DE102009008898A1

DE102009008898A1 - Thermostatventil zur Regelung der Temperatur des Kühlmittels einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102009008898A1
Application number: DE200910008898
Authority: DE
Inventors: Rainer Dipl.-Ing. Weiß (FH)
Original assignee: Gustav Wahler GmbH and Co KG
Current assignee: Thermal Management Solutions De Oberboihingen De
Priority date: 2009-02-13
Filing date: 2009-02-13
Publication date: 2010-08-19

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Thermostatventil zur Regelung der Temperatur des Kühlmittels einer Brennkraftmaschine, das den Kühlmittelfluss zwischen der Brennkraftmaschine und einem Wärmeaustauscher und/oder einem Bypass regelt, mit einem in einem Ventilgehäuse enthaltenen, temperaturabhängig arbeitenden Betätigungselement zur Betätigung eines Hauptventils und eines Bypassventils, und mit einem Überdruckventil. Das Hauptventil weist einen Zufluss des Wärmeaustauschers, das Bypassventil einen Zufluss des Bypasses und das Ventilgehäuse zwischen beiden Ventilen eine Mischkammer mit Abfluss zur Brennkraftmaschine auf. Im kalten Ausgangszustand und bei Warmlauf der Brennkraftmaschine sind das Hauptventil, das Bypassventil und das Überdruckventil geschlossen. Das Überdruckventil weist ein zum Betätigungselement koaxiales und relativ dazu bewegliches Ventilglied im Zufluss des Bypasses auf, das axial zwischen dem Hauptventil und dem Bypassventil angeordnet ist und im Überdruckfall eine erste Ventilöffnung des Bypassventils und eine zweite Ventilöffnung des Ventilgehäuses öffnet und über diese beiden Ventilöffnungen den Bypass mit der Mischkammer verbindet. Dies ermöglicht einen effektiveren Druckabbau und einen schnelleren Kühlmittel- und Wärmetransport.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Thermostatventil zur Regelung der Temperatur des Kühlmittels einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugmotors, das den Kühlmittelfluss zwischen der Brennkraftmaschine und einem Wärmeaustauscher, insbesondere Kühler, und/oder einem Bypass regelt, mit einem in einem Ventilgehäuse enthaltenen, temperaturabhängig arbeitenden Betätigungselement zur Betätigung eines in Schließrichtung elastisch belasteten Hauptventils und eines Bypassventils, und mit einem elastisch belasteten Überdruckventil, wobei das Hauptventil einen Zufluss des Wärmeaustauschers, das Bypassventil einen Zufluss des Bypasses und das Ventilgehäuse zwischen beiden Ventilen eine Mischkammer mit Abfluss zur Brennkraftmaschine aufweisen und sowohl das Hauptventil als auch das Bypassventil und das Überdruckventil im kalten Ausgangszustand und beim Warmlauf der Brennkraftmaschine geschlossen sind.
Thermostatventile der eingangs genannten Art mit Überdruckventil sind bekannt. Das Überdruckventil öffnet dann, wenn im Rücklauf zur Brennkraftmaschine sich ein zu hoher Druck aufbaut, der zum Auskühlen der Brennkraftmaschine führen könnte, wenn die Brennkraftmaschine bei niedrigen Außentemperaturen nach einem Kaltstart mit hoher Leistung betrieben wird. Bei diesem bekannten Thermostatventil ist das Bypassventil mit einem Ventilglied in Form eines Schiebers versehen, der als Hohlzylinder ausgebildet ist und in eine Kurzschlussventilöffnung hineinragt. Das Überdruckventil ist im Schieber angeordnet und weist als Ventilglied eine Ventilplatte auf, die eine bodenseitige Aussparung im Schieber überdeckt und mittels einer Druckfeder in einer solchen Schließstellung gehalten ist. Baut sich im Zufluss des Bypasses ein hoher Druck auf, so wird die Ventilplatte gegen die Feder abgehoben, so dass über die frei werdende Aussparung am Boden des Bypassventilschiebers und einen Durchbruch in der Wandung des Schiebers Kühlmittel zum Abfluss und zur Brennkraftmaschine strömen kann. Zu Beginn der Warmlaufphase und dann, wenn ein von der Motordrehzahl abhängiger niedriger Druck vorherrscht, ist das Kurzschlussventil vollständig geschlossen, ebenso das Überdruckventil und das Hauptventil. Bei einer Druckerhöhung öffnet das Überdruckventil in beschriebener Weise unter Druckabbau. Bei stärkerer Erwärmung öffnet das Kurzschlussventil und hiernach auch das Hauptventil, wobei bei Erreichen der Arbeitstemperatur das Hauptventil völlig geöffnet und das Kurzschlussventil und Überdruckventil geschlossen sind.
Im Überdruckfall wird für den Druckabbau und Abfluss des Kühlmittels lediglich eine Ventilöffnung frei, die zwischen dem Ventilteller des Überdruckventils und der bodenseitigen Öffnung des Schiebers des Bypassventils vorhanden ist. Es ergibt sich nur ein geringer, etwa spaltförmiger Durchlass für das Kühlmittel, so dass nur ein geringer Durchsatz für das Kühlmittel im Überdruckfall erreichbar ist. Mit dem geht ein nur langsamer Druckabbau einher. Ein weiterer Nachteil kann darin liegen, dass die bei geschlossenem Überdruckventil flächig aufeinanderliegenden Kontaktflächen des Ventiltellers und des Bodens des Schiebers des Bypassventils durch sich anlagernde Schmutzpartikel od. dgl. verschmutzen. Dies kann einen zuverlässigen Schließzustand des Überdruckventils gefährden oder vereiteln mit dem Ergebnis, dass in unerwünschter Weise im kalten Ausgangszustand und beim Warmlauf der Brennkraftmaschine eine Zirkulation des Kühlmittels erfolgt mit einhergehender Verzögerung des Warmlaufs. Nachteilig ist auch die Gestaltung des Ventilgliedes des Bypassventils als die Bypassöffnung durchsetzender Schieber, wobei sich z. B. im Bypassfall ein reduzierter Kühlmitteldurchfluss ergibt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Thermostatventil der eingangs genannten Art so auszubilden, dass die Warmlaufphase einer Brennkraftmaschine verkürzt werden kann.
Die Aufgabe ist bei einem Thermostatventil der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung durch eine Ausbildung des Thermostatventils entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hierbei weist das Überdruckventil ein zum Betätigungselement koaxiales und relativ zu diesem bewegliches Ventilglied im Zufluss des Bypasses auf, das axial zwischen dem Hauptventil und dem Bypassventil angeordnet ist und im Überdruckfall eine erste Ventilöffnung des Bypassventils und eine zweite Ventilöffnung des Ventilgehäuses öffnet, nämlich zwischen dem Ventilgehäuse und dem Ventilglied des Überdruckventils, und über diese beiden geöffneten Ventilöffnungen den Bypass mit der Mischkammer verbindet. Im Überdruckfall bei öffnendem Überdruckventil werden von dessen Ventilglied somit zwei zuvor geschlossene Ventilöffnungen geöffnet, nämlich eine zwischen dem Überdruckventil und dem Bypassventil gebildete erste Ventilöffnung und ferner eine zwischen dem Überdruckventil und dem Ventilgehäuse gebildete zweite Ventilöffnung. Die Freigabe beider Öffnungen im Überdruckfall hat den Vorteil eines schnellen Druckabbaus mit einhergehender Vermeidung etwaiger Schäden aufgrund des Überdrucks und ferner den weiteren Vorteil, dass ein relativ großer schneller Kühlmitteldurchssatz mit einhergehender schnellerer Erwärmung des Kühlmittels und damit der Brennkraftmaschine möglich sind. Dadurch wird die Warmlaufphase der Brennkraftmaschine verkürzt. Das Thermo statventil ist im übrigen einfach im Aufbau und betriebssicher. Es besteht aus nur wenigen Bauteilen und hat keinen vergrößerten Platzbedarf.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Erfindungsmerkmale sind in den Unteransprüchen enthalten.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.
Der vollständige Wortlaut der Ansprüche ist vorstehend allein zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen nicht wiedergegeben, sondern stattdessen durch Hinweis auf die Ansprüche darauf Bezug genommen, wodurch jedoch alle diese Anspruchsmerkmale als an dieser Stelle ausdrücklich und erfindungswesentlich offenbart zu gelten haben. Dabei sind alle in der vorstehenden und folgenden Beschreibung erwähnten Merkmale sowie auch die allein aus den Zeichnungen entnehmbaren Merkmale weitere Bestandteile der Erfindung, auch wenn sie nicht besonders hervorgehoben und insbesondere nicht in den Ansprüchen erwähnt sind.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Kühlkreislaufs einer Brennkraftmaschine,
2 eine schematische Seitenansicht mit teilweisem Schnitt des thermostatischen Regelventils des Kühlkreislaufs in 1, im vollständig geschlossenen Zustand,
3 eine Ansicht des Regelventils in 2 bei wirkendem Überdruck,
4 eine Ansicht des Regelventils in 2 bei offenem Bypass,
5 eine Ansicht des Regelventils in 2 im Mischbetrieb,
6 eine Ansicht des Regelventils in 2 bei Kühlerbetrieb mit geschlossenem Bypass,
7 eine schematische Ansicht des Regelventils gemäß einem modifizierten Ausführungsbeispiel bei Überdruck,
8 eine schematische Ansicht eines Regelventils gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel im völlig geschlossenen Zustand.
In 1 ist schematisch ein Kühlkreislauf einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine 11, insbesondere eines Kraftfahrzeugmotors, gezeigt. Die Brennkraftmaschine 11 weist einen nicht dargestellten Kühlmantel, eine Kühlmittelpumpe, einen als Kühler wirksamen Wärmeaustauscher 12 und ein thermostatisches Regelventil 10, nachfolgend als Thermostatventil bezeichnet, auf. Diese Elemente sind im Kreislauf miteinander verbunden. Von der Brennkraftmaschine 11 führt eine Kühlmittelleitung zum Wärmeaustauscher 12. Von diesem geht eine Kühlmittelleitung ab zu einem Zufluss 19 des Thermostatventils 10. Von diesem geht ein Abfluss 21 ab zur Kühlmittelpumpe und zurück zur Brennkraftmaschine 11. Von der Kühlmittelleitung zwischen der Brennkraftmaschine 11 und dem Wärmeaustauscher 12 zweigt eine Kurzschlussleitung in Form eines Bypasses 13 ab, die über einen Zufluss 20 mit dem Thermostatventil 10 verbunden ist. Bei dieser Anordnung ist das Thermostatventil 10 demgemäß so angeordnet, dass im Kühlmittelkreislauf eine Einlassregelung des Kühlmittels erfolgt. In 1 ist gestrichelt noch ein anderer regelbarer Kreislauf 53 angedeutet. Dieser kann z. B. aus einem Heizungskreislauf bestehen. In diesem Kreislauf 53 wird das Kühlmittel über einen Abfluss 51 vom Thermostatventil 10 abgeführt und z. B. einem gesteuerten Absperrventil 54 zugeführt und gelangt von dort zu einem Wärmeaustauscher 55, von dem das Kühlmittel über einen Zufluss 52 zum Thermostatventil 10 gelangt. Das Absperrventil 54 kann z. B. elektrisch betätigbar sein in Abhängigkeit von einer an der Brennkraftmaschine 11 mittels eines angedeuteten Sensors gemessenen Temperatur. Die vom Sensor der Brennkraftmaschine 11 zum Absperrventil 54 führende Steuerleitung ist gestrichelt angedeutet. Diese Steuerleitung, die vom motorseitigen Sensor ausgeht, ermöglicht eine Ansteuerung des Absperrventils 54 im Zusammenhang mit dem Thermostatventil 10 gemäß 8 in der Weise, dass bei geöffnetem Absperrventil 54 z. B. ein gedrosselter Umlauf des Kühlmittels durch den Kreislauf 53 über das Thermostatventil 10 und die Kühlmittelpumpe zurück zur Brennkraftmaschine 11 erfolgt, wodurch auch bei komplett geschlossenem Thermostatventil 11 eine gewisse Ansteuerung dieses erfolgen kann.
Das Thermostatventil 10 regelt den Kühlmittelfluss zwischen der Brennkraftmaschine 11 und dem Wärmeaustauscher 12, insbesondere Kühler, und/oder dem Bypass 13. Das Thermostatventil 10 weist ein schematisch angedeutetes Ventilgehäuse 14 auf, in dem ein temperaturabhängig arbeitendes Betätigungselement 15 enthalten ist.
Das Betätigungselement 15 weist ein Gehäuse 36 mit darin enthaltenem Dehnstoff und einen in den Dehnstoff eintauchenden Kolben 37 auf, der mit seinem herausragenden Ende an einem gehäusefesten Widerlager 38 abgestützt ist. Der Dehnstoff im Gehäuse 36 kann mindestens zwei Dehnstoffkomponenten mit unterschiedlichen Arbeitsbereichen aufweisen, z. B. eine 2-stufig ansprechende Dehnstoff-Füllung aus zwei verschiedene Schmelztemperaturen aufweisenden Wachsmischungen. Der Kolben 37 kann z. B. im Inneren ein Heizelement enthalten in Form beispielsweise eines elektrischen Heizwiderstandes, eines PTC-Elements oder ein sonstiges elektrisches Widerstandsheizelements. Eine solche Heizung ist schematisch im Bereich des Widerlagers 38 nur angedeutet.
Das Betätigungselement 15 dient zur Betätigung eines Hauptventils 16 mit Ventilglied 40 und eines Bypassventils 17 mit Ventilteller 33. Dem Hauptventil 16 ist ein Zufluss 19 vom Wärmeaustauscher 12 zugeordnet. Dem Bypassventil 17 ist ein Zufluss 20 des Bypasses 13 zugeordnet. Zwischen dem Hauptventil 16 und dem Bypassventil 17 ist im Ventilgehäuse 14 eine Mischkammer 9 gebildet, die mit einem Abfluss 21 zur Brennkraftmaschine 11 hin in Verbindung steht. Im Ventilgehäuse 14 ist ferner ein Überdruckventil 18 mit Ventilglied 24 angeordnet.
Das Ventilglied 40 des Hauptventils 16 ist von zumindest einer Ventilfeder 43 in Schließrichtung beaufschlagt. In der Schließstellung des Ventilgliedes 40 liegt dieses an einer zugeordneten Ventilsitzfläche 44 des Ventilgehäuses 14 an. Die Ventilfeder 43 ist einerseits am Ventilglied 40 und andererseits am Gehäuse 36 . des Betätigungselements 15 abgestützt. Das Ventilglied 24 des Überdruckventils 18 ist von einer Feder 30 beaufschlagt, die zwischen dem Betätigungsglied 15 und dem Ventilglied 24 angeordnet und zwischen beiden abgestützt ist.
In dem in 2 gezeigten Zustand des Thermostatventils 10 sind das Hauptventil 16, das Bypassventil 17 und auch das Überdruckventil 18 jeweils geschlossen. Diese Stellung des Thermostatventils 10 entspricht dem kalten Ausgangszustand bzw. abgekühlten Zustand der Brennkraftmaschine 11. Dieser Zustand kann auch noch in einer gewissen Phase des Warmlaufs der Brennkraftmaschine 11 vorherrschen. In diesem Zustand ist der Abfluss 21 zur Brennkraftmaschine 11 gesperrt. Eine etwaige Zirkulation des Kühlmittels im Kühlkreislauf ist unterbunden. Es erfolgt keine Durchströmung der Brennkraftmaschine 11. Dieser Zustand herrscht auch beim Warmlauf der Brennkraftmaschine 11 vor. Die Wärme kann dabei vom Zufluss 20 des Bypasses 13 z. B. durch Konvektion zum Betätigungselement 15 gelangen, zumindest zu einem unteren Gehäuseabschnitt 22 dieses, der frei in den Zufluss 20 des Bypasses 13 hineinragt und dort vom Kühlmittel in dem Bypass 13 mit Wärme beaufschlagt werden kann.
Das Ventilglied 23 des Bypassventils 17 ist am Betätigungselement 15 unverschieblich befestigt, z. B. aufgepresst, angelötet, angeschweißt od. dgl. Dieses Ventilglied 23 besteht z. B. aus einem Ventilteller 33, der vom Betätigungselement 15 ausgehend radial nach außen abstrebt. Dieser Ventilteller 33 kann an seinem Außenrand 34 zum Ventilglied 24 des Überdruckventils 18 hin hochgebogen sein und am Außenrand 34, auf dessen Oberseite, eine zum Überdruckventil 18 gerichtete und mit dieser zusammenwirkende z. B. etwa schneidenartige Schmalfläche 35 aufweisen. Aufgrund der hochgebogenen Gestaltung des Ventilgliedes 23 des Bypassventils 17 ist erreicht, dass das Ventilglied 23 im Kühler betrieb und bei verschlossenem Bypass gemäß 6 in den Zufluss 20 des Bypasses 13 unter radialem Abschluss des Zuflusses 20 eintauchen kann. Bedarfsweise kann das Ventilglied 23 des Bypassventils 17 außenseitig des hochgebogenen Außenrandes 34 zur verbesserten Abdichtung des Zuflusses 20 noch mit einer Dichtung, z. B. einem umfangsseitigen Dichtungsring, versehen sein.
Das thermostatische Betätigungselement 15 weist an dem in den Zeichnungen oberen Endbereich, der dem vorstehenden Teil des Kolbens 37 benachbart ist, einen Führungsabschnitt 39 auf, auf dem das Ventilglied 40, insbesondere ein Ventilteller, des Hauptventils 16 mit abgedichtetem Schiebesitz relativ verschiebbar gehalten ist. Der Führungsabschnitt 39 weist einen endseitigen Anschlag 41 für das Ventilglied 40 auf. Das Ventilglied 40 wird mittels der Ventilfeder 43 gegen die gehäuseseitige Ventilsitzfläche 44 gedrückt und in Schließstellung beaufschlagt. Bei dem modifizierten Ausführungsbeispiel gemäß 7 wirkt auf das Ventilglied 40 noch eine zweite Ventilfeder 46, die am Ventilgehäuse 14 und andererseits am Ventilglied 40 abgestützt ist und das Ventilglied 40 ebenfalls in Schließrichtung beaufschlagt. Das Gehäuse 36 des Betätigungselements 15 weist einen überstehenden Ringbund 45 auf, an dem auf einer Axialseite die Ventilfeder 43 abgestützt ist.
Das Überdruckventil 18 weist ein Ventilglied 24 auf, das koaxial zum Betätigungselement 15 ist und relativ zu diesem beweglich ist. Das Ventilglied 24 ist axial zwischen dem Hauptventil 16 und dem Bypassventil 17 mit Ventilglied 23 angeordnet und in der Lage, im Überdruckfall durch Bewegung in 3 nach oben eine erste Ventilöffnung 48 des Bypassventils 17 und ferner eine zweite Ventilöffnung 29 des Ventilgehäuses 14 zu öffnen und über diese beiden geöffneten Ventilöffnungen 48 und 29 den Bypass 13 mit der Mischkammer 9 zum Abfluss 21 hin zu verbinden. Diesen Zustand zeigt 3. Bei diesem im Zufluss 20 wirkenden Überdruck, der auf das Ventilglied 24 entgegen der Wirkung der Feder 30 wirkt, ergibt sich durch Öffnen beider Ventilöffnungen 48 und 49 der Vorteil, dass radial innen und radial außen offene Durchlässe geschaffen sind, durch die eine relativ große Menge an Kühlmittel hindurchfliesen kann. Es ergibt sich ein schnellerer Temperaturtransport auf dem Wege vom Zufluss 20 in die Mischkammer 9 und zum Abfluss 21. Ferner wird in diesem Überdruckfall der Druckabbau beschleunigt und somit effektiver.
Zwischen dem Ventilglied 24 des Überdruckventils 18 und der ersten Ventilöffnung 48 des Bypassventils 17 und/oder der zweiten Ventilöffnung 29 des Ventilgehäuses 14 kann eine nicht weiter dargestellte Dichtungseinrichtung angeordnet sein, z. B. in Form eines Dichtungsringes, die bei geschlossener Ventilöffnung 48 und 29 eine jeweilige Abdichtung bewirkt. Die Dichtungseinrichtung besteht z. B. aus einem Elastomer.
Wie erkennbar ist, ist das Ventilglied 24 des Überdruckventils 18 oberhalb des Bypassventils 17 angeordnet. Die erste Ventilöffnung 48 befindet sich am Innenrand 25, der das Betätigungselement 15 mit radialem Abstand umringt. Diese erste Ventilöffnung 48 hat am Innenrand 25 eine Ventilsitzfläche 26 für das Ventilglied 23 des Bypassventils 17.
Die zweite Ventilöffnung 29 befindet sich im Bereich des Ventilgehäuses 14 und des Außenrandes 27 des Ventilglieds 24 des Überdruckventils 18. In radialem Abstand von der ersten Ventilöffnung 48 mit Ventilsitzfläche 26 ist am Außenrand 27 des Ventilgliedes 24 die Ventilfläche 28 vorgesehen, die in 3 nach unten zur gehäuseseitigen Sitzfläche weist und zusammen mit dieser die zweite Ventilöffnung 29 beherrscht. Zwischen dem Betätigungselement 15 und dem Ventilglied 24 des Überdruckventils 18 ist eine Feder 30 angeordnet, die zwischen beiden abgestützt ist. Diese Feder 30 wird im Fall eines auf das Ventilglied 24 im Zufluss 20 des Bypasses 13 wirkenden Überdrucks zwischen dem Ventilglied 24 und dem Betätigungselement 15 zusammengedrückt, wie 3 zeigt. Dabei lässt die Feder 30 ein Abheben des Ventilgliedes 24 mit der Ventilsitzfläche 26 vom Ventilglied 23 des Bypassventils 17 zu und ferner ein Abheben mit der Ventilfläche 28 von der zweiten Ventilöffnung 29 des Ventilgehäuses 14. Es werden bei de Ventilöffnungen 48, 29 geöffnet. Durch die Nachgiebigkeit der Feder 30 erfolgt somit ein Überdruckabbau. Fällt der Überdruck ab, so wird das Überdruckventil 18 von der Feder 30 mit der Ventilsitzfläche 26 an das Ventilglied 23 des Bypassventils 17 und mit seiner Ventilfläche 28 an die zweite Ventilöffnung 29 des Ventilgehäuses 15 angepresst. Dabei werden beide Ventilöffnungen 48 und 29 verschlossen, wie 2 zeigt.
Das Ventilglied 24 des Überdruckventils 18 kann tellerförmig und dabei flach eben gestaltet sein. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Ventilglied 24 etwa hutförmig. Als tellerförmiges oder hutförmiges Element weist das Ventilglied 24 einen vom Fühlteil des Betätigungselements 15 durchsetzten Deckelteil 31 mit am Innenrand 25 ausgebildeter Ventilsitzfläche 26 auf. An diesen Deckelteil 31 schließt sich ein etwa zylindrischer oder leicht konischer Ringteil 49 an. Die Ventilfläche 28 zur Steuerung der zweiten Ventilöffnung 29 des Ventilgehäuses 14 ist bei tellerförmiger Gestaltung des Ventilgliedes 24 am Deckelteil 31 oder bei der gezeigten hutförmigen Gestaltung am Ringteil 49 vorgesehen. In diesem Fall kann sich an dem Ringteil 49 in axialem Abstand vom Deckelteil 31 ein radial nach innen oder, wie gezeigt, insbesondere nach außen abstrebender Flanschring 32 anschließen, der diese Ventilfläche 28 aufweist.
Die tellerförmige Gestaltung des Ventilgliedes 24 zeigt das in 8 dargestellte Ausführungsbeispiel. Bei dieser steuern radial innen die Ventilsitzfläche 26 und die Schmalfläche 35 die erste Ventilöffnung 48 und die Ventilfläche 28 und die gehäuseseitige Sitzfläche die radial weiter außen befindliche zweite Ventilöffnung 29. Die Feder 30 des Überdruckventils 18 ist mit ihrem in den Zeichnungen oberen Ende auf der nach unten weisenden Axialseite des Ringbundes 45 des Betätigungselements 15 abgestützt. Die Feder 30 ist hinsichtlich der Steifigkeit so bemessen im Verhältnis zu derjenigen der Ventilfeder 43, dass letztere eine im Vergleich dazu größere Federsteifigkeit und Härte besitzt, so dass im Überdruckfall gemäß 3 allein die Feder 30 nachgibt, die Feder 43 hingegen nicht zusammengedrückt wird, so dass sichergestellt ist, dass die Position des Ventilgliedes 23 des Bypassventils 17 am Gehäuseabschnitt 22 unverändert bleibt.
Bei der in 2 gezeigten Stellung des Thermostatventils 10 ist das Hauptventil 16 geschlossen. Das Ventilglied 40 wird von der Ventilfeder 43 gegen die Ventilsitzfläche 44 unter Abschluss eines dortigen Durchgangs angepresst. Ferner ist das Bypassventil 17 geschlossen. Das Ventilglied 23 in Form des Ventiltellers 33 wird mit seiner abdichtenden Schmalfläche 35 von unten gegen die Ventilsitzfläche 26 des Ventilgliedes 24 des Überdruckventils 18 gedrückt unter Abschluss der dortigen Ventilöffnung 48. Das Ventilglied 24 des Überdruckventils 18 wird mit der Ventilfläche 28 von oben her gegen die Sitzfläche des Ventilgehäuses 14 gedrückt unter Abschluss der dortigen Ventilöffnung 29. Das Kühlmittel steht im Bereich des Zuflusses 20. Eine Zirkulation des Kühlmittels im Kühlkreislauf ist unterdrückt. Dieser Zustand liegt bei kaltem Ausgangszustand sowie beim Warmlauf der Brennkraftmaschine 11 vor.
Im Fall eines etwaigen Überdrucks des Kühlmittels, der im Zufluss 20 ansteht, wird die Überdruckfunktion des Überdruckventils 18 aktiviert. Das Ventilglied 24 des Überdruckventils 18 hebt gegen die Feder 30 nach oben ab von der Schmalfläche 35 des Ventilteller 33 und hebt zugleich mit seiner Ventilfläche 28 ab von der Sitzfläche der Ventilöffnung 29. Dadurch werden beide Ventilöffnungen 48, 29 freigegeben. Es erfolgt ein Überdruckabbau, wobei durch die beiden Ventilöffnungen 48 und 29 eine relativ große Menge an Kühlmittel zum Abfluss 21 und von dort zur Brennkraftmaschine 11 fließen kann. Es erfolgt ein schneller Temperaturtransport von der Brennkraftmaschine 11 über den Bypass 13, das Thermostatventil 10 und zurück zur Brennkraftmaschine 11. Da das temperaturabhängige Betätigungselement 15 mit dem unteren Gehäuseabschnitt 22 frei in den Zufluss 20 des Bypasses 13 hineinragt, kann darüber Wärme z. B. durch Konvektion zum Betätigungselement 15 gelangen. Das Betätigungselement 15 wird mit zunehmender Erwärmung der Brennkraftmaschine 11 erwärmt, so dass das Gehäuse 36 sich relativ zum abgestützten Kolben 37 in 4 nach unten ver schiebt. Dabei hebt der Ventilteller 33 des Bypassventils 17 vom Ventilglied 24 des Überdruckventils 18 ab unter Freigabe der Ventilöffnung 48 dazwischen. Das Kühlmittel gelangt durch diese Ventilöffnung 48 in den Mischraum 9 und von dort über den Abfluss 21 zur Brennkraftmaschine 11. Das Hauptventil 16 ist nach wie vor geschlossen. Es erfolgt ein Kühlmittelfluss im kleinen Kreislauf über den Bypass 13, das Thermostatventil 10 und die Brennkraftmaschine 11 unter Aufheizen des Betätigungselements 15. Ausgehend von diesem Zustand gemäß 4 ergibt sich mit weiterer Erhitzung des Kühlmittels der in 5 gezeigte Mischbetrieb. In diesem ist das Bypassventil 17 geöffnet, wobei der Ventilteller 33 sich weiter nach unten weg vom Ventilglied 24 des Überdruckventils 18 bewegt hat unter Vergrößerung der Ventilöffnung 48 mit entsprechend größerem Kühlmitteldurchlass zum Abfluss 21 hin. Das Hauptventil 16 ist geöffnet. Das Ventilglied 40 ist bei der Bewegung des Gehäuses 36 mittels des Anschlages 41 in 5 nach unten bewegt worden unter Abheben von der Ventilsitzfläche 44. Durch das geöffnete Hauptventil 16 ist der Zufluss vom Wärmeaustauscher 12 zum Thermostatventil 10, durch den Mischraum 3 und zum Abfluss 21 zurück zur Brennkraftmaschine 11 freigegeben. Das Hauptventil 16 öffnet z. B. bei etwa 100°C. Mit weiterer Erwärmung des Kühlmittels ergibt sich für das Thermostatventil 10 die Position gemäß 6, die einem Verschluss oder zumindest einer starken Drosselung des Bypasses 13 und einer vollen Öffnung des Hauptventils 16 entspricht. Hierbei gelangt das Kühlmittel von der Brennkraftmaschine 11 zum Wärmeaustauscher 12 und von dort über den Zufluss 19 und das geöffnete Hauptventil 16 in den Mischraum 9 und aus diesem über den Abfluss 21 zurück zur Brennkraftmaschine 11.
Bei dem in 8 gezeigten Ausführungsbeispiel sind für die Teile, die den vorangegangenen Ausführungsbeispiel entsprechen, gleiche Bezugszeichen verwendet, so dass dadurch auf die vorstehende Beschreibung Bezug genommen ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist das Ventilgehäuse 14 noch einen Zufluss 52 zur Mischkammer 9 auf. Ferner ist ein mit dem Zufluss 20 des Bypasses 13 in Verbindung stehender Abfluss 51 vorgesehen. An den Zufluss 52 und Ab fluss 51 kann, wie in 1 gestrichelt angedeutet ist, ein anderer regelbarer Kreislauf 53 angeschlossen werden, z. B. ein Heizungskreislauf mit Wärmeaustauscher 55, der über das Absperrventil 54 in Abhängigkeit von der Temperatur der Brennkraftmaschine 11 gesteuert wird. Bei beginnender Erwärmung der Brennkraftmaschine 11 beim Warmlauf kann z. B. über den Temperatursensor das zuvor geschlossene Absperrventil 54 geöffnet werden, so dass im Kreislauf 53 Kühlmittel von der Brennkraftmaschine 11 durch das Thermostatventil 10 und über den Abfluss 21 zurück zur Brennkraftmaschine 11 gelangen kann mit einhergehender Erwärmung des Betätigungselements 15. Dadurch kann die Öffnung des Bypassventils 17 zu der in 4 gezeigten Position beschleunigt werden mit einhergehender schnellerer Erwärmung der Brennkraftmaschine 11 durch das im kleinen Kreislauf geführte Kühlmittel. Bewirkt kann derartiges auch allein oder zusätzlich dazu durch die Einschaltung der Beheizung im Kolben 37. Aufgrund des über den Abfluss 51 und Zufluss 52 angeschlossenen Kreislaufs 53 lässt sich auch ohne zusätzliche Beheizung des Kolbens 37 das Schließen des Bypassventils 17 beschleunigen.

Claims

Thermostatventil (10) zur Regelung der Temperatur des Kühlmittels einer Brennkraftmaschine (11), insbesondere eines Kraftfahrzeugmotors, das den Kühlmittelfluss zwischen der Brennkraftmaschine (11) und einem Wärmeaustauscher (12), insbesondere Kühler, und/oder einem Bypass (13) regelt, mit einem in einem Ventilgehäuse (14) enthaltenen, temperaturabhängig arbeitenden Betätigungselement (15) zur Betätigung eines in Schließrichtung elastisch belasteten Hauptventils (16) und eines Bypassventils (17), und mit einem elastisch belasteten Überdruckventil (18), wobei, das Hauptventil (16) einen Zufluss (19) des Wärmeaustauschers (12), das Bypassventil (17) einen Zufluss (20) des Bypasses (13) und das Ventilgehäuse (14) zwischen beiden Ventilen (16, 17) eine Mischkammer (9) mit Abfluss (21) zur Brennkraftmaschine (11) aufweisen und sowohl das Hauptventil (16) als auch das Bypassventil (17) und das Überdruckventil (18) im kalten Ausgangszustand und beim Warmlauf der Brennkraftmaschine (11) geschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Überdruckventil (18) ein zum Betätigungselement (15) koaxiales und relativ zu diesem bewegliches Ventilglied (24) im Zufluss (20) des Bypasses (13) aufweist, das axial zwischen dem Hauptventil (16) und dem Bypassventil (17) angeordnet ist und im Überdruckfall eine erste Ventilöffnung (48) des Bypassventils (17) und eine zweite Ventilöffnung (29) des Ventilgehäuses (14) öffnet und über diese beiden geöffneten Ventilöffnungen (48, 29) den Bypass (13) mit der Mischkammer (9) verbindet.
Thermostatventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Ventilglied (24) des Überdruckventils (18) und der ersten Ventilöffnung (48) des Bypassventils (17) und/oder der zweiten Ventilöffnung (29) des Ventilgehäuses (14) eine Dichtungseinrichtung, z. B. ein Dichtungsring, zur Abdichtung bei geschlossener Ventilöffnung (48, 29) angeordnet ist.
Thermostatventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungseinrichtung aus einem Elastomer besteht.
Thermostatventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein vorzugsweise unterer Gehäuseabschnitt (22) des Betätigungselements (15) frei in den Zufluss (20) des Bypasses (13) hineinragt und von dem Kühlmittel in dem Bypass (13) wärmebeaufschlagt ist.
Thermostatventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bypassventil (17) ein Ventilglied (23), insbesondere einen Ventilteller, aufweist, das am Betätigungselement (15) unverschieblich befestigt ist.
Thermostatventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied (24) des Überdruckventils (18) oberhalb des Bypassventils (17) angeordnet ist und an seinem das Betätigungselement (15) mit ra dialem Abstand umringenden Innenrand (25) eine Ventilöffnung (48) mit Ventilsitzfläche (26) für das Ventilglied (23) des Bypassventils (17) aufweist.
Thermostatventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied (24) des Überdruckventils (18) in radialem Abstand von der Ventilöffnung (48) mit Ventilsitzfläche (26) an seinem Außenrand (27) eine Ventilfläche (28) aufweist, mit der das Ventilglied (24) die zweite Ventilöffnung (29) des Ventilgehäuses (14), insbesondere eine Sitzfläche (29), beherrscht.
Thermostatventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Betätigungselement (15) und dem Ventilglied (24) des Überdruckventils (18) eine Feder (30) angeordnet ist, die zwischen beiden abgestützt ist und im Fall eines auf das Ventilglied (24) des Überdruckventils (18) im Zufluss (20) des Bypasses (13) wirkenden Überdrucks zwischen dem Ventilglied (24) des Überdruckventils (18) und dem Betätigungselements (15) zusammengedrückt wird und ein Abheben des Ventilgliedes (24) mit der Ventilsitzfläche (26) von dem Ventilglied (23) des Bypassventils (17) und mit der Ventilfläche (28) von der zweiten Ventilöffnung (29) des Ventilgehäuses (14) mit Überdruckabbau zulässt und bei Abfall des Überdrucks das Überdruckventil (18) mit seiner Ventilsitzfläche (26) an das Ventilglied (23) des Bypassventils (17) und mit seiner Ventilfläche (28) an die zweite Ventilöffnung (29) des Ventilgehäuses (14) anpresst unter Verschließen der ersten und zweiten Ventilöffnung (48, 29).
Thermostatventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied (24) des Überdruckventils (18) tellerförmig ist.
Thermostatventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied (24) des Überdruckventils (18) etwa hutförmig ist.
Thermostatventil nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied (24) einen vom Fühlteil des Betätigungselements (15) durchsetzten Deckelteil (31) mit am Innenrand (25) ausgebildeter Ventilsitzfläche (26) aufweist.
Thermostatventil nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass sich an den Deckelteil (31) ein etwa zylindrischer oder leicht konischer Ringteil (49) anschließt.
Thermostatventil nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckelteil (31) oder der Ringteil (49) die Ventilfläche (28) zur Steuerung der zweiten Ventilöffnung (29) des Ventilgehäuses (14) aufweist.
Thermostatventil nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass sich an den Ringteil (49) in axialem Abstand vom Deckelteil (31) ein radial nach innen oder insbesondere nach außen abstrebender Flanschring (32) anschließt, der die Ventilfläche (28) aufweist.
Thermostatventil nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied (23) des Bypassventils (17) als vom Betätigungselement (15) radial nach außen abstrebender Ventilteller (33) ausgebildet ist.
Thermostatventil nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilteller (33) an seinem Außenrand (34) zur Ventilsitzfläche (26) des Überdruckventils (18) hin hochgebogen ist.
Thermostatventil nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilteller (33) eine zur Ventilsitzfläche (26) des Überdruckventils (18) gerichtete und mit dieser zusammenwirkende Schmalfläche (35) aufweist.
Thermostatventil nach einem der Ansprüche 5 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied (23) des Bypassventils (17) in den Zufluss (20) des Bypasses (13) unter radialem Abschluss des Zuflusses (20) eintauchen kann.
Thermostatventil nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (15) ein Gehäuse (36) mit darin enthaltenem Dehnstoff und einen in den Dehnstoff eintauchenden Kolben (37) aufweist, der mit seinem herausragenden Ende an einem gehäusefesten Widerlager (38) abgestützt ist.
Thermostatventil nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (37) im Inneren ein Heizelement, insbesondere ein elektrisches Widerstandsheizelement, enthält.
Thermostatventil nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (15) an dem dem vorstehenden Kolbenteil be nachbarten Endbereich einen Führungsabschnitt (39) aufweist, auf dem das Ventilglied (40), insbesondere ein Ventilteller, des Hauptventils (16) relativ verschiebbar gehalten ist.
Thermostatventil nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsabschnitt (39) einen endseitigen Anschlag (41) für das Ventilglied (40) aufweist.
Thermostatventil nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied (40) das Hauptventil (16) von mindestens einer Ventilfeder (43, 46) in Richtung seiner Schließstellung beaufschlagt ist, in der das Ventilglied (40) an einer zugeordneten Ventilsitzfläche (44) des Ventilgehäuses (14) anliegt.
Thermostatventil nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilfeder (43) einerseits am Ventilglied (40) und andererseits am Gehäuse (36) des Betätigungselements (15) abgestützt ist.
Thermostatventil nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (36) des Betätigungselements (15) einen überstehenden Ringbund (45) aufweist, an dem auf einer Axialseite die Ventilfeder (43) des Hauptventils (16) und auf der anderen Axialseite die Feder (30) des Überdruckventils (18) abgestützt ist.
Thermostatventil nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass dem Ventilglied (40) des Hauptventils (16) eine zweite Ventilfeder (46) zugeordnet ist, die einerseits am Ventilgehäuse (14) und andererseits am Ventilglied (40) abgestützt ist und das Ventilglied (40) in Schließrichtung beaufschlagt.
Thermostatventil nach einem der Ansprüche 19 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Dehnstoff im Gehäuse (36) des Betätigungselements (15) mindestens zwei Dehnstoffkomponenten mit unterschiedlichen Arbeitsbereichen aufweist.
Thermostatventil nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (14) einen Zufluss (52) eines anderen regelbaren Kreislaufs (53) zur geregelten Erwärmung des thermostatischen Betätigungselements (15), zumindest des unteren Gehäuseabschnitts (22) dieses, z. B. eines Heizungskreislaufs, zur Mischkammer (9) aufweist.
Thermostatventil nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (14) einen mit dem Zufluss (20) des Bypasses (13) in Verbindung stehenden Abfluss (51) eines anderen regelbaren Kreislaufs (53) zur geregelten Erwärmung des thermostatischen Betätigungselements (15), zumindest des unteren Gehäuseabschnitts (22) dieses, z. B. eines Heizungskreislaufs, aufweist.