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Die Erfindung betrifft eine Thermostatventilvorrichtung zum Verbinden eines Getriebes mit einem Ölkühler, mit einem Gehäuse, das eine Aufnahmeöffnung, einen Einlasskanal für von dem Getriebe kommendes Öl, einen Auslasskanal zu dem Ölkühler, einen Einlasskanal für von dem Ölkühler kommendes Öl, einen Auslasskanal zu dem Getriebe und einen Bypasskanal aufweist, durch welchen der Einlasskanal für von dem Getriebe kommendes Öl fluidisch mit dem Auslasskanal zu dem Getriebe verbunden ist und mit einem in der Aufnahmeöffnung angeordnete, mittels eines thermostatischen Arbeitselements betätigbaren Ventilelement, wobei das Ventilelement zwischen einer Sperrstellung, in welcher der Bypasskanal gesperrt ist, und einer Bypassstellung, in welcher der Bypasskanal freigegeben ist, bewegbar ist.
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Eine Ventilvorrichtung ist beispielsweise aus der
US 5 791 557 A bekannt. Durch den Bypasskanal wird dabei eine fluidische Verbindung zwischen dem Einlasskanal für von dem Getriebe kommenden Öl und dem Auslasskanal zu dem Getriebe so lange offengehalten, bis das thermostatische Arbeitselement anspricht. Wenn das thermostatische Arbeitselement aufgrund einer Temperaturerhöhung des Öls anspricht, wird der Bypasskanal geschlossen und das Öl über den Ölkühler geführt. Für eine schnelle Reaktionszeit des thermostatischen Arbeitselements ist eine gute Umströmung des Arbeitselements, insbesondere einer Dose des Arbeitselements, zu gewährleisten.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Thermostatventilvorrichtung zu schaffen, bei welcher ein Arbeitselement zumindest in einer Bypassstellung gleichmäßig umströmt wird. Die Aufgabe wird gelöst durch eine Thermostatventilvorrichtung zum Verbinden eines Getriebes mit einem Ölkühler, mit einem Gehäuse, das eine Aufnahmeöffnung, einen Einlasskanal für von dem Getriebe kommendes Öl, einen Auslasskanal zu dem Ölkühler, einen Einlasskanal für von dem Ölkühler kommendes Öl, einen Auslasskanal zu dem Getriebe und einen Bypasskanal aufweist, durch welchen der Einlasskanal für von dem Getriebe kommendes Öl fluidisch mit dem Auslasskanal zu dem Getriebe verbunden ist und mit einem in der Aufnahmeöffnung angeordnetes, mittels eines thermostatischen Arbeitselements betätigbares Ventilelement, wobei das Ventilelement zwischen einer Sperrstellung, in welcher der Bypasskanal gesperrt ist, und einer Bypassstellung, in welcher der Bypasskanal freigegeben ist, bewegbar ist, wobei der Bypasskanal mindestens eine zu der Aufnahmeöffnung weisenden Steuerkante aufweist, welche entgegen der Flussrichtung ens durch den Bypasskanal strömenden Fluids gewöälbt ist und konvex gekrümmt gestaltet ist, wobei eine der Steuerkanten zugeordnete Stirnfläche negativ bezüglich der Radialrichtung geneigt ist.
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Der Bypasskanal weist einen zu der Aufnahmeöffnung weisenden Bereich mit einer Steuerkante auf, welcher durch das Ventilelement freigebbar oder sperrbar ist. In einer nicht erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist der Bypasskanal derart in dem Gehäuse ausgeformt, dass er die Aufnahmeöffnung an einer Seite des Gehäuses, welche dem Einlasskanal für vom Getriebe kommendes Öl zugeordnet ist, in Radialrichtung der Aufnahmeöffnung vergrößert und über die gesamte Länge zu der Aufnahmeöffnung hin offen ist. Durch eine erfindungsgemäß gewölbte Steuerkante wird die Strömung eines durch den Bypasskanal fließenden Öls so beeinflusst, dass das Arbeitselement gleichmäßig umströmt wird.
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Erfindungsgemäß ist die Steuerkante konvex gekrümmt gestaltet. Unter einer konvexen gekrümmten Steuerkante wird vorliegend eine Steuerkante verstanden, welche in einer Flussrichtung des durch den Bypasskanal strömenden Öls nach innen in den Bypasskanal gewölbt ist. In einer Ausgestaltung ist der Bypasskanal und auch die Steuerkante symmetrisch bezüglich einer Mittelachse des Gehäuses angeordnet. Durch eine konvex gekrümmte Steuerkante wird ein Fluidstrom in Richtung des Arbeitselements umgelenkt und so eine verbesserte Umströmung einer Dose des Arbeitselements im Bereich der Mündung des Bypasskanals erzielt.
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In der erfindungsgemäßen Thermostatventilvorrichtung ist eine der Steuerkante zugeordnete Stirnfläche des Bypasskanals negativ bezüglich einer Radialrichtung der Aufnahmeöffnung geneigt. Die Stirnfläche kann dabei als schiefe Ebene oder als gekrümmte Fläche geformt sein. Eine negativ geneigte Stirnfläche ist durch ein geeignetes Werkzeug, beispielsweise einen Faser, einfach fertigbar. Dadurch ist eine konvexe Steuerkante einfach ausformbar.
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In einer anderen nicht erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist die Steuerkante konkav gekrümmt gestaltet. Unter einer konkaven gekrümmten Steuerkante wird vorliegend eine Steuerkante verstanden, welche in einer Flussrichtung des durch den Bypasskanal strömenden Öls nach außen aus dem Bypasskanal gewölbt ist. Durch die konkav geformte Steuerkante wird der Fluidstrom so umgelenkt, dass das vom Getriebe kommende Fluid nicht direkt auf das Arbeitselement geführt wird. Dadurch wird erreicht, dass eine Temperaturregelung primär in Abhängigkeit des vom Ölkühler kommenden Fluids, d. h. dem zu dem Getriebe zugeführten Fluid, bestimmt ist und nicht von dem abgeführten Fluid. Als Ergebnis wird dadurch erreicht, dass das Arbeitselement ebenfalls gleichmäßiger umströmt ist.
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In einer weiteren nicht erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Thermostatventilvorrichtung ist eine der Steuerkante zugeordnete Stirnfläche positiv bezüglich der Radialrichtung der Aufnahmeöffnung geneigt. Durch eine positiv geneigte Stirnfläche ist eine konkav gekrümmten Steuerkante leicht fertig bar.
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In Weiterbildung der Thermostatventilvorrichtung ist das Ventilelement in der Bypassstellung so angeordnet, dass sich ein an das Ventilelement anschließendes Ende einer Dose des thermostatischen Arbeitselements in etwa in Höhe der Steuerkante befindet. Bei einer derartigen Anordnung wird bei einer negativen Stirnfläche eine gute Umströmung erzielt. Bei einer positiven Stirnfläche kommt dagegen das vom Getriebe kommende Fluid kaum in Kontakt mit der Dose. In jedem Fall wird das Arbeitselement gleichmäßiger umströmt als dies bei einer geraden Steuerkante möglich ist.
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In Weiterbildung der Thermostatventilvorrichtung sind der Einlasskanal für von dem Ölkühler kommendes Öl und der Auslasskanal zu dem Getriebe auf unterschiedlicher Höhe des Gehäuses angeordnet. Insbesondere bei einer derartigen Anordnung wird das Arbeitselement ungleichmäßig umströmt. Die erfindungsgemäß gewölbte Steuerkante wirkt sich daher besonders positiv auf die Umströmung aus.
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In Weiterbildung der Thermostatventilvorrichtung ist der Bypasskanal bei Erreichen oder Überschreiten eines oberen Temperaturgrenzwerts geschlossen. Der Bypasskanal ist dabei vorgesehen, um im Betrieb zunächst zu vermeiden, dass das vom Getriebe kommende Öl (vollständig) über den Ölkühler läuft. Erst bei Überschreiten eines vorgebbaren Grenzwerts wird der Bypasskanal ganz oder zumindest teilweise geschlossen. Der Grenzwert kann dabei für eine Ausführungsform mit einer negativ geneigten Stirnfläche anders gewählt sein als für eine Ausführungsform mit einer positiv geneigten Stirnfläche.
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In Weiterbildung der Thermostatventilvorrichtung ist das Ventilelement durch eine Rückstellfeder belastet, welche das Ventilelement in eine Stellung zwingt, in welcher der Einlasskanal für von dem Getriebe kommendes Öl mit dem Auslasskanal zu dem Getriebe fluidisch verbunden ist.
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Bei der Herstellung eines Gehäuses der Thermostatventilvorrichtung wird der Bypasskanal mit einer geneigten Stirnfläche gestaltet. Durch die geneigte Stirnfläche ist auf besonders einfache Weise eine gekrümmte Steuerkante erzeugbar. Die Neigung der Stirnfläche ist in einer Ausgestaltung beispielsweise durch Fräsen nach Ausformung des Gehäuses einbringbar. Der Fräser ist in einer Ausgestaltung des Gehäuses in Axialrichtung in das Gehäuse einbringbar. Die Aufnahmeöffnung und/oder der Bypasskanal können so in Axialrichtung des Gehäuses ausgeformt werden. Durch einen Fräser mit einer geneigten Stirnseite kann dabei auf einfache Weise der Bypasskanal mit einer ebenfalls geneigten Stirnfläche gefertigt werden. In anderen Ausgestaltungen wird das Gehäuse als Gussteil mit einer geneigten Stirnfläche gefertigt.
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Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Zeichnungen schematisch dargestellt sind. Für gleiche oder ähnliche Bauteile werden in den Zeichnungen einheitliche Bezugszeichen verwendet. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehende Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktive Einzelheiten, räumliche Anordnungen und Verfahrensschritte, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein. Als Teil eines Ausführungsbeispiels beschriebene oder dargestellte Merkmale können ebenso in einem anderen Ausführungsbeispiel verwendet werden, um eine weitere Ausführungsform der Erfindung zu erhalten.
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In den Zeichnungen zeigen:
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1: eine Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Thermostatventilvorrichtung mit freigegebenem Bypasskanal;
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2: eine Darstellung der Thermostatventilvorrichtung gemäß 1 mit gesperrtem Bypasskanal;
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3: eine Schnittdarstellung entlang der Linie II-II gemäß 1;
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4: eine Schnittdarstellung eines Fräsers zur Fertigung eines Bypasskanals gemäß 1 bis 3;
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5: eine Schnittdarstellung einer nicht erfindungsgemäßen Ausgestaltung einer Thermostatventilvorrichtung mit freigegebenem Bypasskanal;
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6: eine Darstellung der Thermostatventilvorrichtung gemäß 5 mit gesperrtem Bypasskanal;
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7: eine Schnittdarstellung entlang der Linie V-V gemäß 5 und
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8: eine Schnittdarstellung eines Fräsers zur Fertigung eines Bypasskanals gemäß 5 bis 7.
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1 und 2 zeigen schematisch einen Axialschnitt durch eine erfindungsgemäße Thermostatventilvorrichtung 1 für ein nicht dargestelltes Getriebe, beispielsweise ein Automatikgetriebe. Die Thermostatventilvorrichtung 1 umfasst ein Gehäuse 2 und ein Thermostatventil 3. Das Gehäuse 2 weist eine zylindrische Aufnahmeöffnung 20 auf, in welcher das Thermostatventil 3 angeordnet ist. Das Gehäuse 2 weist weiter einen Einlasskanal 21 für von dem Getriebe kommendes Öl, einen diametral gegenüber angeordneter Auslasskanal 22 zu einem nicht dargestellten Ölkühler, einen axial dazu versetzten Einlasskanal 23 für von dem Ölkühler kommendes Öl und einen Auslasskanal 24 zu dem Getriebe auf. Der Auslasskanal 24 liegt dem Einlasskanal 23 gegenüber, jedoch in axialer Richtung näher an dem Einlasskanal 21. Zwischen dem Einlasskanal 21 für von dem Getriebe kommendes Öl und dem Auslasskanal 24 zu dem Getriebe ist ein Bypasskanal 5 vorgesehen. Der in 1 und 3 dargestellte Bypasskanal 5 erstreckt sich über einen Teil des Abstandes zwischen Einlasskanal 21 und Auslasskanal 24 und ist über seine gesamte Länge zu der Aufnahmeöffnung 20 hin offen. Ein derartiger Bypasskanal 5 ist durch einen in 4 schematisch dargestellten Fräser 6 einfach fertigbar. In anderen Ausgestaltungen ist eine Zwischenwand vorgesehen. Der Bypasskanal 5 weist eine Stirnfläche 50 auf und mündet an einer Steuerkante 51 in die Aufnahmeöffnung 20.
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Das Thermostatventil 3 umfasst ein als Ventilschieber gestaltetes Ventilelement 30, welches durch ein thermostatisches Arbeitselement umfassend ein Gehäuse oder eine Dose 31 und einen Arbeitskolben 32 betätigbar ist. Der Arbeitskolben 32 stützt sich gegen ein schematisch angedeutetes Verschlusselement 26, beispielsweise einen Stopfen ab. In anderen Ausführungsformen stützt sich ein Arbeitskolben gegen eine Gehäusewand ab.
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Das Gehäuse oder die Dose 31 des Thermostatventils 3, enthält einen nicht sichtbaren Dehnstoff. Aufgrund einer Temperaturerwärmung dehnt sich der Dehnstoff aus und treibt so den Arbeitskolben 32 aus der Dose 31 heraus. Dadurch wird die Dose 31 und das fest an der Dose 31 befestigte, beispielsweise mit der Dose 31 einteilig ausgeformte oder mit der Dose 31 verschweißte, Ventilelement 30 relativ zu dem Arbeitskolben bewegt. In Abhängigkeit von der Stellung des als Ventilschieber gestalteten axial geschlossenen Ventilelements 30 ist der Bypasskanal 5 freigegeben, wie in 1 dargestellt, oder gesperrt, wie in 2 dargestellt.
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3 ist eine Schnittdarstellung der Thermostatventilvorrichtung 1 entlang der Linie II-II gemäß 1, wobei für eine vereinfachte Darstellung das Thermostatventil 3 in 3 nicht dargestellt ist.
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Der in 1 bis 3 dargestellte Bypasskanal 5 endet vor dem Auslasskanal 24 mit einer Stirnfläche 50, welche gegenüber einer Radialrichtung R der zylindrischen Aufnahmeöffnung geneigt, d. h. gegenüber einer Querrichtung des Gehäuses 2, ist. In dem in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Stirnfläche 50 um einen negativen Neigungswinkel α bezüglich der Radialrichtung R geneigt. Die Stirnfläche 50 hat eine an die Aufnahmeöffnung 20 angrenzende Steuerkante 51. Die Steuerkante 51 ist in dem Ausführungsbeispiel wie in 3 dargestellt konvex gebogen. Als konvexe Steuerkante 51 wird vorliegend eine Steuerkante 51 bezeichnet, welche in einer in 3 durch einen Pfeil angedeuteten Flussrichtung des durch den Bypasskanal 5 strömenden Öls entgegen dieser Flussrichtung gewölbt ist.
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4 zeigt einen Fräser 6 mit einer Stirnfläche 60. Der Fräser 6 ist im Wesentlichen rotationssymmetrisch. Der Rand der Stirnfläche 60 des Fräsers 6 ist um den Winkel α gegenüber der Radialrichtung r des Fräsers geneigt. Durch den Fräser 6 wird die negativ geneigte Stirnfläche 50 des Bypasskanals 5 und damit die konvexe Steuerkante 51 zu der Aufnahmeöffnung 20 auf einfache Weise gefertigt. Durch die konvexe Steuerkante 51 wird eine Umlenkung des aus dem Bypasskanal 5 abströmenden Öls erzielt, so dass beide Seiten der Dose 31 des thermostatischen Arbeitselements verstärkt umströmt werden.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Einlasskanal 23 für von dem Ölkühler kommendes Öl zu dem Auslasskanal 24 zum Getriebe in Axialrichtung weiter entfernt von der Dose 31 angeordnet. Auch bei dieser Anordnung beeinflusst das vom Ölkühler einströmendes Öl eine von dem thermostatischen Arbeitselement an der Dose 31 wahrgenommene Temperatur. Bei einer nur einseitigen Anströmung der Dose 31 an der Mündung des Bypasskanals 5 mit dem von dem Getriebe kommenden, durch den Bypasskanal 5 geleiteten Öl, kann sich diese Anströmung mit dem vom Ölkühler kommenden Öl negativ auf eine Regelung auswirken. Die erfindungsgemäße Umlenkung des durch den Bypasskanal 5 strömenden Öls verbessert die Anströmung des Arbeitselements an der Mündung des Bypasskanals 5, so dass dadurch eine bessere Temperaturerfassung möglich ist. Die bessere Temperaturerfassung ist für schnellere Reaktionszeiten und/oder zuverlässigere Regelungen nutzbar.
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Die 5 bis 7 zeigen eine weitere Ausgestaltung einer nicht erfindungsgemäßen Thermostatventilvorrichtung 101. Für gleiche Bauteile werden dabei einheitliche Bezugszeichen verwendet und auf eine Beschreibung dieser Bauteile wird verzichtet. Das Gehäuse 2 der Thermostatventilvorrichtung 101 weist ein Bypasskanal 105 mit einer Stirnfläche 150 auf, welche gegenüber der Radialrichtung R der zylindrischen Aufnahmeöffnung 20 um einen positiven Winkel β geneigt ist. Der Bypasskanal 105 weist weiter eine konkave Steuerkante 151 zu der Aufnahmeöffnung 20 auf. Unter einer konkaven Steuerkante 151 wird dabei eine Steuerkante 151 verstanden, welche in eine durch einen Pfeil in 7 angedeuteten Strömungsrichtung des Öls in den Bypasskanal 105 gewölbt ist. Durch die um einen Winkel β positiv geneigte Stirnfläche 150 und die konkave Steuerkante 151 wird der durch den Bypasskanal 105 geleitete Fluidstrom derart umgelenkt, dass ein von dem Getriebe über den Einlasskanal 21 einströmendes Medium direkt in Kontakt mit der Dose 31 gelangt.
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Mit steigender Temperatur des die Dose 31 umströmenden Fluids vergrößert sich das Volumen des in der Dose 31 befindlichen Dehnstoffs, so dass der Kolben 32 aus der Dose 31 ausgetrieben wird und das Ventilelement 30 aus der in 5 dargestellten Bypassstellung in die in 6 dargestellte Sperrstellung verschoben wird. In dem Ausführungsbeispiel gemäß 5 bis 7 stützt sich der Arbeitskolben 32 gegen ein Verschlusselement 26 ab. In anderen Ausführungsformen stützt sich der Arbeitskolben 32 gegen eine Gehäusewand ab.
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8 zeigt schematisch eine Schnittansicht eines Fräsers 106 zur Herstellung einer konkaven Steuerkante gemäß 5 bis 7. Der im Wesentlichen rotationssymmetrische Fräser 106 weist hierfür eine Stirnfläche 160 mit einem kegelstumpfförmigen Rand auf, welche um den Winkel β gegenüber der Radialrichtung r geneigt ist.
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Das Gehäuse oder die Dose 31 des thermostatischen Arbeitselements und damit auch das Ventilelement 30 ist mit einer (nicht dargestellten) Rückstellfeder belastet, die entgegen der Ausfahrrichtung des Arbeitskolbens 32 wirkt.
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Das Ventilelement 30 ist in einer „halten” Startstellung so verschoben, dass eine fluidische Verbindung zwischen dem Einlasskanal 21 für von dem Getriebe kommendes Öl und dem Auslasskanal 22 zu dem Ölkühler durch das Ventilelement 30 vollständig gesperrt ist.
