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Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmeübertrager mit den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Ein derartiger Wärmeübertrager ist bekannt (
US 6 182 749 B1 ,
EP 0 916 816 B1 ). Ein Wärmeübertrager dieser Art hat sich bewährt. Er hat vielfältige Vorteile. Bei diesem Wärmeübertrager befindet sich auf einer Seite ein Dom in Form eines Deckels, der z. B. der Einleitung und Verteilung des Kühlmittels dient. Der Wärmeübertrager ist mit einem Thermostatventil versehen, dessen temperaturfühlender Teil sich in einen der Zu- oder Abflusskanäle hinein erstreckt, insbesondere in solche, die das zu kühlende Mittel, insbesondere Öl, führen. Das vom temperaturfühlenden Teil gesteuerte, die Durchströmung mit Kühlmittel steuernde Ventilelement sitzt im Bereich des vom Deckel abgeschlossenen Kühlmittelraumes. Der Kühlmittelraum ist mittels Dichtungen gegenüber dem einen Zu- oder Abflusskanal für das andere Medium abgedichtet, wobei die Dichtungen zwischen dem Thermostatventil und einem Aufnahmestutzen für dieses angeordnet sind. Derartige erforderliche Dichtungen sind nachteilig. Sie erschweren nicht nur den Einbau des Thermostatventils, sondern können auch Störungsquellen sein, in ihrer Dichtwirkung nachlassen oder diese ganz verlieren. Dann droht die Gefahr der Vermischung des Kühlmittels mit dem zu kühlenden anderen Mittel. Daraus resultieren Schäden, insbesondere bei der Verwendung des Wärmeübertragers im Zusammenhang mit Brennkraftmaschinen, insbesondere von Fahrzeugen.
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Aus der
DE 153 847 A ist eine thermometrische Kapsel für Wärmeregler bekannt, die mit einer oder mehreren Flüssigkeiten oder Gasen gefüllt ist und in Abhängigkeit des Druckes der Füllung, der in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur veränderlich ist, auf einen Temperaturregler einwirken kann. Die Kapsel ist in eine metallische Schutzhülse eingeschoben. Zwischen der Kapsel und der Schutzhülse können Längsrillen oder Rippen oder schraubenförmige Rillen oder Rippen versehen sein, die der Festlegung dienen, so dass die Kapsel unter Wahrung höchster Empfindlichkeit in jeder beliebigen Lage, stehend, liegend, hängend, mit gleichem Erfolg verwendet werden kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmeübertrager der vorgenannten Art zu schaffen, bei dem Abdichtungen eingangs genannter Art entbehrlich sind und damit verbundene Störanfälligkeiten beseitigt sind.
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Die Aufgabe ist bei einem Wärmeübertrager der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung durch die Merkmale im Anspruch 1 gelöst. Dadurch ist erreicht, dass der temperaturfühlende Teil des Thermostatventils nicht in unmittelbarer Berührung mit dem zu kühlenden Medium steht und dennoch über das als Wärmeaustauscherelement wirksame Gehäuse die Temperatur des zu kühlenden Mediums erfassen kann und in Abhängigkeit davon die Durchströmung des anderen Mittels, insbesondere Kühlmittels, steuern kann, wobei dieses Kühlmittel ohne die Notwendigkeit von Dichtungen zuverlässig von dem zu kühlenden Mittel, insbesondere Öl, getrennt ist. Der Wärmeübertrager hat ferner den Vorteil einer sehr kompakten Bauweise. Aufgrund nicht benötigter Dichtungen werden die Kosten reduziert. Ferner kann das Thermostatventil leicht und einfach montiert werden. Es beeinträchtigt die kompakte Bauhöhe des Wärmeübertragers nicht.
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Weitere vorteilhafte Erfindungsmerkmale und Ausgestaltungen des Wärmeübertragers ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.
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Der vollständige Wortlaut der Ansprüche ist vorstehend allein zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen nicht wiedergegeben, sondern statt dessen lediglich durch Hinweise auf die Ansprüche darauf Bezug genommen, wodurch jedoch alle diese Anspruchsmerkmale als an dieser Stelle ausdrücklich und erfindungswesentlich offenbart zu gelten haben.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische, teilweise geschnittene Seitenansicht eines Teils eines Wärmeübertragers mit Schnitt im Bereich eines Zu- oder Abflusskanales für ein Kühlmittel, gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
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2 einen Schnitt ähnlich 1 eines Teils eines Wärmeübertragers, gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
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In den Zeichnungen ist als Beispiel für einen Wärmeübertrager 1 ein Wärmeaustauscher, insbesondere in Gestalt eines Ölkühlers, gezeigt, der z. B. als gehäuseloser Plattenwärmeaustauscher ausgebildet ist, der einzelne übereinander platzierte Wärmetauscherplatten 2 und 3 aufweist, die horizontal verlaufen, zusammengefügt sind und getrennte horizontale Strömungskanäle 10 und 11 bilden, die voneinander abgegrenzt sind. Die Strömungskanäle 10 sind z. B. von einem Kühlmittel, insbesondere Kühlwasser, durchflossen. Die Strömungskanäle 11 sind für das zu kühlende andere Medium, z. B. Öl, vorgesehen. Die Verhältnisse können auch vertauscht sein. In den Zeichnungen oben und unten ist der Wärmeübertrager z. B. mittels einer Deckplatte 18 und einer Grundplatte 19 od. dgl. abgeschlossen. Der Wärmeübertrager 1. weist mit den Strömungskanälen 10, 11 in Verbindung stehende Zu- oder Abflusskanäle auf, von denen in den Zeichnungen aufgrund der dortigen Darstellung nur die Zu- oder Abflusskanäle 9, 13 sichtbar sind, wobei der sichtbare Kanal entweder dem Zufluss oder dem Abfluss des Kühlmittels, insbesondere Kühlwassers, dienen kann. Die Zu- und Abflusskanäle 9, 13 durchbrechen des Plattenstapel und stehen mit den horizontalen Strömungskanälen 10 für das Kühlmittel in Verbindung. In entsprechender Weise durchbrechen auch die nicht gezeigten Zu- und Abflusskanäle für das andere Mittel, insbesondere Öl, den Plattenstapel, wobei diese dem Öleintritt und Ölaustritt dienenden Kanäle mit den horizontalen Strömungskanälen 11 in Verbindung stehen. Die übereinander angeordneten Strömungskanäle 10 und 11 wechseln einander ab. Im Bereich der oberen Grundplatte 19 ist ein Anschlussstutzen 21 angeordnet, der z. B. dem Einlass des Kühlmittels dienen kann und z. B. dem Zuflusskanal 9 zugeordnet ist. Der Abflusskanal 13 für das Kühlmittel ist aufgrund der zeichnerischen Darstellung nicht sichtbar, ebenso nicht dessen Auslassstutzen.
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Hinsichtlich des grundsätzlichen Aufbaus entspricht der Wärmeübertrager
1 etwa einer solchen Gestaltung, wie sie aus
EP 0916816 B1 ersichtlich ist. Auf diese Veröffentlichung wird zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen verwiesen, auch insoweit, als der Wärmeübertrager statt in gezeigter gehäuseloser Ausbildung z. B. derart ausgebildet sein kann, dass der Wärmetauscher von einen Gehäuse umgeben ist, welches z. B. Zu- oder Abflusskanäle für das Kühlmittel enthält, während im Inneren des Gehäuses Strömungskanäle
11 für das zu kühlende Mittel, insbesondere Öl, enthalten sind.
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Der als z. B. Ölkühler ausgebildete Wärmeübertrager 1 weist auf der in der Zeichnung unteren Seite eine Abdeckung 4 auf, die beim Beispiel gemäß 1 aus einem etwa topfartigen Dom 5 gebildet ist. Ferner ist ein Thermostatventil 6 in Form eines Regelventils vorgesehen, das an dem von der Abdeckung 4, z. B. mit Dom 5, überdeckten Zu- oder Abflusskanal 9, 13 angeordnet ist. Mittels dieses Thermostatventils 6 ist die temperaturabhänge Durchströmung des Wärmeübertragers in einem der Strömungskanäle 10, 11 regelbar. Beispielsweise ist die Durchströmung der Strömungskanäle 10, die das Kühlmittel führen, temperaturabhängig regelbar, und zwar in Abhängigkeit von der Temperatur des anderen Mittels, insbesondere Öls.
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Am in den Zeichnungen unteren Bereich des Wärmeübertragers ist ein Gehäuse 40 angeordnet, das als Wärmeaustauscherelement ausgebildet ist. Dieses Gehäuse 40 ist z. B. etwa topfförmig gestaltet und steht in direktem Kontakt mit einer zugewandten Platte, z. B. der Deckplatte 18, des Wärmeübertragers 1, an der das Gehäuse 40 fest und dicht befestigt ist, z. B. durch Löten, Schweißen od. dgl. Das Gehäuse 40 überdeckt dabei den Zu- oder Abflusskanal 9, 13. Die Außenseite 41 des Gehäuses 40 ist von dem einen Mittel, insbesondere Öl, umströmbar, das sich in dem Zwischenraum 42 befindet, der von der Abdeckung 4, z. B. gemäß 1 mit Dom 5, und der Platte 18 begrenzt ist. Das Gehäuse 40 kann aus Aluminium oder Kupfer, Messing od. dgl. gebildet sein.
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Das Thermostatventil 6 ist im unteren Bereich des Zu- oder Abflusskanals 9, 13 angeordnet, und dabei so, dass dessen temperaturfühlender Teil 31 sich innerhalb des Gehäuses 40 befindet und dabei auf der Innenseite 43 des Gehäuses 40 auf die dortige Temperatur reagiert, die derjenigen des einen Mittels, insbesondere Öls, zumindest im Wesentlichen oder ziemlich genau entspricht, und aufgrund dessen den Durchsatz des anderen Mittels, insbesondere Kühlmittels, durch den Wärmeübertrager 1 entsprechend regelt. Aufgrund dieser Anordnung hat das Thermostatventil 6 keinerlei Kontakt mit dem zu kühlenden Mittel, insbesondere Öl, weswegen keine Notwendigkeit für besondere Dichtungen gegen das zu kühlende Mittel, insbesondere Öl, besteht. Das als Wärmeaustauscherelement ausgebildete Gehäuse 40 leitet die Temperatur des auf der Außenseite befindlichen, zu kühlenden Mediums, insbesondere Öl, auf die Innenseite 43 und dort zum temperaturfühlenden Teil 31 des Thermostatventils 6.
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Der temperaturfühlende Teil 31 des Thermostatventils 6 kann mit der Innenseite 43 des Gehäuses 40 in direktem, wärmeübertragenden Kontakt stehen. In diesem Fall wird die Temperatur des zu kühlenden Mittels, insbesondere Öls, im Zwischenraum 42 dem temperaturfühlenden Teil 31 durch Wärmeleitung übermittelt.
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Statt dessen oder auch zusätzlich dazu kann zwischen dem temperaturfühlenden Teil 31 des Thermostatventils 6 und der Innenseite 43 des Gehäuses 40 ein Raum 44 gebildet sein. Dieser Raum 44 kann mit dem Kühlmittel im Zu- oder Abflusskanal 9, 13 in Verbindung stehen oder ohne Verbindung damit mit dem Kühlmittel oder einem Wärmeübertragungsmittel gefüllt sein.
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Das Gehäuse 40 und/oder der temperaturfühlende Teil 31 des Thermostatventils 6 können mit Elementen 45, 46 versehen sein, z. B. in Form von Vorsprüngen, Rippen od. dgl., die die Wärmekontaktfläche des Gehäuses 40 bzw. temperaturfühlenden Teils 31 vergrößern. Beim Gehäuse 40 können diese Elemente 45 auf dessen Innenseite 43 und/oder Außenseite 41 vorgesehen sein. Auf diese Weise wird die Wärmeleitung vom zu kühlenden Mittel im Zwischenraum 42 hin zum temperaturfühlenden Teil 31 noch verbessert.
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Wie z. B. aus
EP 0916816 B1 bekannt ist, weist das Thermostatventil
6 beim temperaturfühlenden Teil
31 z. B. in Gestalt eines Dehnstoffthermostaten im Inneren des Gehäuses einen Dehnstoff auf, der bei Temperaturerhöhung sein Volumen ausdehnt und bei Temperaturabsenkung sich unter Volumenreduzierung wieder zusammenzieht. In das Innere des Gehäuses und des darin enthaltenen Dehnstoffs ist ein Stellelement in Form eines Kolbens
26 eingeführt, der aus dem Gehäuse herausragt und bei Temperaturerhöhung aus dem Gehäuse des temperaturfühlenden Teils
31 ausgeschoben wird. Der Kolben
26 ist mit einer koaxialen Stange
32 verbunden, die ein Ventilelement
27 z. B. in Form eines Ventiltellers betätigt. Das vom Thermostatventil
6 betätigbare Ventilelement
27 und der von diesem Ventilelement
27 gesteuerte Durchgang
28 sind im Inneren des Zu- oder Abflusskanals
9,
13 für das Kühlmittel angeordnet. Das Gehäuse
40 und der temperaturfühlende Teil
31 des Thermostatventils
6 befinden sich auf der dem Ventilelement
27 gegenüberliegenden Seite des Wärmeübertragers
1. Das Thermostatventil
6 ist mittels einer auf das Ventilelement
27 arbeitenden Druckfeder
29 in der in der Zeichnung dargestellten Schließstellung gehalten und ist bei Erwärmung des temperaturfühlenden Teils
31 dann, wenn das andere Mittel, insbesondere Öl, im Zwischenraum
42 eine entsprechende Temperaturgrenze erreicht hat, in Öffnungsstellung bewegbar. Dies geschieht dadurch, dass der Kolben
26 in der Zeichnung nach oben ausgeschoben wird und darüber die Stange
32 mit dem Ventilelement
27 gegen die Wirkung der Druckfeder
29 in der Zeichnung nach oben bewegt wird unter Freigabe des Durchganges
28, so dass das eine Mittel, insbesondere Kühlmittel, in den Zuflusskanal
9 einströmen bzw. aus dem Abflusskanal
13 abströmen kann und somit das in den Strömungskanälen
11 geführte, zu kühlende Mittel vom Kühlmittel in den Strömungskanälen
10 gekühlt werden kann. Sinkt die Temperatur des zu kühlenden Mittels unter die Ansprechschwelle des temperaturfühlenden Teils
31 des Thermostatventils
6 ab, zieht sich der Dehnstoff im Gehäuse des Teils
31 unter Volumenreduzierung soweit zusammen, dass die Druckfeder
29 in der Lage ist, das Ventilelement
27 mit der Stange
32 und dem Kolben
26 in der Zeichnung nach unten in die Ausgangsstellung und somit in die Schließstellung zu verschieben.
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Im Fall eines zwischen der Innenseite 43 und dem temperaturfühlenden Teil 31 gebildeten Raumes 44 kann dieser mit dem Zu- oder Abflusskanal 9, 13 für das Kühlmittel über kleine Öffnungen 47 in Verbindung stehen, die einen nur kleinen Durchlassquerschnitt aufweisen.
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Die beschriebene Gestaltung des Wärmeübertragers hat den Vorteil einer kompakten und einfachen Bauweise. Es ist möglich, die Durchströmung des Wärmeübertragers z. B. mit Kühlmittel in Abhängigkeit von der Temperatur des anderen zu kühlenden Mittels, z. B. Öls, zu steuern mittels eines handelsüblichen Thermostatventils 6. Das Thermostatventil 6 hat dabei keine Berührung mit dem zu kühlenden Mittel, z. B. Öl. Daher sind etwaige Abdichtungen oder Dichtungsmaterialien nicht erforderlich. Die temperaturabhängige Regelung ist aufgrund des als Wärmeaustauscher gebildeten Gehäuses 40 möglich, welches ohne das Erfordernis von Dichtungen die beiden Medien, das heißt das zu kühlende Mittel, insbesondere Öl, einerseits und das Kühlmittel, insbesondere Kühlwasser, andererseits, voneinander trennt. Der temperaturfühlende Teil 31 kann in direktem, wärmeübertragenden Kontakt mit dem Gehäuse 40 stehen, wobei die Elemente 45, 46 die Wärmeleitung vom im Zwischenraum 42 befindlichen Mittel, z. B. Öl, zum temperaturfühlenden Teil 31 steigern. Es kann ein Raum 44 ebenfalls zur Steigerung der Wärmeleitung vorgesehen sein, der eine Füllung z. B. mit einem Wärmeübertragungsmittel oder mit Kühlmittel enthält oder eine Speisung über Öffnungen 47 mit Kühlmittel erfährt. Von Vorteil ist ferner der einfache Aufbau des Wärmeübertragers, der auf diese Weise besondere kompakt gestaltet werden kann. Das Thermostatventil 6 kann in besonders einfacher Weise in den Wärmeübertrager 1 eingesetzt werden.
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Während beim ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 die Abdeckung 4 einen etwa kappenförmigen Dom 5 aufweist, in den das Gehäuse 40 und der darin enthaltene temperaturfühlende Teil 31 des Thermostatventils zumindest überwiegend hineinragen, so dass das Gehäuse 40 auf seiner Außenseite 41 von dem einen, im Zwischenraum 42 zwischen dem Dom 5 und dem Gehäuse 40 befindlichen Mittel, z. B. Öl, umströmbar ist, ist beim zweiten Ausführungsbeispiel gemäß 2 die auf einer Seite des Wärmeübertragers vorgesehene Abdeckung 4 aus einer ebenflächigen Abschlussplatte 7 gebildet, die zusammen mit der davon in Abstand verlaufenden, das Gehäuse 40 haltenden Deckplatte 18 einen Raum 53 begrenzt, der das zu kühlende Mittel, z. B. Öl, führt. Die Abdeckung 4, und zwar entweder mit Dom 5 entsprechend 1 oder als ebenflächige Abschlussplatte 7 gemäß 2, kann einstückiger Bestandteil einer Endplatte des Wärmeübertragers 1 sein. Das Gehäuse 40 kann je nach Gestaltung ebenfalls einstückiger Bestandteil einer Deckplatte 18, insbesondere der im Stapel letzten Platte, des Wärmeübertragers sein.
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Beim zweiten Ausführungsbeispiel gemäß 2 sind das Gehäuse 40 und der darin enthaltene temperaturfühlende Teil 31 des Thermostatventils 6 mit der ganzen axialen Länge in dem Zu- oder Abflusskanal 9, 13 für das Kühlmittel enthalten. Der temperaturfühlende Teil 31 des Thermostatventils 6 ist vollständig vom Gehäuse 40 aufgenommen. Das Gehäuse 40 und der temperaturfühlende Teil 31 sind somit gemäß 2 axial weiter in den Zu- oder Abflusskanal 9, 13, und zwar gemäß 2 so weit wie möglich, eingetaucht. Das Gehäuse 40 erstreckt sich mit seinem endseitigen Boden 48 etwa innerhalb der Ebene einer Deckplatte 18 des Wärmeübertragers 1, z. B. der im Stapel letzten Platte.
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Im Unterschied zu 1 ist beim Beispiel gemäß 2 das Gehäuse 40 doppelwandig in der Weise, dass dieses in Abstand von seiner Außenseite 41 von einem Mantel 49 umgeben ist, der sich auf der Seite 52 an das Gehäuse 40 anschließt, die dem Boden 48 abgewandt ist und gegenüberliegt. Der Mantel 49 erstreckt sich von dort etwa bis zum Boden 48 unter Bildung eines äußeren Ringraumes 50, der in Bezug auf das Kühlmittel abgeschlossen ist und zu dem Raum 53 hin geöffnet ist, der das zu kühlende Mittel, z. B. Öl, führt.
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Der Mantel 49 ist zur Befestigung des Gehäuses 40 an der Deckplatte 18 des Wärmeübertragers ausgebildet. Hierzu weist der Mantel 49 an seinem freien, in 2 nach unten weisenden Ende einen Flansch 51 auf, mit dem das Gehäuse 40 ähnlich dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 an der Deckplatte 18, z. B. der im Stapel letzten Platte, des Wärmeübertragers 1 befestigt ist. Das Gehäuse 40 bildet mit dem Mantel 49 ein einstückiges Bauteil. Im übrigen gilt für das zweite Ausführungsbeispiel gemäß 2 Gleiches entsprechend der vorstehenden Beschreibung wie für das erste Ausführungsbeispiel gemäß 1. Da beim zweiten Ausführungsbeispiel die Abdeckung 4 als ebenflächige Abschlussplatte 7 ausgebildet ist und kein Dom 5 vorhanden ist, wird die Bauhöhe des Wärmeübertragers 1 noch weiter reduziert, der dadurch noch kompakter wird, wobei sich die gesamte Package-Situation beim Einbau z. B. in einem Fahrzeug aus diesen Gründen noch günstiger gestaltet. Weitere Vereinfachungen, insbesondere Ersparnisse, ergeben sich dann, wenn die Abdeckung 4 in der Ausbildung gemäß 1 oder 2 einstückiger Bestandteil einer Endplatte, z. B. einer Abschlussplatte, des Wärmeübertragers 1 ist. Weitere entsprechende Vorteile ergeben sich dann, wenn das Gehäuse 40 einstückiger Bestandteil einer Deckplatte 18, insbesondere der im Stapel letzten Platte, des Wärmeübertragers 1 ist.
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Bei einem anderen, nicht gezeigten Ausführungsbeispiel bilden das Gehäuse 40 und ein Zuflusskanal 9 oder Abflusskanal 13 für das Kühlmittel ein einstückiges Bauteil. Dabei kann die Anordnung so getroffen sein, dass dieses einstückige Bauteil nahe oder in der Achsrichtung eines Zu- oder Abflusskanals für das zu kühlende Mittel, insbesondere Öl, angeordnet ist und über einen Kanal mit dem im Wärmeübertrager 1 geführten Kühlmittel in Verbindung steht. Ein derartiges einstückiges Bauteil ist kompakt, wobei der Einbau dieses Bauteils die Bauhöhe des Wärmeübertragers nicht vergrößert und darauf keinen nachteiligen Einfluss hat. Im Bereich des Ventilelements 27 und des zugeordneten Ventilsitzes beim Durchgang 28 kann in üblicher Weise mit konstruktiven Mitteln der sich bei in Öffnungsstellung des Thermostatventils 6 befindlichem Ventilelement 27 ergebende Durchsatz des Kühlmittels durch den Durchgang 28 erhöht und ein etwaiger Druckverlust reduziert werden.
