DE102005018904B3

DE102005018904B3 - Thermostatventil für das Kühlsystem einer Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE102005018904B3
Application number: DE102005018904A
Authority: DE
Inventors: Carsten Dipl.-Ing. Heldberg
Original assignee: ITW Automotive Products GmbH
Current assignee: ITW Automotive Products GmbH
Priority date: 2005-04-18
Filing date: 2005-04-18
Publication date: 2007-01-25
Anticipated expiration: 2025-04-19
Also published as: EP1715156A3; US20060245930A1; US7757960B2; EP1715156A2; EP1715156B1

Abstract

Thermostatventil für das Kühlsystem einer Verbrennungskraftmaschine, mit einem scheibenförmigen Ventilglied, das von einer Feder vorgespannt mit einem Dichtabschnitt gegen einen ringförmigen Ventilsitz in einem Ventilgehäuse vorgespannt ist und einem Dehnstoffelement im Ventilgehäuse, das entgegen der Feder auf das Ventilglied in Öffnungsrichtung wirkt, wobei das Ventilglied aus zwei getrennten Teilen besteht, von denen das erste ein Ringteil ist, das einen äußeren ringförmigen Dichtabschnitt und einen inneren ringförmigen Dichtabschnitt aufweist, wobei der äußere Dichtabschnitt mit dem Ventilsitz zusammenwirkt und das zweite Teil als Stößelteil durch das Ringteil hindurch erstreckt ist und einen äußeren ringförmigen Dichtabschnitt aufweist, der in der Schließstellung des Stößelteils mit dem inneren Dichtabschnitt des Ringteils zusammenwirkt und das Stößelteil mit dem Dehnstoffelement zusammenwirkt und so ausgebildet ist, dass bei einer Anfangsverstellung des Stößelteils durch das Dehnstoffelement zwischen dem inneren Dichtabschnitt des Ringteils und dem äußeren Dichtabschnitt des Stößelteils ein Durchgang gebildet ist und bei einer weiteren Verstellung des Stößelteils dieses das Ringteil mitnimmt und vom Ventilsitz abhebt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Thermostatventil für das Kühlsystem einer Verbrenungskraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Gebiet der Erfindung
Thermostatventile sind allgemein üblich in Kühlsystemen für Verbrennungskraftmaschinen. Sie haben die Eigenschaft, temperaturabhängig einen Durchfluss zuzulassen. Bei Kühlsystemen wird üblicherweise das Thermostatventil erst geöffnet, wenn eine bestimmte Temperatur im Kühlmittel erreicht ist. Erst dann wird das Kühlmittel über einen Wärmetauscher (Kühler) oder dergleichen geleitet.
Die temperaturabhängige Betätigung des Ventils erfolgt üblicherweise mit einem sogenannten Dehnstoffelement, insbesondere einem Dehnwachselement, bei dem das temperaturabhängig sich ausdehnende Medium von einem Wachs gebildet ist.
Das Ventilglied eines Thermostatventils ist mit Hilfe mindestens einer Feder gegen den Dichtsitz vorgespannt. Seine Öffnungsrichtung ist häufig entgegen der Strömungsrichtung. Dies ist erforderlich, da ansonsten der Druck der Kühlmittelpumpe das Ventil unter Umständen öffnet. Bei Thermostaten ohne geregelten Bypass wirkt der Druck des Kühlmittels zusätzlich zum Vorspanndruck der Feder auf das Ventilglied, sodass das Dehnstoffelement beim Öffnen des Thermostatventils sowohl den Federdruck als auch den Strömungsdruck des Kühlmittels überwinden muß. Sobald das Ventilglied geöffnet hat, wird am Ventilglied weitgehend Druckausgleich hergestellt, sodass das Dehnstoffelement nur die Gegenkraft der Feder überwinden muß.
Damit die Kühlmittelpumpe eine große Menge Kühlmittel fördern kann, muß der Strömungswiderstand klein sein. Dementsprechend ist der Durchmesser des Ventiltellers des Thermostatventils groß. Dies bedeutet, dass an dem Ventilglied eine nicht unerhebliche Kraft ansteht, der vom Dehnstoffelement zunächst überwunden werden muß. Dadurch verschiebt sich der Öffnungsbeginn des Thermostates um einige Grad (5-8) nach oben. Beim Schließen tritt in gewissen Betriebspunkten eine zusätzliche dynamische Kraft in Schließrichtung auf, die den Thermostaten kurzzeitig zudrücken kann. Da dann der dynamische Anteil entfällt, öffnet der Thermostat kurz danach wieder, und es kommt zu einem Regelschwingen.

Aus US 5,690,276 A ist ein Thermostatventil der eingangs genannten Art bekannt geworden, bei dem ein erstes Ventilglied über eine Dichtfläche mit einem gehäuseseitigen kegligen Ventilsitz zusammenwirkt. Innerhalb des ringkonischen ersten Ventilglieds ist ein zweites ringkonisches Ventilglied angeordnet, das mit einer inneren Dichtfläche des ersten Ventilglieds zusammenwirkt und sich durch das erste Ventilglied hindurcherstreckt in Eingriff mit einer bundförmigen Erweiterung eines Dehnstoffelements. Das erste Ventilglied ist auf gegenüberliegenden Seiten mit einer Beschichtung versehen, welche bei Anlage an einer Gegenfläche dichtende Wirkung entfaltet. Das zweite Ventilglied ist durch eine Feder beaufschlagt, wodurch beide Ventilglieder mit der zugekehrten Dichtfläche in Eingriff gebracht werden. Das zweite Ventilglied wirkt mit dem Bund des Dehnstoffelements zusammen, derart, dass bei einer Betätigung des Dehnstoffelements zunächst das zweite Ventilglied vom ersten abgehoben wird, um einen ersten Durchgang zu schaffen und nach einem weiteren Betätigungsweg auch das zweite Ventilglied betätigt wird, um es vom Ventilsitz abzuheben.

Aus DE 199 05 466 A1 ist ein Temperaturregelventil für das Kühlmittel einer Verbrennungskraftmaschine und ein dazu verwendetes Thermostatventil bekannt geworden, bei dem eine Stellbewegung zuerst eine Überströmöffnung und dann den Durchlaß des Thermostatventils öffnet, wobei der Überstromquerschnitt kleiner ist als der kleinste realisierbare Überströmquerschnitt des Durchlasses des Thermostatventils. Aus DE 4 412 482 A1 ist ein Thermostatventil zur Regelung der Temperatur des Kühlmittels einer Verbrennungskraftmaschine bekannt geworden, bei dem ein Kurzschlußventil und ein Warmlaufventil zu einem einzigen Ventil vereinigt sind, das ein einziges Ventilschlußglied aufweist, welches einer den Bypass steuernden Ventildurchflußöffnung zugeordnet ist.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Thermostatventil für das Kühlsystem einer Verbrennungskraftmaschine zu schaffen, das für große Durchflussmengen ausgelegt werden kann, ohne dass das Verhalten des Thermostatventils ungünstig beeinflußt wird.

Lösung der Aufgabe

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruch 1 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Thermostatventil ist das erste Ventilglied ein scheibenförmiges Ringteil, das sich aus zwei Ringscheiben zusammensetzt, zwischen denen ein ringförmiges Dichtelement eingespannt ist, mit einem äußeren und einem inneren Dichtabschnitt, wobei der äußere Dichtabschnitt mit dem Ventilsitz zusammenwirkt. Das zweite Ventilglied ist von einem Stößelteil gebildet, wobei der sich durch den Ringteil hindurcherstreckende Abschnitt des Stößelteils mit dem Dehnstoffelement auf dieser Seite des Ringteils zusammenwirkt. Das Stößelteil ist auf dieser Seite des Ringteils mit einem Rand und einem radialen Flansch versehen, wobei beim ersten Verstellweg des Dehnstoffelements das Stößelteil mit seiner konischen Dichtfläche vom inneren Dichtabschnitt abhebt und im zweiten Verstellweg den radialen Flansch gegen das Ringteil anlegt.

Das erfindungsgemäße Thermostatventil ist so ausgebildet, dass bei einem ersten geringen Hub des Dehnstoffelements ein mehr oder weniger großer Durchlass zwischen den beiden Ventilgliedteilen gebildet ist. Durch die relativ kleine Wirkfläche des Stößelteils sind die Öffnungskräfte, die durch das Kühlmittelfluid entstehen, klein, und es kommt nicht zu einem verschleppten Öffnen des Thermostatventils. Außerdem wird ein sanfter Öffnungsverlauf erzielt. Wenn bei steigender Temperatur das Ventil weiter geöffnet werden soll, wird das Ringteil mitgenommen. Für das Öffnen des ersten Ventilgliedes, hier des Ringteils, ist dann nur noch die Kraft der Feder zu überwinden. Damit ist die Öffnungskraft des Ringteils allein von der Federauslegung abhängig und nicht mehr von dem Ausgangsdruck bzw. dem Systemdruck des Kühlsystems.

Beim Schließen wird zunächst das Ringteil schließen, während das das zweite Ventilglied bildende Stößelteil noch geöffnet bleibt. Die dynamischen Kräfte sind wegen der kleineren Wirkfläche nicht mehr im kritischen Bereich. Es tritt kein Regelschwingen auf.

Es versteht sich, dass der Verstellweg des Dehnstoffelements sich aus zwei Abschnitten zusammensetzt, nämlich aus einem ersten Abschnitt zum Öffnen des Durchgangs zwischen Stößel- und Ringteil und einem zweiten Abschnitt, der zum Abheben des Ringteils vom Ventilsitz erforderlich ist. Somit ist der gesamte Verstellweg oder der Hub des Dehnstoffelements zum Öffnen des erfindungsgemäßen Thermostatventils etwas größer als bei herkömmlichen Thermostatventilen. Da jedoch Dehnstoffelemente mit einem Hub von 8 bis 10 mm zur Verfügung stehen, ist ausreichend Verstellweg zur Verfügung gestellt, um ein erfindungsgemäßes Thermostatventil in die Öffnungsstellung zu bringen.

Das erfindungsgemäße Thermostatventil hat auch den Vorteil, dass herkömmliche Ventilgehäuse, die üblicherweise einteilig mit einem Rohrgehäuse für ein Kühlsystem ausgebildet sind, nicht gegenüber herkömmlichen Ausgestaltungen geändert werden muß.

Bei der Erfindung ist das Ringteil aus zwei Ringscheiben zusammengesetzt, zwischen denen ein Dichtring eingespannt ist. Ein aus zwei Scheiben gebildetes Ventilglied ist für Thermostatventile allgemein bekannt. Die Besonderheit besteht darin, dass ein innerer und ein äußerer Dichtring bzw. Dichtabschnitt vorgesehen sind, der an einem ringförmigen Dichtelement ausgebildet ist.

Ausgestaltungen der Erfindung

Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Dichtfläche am Stößelteil von einer Kegelfläche gebildet ist. Vorzugsweise wirkt die Vorspannfeder auf das Stößelteil und drückt mithin die keglige Dichtfläche des Stößelteils gegen den inneren Dichtabschnitt des Ringteils.

Das Stößelteil hat einen radialen Flansch oder radiale Arme, der/die sich gegen das Ringteil anlegt bzw. anlegen, wenn das Stößelteil vom Dehnstoffelement verstellt wird. Der Flansch nimmt das Ringteil mit, sobald das Dehnstoffelement den Anfangshub zum Öffnen des ersten Durchgangs zwischen dem inneren Dichtabschnitt des Ringteils und der Dichtfläche des Stößelteils zurückgelegt hat.

Es sind verschiedene konstruktive Lösungen denkbar, das Stößelteil auszubilden. In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Stößelteil aus zwei axial hintereinander angeordneten Abschnitten besteht, die über eine Schraubverbindung zusammengehalten sind, wobei der eine Abschnitt den äußeren Dichtabschnitt und der andere den Flansch aufweist.

Eine andere aus dem Stand der Technik bekannte Lösung ( DE 199 05 466 A1 ) besteht darin, dass in dem Ventilglied ein Kanal vorgesehen ist, der den ringförmigen Dichtabschnitt des Ventilglieds überbrückt. Dieser Kanal wird in der Schließstellung des Ventilglieds von einem zweiten Ventilglied verschlossen. Dieses zweite Ventilglied wird ebenfalls vom Dehnstoffelement betätigt, wenn es ab einer vorgegebenen Temperatur seine Verstellung beginnt. Dabei ist das zweite Ventilglied so ausgebildet, das es zunächst öffnet, bevor das erste Ventilglied vom Ventilsitz abhebt. Auch auf diese Weise wird ein Druckausgleich am Thermostatventil erzielt, wodurch sich das Öffnen des Ventilglieds nahezu druckunabhängig gestaltet und es lediglich erforderlich ist, wie sonst üblich, die Kraft der Schließfeder zu überwinden.

Ausführungsbeispiel
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.
1 zeigt schematisch einen Schnitt durch ein Thermostatventil nach der Erfindung.
2 zeigt das Thermostatventil nach 1 in einer ersten Öffnungsphase.
3 zeigt das Thermostatventil nach 1 vollständig geöffnet.
Das in den 1 bis 3 gezeigte Thermostatventil 10 weist ein aus zwei Teilen 12, 14 bestehendes Gehäuse auf, dessen Teile über einen Dichtring 16 abgedichtet sind. Das obere Teil weist einen Anschlußstutzen 18 auf, welcher mit einem nicht gezeigten Kühler eines nicht gezeigten Kühlsystems einer Verbrennungskraftmaschine verbunden wird.
Das untere Gehäuseteil 14 weist im oberen Bereich einen kegeligen Ventilsitz auf, und weiter unten eine Reihe von Armen 22, auf denen sich ein Dehnstoffelement 24 abstützt. Das Dehnstoffelement 24 hat einen Stößel 56, der in seiner Lage in Abhängigkeit von der Temperatur des Kühlmittels, z.B. Wasser, das durch das Gehäuse hindurchfließt, abhängig ist.
Das Ventil 10 besitzt zwei Ventilglieder, nämlich ein Ringteil 26, und ein Stößelteil 28. Das Stößelteil 28 weist einen Schaftabschnitt 30 auf, der in einer zylindrischen Führung 32 des Gehäuseteils 12 linear geführt ist. Ein scheibenförmiger Abschnitt 34 am unteren Ende des Schaftabschnitts 30 weist am Umfang eine keglige Dichtfläche 36 auf. Zwischen dem oberen Ende des Gehäuseteils 12 und dem scheibenförmigen Abschnitt 34 ist eine Feder 38 angeordnet.
Mit dem Abschnitt 34 ist über eine Schraube 40 ein kappenförmiges Teil 42 verbunden, dessen Rand durchlässig ist und das am unteren Ende einen Flansch 44 aufweist.
Der Ringteil 26 weist zwei Ringscheiben 46, 48, auf, die zwischen sich ein ringförmiges Dichtelement 50 einklemmen, mit einem im Schnitt kreisförmigen äußeren Dichtabschnitt 52 und einem inneren im Schnitt kreisförmigen Dichtabschnitt 54. Letzterer liegt in der Schließstellung des Thermostatventils 10 an der Dichtfläche 36 an, während der Dichtabschnitt 52 an dem Ventilsitz 20 anliegt.
In der in 1 dargestellten Stellung des Thermostatventils ist mithin die Verbindung vom Kühler zur Wasserpumpe unterbrochen. Steigt die Temperatur im Kühlmedium an, betätigt das Dehnstoffelement 24 den Stößel 56 und dieser fährt eine gewisse Strecke aus. Dabei bewegt sich das Stößelteil 28 eine gewisse Strecke nach oben, sodass zwischen dem inneren Dichtungsabschnitt 54 und dem kappenförmigen Teil 42 ein Durchgang gebildet ist, da der Dichtabschnitt 54 die Kegelfläche 36 verlassen hat. Somit kann eine gewisse Strömungsmenge vom Kühler zur Pumpe fließen. Die Kraft, welche vom Dehnstoffelement 24 zu überwinden ist, ist zum einen durch die Feder 38 vorgegeben und zum anderen durch den Strömungsdruck am Stutzen 18. Dieser wirkt auf eine relativ kleine Wirkfläche, wie sie durch das Stößelteil 28 gebildet ist.
Wird bei steigender Temperatur der Stößel 56 des Dehnstoffelements 24 weiter ausgefahren, wird das Ringteil 26 vom Flansch 44 mitgenommen (3), wodurch der äußere Dichtabschnitt 52 vom Ventilsitz 20 abhebt, sodass das Thermostatventil 10 vollständig geöffnet ist und einen relativ großen Strömungsquerschnitt freigibt.
Umgekehrt legt sich beim Schließen des Thermostatventils 20 zunächst das Ringteil 26 gegen den Ventilsitz 20, sodass ein weiterer Strömungsmittelfluß durch den Durchgang zwischen innerem Dichtabschnitt 54 und Stößelteil 28 möglich ist, bis der innere Dichtabschnitt 54 an der Dichtfläche 36 zur Anlage gelangt.

Claims

Thermostatventil für das Kühlsystem einer Verbrennungskraftmaschine, mit einem ersten ringförmigen Ventilglied, das von einer Feder (38) vorgespannt mit einem ersten Dichtabschnitt gegen einen ringförmigen Ventilsitz (20) in einem Ventilgehäuse (12, 14) zusammenwirkt, einem zweiten Ventilglied, das von der Feder (38) vorgespannt mit einem zweiten konischen Dichtabschnitt auf einer ersten Seite des ersten Ventilglieds zusammenwirkt, einem Dehnstoffelement (24) im Ventilgehäuse (12, 14), das auf einer zweiten Seite des ersten Ventilglieds (38) entgegen der Feder so auf das zum Dehnstoffelement (24) koaxiale und sich durch das ringförmige erste Ventilglied hindurch erstreckende zweite Ventilglied in Öffnungsrichtung wirkt, dass nach einem ersten Verstellweg des Dehnstoffelements (24) das zweite Ventilglied vom zweiten Dichtabschnitt abhebt und einen ersten Durchgang freigibt und nach einem zweiten längeren Verstellweg das erste Ventilglied vom Ventilsitz (20) abhebt und einen zweiten Durchgang freigibt, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ventilglied ein scheibenförmiges Ringteil (26) ist, das aus zwei Ringscheiben (46, 48) zusammengesetzt ist, zwischen denen ein ringförmiges Dichtelement (50) eingespannt ist, mit einem äußeren und einem inneren Dichtabschnitt (52, 54), wobei der äußere Dichtabschnitt (52) mit dem Ventilsitz (20) zusammenwirkt, das zweite Ventilglied von einem Stößelteil (28) gebildet ist, das sich durch das Ringteil (26) hindurcherstreckt und die konische Dichtfläche (36) am Stößelteil (28) auf der ersten Seite des Ringteils (26) mit dem inneren Dichtabschnitt (54) des Dichtelements (50) zusammenwirkt, wenn das Ventil in seiner Schließstellung ist bzw. das Ventil in seine Schließstellung verstellt wird, das Dehnstoffelement (24) auf der zweiten Seite des Ringteils (26) angeordnet ist, das Stößelteil (28) auf der zweiten Seite des Ringteils (26) einen strömungsdurchlässigen Rand (42) und einen radialen Flansch (44) aufweist, wobei beim ersten Verstellweg das Dehnstoffelement (24) das Stößelteil (28) mit der konischen Dichtfläche (36) vom inneren Dichtabschnitt (54) abhebt und im zweiten Verstellweg den radialen Flansch (44) gegen das Ringteil (26) anlegt.
Thermostatventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (38) das Stößelteil (28) beaufschlagt.
Thermostatventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Stößelteil aus zwei axial hintereinander angeordneten Abschnitten (28, 42) besteht, die über eine Schraubverbindung (40) zusammengehalten sind, wobei der eine Abschnitt (28) den äußeren Dichtabschnitt (36) und der andere den Flansch (44) aufweist.