DE4233913C2 - Elektrisch beheizbares Thermostatventil für einen Kühlmittelkreislauf eines Verbrennungsmotors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisch beheizbares Thermos­ tatventil für einen Kühlmittelkreislauf eines Verbren­ nungsmotors mit einem bei kaltem Kühlmittel offenen Umge­ hungsventil, deren Ventilelemente gemeinsam bezüglich sta­ tionärer Ventilgegenstücke eines Ventilgehäuses mittels eines thermostatischen Arbeitselementes verstellbar sind, das ein im Ventilsgehäuse angeordnetes und auch bei ge­ schlossenem Hauptventil in einem Kühlmittelstrom liegendes Gehäuse aufweist, das einen Dehnstoff und einen sich ent­ sprechend dem temperaturabhängigen Volumen des Dehnstoffs relativ zum Gehäuse verstellenden Arbeitskolben enthält. Üblicherweise sind Thermostatventile so aufgebaut, dass das Ventilelement des Hauptventils und auch das Ventilele­ ment des Umgehungsventils an dem Gehäuse des thermostati­ schen Arbeitselementes angebracht sind. Der Arbeitskolben des thermostatischen Arbeitselementes ist stationär gehal­ ten, so dass bei einer temperaturabhängigen Volumenrände­ rung des Dehnstoffes sich das Gehäuse mit den Ventilele­ menten relativ zu dem stationär gehaltenen Arbeitskolben bewegt. Um das Regelverfahren eines derartigen Thermostat­ ventils zu verbessern, ist bei einem Thermostatventil der eingangs genannten Art bekannt (DE 30 18 682 A1), im Inne­ ren des Gehäuses des thermostatischen Arbeitselementes und damit innerhalb des Dehnstoffes eine Heizkerze mit einem Heizwiderstand anzuordnen. Die Versorgung des Heizwider­ standes mit elektrischer Energie erfolgt mittels Leitun­ gen, die durch den stationären Arbeitskolben geführt sind.

Es ist auch bekannt (DE 37 05 232 A1), anstelle eines Thermostatventils ein mittels eines Stellmotors regelbares Ventil vorzusehen. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Stellmotor ein thermostatisches Arbeitselement, dessen Ge­ häuse außerhalb des Ventilgehäuses stationär angeordnet ist. Der innerhalb des Ventilgehäuses befindliche Arbeits­ kolben ist mit einem Ventilkörper versehen, der einen Hauptventilteller und einen Umgehungsventilteller in der bei Thermostatventilen bekannten Anordnung trägt. Das Ge­ häuse des als Stellmotors dienenden thermostatischen Ar­ beitselementes erstreckt sich quer zu einer zum Motor füh­ renden Kühlmittelleitung, die um das Ventilgehäuse herum­ geführt wird. Aus dieser Leitung ragt das Gehäuse des Ar­ beitselementes heraus und ist in diesem Beriech mit einem Heizelement umgeben.

Es ist auch ein Regelventil bekannt (US-PS 46 85 651), bei welchem der Arbeitskolben eines thermostatischen Arbeits­ elementes mit einem Ventilteller versehen ist. Bei dieser Bauart ist das Gehäuse des thermostatischen Arbeitselemen­ tes stationär außerhalb des Bereichs angeordnet, in wel­ chem das zu regelnde Medium strömt. Im Innern des Gehäuses ist ein Heizwiderstand angeordnet, der über Leitungen mit elektrischer, Energie versorgt wird, die durch den dem Ar­ beitskolben gegenüberliegenden Boden des Gehäuses des Ar­ beitselementes hindurchgeführt sind. Bei einem Ausfüh­ rungsbeispiel ist vorgesehen, dass das Gehäuse des Ar­ beitselementes in einen weiteren Flüssigkeitsstrom ein­ taucht, so dass die Position des Arbeitskolbens auch mit­ tels 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 ausfährt. 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 111 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 119 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 kaltem Kühlmittel einen Durchfluss sper­ renden Hauptventil und mit einem bei kaltem Kühl­ mittel offenen Umgehungsventil, deren Ventilelemen­ te gemeinsam bezüglich stationärer Ventilgegenstü­ cke eines Ventilsgehäuses mittels eines thermosta­ tischen Arbeitselementes verstellbar sind, das ein im Ventilgehäuse angeordnetes und auch bei ge­ schlossenem Hauptventil in einem Kühlmittelstrom liegendes Gehäuse aufweist, das einen Dehnstoff und . einen sich entsprechend dem temperaturabhängigen Volumen des Dehnstoff relativ zum Gehäuse verstel­ lenden Arbeitskolben enthält, dadurch gekennzeich­ net, das das Gehäuse (17) des Arbeitselementes (10) mit seinem dem Arbeitskolben (18) gegenüberliegen­ den Ende stationär gehalten und mit einem elektri­ schen Heizelement (37) versehen ist, und dass der Arbeitskolben (18) mit dem Ventilelement des Haupt­ ventils und dem Ventilelement (15, 15') des Umge­ hungsventils verbunden ist, wobei das Ventilsele­ ment des Hauptventils in Schließstellung mit dem Gehäuse (17) des Arbeitselementes (10) oder seiner Halterung (19, 19') eine einen Durchfluss sperrende Dichtstelle (20, 20') bildet und über einen offe­ nen, das Gehäuse (17) des Arbeitselementes (10) freilegenden Käfig mit dem Arbeitskolben (18) ver­ bunden ist.

2. Thermostatventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, dass das Gehäuse (17) des Arbeitselemen­ tes (10) in dem Bereich, in welchem das Heizelement (37) angeordnet ist, mit einer Kappe aus Kunststoff versehen ist.

3. Thermostatventil nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Kappe als Halterung (19, 19') für das Gehäuse (17) des Arbeitselementes (10) aus­ gebildet ist.

4. Thermostatventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Außenseite des Gehäuses (17) und der Halterung (19, 19') ein Dich­ tungsmittel vorgesehen ist.

5. Thermostatventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (19, 19') des Gehäuses (17) des Arbeitselementes (10) ein an einem Teil (12) des Ventilgehäuses ange­ spritztes Kunststoffbauteil ist.

6. Thermostatventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (19) für das Gehäuse (17) aus dem Ventilgehäuse herausragt und als eine Aufnahme (32) für einen Kabelstecker (33) ausgebildet ist.

7. Thermostatventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement des Hauptventils als ein Ventilteller (13, 13') gestal­ tet ist, der einen etwa topfförmigen mittleren Be­ reich aufweist, welcher einen geschlossenen Ringab­ schnitt (20) und einen dem Arbeitskolben (18) zuge­ ordneten Boden (25, 25') besitzt, wobei der Boden (25, 25') und der Ringabschnitt (20, 20') mittels Stegen (23, 23') verbunden sind.

8. Thermostatventil nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Boden (25, 25') des Ventiltel­ lers (13, 13') mit einem zum Arbeitskolben (18) des Arbeitselementes (10) koaxialen Bolzen (26, 26') versehen ist, der das Ventilelement (15, 15') des Umgehungsventils trägt.

9. Thermostatventil nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (13') des Hauptventils ein einteiliges Kunststoffformteil ist.