab­ gestützt ist.

2. Thermostatventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß zwischen dem Kolben (21) des thermostatischen Arbeits­ elementes (22) und dem Arbeitskolben (17) ein einen Leerweg vorgebendes, Druckkräfte übertragendes Übertragungselement (27) angeordnet ist.

3. Thermostatventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das Übertragungselement (27) mit einem kolbenartigen, mit einem Dichtungsmittel (30) umgebenen Ansatz (28) aus dem Ventilgehäuse (10, 11) des Thermostatventils herausgeführt ist, der sich gegen den Kolben (21) des an dem Ventilgehäuse (10, 11) befestigten thermostatischen Arbeitselement (22) abstützt.

4. Thermostatventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungselement (27) eine zu dem kolbenartigen Ansatz (28) koaxiale Aufnahmebohrung (32) für den Arbeitskolben (17) aufweist.

5. Thermostatventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das federnde Rückstellmittel (39) zwischen einem Federteller (42) des Übertragungselementes (27) und einem an dem Arbeitskolben (17) angebrachten Federteller (40) angeordnet ist.

6. Thermostatventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß der Federteller (42) des Übertragungselementes (27) innerhalb des Ventilgehäuses (10, 11) einer Anschlagfläche (31) gegenüberliegend angeordnet ist.

7. Thermostatventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmebohrung (32) wenigstens im Bereich ihres geschlossenen Endes mit einer Öffnung (33) versehen ist.

8. Thermostatventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das thermostatische Arbeitselement (22) in einem lösbar an dem Ventilgehäuse (10, 11) angebrachten Gehäuseteil (34) gehalten ist.

9. Thermostatventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (35) des thermosta­ tischen Arbeitselementes (22) mit einem zu seinem Kolben (21) koaxialen Ansatz (36) in dem Gehäuseteil (34) geführt und mittels einer vorgespannten Überhubfeder (36) in dem Gehäuse­ teil (34) gehalten ist.