DE60020326T2

DE60020326T2 - Motorangetriebene Thermostatvorrichtung mit thermostatischer Sicherung

Info

Publication number: DE60020326T2
Application number: DE60020326T
Authority: DE
Inventors: Jean-Pierre Chamot; Gerard Jean Andre Le Clanche
Original assignee: Vernet SA
Current assignee: Vernet SA
Priority date: 1999-12-07
Filing date: 2000-12-01
Publication date: 2006-03-16
Anticipated expiration: 2020-12-02
Also published as: US20010013553A1; ES2241562T3; FR2801958B1; FR2801958A1; DE60020326D1; US6343746B2; EP1106883A1; EP1106883B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Thermostatvorrichtung vom Typ Ventil mit Elektromotorbetätigung, umfassend ein Thermostatelement, das ein gebräuchliches Thermostatelement mit ausdehnbarem Wachs sein kann, um außerdem im Fall einer Störung des Motors oder seiner Steuereinrichtung einen Sicherheitsbetriebsmodus der Vorrichtung zu gewährleisten.
Thermostatvorrichtungen vom Typ Ventil werden insbesondere in Kühlkreisen von Verbrennungsmotoren zum Zweck der Regelung der Temperatur der in diesen Motor eingeführten Kühlflüssigkeit verwendet, um seinen Betrieb zu optimieren, indem man auf einen vom Kühler des Fahrzeugs kommenden sogenannten "kalten" Flüssigkeitsdurchsatz und/oder auf einen vom Motor kommenden sogenannten "heißen" Flüssigkeitsdurchsatz einwirkt, die man mischt, um eine sogenannte "lauwarme" Kühlflüssigkeit zu bilden, die man wieder in den Motor einführt. Die Wörter "kalt", "heiß" und "lauwarm" werden zum Zweck der Vereinfachung des Vokabulars verwendet, um die relativen Temperaturniveaus der drei Flüssigkeitsströme im Vollbetrieb der Vorrichtung zu bezeichnen, wobei die Temperaturen dieser drei Ströme hier tatsächlich jedoch sehr nahe beieinander liegen können und gleich sind, wenn der Motor einige Zeit gestanden ist.
Man kennt bereits insbesondere aus dem unter der Nr. 2 703 730 veröffentlichten französischen Patent mit Hilfe eines Elektromotors motorisierte Thermostatvorrichtungen, die ein Sicherheitsthermostatelement umfassen, das beispielsweise gestattet, selbst wenn der Motor oder seine Steuereinrichtung ausgefallen sind, in einer Kammer der Vorrichtung einen kalten Flüssig keitsstrom mit dem heißen Flüssigkeitsstrom zu mischen, wenn die Temperatur der Flüssigkeit, in die das Thermostatelement eintaucht, einen gewünschten Wert überschreitet.
Die Thermostatvorrichtung dieser Schrift 2 703 730 wird mit Hilfe eines Elektromotors betrieben, der eine rotierende Ausgangswelle besitzt, die mit Hilfe einer Kupplung mit einem herkömmlichen Schrauben-Mutter-System, das die Drehbewegung der Welle in eine Translationsbewegung überführt, das bewegliche Absperrorgan der Thermostatvorrichtung betätigt, und zwar ein Küken, das allmählich einen Zugang für den Kaltwassereintritt dieser Vorrichtung freilegt und gleichzeitig einen Zugang für den Heißwassereintritt verschließt und umgekehrt.
Das Sicherheitsthermostatelement liegt mit der Schraube des Schrauben-Mutter-Systems in einer Linie, und, wenn seine Temperatur ansteigt, übt sein Kolben auf das Küken, wenn dieses durch das Schrauben-Mutter-System nicht bewegt wurde oder unzureichend bewegt wurde, eine Kraft in Richtung der Freilegung des Zugangs für den Kaltwassereintritt und der Verschließung des Zugangs für den Heißwassereintritt aus; damit das Küken unter dem Schub des Kolbens des Thermostatelements sich tatsächlich in dieser Richtung bewegen kann, ist die Schraubenmuttersystem-Kupplung teleskopisch und ist, genauer gesagt, auf der Welle des Motors verschiebbar montiert, indem sie durch eine Feder in der Richtung der Freilegung des Zugangs für den Heißflüssigkeitseintritt und der Verschließung des Zugangs für den Kaltflüssigkeitseintritt auf das Küken zu beaufschlagt wird; auf diese Weise wird, wenn das Thermostatelement auf das Küken eine Kraft in umgekehrter Richtung, die größer als die der Feder ist, ausübt, um den Zugang für den Heißflüssigkeitseintritt zu verschließen und den Zugang für den Kaltflüssigkeitseintritt freizulegen, die Feder durch die Verkürzung des Schrauben-Mutter-Systems komprimiert, und auf diese Weise widersetzt sich nichts dieser Verschließung bzw. dieser Freilegung. Ein Nachteil dieser Vorrichtung ist, dass, wenn die Temperatur der Flüssigkeit, in die das Thermostatelement eintaucht, sinkt, das Schrauben-Mutter-System der Verkürzungsbewegung des Thermostatelements folgt, was, da der Elektromotor oder seine Steuereinrichtung ausgefallen ist, zu einem neuerlichen Temperaturanstieg, einer neuen Dehnung des Thermostatelements und zu einem Betrieb führt, der zu einer Instabilität mit einer "lauwarmen" Flüssigkeit mit höherer Temperatur als der normalen Temperatur neigt. Außerdem muss das Thermostatelement relativ stark sein, um die Widerstandskraft der Feder zu überwinden, und das Schrauben-Mutter-System mit seiner Teleskopmontage mit Feder ist relativ voluminös, was keine Verringerung der Abmessungen der Thermostatvorrichtung im gewünschten Maß erlaubt.
Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu beseitigen, und sie betrifft zu diesem Zweck eine Thermostatvorrichtung, umfassend ein Gehäuse, das eine Kammer besitzt, die mindestens zwei Fluidzugänge aufweist, von denen mindestens einer durch ein Absperrorgan verschließbar ist, einen an dem Gehäuse befestigten Motor, der mit einer drehbeweglichen Ausgangswelle mit umkehrbarer Drehrichtung versehen ist, die mit dem Absperrorgan über eine Kupplung mit Schrauben-Mutter-System mechanisch verbunden ist, die dafür ausgelegt ist, das Absperrorgan wahlweise in einer Richtung bzgl. Translation zu betätigen, in der es den verschließbaren Zugang allmählich verschließt, sowie in einer Richtung, in der es ihn allmählich in Abhängigkeit von der durch einen Fühler erfassten Temperatur eines die Vorrichtung durchfließenden Fluidstroms freilegt, und ein Sicherheitsthermostatelement, das mindestens teilweise in demselben Fluidstrom gelegen ist und einen beweglichen Teil besitzt, der dafür ausgelegt ist, das Absperrorgan bzgl. Translation zu betätigen, wenn dieses infolge einer Störung nicht durch die Kupplung mit Schrauben-Mutter-System betätigt worden war und die Temperatur des Fluidstroms einen vorbestimmten Wert überschreitet, der eine solche Betätigung durch das Schrauben-Mutter-System hätte verursachen müssen, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor von einem Typ ist, der im Ruhezustand ein Widerstandsmoment besitzt, so dass er den Halt einer Regelstellung gestattet, die Kupplung mit Schrauben-Mutter-System im Wesentlichen unelastisch ist und das Schrauben-Mutter-System reversibel ist, damit im Fall der Betätigung des Absperrorgans bzgl. Translation durch den beweglichen Teil des Thermostatelements die Translationsbewegung durch das Absperrorgan auf das Schrauben-Mutter-System übertragen wird und eine Drehung des Motors bewirkt.
Dank der Umkehrbarkeit des Schrauben-Mutter-Systems und der Drehrichtung des Motors und der Inelastizität der Kupplung in Translation treffen die Bewegungen des Absperrorgans durch das Thermostatelement nur auf eine geringe Widerstandskraft, und die Verkürzung des Thermostatelements bewirkt keine elastische Rückkehr des Absperrorgans in seine Anfangsstellung.
Die Thermostatvorrichtung kann außerdem eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen:

– der Motor ist ein Elektromotor von dem Typ, der im Ruhezustand elektrisch versorgt wird, um dabei ein Widerstandsmoment aufzuweisen, das beträchtlich höher als das durch die Reibung erzeugte Moment ist, beispielsweise ein Schrittmotor oder ein Brushless-Motor genannter Motor ohne Kollektor,
– der Motor ist ein mit Stellungscodierungsmitteln ausgerüsteter Schrittmotor,
– der vorbestimmte Wert beträgt etwa 5°C,
– sie besitzt ein Gehäuse und einen Sockel, die aneinander befestigt sind, wobei der Sockel eine Leitung aufweist, in die ein Zugang der Kammer mündet, der nicht verschließbar ist, und in der mindestens teilweise ein Fühler und ein feststehender Teil des Thermostatelements gelegen sind;
– die Kammer weist zwei Zugänge auf, die durch ein Absperrorgan verschließbar sind, das aus einem Küken besteht, das wahlweise in einer Richtung betätigt wird, in der es einen der Zugänge allmählich verschließt, indem es den anderen allmählich freilegt und umgekehrt;
– sie besitzt außerdem zwei Zugänge, die nicht durch das Absperrorgan verschließbar sind und die ständig in Verbindung sind;
– die Kammer weist zwei Zugänge auf, von denen einer durch ein Absperrorgan verschließbar ist, das aus einem Ventil besteht, das wahlweise in einer Richtung betätigt wird, in der es einen der Zugänge allmählich verschließt und umgekehrt;
– sie weist ein Gehäuse und einen Sockel auf, die aneinander befestigt sind, wobei der Sockel eine Leitung aufweist, in die ein Zugang der Kammer mündet, der nicht verschließbar ist, und in deren Seitenwand ein zusätzlicher Zugang ausmündet, der ebenfalls nicht verschließbar ist;
– das Thermostatelement besitzt einen Napf, mit dem ein Bypass-Dichtungsventil fest verbunden ist, und der Sockel weist innen eine Kammer auf, in der ein Bypass-Zugang ausmündet und die mit dem inneren Bereich der Leitung über einen Sitz für das Bypass-Dichtungsventil verbunden ist, das in der Stellung größter Öffnung ist, wenn das Absperrorgan in Verschlussstellung ist, und in Verschlussstellung, wenn der Fühler eine sehr hohe Temperatur erfasst.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in der beiliegenden Zeichnung dargestellt sind, in der:
1 und 2 schematisch eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Thermostatvorrichtung in einem Zustand zeigen, in dem das bewegliche Absperrorgan der Vorrichtung der Einwirkung des Motors bei Nicht-Ausfall dieses Motors oder/und seiner Steuereinrichtung unterliegt, bzw. in einem Zustand, in dem der Motor oder/und seine Steuereinrichtung ausgefallen sind und das Sicherheitsthermostatelement an deren Stelle tritt, um die Temperatur des Fluids, beispielsweise einer lauwarmen Flüssigkeit, zu senken,
3 und 4 schematisch eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Thermostatvorrichtung in denselben beiden Zuständen wie in ddn 1 und 2 zeigen und
5 schematisch eine Variante der Vorrichtung der 3 und 4 zeigt.
Die in den 1 und 2 schematisch dargestellte Thermostatvorrichtung ist ein Thermostatventil mit Küken mit vier Fluidzugängen oder -wegen, die je nach dem hydraulischen Kreis, in den diese Vorrichtung eingesetzt ist, Fluideintritte oder -austritte sind.
Sie besitzt ein Gehäuse 1 mit einer Kammer 10, in der ein Absperrorgan 2 verschiebbar montiert ist, das aus einem hohlen Küken besteht, das einen Mantel 21 von allgemein zylindrischer Form und an einem Ende dieses Mantels einen durchbrochenen Boden 22 aufweist, dessen Aufgabe im Nachstehenden erläutert wird, während das entgegengesetzte Ende des Mantels mit einer Ausweitung in Form einer ebenen ringförmigen Scheibe 23 versehen ist.
Das Küken wird in seiner Gleitbewegung längs der zentralen Längsachse seines zylindrischen Mantels durch einen zylindrischen Wandteil 101 der Kammer geführt, wobei ein Dichtring 3 dazwischengesetzt ist. Dieser zylindrische Wandteil 101 umgibt das Küken 2 in Nähe seines durchbrochenen Bodens 22.
In der Wand des außerhalb des Mantels gelegenen Bereichs der Kammer 10 auf der Seite des durchbrochenen Bodens 22 mündet ein erster Fluidzugang 41 im seitlichen Teil dieser Wand aus und ein zweiter Fluidzugang 42, der auf der Mittellängsachse des Mantels zentriert ist, mündet in dem Bodenteil der Wand aus, der gegenüber dem durchbrochenen Boden 22 angeordnet ist; der erste Fluidzugang 41 ist also durch den Mantel des Kükens allmählich verschließbar, und zwar von einer Stellung des Kükens an, in der sein Boden 22 mit dem Zugang 41 bündig ist, bis in eine Stellung, in der dieser durchbrochene Boden 22 an dem Bodenteil der Wand der Kammer, in dem der zweite Zugang 42 ausmündet, in Anschlag kommt (ohne diesen zu verschließen), und in umgekehrter Richtung freilegbar.
In dem seitlichen Teil der Wand der Kammer 10 außerhalb des Mantels, der diesem gegenüberliegt, wenn der erste Zugang 41 vollständig freigelegt ist, mündet ein dritter Fluidzugang 43 aus, der damit durch den Mantel vollständig verschlossen wird, wenn der erste Zugang 41 vollständig freigelegt ist, und der von diesem allmählich freigelegt wird, wenn dieser erste Zugang allmählich verschlossen wird (und umgekehrt).
Schließlich mündet in der Wand des Bereichs der Kammer 10 im Inneren des Mantels, der demjenigen, der den zweiten Zugang 42 aufweist, entgegengesetzt ist, ein vierter Zugang 44 aus, der auf der Längsachse des Mantels zentriert ist und der durch diesen nicht verschließbar ist.
Der erste Zugang 41 und der dritte Zugang 43, die durch den Mantel 41 verschließbar sind, sind Endöffnungen von mit dem Gehäuse 1 einstückigen Leitungen 11, 13, die sich bezüglich des Mantels von der seitlichen Wand der Kammer aus in radialer Richtung erstrecken. Der zweite Zugang 42 ist eine Endöffnung einer gekrümmten Leitung 12, deren Teil, der von dem zweiten Zugang aus hinter der Krümmung liegt, sich in derselben Richtung wie die zweite Leitung 12, jedoch in entgegengesetzter Richtung, erstreckt. Der vierte Zugang 44 der Kammer 10 mündet direkt aus, wobei das Gehäuse 1 dafür vorgesehen ist, an einem Gehäusesockel 1' befestigt zu werden, an dem das Gehäuse 1 mit Hilfe von Schrauben befestigt werden kann, die Flansche des Gehäuses 1 bzw. des Sockels 1' durchqueren. Im vorliegenden Fall wird die Kammer 10 also über den vierten Zugang 4 hinaus durch eine zum Sockel 1' gehörende Leitung 14 verlängert, die sich in der Mittellängsachse des Mantels 21 erstreckt.
Ein Kükensitz 5, der aus Gründen, die im Nachstehenden erläutert werden, durchbrochen ist und der sich in dem vierten Zugang 44 erstreckt, ist zwischen dem Gehäuse 1 und dem Sockel 1' eingeklemmt. Ein Teil dieses Sitzes 5, der sich ringförmig in dem vierten Zugang 44 erstreckt, besitzt eine ringförmige Seite 51, die dem Inneren der Kammer und, genauer gesagt, dem durchbrochenen Boden 22 des Mantels zugewandt ist, wobei diese Seite 51 als Auflage für die scheibenförmige Ausweitung 23 des Mantels des Kükens dient.
Zur Betätigung des Kükens 2 in Translationsbewegung wahlweise in der einen Richtung oder in der anderen Richtung längs der Mittellängsachse des Mantels 21 ist an dem Gehäuse und, genauer gesagt, an der Seitenwand der zweiten Leitung 12, ein Stellglied 6 befestigt. Dieses Stellglied besteht aus einem Elektromotor 6, der mit einer mit umkehrbarer Drehrichtung drehbeweglichen Ausgangswelle versehen ist, und zwar vom Typ Schrittmotor oder vom Typ kollektorfreier Motor, der unter dem Namen "Brushless-Motor" bekannt ist, oder von einem anderen Typ, der im Ruhezustand elektrisch gespeist ist und dabei ein Widerstandsmoment aufweist, das beträchtlich höher als das durch die Reibungen erzeugte Moment ist, so dass er das Halten einer Regelstellung gestattet, oder der eine mechanische Kupplung 7 zur Verbindung der Ausgangswelle mit dem Küken besitzt, wobei diese Kupplung 7 ein Schrauben-Mutter-System 71 (dessen Einzelheiten in den Figuren nicht dargestellt sind) aufweist, das seinerseits reversibel ist. Im Fall eines Schrittmotors kann man vorteilhafterweise einen Motor wählen, der mit Stellungscodierungsmitteln ausgerüstet ist, die die Erfassung der Amplituden der ausgeführten Bewegungen gestatten.
Mit Hilfe des Schrauben-Mutter-Systems 71 wird die schrittweise Drehbewegung der Ausgangswelle des Motors 6 in eine schrittweise Translationsbewegung eines Ausgangskolbens 72 des Schrauben-Mutter-Systems umgewandelt.
Das freie Ende des Ausgangskolbens 72 ist in ein Ende einer Antriebswelle 73 des Absperrorgans 2 eingeschraubt, die in die Kammer 10 ausmündet und deren entgegengesetztes Ende im zentralen Bereich des Bodens 22 des Absperrorgans befestigt ist.
Zu diesem Zweck besitzt dieser Boden 22 ein zentrales Loch, in das die Antriebswelle 73 eingeklinkt ist. Das das zentrale Loch umgebende Material ist mit dem Mantel durch eine oder mehrere Materialbrücken verbunden, die sich in radialen Ebenen des Mantels 21 erstrecken und zwischen denen Durchbrüche oder Ausbrüche gebildet sind, die dazu bestimmt sind, die Fluidübergänge zwischen dem zweiten Zugang 42 und dem vierten Zugang 44 der Kammer 10 unter allen Umständen zu gestatten. Es sei bemerkt, dass die mechanische Kupplung 7, die sich von der rotierenden Ausgangswelle des Motors 6 zum Boden des Kükens 2 erstreckt, nicht elastisch zurückziehbar ist, und ihr Rückzug nur infolge der Reversibilität des Schrauben-Mutter-Systems ohne elastische Rückkehr in eine weiter ausgefahrene Stellung möglich ist.
Die Thermostatvorrichtung trägt ferner ein unabhängiges Sicherheitsthermostatelement 8 mit ausdehnbarem Wachs, und zu diesem Zweck besitzt der Sitz 5 für das Küken 2 auf dieselbe Weise eine zentrale Scheibe, die mit einem zentralen Loch versehen ist, in dem das Thermostatelement 8 befestigt ist. Die zentrale Scheibe ist mit dem ringförmigen Teil des Sitzes 5 durch eine oder mehrere Materialbrücken verbunden, die sich längs bezüglich des Mantels 21 radialen Ebenen erstrecken und zwischen denen Ausbrüche oder Durchbrüche gebildet sind, die dazu bestimmt sind, die Fluidübertragungen zwischen dem vierten Zugang 44 und der Kammer 10 zu gestatten. Ein Teil des Thermostatelements 8, und zwar im vorliegenden Fall sein Napf 80, der das Wachs enthält, ist direkt in der sich im Sockel 1' erstreckenden Leitung 14 und damit in dem diese Leitung 14 durchfließenden Fluidstrom angeordnet und feststehend gehalten.
Ein anderer Teil des Thermostatelements 8, der seinen Kolben 81 umfasst, ist in einem Topf 82 von allgemein zylindrischer Form untergebracht, der am feststehenden Teil des Thermostatelements befestigt ist und sich im Inneren des Mantels 21 wie der Kolben 81 in Richtung des im Boden 22 des Kükens befestigten Endes der Antriebswelle 73 erstreckt. Der im vorliegenden Fall den beweglichen Teil des Thermostatelements bildende Kolben 81, der relativ kurz ist, ist im Inneren des Topfs 82 durch eine Betätigungsachse 83 verlängert, die dafür ausgelegt ist, aus dem freien Ende des Topfs 82 herauszuragen, wenn die Temperatur des Fluids in der Leitung 14 höher als eine vorbestimmte Temperatur ist.
Die Betätigungsachse 83 besitzt auf der Seite des feststehenden Teil des Thermostatelements einen Sockel, der der Einwirkung einer schraubenförmigen Rückholfeder 84 ausgesetzt ist, die zwischen diesem Sockel und der Innenseite des freien Endes des Topfs 82 komprimiert ist. Wenn die Temperatur des Fluidstroms, in den der Napf des Thermostatelements eintaucht, nach einer Ausdehnung des Kolbens 81 und der Betätigungsachse 83 sinkt, wird also die Achse 83 und der Kolben 81 in die eingezogene Stellung zurückgeholt.
Ferner wird von der Seitenwand dieser Leitung ein Temperaturfühler 9 getragen, der in Nähe des Napfs des Thermostatelements in die Leitung 34 des Sockels 1' hineinragt. Dieser Fühler hat die Aufgabe, die Temperatur des Fluidstroms in dieser Leitung zu erfassen und als Antwort ein elektrisches Signal der erfassten Temperatur zu einem den Motor 6 steuernden Rechner (nicht dargestellt) zu übertragen. Der Rechner, der dieses Signal der erfassten Temperatur empfängt, steuert den Motor 6 so, dass dieser das Küken 2 betätigt, und zwar entweder proportional zu der Abweichung zwischen dem Signal der erfassten Temperatur und einem Temperatursollsignal, das er beispielsweise unter Berücksichtigung von Laufbedingungen erzeugt, und damit proportional zu der Abweichung zwischen der erfassten Temperatur und der Solltemperatur oder in Abhängigkeit von einem anderen gewählten nicht proportionalen Algorithmus.
Auf diese Weise wird die Ausgangswelle des Motors 6 in Abhängigkeit von der Richtung der von dem Fühler 6 erfassten Temperaturänderungen des Fluids in der Leitung 14 des Sockels 1' in der einen oder in der anderen Richtung in Drehung versetzt und bewegt das Küken 2 in der einen Richtung oder in der anderen proportional zu der Abweichung zwischen den Temperaturen oder in Abhängigkeit von einem anderen Algorithmus in Translation über die mechanische unelastische Kupplung 2 mit reversiblem Schrauben-Mutter-System.
Im Fall einer Temperaturerhöhung ist die Bewegung der Kupplung 7 ein Rückzug, der allmählich eine Verschließung des ersten Zugangs 41 und eine Freilegung des dritten Zugangs 43 bewirkt. Im Fall einer Temperatursenkung ist die Bewegung der Kupplung 7 eine Ausdehnung, die allmählich eine Freilegung des ersten Zugangs 41 und eine Verschließung des dritten Zugangs 43 bewirkt.
Wenn nun der Motor 6, der Fühler 9 oder der Rechner oder irgendein anderes Element der zwischen dem Fühler und dem Motor befindlichen Steuerkette einer Störung unterliegt und das Küken 2 nun nicht in Translation in der Richtung der Verschließung des ersten Zugangs 11 und der Freilegung des dritten Zugangs 43 betätigt wird, während es angesichts der Temperatur des Fluids hätte betätigt werden müssen, tritt der bewegliche Teil des Thermostatelements (d.h. im vorliegenden Fall sein Kolben), der sich ebenfalls jeweils im Maß der Temperaturerhöhungen und -senkungen in der Leitung 14 des Sockels 1' ausdehnt und zurückzieht, an die Stelle des Motors 6, um das Küken in Translation zu betätigen, sobald die Temperatur des Fluidstroms um einen vorbestimmten Wert, beispielsweise um 5°C, diejenige überschreitet, die die Betätigung durch die normale Betätigungskette, die das Schrauben-Mutter-System umfasst, hätte bewirken müssen (2). Da die Kupplung 7 unelastisch ist und das Schrauben-Mutter-System 71 reversibel ist, bewirkt die auf die Antriebswelle 73 übertragene Translationsbewegung des Kükens 2 über das Schrauben-Mutter-System 71 eine Drehung des Motors, die, abgesehen von einer Schwelle von im vorliegenden Fall 5°C, der Drehung entspricht, die der Motor ausführen hätte müssen. Außerdem bleibt das Küken 2 selbst im Fall der Abkühlung des Thermostatelements in derselben Stellung.
Man kann bemerken, dass nun die vom Rechner vorgeschriebenen Regelungsmoden nicht mehr den Anforderungen entsprechen und dass man nun Störungsanzeigesignale erzeugen kann.
Ferner ist zu bemerken, dass der Wert der Temperaturschwelle, der das Inbetriebtreten des Thermostatelements 8 auslöst, durch die Merkmale der beiden Betätigungsketten des Kükens 2 (derjenigen, die den Motor umfasst, und derjenigen, die das Thermostatelement umfasst) bestimmt wird, sowie durch den Abstand, der im Normalbetrieb zwischen dem freien Ende der Betätigungsstange 83 und dem der Antriebswelle 73 besteht.
In einem Verbrennungsmotorkühlkreis beispielsweise eines Fahrzeugs sind verschiedene Konfigurationen möglich.
Bei einer ersten Konfiguration ist der Ausgang des Verbrennungsmotors mit dem Eintritt eines Kühlers und mit dem von verschiedenen Geräten, wie Heizung, Getriebeöltauscher und Motoröltauscher, verbunden und der erste Zugang 41 ist mit der Verbindungsleitung zwischen einerseits dem Kühler und andererseits dem Motor und diesen Geräten verbunden. Der zweite Zugang ist mit dem Austritt der oben genannten Geräte verbunden, wobei es sich hierbei um einen Eintritt von weniger heißem Fluid handelt. Der dritte Zugang 43 ist mit dem Austritt des Kühlers verbunden, wobei es sich hierbei um einen Kaltfluideintritt handelt. Der vierte Zugang 44 ist mit dem Eintritt des Motors über eine Umlaufpumpe verbunden und ist ein Fluidaustritt, der je nachdem, ob das Absperrorgan in Abhängigkeit von dem Algorithmus des Rechners, im vorliegenden Fall des Bordrechners des Fahrzeugs, den ersten Zugang vollständig öffnet und den dritten schließt oder den ersten Zugang schließt oder eine Zwischenstellung einnimmt, auf der Temperaturen des aus dem Motor austretenden Fluids oder des aus dem Kühler austretenden Fluids oder auf einer niedrigeren Temperatur sein kann.
Bei einer zweiten Konfiguration ist der Austritt des Verbrennungsmotors mit dem vierten Zugang 44 verbunden und dieser ist ein Heißfluideintritt. Der dritte Zugang 43 ist mit dem Eintritt des Kühlers verbunden, und dieser ist ein Heißfluidaustritt, da er immer mehr oder weniger mit dem vierten Zugang in Verbindung ist. Der erste Zugang 41 ist mit dem Motor über die Pumpe verbunden und ist somit ein Austritt, der, wenn dieser Zugang nicht verschlossen ist, ein Heißfluidaustritt ist. Der zweite Zugang 42 ist mit dem Eintritt der anderen bereits genannten Geräte verbunden und ist ein Heißfluidaustritt, da er immer mit dem vierten Zugang in Verbindung ist. Der Austritt des Kühlers und derjenige der anderen Geräte ist ebenfalls mit dem Eintritt des Motors über die Pumpe verbunden. In diesem Fall gewährleistet die Thermostatvorrichtung nicht eine Mischerfunktion, sondern verteilt das heiße Eintrittsfluid zwischen dem Motor, dem Kühler und den anderen Geräten, damit der Motor Kühlfluid mit der geeigneten Temperatur erhält.
In beiden Fällen sind geeignete Mittel vorgesehen, um zu überprüfen, dass die Thermostatvorrichtung bei Kaltstart des Motors "offen" ist (erster Zugang 41 freigelegt).
Die in den 3 und 4 schematisch dargestellte Thermostatvorrichtung ist ein Thermostatventil mit drei Fluidzugängen oder -wegen, die je nach dem hydraulischen Kreis, in den die Vorrichtung eingesetzt ist, Fluideintritte oder -austritte sein können.
In den 3 und 4 und in der folgenden Beschreibung sind die Elemente, die Elementen der 1 und 2 und des vorhergehenden Teils der Beschreibung genau oder annähernd entsprechend, mit denselben Bezugszahlen versehen.
Diese Thermostatvorrichtung besitzt ein Gehäuse 1 mit einer allgemein zylindrischen Kammer 10 und ein Absperrorgan 2', das in dem Gehäuse 1 verschiebbar montiert ist und von einem Ventilkörper gebildet ist.
Die Kammer 10 besitzt einen ersten Zugang 41, der durch den Ventilkörper 2' verschließbar ist und zu diesem Zweck einen kegelstumpfförmigen Sitz 411 aufweist, der sich bezüglich der Kammer nach außen verbreitert, um als Auflage für die Seitenwand des Ventilkörpers zu dienen. Dieser erste Zugang 41 er streckt sich in einer Bodenwand der Kammer 10 und ist auf deren Mittellängsachse zentriert. Er ist durch den Ventilkörper allmählich von einer Stellung des Ventilkörpers an, in der dieser von dem Sitz 411 entfernt ist, bis in eine Stellung, in der er auf dem Sitz aufliegt, verschließbar und in entgegengesetzter Richtung allmählich freilegbar.
An ihrem Ende, das demjenigen, in dem sich der erste Zugang 41 erstreckt, entgegengesetzt ist, besitzt die Kammer einen weiteren Zugang 44, der ebenfalls auf der Mittellängsachse der Kammer zentriert ist und der nicht verschließbar ist.
Das Gehäuse 1 ist dafür vorgesehen, an einem Gehäusesockel 1' befestigt zu werden, an dem das Gehäuse mit Schrauben befestigt werden kann, die Flansche des Gehäuses 1 und des Sockels 1' durchqueren. Die Kammer 10, deren Seitenwand auf mindestens einem Teil ihrer Länge in dem Sockel 1' untergebracht ist, ist somit über diesen anderen Zugang 44 hinaus durch eine Leitung 14 verlängert, die sich in dem Sockel 1' in der Richtung der Mittellängsachse der Kammer 10 erstreckt. In der Seitenwand dieser Leitung 14 mündet ein zusätzlicher Zugang 43, der ebenfalls nicht verschließbar ist.
Der erste Zugang 41 ist eine Öffnung, die sich im Seitenteil der Wand einer Leitung 11 erstreckt, die mit dem Gehäuse einstückig ausgeführt ist und die sich bezüglich der Kammer 10 auf der anderen Seite des Ventilkörpers 2' in radialer Richtung erstreckt.
Zur Betätigung des Ventilkörpers 2' in Translation wahlweise in der einen Richtung oder in der anderen längs der Verlängerung der Mittellängsachse der Kammer 10 ist an dem Gehäuse, genauer gesagt an der Seitenwand der Leitung 11, die über den verschließbaren Zugang 41 in die Kammer mündet, ein Motor-Stellglied 6 befestigt.
Da dieser Motor 6 und seine Kupplung 7, die ihn mit dem Absperrorgan 2' verbindet, identisch mit denen der in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsform sind, wird ihre Beschreibung nicht wiederholt; die Steuerwelle 73 ist lediglich am zentralen Bereich eines Ventilkörpers 2' befestigt, statt im zentralen Bereich des Bodens eines Kükens befestigt zu sein.
Zu diesem Zweck besitzt der Ventilkörper 2' ein zentrales Loch, in das die Antriebswelle 73 eingeklinkt ist.
Diese Thermostatvorrichtung besitzt ferner auch ein unabhängiges Sicherheitsthermostatelement 8 mit ausdehnbarem Wachs. Um dieses Thermostatelement 8 zu tragen, weist die Innenfläche des Bereichs der Seitenwand der Kammer 10, der dem in die Leitung 14 des Sockels 1' mündenden Zugang 44 nahe ist, eine ringförmige Nut 102 auf, in die die Enden eines Stegs 85 eingeklinkt sind, der sich in der Kammer diametral erstreckt und mit einer zentralen Bohrung versehen ist, in der das Thermostatelement 8 befestigt ist.
Wie oben ist ein Teil des Thermostatelements 8, und zwar sein das Wachs enthaltender Napf 80, direkt in der sich im Sockel 1' erstreckenden Leitung 14 und damit in dem diese Leitung 14 durchfließenden Fluidstrom angeordnet und festgehalten. Die Montage des Thermostatelements 8 ist dieselbe wie die der oben beschriebenen Ausführungsform und wird nicht noch einmal beschrieben.
Ebenfalls wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird ein Temperaturfühler 9, der in unmittelbarer Nähe des Napfs des Thermostatelements in die Leitung 14 des Sockels 1' hineinragt, von der Leitungsseitenwand getragen. Dieser Fühler liegt hier annähernd gegenüber dem zusätzlichen Zugang 43. Die Aufgabe dieses Fühlers ist identisch mit der des Fühlers der vorhergehenden Ausführungsform.
Auf diese Weise wird die Ausgangswelle des Motors 6 in Abhängigkeit von der Richtung der von dem Fühler 6 erfassten Temperaturänderungen des Fluids in der Leitung 14 des Sockels 1' in einer Richtung oder in der anderen in Drehung versetzt und bewegt proportional zur Differenz zwischen der erfassten Temperatur und der Solltemperatur oder in Abhängigkeit von einem anderen Algorithmus den Ventilkörper 2' in Translation in einer Richtung oder in der anderen über die unelastische mechanische Kupplung 7 mit reversiblem Schrauben-Mutter-System.
Im Fall einer Temperaturerhöhung ist die Bewegung der Kupplung 7 ein Rückzug, der allmählich eine Freilegung des ersten Zugangs 41 bewirkt. Im Fall einer Temperatursenkung ist die Bewegung der Kupplung 7 eine Ausdehnung, die allmählich eine Verschließung des ersten Zugangs 41 bewirkt.
Wenn nun der Motor 6, der Fühler 9 oder der Rechner oder jedes andere Element der zwischen dem Fühler und dem Motor gelegenen Steuerkette einer Störung unterliegt und wenn auf diese Weise der Ventilkörper 2' nicht in Richtung der Freilegung des ersten Zugangs 41 in Translation betätigt wird, während er dies angesichts der Temperatur des Fluids hätte werden müssen, tritt der bewegliche Teil des Thermostatelements, d.h. sein Kolben, der sich ebenfalls im Maße der Temperaturerhöhungen und -senkungen in der Leitung 14 des Sockels 1' ausdehnt und zurückzieht, an die Stelle des Motors 6, um den Ventilkörper in Translation zu betätigen, sobald die Temperatur des Flu idstroms eine vorbestimmte Schwelle von beispielsweise 5°C überschreitet, die die Betätigung durch die normale Betätigungskette, die das Schrauben-Mutter-System umfasst (4), hätte bewirken müssen. Da die Kupplung 7 unelastisch ist und das Schrauben-Mutter-System 71 reversibel ist, bewirkt die auf die Antriebswelle 73 übertragene Translationsbewegung des Ventilkörpers 2' über das Schrauben-Mutter-System 71 eine Drehung des Motors, die, abgesehen von der Schwelle von im vorliegenden Fall 5°C, der Drehung entspricht, die der Motor hätte durchführen müssen. Das Ventil 2' bleibt in derselben Stellung, selbst im Fall der Abkühlung des Thermostatelements.
Da der Ventilkörper 2' sich nicht mehr schließt, sind die von dem Rechner vorgeschriebenen Regelungsmoden nicht mehr gemäß den Anforderungen, und man kann nun Störungsanzeigesignale erzeugen.
Der Wert der Temperaturschwelle, die das Ingangtreten des Thermostatelements 8 auslöst, wird durch die Merkmale der beiden Betätigungsketten des Ventilkörpers 2' (diejenige, die den Motor umfasst, und diejenige, die das Thermostatelement umfasst) bestimmt, sowie auch durch den Abstand, der im Normalbetrieb zwischen dem freien Ende der Betätigungsachse 83 und dem der Antriebswelle 73 besteht.
In einem Verbrennungsmotorkühlkreis beispielsweise eines Fahrzeugs sind verschiedene Konfigurationen möglich.
In einer ersten Konfiguration ist der Austritt des Verbrennungsmotors mit dem Eintritt eines Kühlers und mit dem von verschiedenen Geräten, wie Heizung, Getriebeöltauscher und Motoröltauscher, verbunden, und der zusätzliche Zugang 43 ist mit der Verbindungsleitung dieser Elemente verbunden. Dies ist also ein Zugang für den Heißflüssigkeitseintritt. Der erste Zugang 41 ist mit dem Austritt des Kühlers verbunden, und dieser ist also ein Zugang für den Kaltflüssigkeitseintritt. Der andere Zugang 44 ist mit dem Eintritt des Motors über eine Umlaufpumpe verbunden, und dies ist also ein Zugang für den Zutritt von heißer oder lauwarmer Flüssigkeit, und zwar je nachdem, ob der erste Zugang 41 in Abhängigkeit von dem Algorithmus des Rechners verschlossen ist oder nicht. Der Austritt der Heizung und der Wärmetauscher ist ferner mit einem (anderen) Eintritt der Umlaufpumpe verbunden.
Bei einer zweiten Konfiguration ist der Austritt des Verbrennungsmotors mit dem Eintritt der Heizung und der Wärmetauscher sowie mit dem zusätzlichen Zugang 43 verbunden. Dies ist also ein Zugang für den Heißflüssigkeitseintritt. Der erste Zugang 41 ist mit dem Eintritt des Kühlers verbunden, und dies ist also ein Zugang für den Heißflüssigkeitsaustritt. Der andere Zugang 44 ist mit dem Eintritt des Motors über die Pumpe verbunden, und dies ist also ein Heißflüssigkeitsaustritt. Der Austritt des Kühlers ist mit demselben Eintritt der Pumpe verbunden, um ihre kalte Flüssigkeit zuzuführen. Der Austritt der Heizung und der Wärmetauscher ist mit dem anderen Eintritt der Pumpe verbunden. Auch in diesem Fall gewährleistet die Thermostatvorrichtung nicht selbst eine Mischerfunktion, sondern verteilt das heiße Fluid auf den Motor und den Kühler, damit der Motor Kühlfluid mit der geeigneten Temperatur erhält.
In diesen beiden Fällen gestatten auch geeignete Mittel nachzuprüfen, ob die Thermostatvorrichtung bei Kaltstart des Motors "offen" ist.
Die in 5 schematisch dargestellte Thermostatvorrichtung ist ein Thermostatventil mit flachem Ventilkörper, die mit der Vorrichtung der 3 und 4 identisch ist, und zwar abgesehen davon, dass sie eine Bypass-Funktion gewährleistet. Deshalb werden nur die bezüglich der Vorrichtung der 3 und 4 hinzukommenden zusätzlichen Organe beschrieben, wobei die gemeinsamen Organe in der Figur mit denselben Bezugszahlen bezeichnet sind. Bei dieser Abwandlung der Vorrichtung der 3 und 4 besitzt der Sockel 1' innen auf der zu seiner Auflagefläche für das Gehäuse 1 entgegengesetzten Seite und hinter dem Fühler 9 und dem zusätzlichen Zugang 43, wenn man sich von dieser Auflagefläche entfernt, eine Kammer 10', die mit der Kammer 10 des Gehäuses 1 in einer Linie liegt und einen größeren Querschnitt als der Innenbereich der Leitung 14, in der die Seitenwand dieser Kammer 10 untergebracht ist, besitzt, um an diese über eine Schulter anzuschließen. Ferner ist der Napf 80 des Thermostatelements 8 auf der dem Kolben 81 entgegengesetzten Seite durch einen Fuß 86 verlängert, an dem ein Bypass-Dichtungsventil 87 in Form einer Schale befestigt ist, die einen größeren Querschnitt als der Innenbereich der Leitung 14, in dem die Seitenwand der Kammer 10 des Gehäuses 1 untergebracht ist, besitzt, und deren Boden auf der Seite der Schulter liegt, so dass diese den Sitz 11' des Ventils 87 bildet. In der Kammer 10' des Sockels 1' mündet natürlich ein Bypasszugang 12' aus. Bei dieser Montage ist das Bypass-Dichtungsventil 87 natürlich in der Stellung größter Öffnung, wenn das Absperrorgan 2' in der Verschlussstellung ist, und in Verschlussstellung, wenn der Fühler 9 eine sehr hohe Temperatur erfasst.
Die Erfindung ist natürlich nicht auf die oben beschriebenen und dargestellten Ausführungsformen beschränkt, vielmehr kann man, ohne ihren Rahmen zu verlassen, auch andere vorsehen, und zwar insbesondere Ausführungsformen, die für andere Anwendungen ausgelegt sind, beispielsweise in Ölumlaufkreisen oder Kraftstoffumlaufkreisen von Fahrzeugen oder Heizkreisen oder jede andere Anwendung, bei der ein Kreis vorhanden ist, in dem ein Fluid umläuft, dessen Temperatur geregelt werden soll.

Claims

Thermostatvorrichtung, umfassend ein Gehäuse (1), das eine Kammer (10) besitzt, die mindestens zwei Fluidzugänge (41, 42, 43, 44; 41, 44) aufweist, von denen mindestens einer durch ein Absperrorgan (2; 2') verschließbar ist, einen an dem Gehäuse befestigten Motor (6), der mit einer drehbeweglichen Ausgangswelle mit umkehrbarer Drehrichtung versehen ist, die mit dem Absperrorgan über eine Kupplung (7) mit Schrauben-Mutter-System (71) mechanisch verbunden ist, die dafür ausgelegt ist, das Absperrorgan wahlweise in einer Richtung bzgl. Translation zu betätigen, in der es den verschließbaren Zugang (41) allmählich verschließt, sowie in einer Richtung, in der es ihn allmählich in Abhängigkeit von der durch einen Fühler (9) erfassten Temperatur eines die Vorrichtung durchfließenden Fluidstroms freilegt, und ein Sicherheitsthermostatelement (8), das mindestens teilweise in demselben Fluidstrom gelegen ist und einen beweglichen Teil (81) besitzt, der dafür ausgelegt ist, das Absperrorgan bzgl. Translation zu betätigen, wenn dieses infolge einer Störung nicht durch die Kupplung mit Schrauben-Mutter-System betätigt worden war und die Temperatur des Fluidstroms einen vorbestimmten Wert überschreitet, der eine solche Betätigung durch das Schrauben-Mutter-System hätte verursachen müssen, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (6) von einem Typ ist, der im Ruhezustand ein Widerstandsmoment besitzt, so dass er den Halt einer Regelstellung gestattet, die Kupplung (7) mit Schrauben-Mutter- System (71) im wesentlichen unelastisch ist und das Schrauben-Mutter-System reversibel ist, damit im Fall der Betätigung des Absperrorgans (2; 2') bzgl. Translation durch den beweglichen Teil des Thermostatelements (8) die Translationsbewegung durch das Absperrorgan auf das Schrauben-Mutter-System übertragen wird und eine Drehung des Motors (6) bewirkt.
Thermostatvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (6) ein Elektromotor von dem Typ ist, der im Ruhezustand elektrisch versorgt wird, um dabei ein Widerstandsmoment aufzuweisen, das beträchtlich höher als das durch die Reibungen erzeugte Moment ist, beispielsweise ein Schrittmotor oder ein Brushless-Motor genannter Motor ohne Kollektor.
Thermostatvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor ein mit Stellungskodierungsmitteln ausgerüsteter Schrittmotor ist.
Thermostatvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Wert etwa 5°C beträgt.
Thermostatvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Gehäuse (1) und einen Sockel (1') aufweist, die aneinander befestigt sind, wobei der Sockel (1') eine Leitung (14) aufweist, in die ein Zugang (44) der Kammer mündet, der nicht verschließbar ist, und in der mindestens teilweise ein Fühler (9) und ein feststehender Teil (80) des Thermostatelements (8) gelegen sind.
Thermostatvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (10) zwei Zugänge (41, 43) aufweist, die durch ein Absperrorgan (2) verschließbar sind, das aus einem Küken besteht, das wahlweise in einer Richtung betätigt wird, in der es einen der Zugänge allmählich verschließt, indem es den anderen allmählich freilegt, und umgekehrt.
Thermostatvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie außerdem zwei Zugänge (42, 44) aufweist, die nicht durch das Absperrorgan (2) verschließbar sind und die ständig in Verbindung sind.
Thermostatvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (10) zwei Zugänge (41, 44) aufweist, von denen einer durch Absperrorgan (2') verschließbar ist, das aus einem Ventil besteht, das wahlweise in einer Richtung betätigt wird, in der es einen der Zugänge allmählich verschließt und umgekehrt.
Thermostatvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Gehäuse (1) und einen Sockel (1') aufweist, die aneinander befestigt sind, wobei der Sockel (1') eine Leitung (14) aufweist, in die ein Zugang (44) der Kammer mündet, der nicht verschließbar ist, und in deren Seitenwand ein zusätzlicher Zugang (43) ausmündet, der ebenfalls nicht verschließbar ist.
Thermostatvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Thermostatelement (8) einen Napf (80) besitzt, mit dem ein Bypass-Dichtungsventil (87) fest verbunden ist, und der Sockel (1') innen eine Kammer (10') aufweist, in der ein Bypass-Zugang (12') ausmündet und die mit dem inneren Bereich der Leitung (14) über einen Sitz (11') für das Bypass-Dichtungsventil (87) verbunden ist, das in der Stellung größter Öffnung ist, wenn das Absperrorgan (2') in Verschlussstellung ist, und in Verschluss- stellung, wenn der Fühler (9) eine sehr hohe Temperatur erfasst.