DE4233913A1 - Elektrisch beheizbares Thermostatventil für einen Kühlmittelkreislauf eines Verbrennungsmotors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisch beheizbares Thermostat­ ventil für einen Kühlmittelkreislauf eines Verbrennungsmotors mit einem bei kaltem Kühlmittel einen Durchfluß sperrenden Hauptventil und mit einem bei kaltem Kühlmittel offenen Umge­ hungsventil, deren Ventilelemente gemeinsam bezüglich stationä­ rer Ventilgegenstücke eines Ventilgehäuses mittels eines ther­ mostatischen Arbeitselementes verstellbar sind, das ein im Ven­ tilgehäuse angeordnetes und auch bei geschlossenem Hauptventil in einem Kühlmittelstrom liegendes Gehäuse aufweist, das einen Dehnstoff und einen sich entsprechend dem temperaturabhängigen Volumen des Dehnstoffs verstellenden Arbeitskolben enthält.

Üblicherweise sind Thermostatventile so aufgebaut, daß das Ven­ tilelement des Hauptventils und auch das Ventilelement des Um­ gehungsventils an dem Gehäuse des thermostatischen Arbeitsele­ mentes angebracht sind. Der Arbeitskolben des thermostatischen Arbeitselementes ist stationär gehalten, so daß bei einer tem­ peraturabhängigen Volumenänderung des Dehnstoffes sich das Ge­ häuse mit den Ventilelementen relativ zu dem stationär gehalte­ nen Arbeitskolben bewegt, um das Regelverhalten eines derartigen Thermostatventils zu verbessern, ist es bekannt (DE 30 18 682 A1), im Innern dem Gehäuses des thermostatischen Arbeitselemen­ tes und damit innerhalb des Dehnstoffes eine Heizkerze mit ei­ nem Heizwiderstand anzuordnen. Die Versorgung des Heizwider­ standes mit elektrischer Energie erfolgt mittels Leitungen, die durch den stationären Arbeitskolben geführt sind.

Es ist auch bekannt (DE 37 05 232 A1), anstelle eines Thermo­ statventils ein mittels eines Stellmotors regelbares Ventil vorzusehen. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Stellmotor ein thermostatisches Arbeitselement, dessen Gehäuse außerhalb des Ventilgehäuses stationär angeordnet ist. Der innerhalb des Ventilgehäuses befindliche Arbeitskolben ist mit einem Ventil­ körper versehen, der einen Hauptventilteller und einen Umge­ hungsventilteller in der bei Thermostatventilen bekannten An­ ordnung trägt. Das Gehäuse des als Stellmotor dienenden thermo­ statischen Arbeitselementes erstreckt sich quer zu einer zum Motor führenden Kühlmittelleitung, die um das Ventilgehäuse herumgeführt wird. Aus dieser Leitung ragt das Gehäuse des Ar­ beitselementes heraus und ist in diesem Bereich mit einem Heiz­ element umgeben.

Es ist auch ein Regelventil bekannt (US-PS 46 85 651), bei wel­ chem der Arbeitskolben eines thermostatischen Arbeitselementes mit einem Ventilteller versehen ist. Bei dieser Bauart ist das Gehäuse des thermostatischen Arbeitselementes stationär außer­ halb des Bereichs angeordnet, in welchem das zu regelnde Medium strömt. Im Innern des Gehäuses ist ein Heizwiderstand angeord­ net, der über Leitungen mit elektrischer Energie versorgt wird, die durch den dem Arbeitskolben gegenüberliegenden Boden des Gehäuses des Arbeitselementes hindurchgeführt sind. Bei einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß das Gehäuse des Arbeits­ elementes in einen weiteren Flüssigkeitsstrom eintaucht, so daß die Position des Arbeitskolbens auch mittels der Temperatur dieser Flüssigkeit festgelegt werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Thermostatventil der eingangs genannten Art zu schaffen, das sich durch eine er­ höhte Betriebssicherheit auszeichnet.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Gehäuse des Arbeits­ elementes mit seinem dem Arbeitskolben gegenüberliegenden Ende stationär gehalten und mit einem elektrischen Heizelement ver­ sehen ist, und daß der Arbeitskolben mit dem Ventilelement des Hauptventils und dem Ventilelement des Umgehungsventils verbun­ den ist, wobei das Ventilelement des Hauptventils in seiner Schließstellung mit dem Gehäuse des Arbeitselementes oder sei­ ner Halterung eine einen Durchfluß sperrenden Dichtstelle bil­ det und über einen offenen, das Gehäuse des Arbeitselementes freilegenden Käfig mit dem Arbeitskolben verbunden ist.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß nur dann eine hohe Betriebssicherheit erreicht wird, wenn das Heizelement und seine Versorgungsleitungen so angeordnet sind, daß dadurch die Abdichtung zwischen dem Arbeitskolben und dem Gehäuse des ther­ mostatischen Arbeitselementes unbeeinflußt bleibt, d. h. weder Leitungen durch den Arbeitskolben hindurchgeführt werden müssen, noch der Arbeitskolben selbst beheizt wird. Es wird deshalb vorgesehen, daß das Gehäuse des Arbeitselementes stationär an­ geordnet ist, so daß dann das Heizelement direkt dem Gehäuse zugeordnet und über Versorgungsleitungen versorgt wird. Dadurch ist es möglich, die Abdichtung zwischen dem Arbeitskolben und dem Gehäuse des Arbeitselementes in bewährter, konventioneller Weise zu gestalten, ohne daß deren Funktion durch ein Heizele­ ment oder Versorgungsleitungen beeinträchtigt wird. Aufgrund der Ausbildung des Ventilelementes des Hauptventils liegt den­ noch das Gehäuse des Arbeitselementes in dem beim Start des Verbrennungsmotors kalten Kühlmittelstrom, so daß sich das Thermostatventil mit Erwärmung dieses Kühlmittelstromes in be­ kannter Weise selbsttätig öffnet und die bei Thermostatventilen übliche Temperaturregelung ausführt. Aufgrund des Heizelementes kann dieser Regelung eine zusätzliche Regelgröße überlagert werden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in der Zeichnung dargestell­ ten Ausführungsbeispiele und den Unteransprüchen.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Thermostatventil, in welchem das thermostatische Arbeitselement und seine Halterung nicht geschnitten sind, und

Fig. 2 einen Schnitt in etwas größerem Maßstab durch das thermostatische Arbeitselement einer etwas abgewandel­ ten Ausführungsform.

Das in Fig. 1 dargestellte Thermostatventil enthält ein thermo­ statisches Arbeitselement (10), das in einem zweiteiligen Ven­ tilgehäuse (11, 12) angeordnet ist.

Das thermostatische Arbeitselement (10) steuert ein Hauptven­ til, das aus einem Ventilteller (13) und einem Ventilsitz (14) gebildet wird, sowie ein Umgehungsventil, das aus einem Ventil­ teller (15) und einer Umgehungsöffnung (16) gebildet wird.

Der prinzipielle Unterschied des erfindungsgemäßen Thermostat­ ventils zu einem konventionellen Thermostatventil besteht darin, daß das Gehäuse (17) des thermostatischen Arbeitselementes (10) stationär an dem Teil (12) des Ventilgehäuses gehalten ist, wäh­ rend sein (in Fig. 1 nicht sichtbarer) Arbeitskolben beweglich ist und mit den Ventiltellern (13,15) verbunden ist. Das Gehäuse (17) des thermostatischen Arbeitselementes (10) ist mittels ei­ ner Halterung (19) gehalten, die das Ende des Gehäuses (17) kappenartig umfaßt, das der Seite gegenüberliegt, aus die der nicht dargestellte Arbeitskolben aus fährt. Die kappenartige Halterung (19) ist an dem Teil (12) des Ventilgehäuses abge­ stützt. Sie besteht vorzugsweise aus Kunststoff. Die kappenför­ mige Halterung (19) ist an das Teil (12) des Ventilgehäuses an­ gespritzt, das bevorzugt ebenfalls aus Kunststoff hergestellt ist, so daß eine dichte Verbindung gewährleistet ist.

Der Ventilteller (13) des Hauptventils besitzt einen im Quer­ schnitt topfförmigen mittleren Bereich, in welchem das thermo­ statische Arbeitselement (10) angeordnet ist. Der topfförmige Bereich besitzt einen an den Ventilteller anschließenden, ge­ schlossenen, zylindrischen Abschnitt, der in der dargestellten Schließstellung des Hauptventils mit der Halterung (19) eine Dichtstelle bildet. Hierzu ist die Halterung (19) mit einer Ringnut (21) versehen, in die ein Dichtring (22) eingelegt ist. Der an den Ring (20) anschließende Bereich besteht im wesentli­ chen aus axialen Stegen (23), so daß in diesem Bereich das Ge­ häuse (17) des thermostatischen Arbeitselementes (10) freiliegt und bei geschlossenem Hauptventil in dem Kühlmittelstrom liegt, der zwischen einem Anschluß (24) und der Umgehungsöffnung (16) strömt. Die Stege (23) halten einen plattenförmigen Boden (25), auf den der aus dem Gehäuse (17) des Arbeitselementes (10) aus­ fahrende Arbeitskolben einwirkt. Der Boden (25) ist in axialer Verlängerung des nicht sichtbaren Arbeitskolbens des Arbeits­ elementes (10) mit einem Bolzen (26) versehen, auf dem mittels einer Gleitführung der Ventilteller (15) des Umgehungsventils angeordnet ist. Der Ventilteller (15) ist mit einer Feder (27) belastet. Diese Feder (27) drückt den Ventilteller (15) gegen eine Sicherungsscheibe (28) des Bolzens (16), die an dem Bolzen (26) mittels einer Aufbördelung (29) gehalten ist.

Der Ventilteller (13) des Hauptventils ist mit einer Schließfe­ der (30) belastet, die sich bei dem dargestellten Ausführungs­ beispiel an dem Teil (11) des Ventilgehäuses abstützt. Bei ei­ ner abgewandelten Ausführungsform wird jedoch vorgesehen, daß an dem Teil (12) des Ventilgehäuses, an welchem das thermosta­ tische Arbeitselement (10) mit der Halterung (19) gehalten ist, in der Zeichnung nach unten ragende Arme angebracht werden, die einen Federteller für die Schließfeder (30) aufnehmen. In diesem Fall ist dann das Teil (12) mit dem gesamten Thermostatventil als eine vormontierte und in dieser Form auf Funktion überprüf­ bare Baueinheit ausgebildet.

Das in Fig. 1 dargestellte Thermostatventil ist beispielsweise so angeordnet, daß über den Anschluß (24) das vom Motor kom­ mende Kühlmittel zuströmt,das dann entweder über die Umgehungs­ öffnung (16) direkt zum Motor zurück oder über einen Anschluß (31) des Teils (12) des Ventils zunächst zu einem Kühler strömt und von dort dann wieder dem Motor zugeführt wird. Wenn der Mo­ tor gestartet wird, ist das Kühlmittel zunächst noch kalt, so daß das über den Anschluß (24) zugeführte Kühlmittel über den Umgehungsanschluß (16) unmittelbar zu dem Motor zurückgeführt wird. In dieser Kühlmittelströmung liegt das Gehäuse (17) des thermostatischen Arbeitselementes. Bei einer vorgegebenen Tem­ peratur, auf die der Dehnstoff, insbesondere Wachs, eingestellt ist, wird der Arbeitskolben des thermostatischen Arbeitselemen­ tes (10) ausgefahren, wodurch das Hauptventil allmählich geöff­ net und gleichzeitig das Umgehungsventil allmählich geschlossen werden. Bei Betriebstemperatur strömt dann das Kühlmittel voll­ ständig von dem Anschluß (24) zu dem Anschluß (31), d. h. das vom Motor kommende Kühlmittel wird vollständig durch den Kühler geleitet und dann zum Motor zurückgeführt. Selbstverständlich ist es auch möglich, das Thermostatventil nach Fig. 1 im Kühler­ rücklauf anzuordnen, wodurch sich dann eine etwas andere Kühl­ mittelführung ergibt. In beiden Fällen ist jedoch sicherge­ stellt, daß das Gehäuse (17) des thermostatischen Arbeitsele­ mentes in dem Kühlmittelstrom liegt, in welchem das zunächst kalte Kühlmittel zirkuliert.

Wie anhand von Fig. 2 noch näher erläutert werden wird, ist dem Gehäuse (17) des thermostatischen Arbeitselementes eine elek­ trische Heizeinrichtung zugeordnet, so daß der Dehnstoff unab­ hängig von der Temperatur des Kühlmittels derart aufgeheizt werden kann,daß der Arbeitskolben ausfährt und dabei das Haupt­ ventil und das Umgehungsventil betätigt und diese in eine Stel­ lung bringt, die an sich nicht der augenblicklichen Temperatur des Kühlmittels zugeordnet ist. Das dem Gehäuse (17) zugeordne­ te Heizelement, das in dem Gehäuse (17) oder auch außen an dem Gehäuse (17) angebracht werden kann, wird über elektrische Zu­ leitungen versorgt, die durch die Halterung (19) laufen. Wie in Fig. 1 dargestellt ist, ist die Halterung (19) außen als eine Aufnahme für einen Stecker (33) geformt. In dieser Aufnahme (32) enden die elektrischen Zuleitungen in Form von Kontakten.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch das thermostatische Arbeits­ element und die Ventilelemente, die in der Funktion gleich sind, jedoch konstruktiv etwas abgewandelt wurden. Das Gehäuse (17) des thermostatischen Arbeitselementes besteht aus Metall, insbesondere aus Messing. Es nimmt in seinem Innern einen Dehn­ stoff auf, insbesondere eine Wachsmischung. In sein Inneres ragt ferner ein Arbeitskolben (18), der in einem das Gehäuse (17) verschließenden Führungseinsatz (35) geführt ist. Der Füh­ rungseinsatz (35) ist mittels einer Bördelverbindung gehalten. Der Arbeitskolben (18) ist von einer taschenartigen Membran (36) umgeben, die von dem Führungseinsatz (35) gegen einen Sitz des Gehäuses gehalten wird. Diese taschenartige Membrane (36) sorgt für eine sichere Abdichtung des Innenraums des Gehäuses (17), während sie gleichzeitig die Bewegungen des Arbeitskol­ bens zuläßt.

Im Innern des Gehäuses (17), d. h. in dem Dehnstoff, ist als elektrisches Heizelement (37) ein PTC-Widerstand angeordnet, der sich so lange aufheizt, bis er eine vorgegebene Temperatur erreicht und dann seinen Widerstand derart erhöht, daß er jeden weiteren Stromfluß praktisch sperrt. Das Heizelement (37) ist mittels eines Einsatzes (38) gehalten, in welchem die Zuleitun­ gen (39, 40) abgedichtet angeordnet sind. Der Einsatz (38) ist mittels eines Halteringes (41) gehalten, der mittels eines Bör­ delrandes an dem Gehäuse (17) befestigt ist.

Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, umhüllt die kappenartige Halte­ rung (19′) das Gehäuse (17) in dem Bereich, in welchem das Heizelement (37) angeordnet ist. Zwischen der Halterung (19′) und dem Gehäuse (17) ist ein Dichtungsmittel vorgesehen, bei­ spielsweise ein Klebemittel. Die Halterung (19′) stützt sich an einem Quersteg (42) ab, durch den die elektrischen Versorgungs­ leitungen (39, 40) nach außen geführt sind.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist der Ventilteller (13′) des Hauptventils als ein Kunststofformteil ausgebildet, das einstückig mit dem Bolzen (26′) hergestellt ist. Dieser Bolzen (26′) hält den Ventilteller (15′) des Umgehungsventils mittels einer Klipsverbindung.

Bei einer abgewandelten Ausführungsform wird vorgesehen, daß das elektrische Heizelement (37) zwar innerhalb der kappenarti­ gen Halterung (19′) angeordnet ist, jedoch außerhalb des Gehäu­ ses (17) des thermostatischen Arbeitselementes, das sich in axialer Richtung unabhängig von dem Heizelement an der Halte­ rung (19′) abstützt.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist ferner vorgesehen, daß die Schließfeder (30′) des Hauptventils mittels eines Federtel­ lers (43) gehalten ist, der von dem Teil (12′) des Ventilgehäu­ ses gehalten ist. Dadurch ist es möglich, dieses Teil (12′) des Ventilgehäuses zusammen mit dem thermostatischen Arbeitselement sowie dem Hauptventil und dem Ventilteller (15′) des Umgehungs­ ventils als eine vormontierte Baueinheit herzustellen.

Claims (9)

1. Elektrisch beheizbares Thermostatventil für einen Kühlmittelkreislauf eines Verbrennungsmotors mit einem bei kal­ tem Kühlmittel einen Durchfluß sperrenden Hauptventil und mit einem bei kaltem Kühlmittel offenen Umgehungsventil, deren Ven­ tilelemente gemeinsam bezüglich stationärer Ventilgegenstücke eines Ventilgehäuses mittels eines thermostatischen Arbeitsele­ mentes verstellbar sind, das ein im Ventilgehäuse angeordnetes und auch bei geschlossenem Hauptventil in einem Kühlmittelstrom liegendes Gehäuse aufweist, das einen Dehnstoff und einen sich entsprechend dem temperaturabhängigen Volumen des Dehnstoff verstellenden Arbeitskolben enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (17) des Arbeitselementes (10) mit seinem dem Arbeitskolben (18) gegenüberliegenden Ende stationär gehalten und mit einem elektrischen Heizelement (37) versehen ist, und daß der Arbeitskolben mit dem Ventilelement (13, 13′) des Haupt­ ventils und dem Ventilelement (15, 15′) des Umgehungsventils verbunden ist, wobei das Ventilelement des Hauptventils in Schließstellung mit dem Gehäuse (17) des Arbeitselementes (10) oder seiner Halterung (19) eine einen Durchfluß sperrende Dichtstelle (20, 22) bildet und über einen offenen, das Gehäuse des Arbeitselementes freilegenden Käfig mit dem Arbeitskolben verbunden ist.

2. Thermostatventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Gehäuse (17) des Arbeitselementes (10) in dem Be­ reich, in welchem das Heizelement (37) angeordnet ist, mit ei­ ner Kappe (19) aus Kunststoff versehen ist.

3. Thermostatventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Kappe als Halterung (19, 19′) für das Gehäuse (17) des Arbeitselementes (10) ausgebildet ist.

4. Thermostatventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zwischen der Außenwandung des Gehäuses (17) und der Halterung (19, 19′) ein Dichtungsmittel vorgesehen ist.

5. Thermostatventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Halterung (19, 19′) des Gehäuses (17) des Arbeitselementes (10) ein an einem Teil (12) des Ven­ tilgehäuses angespritztes Kunststoffbauteil ist.

6. Thermostatventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Halterung (19) für das Gehäuse (17) aus dem Ventilgehäuse (12) herausragt und als eine Aufnah­ me (32) für einen Kabelstecker (33) ausgebildet ist.

7. Thermostatventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß das Ventilelement des Hauptventils als ein Ventilteller (13, 13′) gestaltet ist, der einen etwa topfförmigen mittleren Bereich aufweist, welcher einen an dem Ventilteller anschließenden, geschlossenen Randabschnitt (20) und einen dem Arbeitskolben (17) zugeordneten Boden (25, 25′) besitzt, wobei der Boden (25, 25′) und der Randabschnitt (20, 20′) mittels Stegen (23′) verbunden sind.

8. Thermostatventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß der Boden (25, 25′) des Ventiltellers (13, 13′) mit einem zum Arbeitskolben (18) des Arbeitselementes (10) koaxia­ len Bolzen (26, 26′) versehen ist, der das Ventilelement (15, 15′) des Umgehungsventils trägt.

9. Thermostatventil nach Anspruch 7 oder 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Ventilelement (13′) des Hauptventils ein einteiliges Kunststofformteil ist.