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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Ventilanordnung, insbesondere
zur Einstellung der Heizmittel-/Kühlmittelströmung in einem Kraftfahrzeug, welche
Ventilanordnung ein Ventilorgan umfasst, das in Abhängigkeit
von einer zwischen einer ersten Leitung und einer zweiten Leitung
vorherrschenden Druckdifferenz zwischen einer ersten Verbindungsstellung
und einer zweiten Verbindungsstellung verstellbar ist.
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Eine
derartige Ventilanordnung bzw. ein Heizsystem, in welches eine derartige
Ventilanordnung integriert ist, ist aus der
DE 44 46 152 A1 bekannt.
Bei diesem bekannten Heizsystem sind zwei Wärmequellen vorgesehen. Dies
ist zum einen eine Brennkraftmaschine, die im Verbrennungsbetrieb Wärme erzeugt
und diese auf ein flüssiges
Medium, im Allgemeinen Wasser, überträgt. Weiterhin
ist als zweite Wärmequelle
ein Heizgerät
vorhanden, das im Allgemeinen auch brennstoffbetrieben ist. Auch durch
dieses Heizgerät
kann Wärme
auf das flüssige Medium übertragen
werden. Die in dem flüssigem Medium
transportierte Wärme
kann dann in einem Wärmetauscher
auf die in den Fahrzeuginnenraum einzuleitende Luft übertragen
werden. Jedem der Wärme
erzeugenden Systembereiche, also der Brennkraftmaschine und dem
Zusatzheizgerät,
ist jeweils eine Förderpumpe
zugeordnet, um in verschiedenen Betriebsphasen dafür zu sorgen,
dass das in einem Leitungssystem zirkulierende flüssige Medium in
Strömung
versetzt bzw. gehalten wird.
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Bei
derartigen Heizsystemen sind verschiedene Betriebsmodi möglich bzw.
gewünscht.
So wird beispielsweise bei Inbetriebnahme eines Fahrzeugs zunächst nur
die zweite Wärmequelle,
also das Zusatzheizgerät,
betrieben, um im Vorwärmmodus
das Fahrzeug vorzuwärmen.
Dies bedeutet, dass der Wärmetauscher
zunächst
nur mit flüssigem
Medium gespeist wird, das in der zusätzlichen Heizeinrichtung erwärmt worden
ist. Da in dieser Betriebsphase der Druck in einer von dem zusätzlichen
Heizgerät weg
führenden
Leitung höher
ist, als der Druck in einer von der Brennkraftmaschine weg führenden
Leitung, ist ein druckabhängig
verstellbares Ventilorgan so gestellt, dass es die vorangehend angesprochene Zirkulation
vom Zusatzheizgerät
zum Wärmetauscher
ermöglicht,
eine Zirkulation durch die Brennkraftmaschine aber im Wesentlichen
unterbindet und hier nur einen Minimalstrom zulässt. Diesem druckabhängig verstellbaren
Ventilorgan ist ferner ein Formgedächtniselement zugeordnet, das
temperaturabhängig
auf das Ventilorgan einwirken kann. Solange das von der Brennkraftmaschine
zu der Ventilanordnung strömende
und im Rahmen des Minimalstroms diese auch überströmende flüssige Medium eine vergleichsweise
niedrige Temperatur hat, belässt
das Formgedächtniselement
das Ventilorgan in seiner druckdifferenzenmäßig vorgegebenen Stellung,
in welcher das Durchströmen
der Brennkraftmaschine im Wesentlichen unterbunden ist. Steigt jedoch
die Temperatur des von der Brennkraftmaschine zur Ventilanordnung
strömenden
flüssigen
Mediums über
die Schalttemperatur des Formgedächtniselements
an, so beaufschlagt dieses das Ventilorgan entgegen der auf dieses
einwirkenden Kraft, um auch die Durchströmung der Brennkraftmaschine über den
Minimalstrom hinausgehend zuzulassen. In dieser Phase, in welcher
die Brennkraftmaschine selbst noch nicht notwendigerweise in Betrieb
gesetzt ist, durchströmt
also das von der zusätzlichen Heizeinrichtung
erwärmte
flüssige
Medium nicht nur den Wärmetauscher,
sondern auch die Brennkraftmaschine und trägt somit zur Vorwärmung derselben bei.
Fällt beim
Durchströmen
der Brennkraftmaschine die Temperatur des flüssigen Mediums wieder unter
die Schalttemperatur des Formgedächtniselements
ab, so hebt diese seine Beaufschlagungswirkung auf, und das Ventilorgan
kehrt druckbedingt wieder in diejenige Stellung zurück, in welcher
es die Durchströmung
der Brennkraftmaschine mit dem flüssigen Medium im Wesentlichen
unterbindet. Auf diese Art und Weise kann sichergestellt werden,
dass ausreichend Wärme
zur Übertragung
auf die in den Fahrzeuginnenraum einzuleitende Luft bereitgestellt wird.
Wird die Brennkraftmaschine dann in Betrieb gesetzt, wird im Allgemeinen
auch die dieser zugeordnete Flüssigkeitsförderpumpe
aktiviert, mit der Folge, dass der Druck des die Brennkraftmaschine durchströmenden flüssigen Mediums
ansteigt und somit druckbedingt das Ventilorgan die Durchströmung der
Brennkraftmaschine zulassen wird, selbst wenn die Temperatur des
zu diesem Zeitpunkt durch die Brennkraftmaschine hindurchgeströmten flüssigen Mediums
unter der Schalltemperatur des Formgedächtniselements ist.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ventilanordnung,
insbesondere zur Einstellung der Heizmittel-/Kühlmittelströmung in einem Kraftfahrzeug
vorzusehen, mit welcher verbessert auf die Betriebsverhältnisse,
insbesondere Temperaturverhältnisse,
reagiert werden kann.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe gelöst durch
eine Ventilanordnung, insbesondere zur Einstellung der Heizmittel-/Kühlmittelströmung in
einem Kraftfahrzeug, umfassend ein erstes Ventilorgan, das in Abhängigkeit
von einer zwischen einer ersten Leitung und einer zweiten Leitung
vorherrschenden Druckdifferenz zwischen einer ersten Verbindungsstellung
und einer zweiten Verbindungsstellung verstellbar ist, so wie ein
zweites Ventilorgan, das temperaturabhängig die Durchströmbarkeit
des ersten Ventilorgans verändert.
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Man
erkennt, dass bei der erfindungsgemäßen Ventilanordnung zur definierten
Einstellung der Strömungsverhältnisse
zwei Ventilorgane vorgesehen sind, wobei im Wesentlichen eines der
Ventilorgane druckabhängig
verstellbar ist, während
das andere der Ventilorgane temperaturabhängig verstellbar ist. Da bei
den eingangs beschriebenen Systemen sowohl der Druck als auch die
Temperatur für das
Schalten der Ventilanordnung relevante Eingangrößen darstellen, kann auf diese
Art und Weise eine optimierte Auslegung der Ventilanordnung hinsichtlich
dieser beiden Schaltkriterien erlangt werden, wenn, wie die Erfindung
dies vorsieht, zwei Ventilorgane vorgesehen sind, von welchen jedes
auf einen der Eingangsparameter Druck bzw. Temperatur reagiert und
eine entsprechende Schaltung der Strömungswege realisiert.
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Der
Aufbau der erfindungsgemäßen Ventilanordnung
kann weiterhin beispielsweise derart sein, dass dann, wenn der Druck
in der ersten Leitung höher
ist, als der Druck in der zweiten Leitung, das erste Ventilorgan
in der ersten Verbindungsstellung ist oder in die erste Verbindungsstellung
bringbar ist, wobei bei in der ersten Stellung positioniertem ersten Ventilorgan
das zweite Ventilorgan in Abhängigkeit von
der Temperatur zwischen einer ersten Überbrückungsstellung, in welcher
eine Strömungsverbindung
zwischen der ersten Leitung und einer dritten Leitung vorgesehen
ist, während
zwischen der zweiten Leitung und der dritten Leitung keine oder
eine Minimalströmungsverbindung
vorgesehen ist, und einer zweiten Überbrückungsstellung verstellbar
ist, in welcher eine Strömungsverbindung
zwischen der zweiten Leitung und der dritten Leitung vorgesehen ist,
während
zwischen der ersten und der dritten Leitung keine Strömungsverbindung
oder eine Minimalströmungsverbindung
vorgesehen ist, und dann, wenn der Druck in der zweiten Leitung
höher ist,
als der Druck in der ersten Leitung, das erste Ventilorgan in der
zweiten Verbindungsstellung ist oder in die zweite Verbindungsstellung
bringbar ist, in welcher eine Strömungsverbindung zwischen der
zweiten Leitung und der dritten Leitung vorgesehen ist.
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Um
insbesondere die temperaturabhängig vorzunehmende
Umschaltbarkeit der Strömungswege
vermittels des zweiten Ventilorgans bei kompakter Baugröße und einfachem
Aufbau realisieren zu können,
wird vorgeschlagen, dass in dem ersten Ventilorgan eine Ventilkammer
gebildet ist, dass in dem ersten Ventilorgan eine erste Öffnungsanordnung vorgesehen
ist, über
welche die Ventilkammer in Verbindung mit einer ersten Leitung bringbar
ist, eine zweite Öffnungsanordnung
vorgesehen ist, über
welche die Ventilkammer in Verbindung mit einer zweiten Leitung
bringbar ist, und eine dritte Öffnungsanordnung
vorgesehen ist, über
welche die Ventilkammer in Verbindung mit einer dritten Leitung
bringbar ist, wobei das zweite Ventilorgan in der ersten Überbrückungsstellung
eine Strömungsverbindung
von der ersten Öffnungsanordnung
zur dritten Öffnungsanordnung über die
Ventilkammer vorsieht, während über die
zweite Öffnungsanordnung
keine Strömungsverbindung
oder eine Minimalströmungsverbindung
zur Ventilkammer vorgesehen ist, und in der zweiten Überbrückungsstellung
eine Strömungsverbindung
von der zweiten Öffnungsanordnung
zur dritten Öffnungsanordnung über die
Ventilkammer vorsieht, während
zumindest dann, wenn das erste Ventilorgan in einer ersten Verbindungsstellung
ist, über die
erste Öffnungsanordnung
keine Strömungsverbindung
oder eine Minimalströmungsverbindung
zur Ventilkammer vorgesehen ist,
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Die
temperaturabhängige
Verstellbarkeit des zweiten Ventilorgans kann beispielsweise durch
eine Aktuatoranordnung realisiert werden, durch welche temperaturabhängig das
zweite Ventilorgan zwischen einer ersten Überbrückungsstellung und einer zweiten Überbrückungsstellung
verstellbar ist. Dabei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass
die Aktuatoranordnung ein temperaturabhängig wirksames Stellelement
umfasst, durch welches das zweite Ventilorgan bezüglich des
ersten Ventilorgans verstellbar ist. Eine aus Bauraumgründen besonders
vorteilhafte Variante kann dabei vorsehen, dass das zweite Ventilorgan
in der Ventilkammer des ersten Ventilorgans angeordnet ist und durch
die Aktuatoranordnung in der Ventikammer verstellbar ist.
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Um
auch bei der temperaturabhängigen
Verstellung des zweiten Ventilorgans durch das ihm zugeordnete Stellelement
in Abhängigkeit
von der Temperatur in einfacher Art und Weise definierte Lagen des
zweiten Ventilorgans zu erhalten, wird vorgeschlagen, dass das zweite
Ventilorgan durch das Stellelement temperaturabhängig gegen die Wirkung eines
Rückstellelements
verschiebbar ist.
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Beispielsweise
kann das Stellelement ein temperaturabhängig expandierendes/kontrahierendes
Element sein, das durch seine Extraktion/Kontraktion eine Verschiebung
des zweiten Ventilorgans bezüglich
des ersten Ventilorgans auslöst.
Hier kommen Bauteile aus Materialien zum Einsatz, die eine vergleichsweise
starke thermische Abmessungsänderung
erfahren.
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Auch
Formgedächtnismaterialien,
die eine definierte Schalttemperatur zum Umschalten zwischen zwei
vorgegebenen Zuständen
aufweisen, können
zum Einsatz gelangen.
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Gemäß einer
weiteren Variante kann bei der erfindungsgemäßen Ventilanordnung ein drittes
Ventilorgan vorgesehen sein, das in Abhängigkeit von einer zwischen
der ersten Leitung und der zweiten Leitung vorherrschenden Druckdifferenz
die Durchströmbarkeit
des zweiten Ventilorgans verändert.
Dabei kann dann weiter vorgesehen sein, dass dann, wenn der Druck
in der ersten Leitung höher
ist, als der Druck in der zweiten Leitung, das dritte Ventilorgan
das zweite Ventilorgan gegen Durchströmung sperrt, und dann, wenn
der Druck in der zweiten Leitung höher ist, als der Druck in der
ersten Leitung, das dritte Ventilorgan das zweite Ventilorgan zur Durchströmung freigibt.
Auf diese Art und Weise wird erreicht, dass dann, wenn der Druck
in der zweiten Leitung ansteigt bzw. höher wird, als der Druck in
der ersten Leitung, das zweite Ventilorgan mit einem vergleichsweise
geringen Strömungswiderstand
durchströmbar
ist.
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Um
insbesondere beim Einsatz in Kraftfahrzeugen die vorangehend geschilderten
definierten Betriebszustände
realisieren zu können,
wird vorgeschlagen, dass bei niedrigerer Temperatur das zweite Ventilorgan
in seiner ersten Überbrückungsstellung
ist und dass bei höherer
Temperatur das zweite Ventilorgan in seiner zweiten Überbrückungsstellung ist.
Es sei hier darauf hingewiesen, dass die Ausdrücke „niedrigerer Temperatur" bzw. „höherer Temperatur" zum Ausdruck bringen
sollen, dass temperaturabhängig
verschiedene Stell- bzw. Schaltzustände eingenommen werden können. Bei
welchen Temperaturen beispielsweise die erste Überbrückungsstellung bzw. die zweite Überbrückungsstellung
dann eingenommen werden sollen, hängt selbstverständlich von
dem jeweils zu realisierenden Gesamtsystem vor. Von Bedeutung ist
für die
vorliegende Erfindung, dass jedoch grundsätzlich verschiedene Temperaturniveaus
auch verschiedene Stellungen insbesondere des zweiten Ventilorgans
bewirken sollen bzw. bewirken werden.
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Gemäß einem
weiteren besonders vorteilhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung
kann vorgesehen sein, dass bei in der ersten Verbindungsstellung
positioniertem ersten Ventilorgan und in der oder im Bereich der
ersten Überbrückungsstellung positioniertem
zweiten Ventilorgan das temperaturabhängig wirksame Stellelement
im Wesentlichen in thermischem Kontakt mit im Bereich der ersten
Leitung strömendem
Fluid ist und dass bei in der ersten Verbindungsstellung positioniertem
ersten Ventilorgan und in der oder im Bereich der zweiten Überbrückungsstellung
positioniertem zweiten Ventilorgan das temperaturabhängig wirksame
Stellelement im Wesentlichen in thermischem Kontakt mit im Bereich der
zweiten Leitung strömendem
Fluid ist. Auf diese Art und Weise kann erreicht werden, dass dann, wenn
zunächst
eine Strömungsverbindung
zwischen der ersten und der dritten Leitung realisiert ist, auch das
in diesem Bereich strömende
Medium durch seinen Kontakt mit dem temperaturabhängig wirksamen Stellelement
dessen Stellverhalten und somit die Stellung des zweiten Ventilorgans
beeinflussen wird, während
dann, wenn zwischen der zweiten und der dritten Leitung eine Strömungsverbindung
realisiert ist, das in diesem Bereich strömende Fluid durch seinen Kontakt
mit dem temperaturabhängig
wirksamen Stellelement dessen Stellverhalten im Wesentlichen beeinflussen
wird. Dadurch wird erlangt, dass immer dasjenige Fluid bzw. flüssige Medium,
das momentan im Wesentlichen durch die Ventilanordnung strömt, thermisch
sensiert wird und somit das Schaltverhalten bzw. die Schaltstellung
insbesondere des zweiten Ventilorgans vorgeben kann. Somit kann sehr
schnell auf Temperaturänderungen
in dem die Ventilanordnung im Wesentlichen durchströmenden Fluid
reagiert werden.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Fahrzeugheizsystem,
umfassend eine erste Wärmequelle,
welche von einem Heizfluid zur Erwärmung desselben durchströmbar ist,
wobei die erste Wärmequelle
im Wesentlichen ein Fahrzeugantriebsaggregat umfasst, eine zweite
Wärmequelle,
welche zur Erwärmung
des Heizfluids von diesem durchströmbar ist, wobei die zweite
Wärmequelle
im Wesentlichen ein Zusatzheizgerät umfasst, eine Wärmetauscheranordnung,
welcher das von der ersten Wärmequelle
oder/und von der zweiten Wärmequelle
erwärmte
Fluid zuführbar
ist, eine Ventilanordnung, vorzugsweise erfindungsgemäße Ventilanordnung,
welche bei zur Erwärmung
des Heizfluids betriebener zweiter Wärmequelle eine Heizfluidströmung von
der zweiten Wärmequelle
zur Wärmetauscheranordnung
und von der Wärmetauscheranordnung
zur zweiten Wärmequelle
ermöglicht,
während eine
Durchströmung
der ersten Wärmequelle
im Wesentlichen unterbunden ist, wenn die Temperatur des die zweite
Wärmequelle
verlassenden Heizfluids in einem niedrigeren Bereich ist, und welche
bei zur Erwärmung
des Heizfluids betriebener zweiter Wärmequelle eine Durchströmung der
ersten Wärmequelle mit
dem Heizfluid ermöglicht,
wenn die Temperatur des die zweite Wärmequelle verlassenden Heizfluids in
einem höheren
Bereich ist.
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Bei
einem derartigen Heizsystem ist also dafür gesorgt, dass, so lange die
Temperatur des die zweite Wärmequelle,
also das Zusatzheizgerät,
verlassenden Fluids nicht ausreichend hoch ist, eine Durchströmung der
ersten Wärmequelle,
also der Brennkraftmaschine unterbunden ist und somit eine weitere
deutliche Abkühlung
des Heizfluids verhindert wird. Erst dann, wenn das aus der ersten
Wärmequelle
austretende Heizfluid ausreichend warm ist und somit auch eine geeignete
Erwärmung
des Antriebsaggregats realisiert werden kann bzw. eine Überhitzung
des Heizfluids auftreten könnte,
wird auch die Durchströmung
des Antriebsaggregagats freigegeben. Auf diese Art und Weise kann
dann bei Durchströmung
des Fahrzeugantriebaggregats Wärme
an dieses abgegeben werden, so dass dieses einerseits vorerwärmt werden
kann und andererseits eine Überhitzung
des Heizfluids vermieden werden kann, ohne dass es erforderlich
wäre, die
Ansteuerung des Zusatzheizgeräts
zu verändern,
um beispielsweise dessen Heizleistung zu drosseln.
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Erfindungsgemäß kann dabei
weiter vorgesehen sein, dass die Ventilanordnung dann, wenn die Temperatur
des die zweite Wärmequelle
verlassenden Heizfluids in einem höheren Bereich ist und eine Durchströmung der
ersten Wärmequelle
mit dem Fluid ermöglicht
ist, diese Durchströmung
drosselt oder unterbindet, wenn die Temperatur des von der ersten Wärmequelle
zur Ventilanordnung strömenden
Heizfluids in einem niedrigeren Bereich ist. Durch diesen Aspekt
wird sichergestellt, dass bei zu großem Wärmeverlust im Bereich des Fahrzeugantriebsaggregats
die Durchströmung
desselben wieder beendet bzw. zumindest gemindert wird, um eine
ausreichende Wärmeabgabe
im Wärmetauscher
beispielsweise an die in den Fahrzeuginnenraum einzuleitende Luft sicherstellen
zu können.
Somit kann bei dem erfindungsgemäßen Fahrzeugheizsystem
die Ventilanordnung eine Thermostatfunktion realisieren, die zumindest
in einer Phase, in welcher das Fahrzeugantriebsaggregat noch nicht
in Betrieb gesetzt ist und somit keinen Beitrag zur Erwärmung des
Heizfluids liefern kann, eine Konstanthaltung des die Wärmetauscheranordnung
durchströmenden
und Wärme auf
die in de Fahrzeuginnenraum einzuleitende Luft übertragenden Heizfluids zu
gewährleisten.
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Die
vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden
Zeichnungen anhand bevorzugter Ausgestaltungsformen detailliert
beschrieben. Es zeigt:
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1 eine
schematische Ansicht eines Fahrzeugheizsystems, bei welchem die
Erfindung realisiert sein kann;
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2 eine
Längsschnittansicht
eines bei der erfindungsgemäßen Ventilanordnung
einsetzbaren Ventilelements;
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3 eine
der 2 entsprechende Ansicht des Ventilelements in
einer anderen Ventilstellung;
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4 eine
Schnittansicht der erfindungsgemäßen Ventilanordnung
in einer ersten Ventilstellung;
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5 eine
der 4 entsprechende Ansicht der Ventilanordnung in
einer zweiten Ventilstellung;
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6 eine
der 4 enstprechende Ansicht der Ventilanordnung in
einer dritten Ventilstellung;
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7 eine
Längsschnittansicht
eines Ventilelements gemäß einer
alternativen Ausgestaltungsform;
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8 das
in 7 gezeigte Ventilelement in einer anderen Schaltstellung;
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9 eine
Teil-/Querschnittansicht des Ventilelements der 7,
geschnitten längs
einer Linie VIIII-VIIII in 7;
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10 eine
weitere der 7 entsprechende Ansicht des
Ventilelements in einer anderen Schaltstellung;
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11 eine
Schnittansicht einer alternativen erfindungsgemäßen Ventilanordnung in einer
ersten Ventilstellung;
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12 die
Ventilanordnung der 11 in einer zweiten Ventilstellung;
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13 die
Ventilanordnung der 11 in einer dritten Ventilstellung.
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In 1 ist
in prinzipieller Darstellung ein Fahrzeugheizsystem 10 gezeigt.
Dieses Heizsystem 10 dient dazu, die in verschiedenen nachfolgend noch
beschriebenen Systembereichen erzeugte Wärme einerseits von diesen Systembereichen
abzuführen
und andererseits zur Nutzung zur Erwärmung der in den Fahrzeuginnenraum
einzuleitenden Luft oder zur anderweitigen Nutzung zur Verfügung zu
stellen.
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Das
Heizsystem 10 umfasst als erste Wärmequelle ein beispielsweise
als Brennkraftmaschine ausgebildetes Antriebsaggregat 12 und
umfasst als zweite Wärmequelle
ein Zusatzheizgerät 14,
das als Standheizung oder insbesondere bei Turbodieselantriebsaggregaten
als Zuheizer wirksam sein kann. Durch ein allgemein mit 16 bezeichnetes
Leitungssystem zirkuliert ein im nachfolgenden als Heizfluid bezeichnetes
flüssiges
Medium, im Allgemeinen Wasser. Dieses Heizfluid kann durch zwei
Pumpen 18, 20 zur Zirkulation im Leitungssystem 16 angetrieben
werden. Die Pumpe 18 ist beispielsweise im Bereich des
Antriebsaggregats 12 oder strömungstechnisch stromaufwärts davon
angeordnet, während
die Pumpe 20 im Heizgerät 14 oder
strömungstechnisch stromaufwärts davon
angeordnet sein kann. Diese beiden Pumpen 18, 20 stehen
selbstverständlich
unter der Ansteuerung einer Ansteuervorrichtung, ebenso wie verschiedene
andere anzusteuernde Systembereiche, wie beispielsweise das Antriebsaggregat 12 oder
ein Gebläse 22,
das einem in das Leitungssystem 16 integrierten Wärmetauscher 24 zugeordnet
ist, um bei Durchströmung
des Wärmetauschers 24 mit
erwärmtem
Heizfluid diesen Wärmetauscher 24 mit
Luft zu umströmen.
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Das
Leitungssystem 16 umfasst ausgehend von dem Heizgerät 14 einen
Leitungsabschnitt 26, der in einen Leitungsabschnitt 26 übergeht.
Dieser Leitungsabschnitt 28 führt zu dem Wärmetauscher 24.
In demjenigen Bereich, in dem der Leitungsabschnitt 26 in
den Leitungsabschnitt 28 übergeht oder in diesen einmündet, führt ein
weiterer Leitungsabschnitt 30 zu einer nachfolgend detaillierter
beschriebenen Ventilanordnung 32. Ein Leitungabschnitt 34 führt von
dem Wärmetauscher 24 weg
und teilt sich in einen zur Pumpe 18 bzw. zum Antriebsaggregat führenden
Leitungsabschnitt 36 und einen zu einem Rückschlagventil 38 führenden
Leitungsabschnitt 40 auf. Das durch die Pumpe 18 bzw. über den
Leitungsabschnitt 36 in das Antriebsaggregat 12 eingeleitete Heizfluid
verlässt
das Antriebsaggregat 12 über einen Leitungsabschnitt 42 in
Richtung zu der bereits angesprochenen Ventilanordnung 32.
Zwischen dem bereits angesprochenen Rückschlagventil 38 und
der Ventilanordnung 32 liegt ein weiterer Leitungsabschnitt 44,
von dem ein Leitungsabschnitt 46 wegführt bzw. abgezweigt ist. Dieser
Leitungsabschnitt 46 führt
zurück
zum Heizgerät 14.
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Das
Rückschlagventil 38 ist
so in das Leitungssystem zwischen den Leitungsabschnitten 40 und 44 eingegliedert,
dass bei entsprechendem Fluiddruck dieses vom Leitungsabschnitt 40 in
den Leitungsabschnitt 44 gelangen kann, jedoch nicht vom Leitungsabschnitt 44 in
den Leitungsabschnitt 40 eintreten kann.
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Aus
der vorangehenden Beschreibung erkennt man, dass die Ventilanordnung 32 grundsätzlich dazu
vorgesehen ist, die drei Leitungsabschnitte 30, 42, 44 strömungsmäßig miteinander
in Verbindung zu bringen, was nachfolgend noch detaillierter beschrieben
wird. Im Sinne der vorliegenden Erfindung bildet dabei der Leitungsabschnitt 30 eine
erste Leitung, der Leitungsabschnitt 40 bildet eine zweite Leitung
und der Leitungsabschnitt 44 bildet eine dritte Leitung.
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Die
in 1 nur schematisch dargestellte Ventilanordnung
wird nachfolgend mit Bezug auf die 2 bis 4 hinsichtlich
ihres Aufbaus detaillierter erläutert.
Dabei zeigt die 4 denjenigen Bereich, der in 1 in
dem Kasten IV mit strichlierter Linie eingefasst ist.
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Dabei
erkennt man zunächst
in 4, dass die beiden Leitungsabschnitte 30, 42,
wie vorangehend bereits geschildert also die erste Leitung 30 und die
zweite Leitung 42, in einem gemeinsamen Rohrabschnitt 48 ausgebildet
sein können,
der somit im Wesentlichen auch das Gehäuse 50 der Ventilanordnung 42 bereitstellt.
Von diesem Rohrabschnitt 48 zweigt dann ein weiterer Rohrabschnitt 52 ab,
der im Wesentlichen dann den Leitungsabschnitt 44 bereitstellt.
In dem Rohrabschnitt 48 sind zwei hülsenartige Einsatzteile 54, 56 angeordnet,
die in Längsrichtung des
Rohrabschnitts 48 einen gegenseitigen Abstand aufweisen
und somit einen Raumbereich 58 im Rohrabschnitt 48 definieren,
in dem ein nachfolgend detaillierter beschriebenes Ventilelement 60 in
der Längsrichtung
des Rohrabschnitts 48 zwischen den beiden Einsätzen 54, 56,
die als Bewegungsanschläge
für das
Ventilelement 60 wirken, hin- und herbewegbar ist. Dieses
insbesondere in der 2 detaillierter erkennbare Ventilelement 60 umfasst
ein zylinder- bzw.
hülsenartig
ausgestaltetes erstes Ventilorgan 62, das bei der vorangehend
beschriebenen Hin- und Herbewegung im Wesentlichen als Ventilschieber
wirksam ist. Im Innenraum dieses ersten Ventilorgans 62 ist
eine Ventilkammer 64 gebildet. An den beiden in der Bewegungsrichtung
gelegenen Enden ist dieses Ventilorgan 62 durch eine Bodenwandung 66 bzw.
ein scheibenartiges Einsatzteil 68 begrenzt bzw. abgeschlossen.
In dem Einsatzteil 68 ist eine Öffnung 70 ausgebildet,
die zur Ventilkammer 64 hin offen ist und die, wie in der 4 erkennbar,
im Wesentlichen zum Leitungsabschnitt 30 hin, also zur ersten
Leitung hin, orientiert ist. In der Bodenwandung 66 ist
eine weitere Öffnung 72 vorgesehen,
die, wie ebenfalls in 4 erkennbar, bei entsprechender Positionierung
des Ventilelements 60 im Wesentlichen zum Leitungsabschnitt 42 hin,
also zur zweiten Leitung hin, offen ist. In der im Wesentlichen
zylindrischen Umfangswandung 74 des ersten Ventilorgans 62 sind
weiterhin mehrere Öffnungen 76 vorgesehen, über welche
bei entsprechender Positionierung des Ventilelements 60,
wie sie in 4 gezeigt ist, die Ventilkammer 64 in
Richtung zum Leitungsabschnitt 44 hin offen ist. Diejenigen
der Öffnungen 76,
die nicht im Mündungsbereich
des Rohrabschnitts 52 positioniert sind, sind im Wesentlichen
durch den Rohrabschnitt 48 überdeckt und durch die vergleichsweise
enge, jedoch eine Verschiebebewegung des ersten Ventilorgans 62 zulassende
Passung des Ventilelements 60 in dem Rohrabschnitt 48 gegen
Fluidaustritt im Wesentlichen abgeschlossen.
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In
der Ventilkammer 64 des ersten Ventilorgans 62 ist
ein zweites Ventilorgan 78 aufgenommen. Dieses zweite Ventilorgan 78 ist
im ersten Ventilorgan 62 in dessen Verschieberichtung,
also in der Längsrichtung
des Rohrabschnitts 48, bewegbar. Das Ventilorgan 78 weist
einen in dieser Bewegungsrichtung langgestreckten Schaftbereich 80 auf,
der im Bereich seines freien Endes 82 so ausgebildet ist, dass
er bei entsprechender Positionierung die Öffnung 72 in der Bondewandung 66 abschließen kann. Hier
kann beispielsweise sowohl im Bereich der Öffnung 72 als auch
im Bereich des freien Endes 82 des Schaftbereichs 80 eine
kegelstumpfartige Ausgestaltung gewählt werden. In seinem anderen
Endbereich 84 ist das zweite Ventilorgan 78 mit
einem radial vorspringenden Flanschbereich 86 ausgebildet.
An diesem Flanschbereich 86 sind einerseits Abstandselemente 88 vorgesehen,
die bei der in 3 erkennbaren Positionierung
des zweiten Ventilorgans 78 in der Ventilkammer 64 dafür sorgen,
dass der Flanschbereich 86 einen Abstand zu dem Einsatzteil 68 aufweist
und somit die Öffnung 70 nicht
vollständig
abschließen
kann. Auch bei der in 3 erkennbaren Positionierung
ist somit eine Strömungsverbindung zwischen
der Öffnung 70 und
der Ventilkammer 64 realisiert, wobei dies in der in 3 erkennbaren
Positionierung des zweiten Ventilorgans eine Minimalströmungsverbindung
ist.
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Den
Schaftbereich 80 des zweiten Ventilorgans 78 umgebend
ist in der Ventilkammer 64 ein Stellelement 90 vorgesehen.
Dieses hier schraubenartig gewunden ausgestaltete Stellelement 90 ist thermisch
aktiv, d.h., ändert
temperaturabhängig
seine Abmessung in der Bewegungsrichtung des zweiten Ventilorgans 78 im
ersten Ventilorgan 62. Hier kann beispielsweise ein schraubenartig
gewundenes Bauteil aus einem Formgedächtnismaterial eingesetzt werden,
das unter einer bestimmten Schalttemperatur die in 2 erkennbare
minimale Längenausdehnung
aufweist und über
dieser Schalttemperatur die in 3 dargestellte
vergrößerte Längenausdehnung
aufweist. Durch Veränderung
der Temperatur im Bereich dieses Stellelements 90 kann
also das zweite Ventilorgan 78 in der Ventilkammer 64 verschoben
werden, wobei diese Verschiebung bei Erhöhung der Temperatur entgegen
der Rückstellwirkung
einer Vorspannfeder 92 erfolgt. Diese stützt sich am
ersten Ventilorgan 62 im Bereich des Einsatzteils 68 einerseits
und am zweiten Ventilorgan 78 im Bereich des Endbereichs 84 desselben
andererseits ab. Eine Temperaturabnahme im Bereich des Stellorgans,
die eine entsprechende Kontraktion desselben bewirkt, hat dann zur
Folge, dass das zweite Ventilorgan 78 der Vorspannwirkung
der Rückstellfeder 92 folgend
von der in 3 erkennbaren Positionierung in
die in 2 erkennbare Positionierung gelangt, in welcher
die Öffnung 72 im
Wesentlichen vollständig abgeschlossen
ist.
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Man
erkennt in den 2 und 3 weiter, dass
an der Innenseite der zylindrischen Wandung 64 des ersten
Ventilorgans 62 mehrere in der Längsrichtung dieses Ventilorgans 62 sich
erstreckende rippenartige Vorsprünge 94 vorgesehen
sind. Zwischen den in Umfangsrichtung aufeinander folgenden Vorsprüngen 94 sind
Strömungsaussparungen 96 gebildet.
Durch diese Vorsprünge 94 wird
einerseits eine definierte Führung
des zweiten Ventilorgans 78 bzw. des Stellelements 90 in
dem ersten Ventilorgan 62 gewährleistet. Andererseits hat
das Bereitstellen der Aussparungen 96 zur Folge, dass die Öffnungen 76,
je nach Positionierung des zweiten Ventilorgans 78 über die
Ventilkammer 64 in Strömungsverbindung
mit der Öffnung 70 bzw.
der Öffnung 72 stehen
können.
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Nachfolgend
wird auch unter weitergehende Bezugnahme auf die 5 und 6 die
Funktionsweise der vorangehend detailliert beschriebenen Ventilanordnung 32 bei
Eingliederung derselben in das Heizsystem 10 der 1 beschrieben.
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Es
sei zunächst
angenommen, dass das Heizsystem 10 im Kaltzustand in Betrieb
gesetzt werden soll und zwar dadurch, dass das Heizgerät 14 zum
Vorkonditionieren eines Fahrzeugs aktiviert wird. D.h., durch im
Heizgerät 14 ablaufende
Verbrennung wird Wärme
erzeugt, und durch Betreiben der Pumpe 20 wird das Heizfluid
durch das Heizgerät 14 geleitet
und dabei erwärmt.
Dabei strömt
das Heizfluid in der in 1 beim Heizgerät 14 eingezeichneten
Strömungsrichtung.
In diesem Zustand, in dem das Antriebsaggregat 12 noch
nicht betrieben werden soll, bleibt die Pumpe 18 außer Betrieb.
Das Heizfluid, das in dem Heizgerät 14 Wärme aufgenommen
hat, strömt
also zunächst
in den Leitungsabschnitt 26 und von diesem in Richtung
zu den Leitungsabschnitten 28, 30. Dabei wird,
wie in 4 veranschaulicht, im Leitungsabschnitt 30 ein
Druck P1 aufgebaut. Dieser Druck P1 ist zunächst größer, als der im Leitungsabschnitt 42 vorherrschende Druck
P2, da durch die Pumpe 18 kein Fluid in Richtung Leitungsabschnitt 42 gefördert wird.
Dies hat zur Folge, dass durch die Druckdifferenz P1-P2 das Ventilelement 60 in
dem Raumbereich 58 so verschoben wird, dass es in die in 4 erkennbare
erste Verbindungsstellung gelangt. In dieser ersten Verbindungsstellung
ist die Leitungsverbindung zwischen den beiden Leitungsabschnitten 42, 44 zunächst unterbrochen,
während über die Öffnung 70 über die
Ventilkammer 64 und die zum Leitungsabschnitt 44 hin
frei liegenden Öffnungen 76 der
Leitungsabschnitt 30 in Strömungsverbindung mit dem Leitungsabschnitt 44 steht.
Da weiterhin zu diesem Zeitpunkt das geförderte Heizfluid eine vergleichsweise
niedrige Temperatur aufweisen wird, wird das Stellelement 90 sich
zusammenziehen bzw. seinen zusammengezogenen Zustand beibehalten,
so dass das zweite Ventilorgan 78, wie in 4 erkennbar,
den Strömungsweg
zwischen den beiden Leitungsabschnitten 30, 44 freigibt,
d.h. beispielsweise in maximal möglichem
Ausmaß freigibt.
In diesem Zustand strömt
also das von der Pumpe 20 in den Leitungsabschnitt 26 geförderte Heizfluid
einerseits über
den Leitungsabschnitt 28 zum Wärmetauscher 24 und
andererseits über
den Leitungsabschnitt 30 und die Ventilanordnung 32 in den
Leitungsabschnitt 44. Das in den Leitungsabschnitt 44 geförderte Heizfluid
kann auf Grund der Wirkung des Rückschlagventils 38 nicht
in den Leitungsabschnitt 40 eintreten und wird somit über den Leitungsabschnitt 46 zum
Heizgerät 14 zurückgefördert. Das
in Richtung zum Wärmetauscher 24 geförderte Heizfluid
tritt nach Durchströmen
des Wärmetauschers 24 in
den Leitungsabschnitt 34 ein. Da in diesem Zustand der
Leitungsabschnitt 42 durch das Ventilelement 60 im
Wesentlichen vollständig
gegen Durchströmung
abgeschlossen ist, kann das den Wärmetauscher 24 über den
Leitungsabschnitt 34 verlassende Heizfluid nicht über den
Leitungsabschnitt 36 in das Antriebsaggregat 12 gelangen.
Vielmehr wird dieses Fluid in den Leitungsabschnitt 40 eintreten, über das
Rückschlagventil 38 in
den Leitungsabschnitt 44 gelangen und sich dort mit dem aus
der Ventilanordnung 32 in den Leitungsabschnitt 44 eintretenden
Heizfluid vermischen und über
den Leitungsabschnitt 46 zum Heizgerät 14 zurückströmen.
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In
der Anfangsphase, in welcher das in dem vorangehend beschriebenen „kleinen" Kreislauf zirkulierende
Heizfluid noch eine vergleichsweise niedrige Temperatur haben wird,
ist, bedingt durch die Kontraktion des Stellorgans 90,
das zweite Ventilorgan 68 in einer ersten Überbrückungsstellung,
die in 4 erkennbar ist. Wie bereits ausgeführt, wird
in der ersten Überbrückungsstellung
die Öffnung 72, die
ansonsten in Richtung zum Leitungsabschnitt 42 hin offen
wäre, abgeschlossen,
und zwar vorzugsweise vollständig
abgeschlossen, während
das Ventilelement 60 eine Überbrückung zwischen den beiden Leitungsabschnitten 30 und 44 realisiert.
In diesem Zustand durchströmt
das Heizfluid auch die Ventilkammer 64, so dass insbesondere
durch Bereitstellung der in den 2 und 3 erkennbaren
Aussparungen 96 auch das Stellelement 90 in Kontakt mit
diesem Heizfluid kommen wird und somit dessen Temperatur sensieren
wird.
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Nimmt
nach einiger Betriebszeit durch kontinuierliche Wärmeaufnahme
die Temperatur des zirkulierenden Heizfluids zu, so wird dies das
Stellelement 90 durch seinen vorangehend beschriebenen thermischen
Kontakt mit dem zirkulierenden Fluid erfassen. Eine Temperaturzunahme
hat zur Folge, dass das Stellelement 90 seine Längenabmessung ändern wird
und das zweite Ventilorgan 78 mit einer Kraft beaufschlagen
wird, die die Rückstellkraft
der Feder 92 überkompensiert.
Dies hat zur Folge, dass mit ansteigender Temperatur das zweite
Ventilorgan 78 im ersten Ventilorgan 62 aus der
in 4 erkennbaren ersten Überbrückungsstellung in Richtung
zu einer in 5 erkennbaren zweiten Überbrückungsstellung
verschoben wird. Dieser Übergang
kann spontan erfolgen, also insbesondere bei Einsatz eines Formgedächtnislementes
dann erfolgen, wenn die Schalttemperatur dieses Stellelements 90 überschritten
wird. Grundsätzlich
ist es auch möglich, dass
auf Grund der Tatsache, dass nicht alle Bereiche des Stellelements 90 gleichermaßen mit
dem zirkulierenden Heizfluid umströmt werden, zunächst diejenigen
Bereiche einen Temperaturanstieg erfahren bzw. sensieren werden,
die stärker
in thermischem Kontakt mit dem Heizfluid stehen. D.h., es kann auch
nur eine lokale Längenzunahme
des Stellelements 90 erfolgen, so dass dieses nicht digital zwischen
dem ersten Überbrückungzustand
der 4 und dem zweiten Überbrückungszustand der 5 umschaltet,
sondern mit einer allmählich
ansteigenden Temperatur das zweite Ventilorgan 78 auch
allmählich
zunhemend in Richtung zur zweiten Überbrückungsstellung verschoben wird.
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Bei
diesem Übergang
in die zweite Überbrückungsstellung
wird spontan oder allmählich
zunehmend die Öffnung 72 im
ersten Ventilorgan 62 freigegeben, während der Strömungsweg
von der Öffnung 70 zu
den Öffnungen 76 allmählich gedrosselt
wird. Bei Positionierung des zweiten Ventilorgans 78 in dem
in 5 erkennbaren zweiten Überbrückungszustand ist dann eine
Strömungsverbindung
zwischen dem Leitungsabschnitt 42 und dem Leitungsabschnitt 44 über die Öffnung 72,
die Ventilkammer 74 und die Öffnungen 76 in maximalem
Ausmaß realisiert,
während über die Öffnung 70 zu
den Öffnungen 76 auf
Grund der Abstandshalter 88 eine im Vergleich zu dem Zustand
der 4 gedrosselte Minimalströmung möglich ist.
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In
dem in 5 erkennbaren zweiten Überbrückungszustand des zweiten Ventilorgans 78 ist nunmehr
also der Strömungsweg
vom Leitungsabschnitt 42 zum Leitungsabschnitt 44 freigegeben.
Die Folge davon ist, dass auch bei noch nicht betriebener Pumpe 18 und
in Folge der nach wie vor unveränderten
Druckverhältnisse
P1, P2 das Ventilelement 60 grundsätzlich in seiner ersten Verbindungsstellung verbleibt,
trotzdem aber nunmehr eine Durchströmung des Antriebsaggregats 12 möglich ist.
D.h., das von dem Wärmetauscher 24 unter
der Förderwirkung der
Pumpe 20 in den Leitungsabschnitt 34 geförderte Heizfluid
wird nunmehr auch in den Leitungsabschnitt 36 eintreten
können
und nach Durchströmen des
Antriebsaggregats über
den Leitungsabschnitt 42 im Wesentlichen in den Leitungsabschnitt 44 eintreten
können.
Somit wird im Leitungsabschnitt 44 ein Druck aufgebaut,
der das Öffnen
des Rückschlagventils 38 erschwert,
so dass im Wesentlichen kein Fluid mehr in den Leitungsabschnitt 40 und
von dort in den Leitungsabschnitt 44 strömen wird.
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In
diesem Betriebszustand, in dem also das von dem Heizgerät 14 in
den Leitungsabschnitt 26 und von diesem in die Leitungsabschnitte 28, 30 abgegebene
Heizfluid eine bestimmte höhere
Temperatur erreicht hat, wird Wärme
nicht nur im Bereich des Wärmetauschers 24 abgegeben,
sondern es wird zusätzlich
auch Wärme
im Bereich des Antriebsaggregats 12 abgegeben, so dass
dieses vorerwärmt
werden kann. In diesem Betriebszustand, in dem das erste Ventilorgan 62 in
seiner ersten Ventilstellung ist und das zweite Ventilorgan 78 in
seiner zweiten Überbrückungsstellung
ist. Auf Grund der Tatsache, dass der Druck P1 auch in dieser Phase
größer sein wird,
als der Druck P2, wird nunmehr ein Teil des Heizfluids über den
Leitungsabschnitt 30 in die Ventilkammer 64 eintreten.
Auf Grund der Tatsache, dass die Öffnungen 76 einen
größeren Strömungswiderstand
darstellen, als die Öffnung 72,
wird der größere Teil
dieses Fluidanteils in den Leitungsabschnitt 42 eintreten
und nunmehr das Antriebsaggregat 12 durchströmen, und
zwar in einer Strömungsrichtung, die
der unter Förderwirkung
der Pumpe 18 an sich vorhandenen Strömungsrichtung entgegengesetzt ist.
Dieser Heizfluidanteil wird sich, nachdem er in den Leitungsabschnitt 36 eingetreten
ist, mit dem aus dem Leitungsabschnitt 34 heranströmenden Heizfluidanteil
vereinigen und über
den Leitungsabschnitt 40 und das Rückschlagventil 38 zurückströmen.
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Da
in diesem Zustand nach wie vor das Heizgerät 14 die einzige Wärmequelle
ist, kann nunmehr der Fall auftreten, dass durch zusätzliche
Wärmeabgabe
im Bereich des Antriebsaggregats 12 das in den Leitungsabschnitt 42 gelangende
Heizfluid eine Temperatur aufweist, die beispielsweise unter der
Schalttemperatur des aus Formgedächtnismaterial
aufgebauten Stellelements 90 liegt, bzw. die eine Kontraktion
des diese Temperatur nunmehr sensierenden Stellelements 90 zur
Folge haben wird. Daraus resultiert durch die Kontraktion des Stellelements 90,
dass das zweite Ventilorgan 78 sich nunmehr der Vorspannwirkung
der Feder 92 folgend zurück in Richtung zur ersten Überbrückungsstellung
bewegen wird. Dieser Übergang
kann wieder spontan auftreten, kann aber vor allem dann, wenn das
Stellelement 90 nicht in seinem gesamten Längenbereich gleichmäßig in Kontakt
mit dem sensierten Heizfluid ist, auch allmählich stattfinden, da nur gewisse
Bereiche des Stellelements 90 sich zunächst zusammenziehen werden.
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Die
Folge dieses Zurückverstellens
des zweiten Ventilorgans 78 in seine erste Überbrückungsstellung
ist, dass nunmehr der Strömungsweg über das
Antriebsaggregat 12 wieder abgesperrt bzw. zumindest gedrosselt
wird, so dass ein größerer Anteil
des Heizfluids wieder unter Auslassung des Antriebsaggregats über den
Leitungsabschnitt 40 direkt zum Heizgerät 14 zurückströmen wird.
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Man
erkennt aus der vorangehenden Beschreibung, dass in dieser Phase,
in welcher das Heizgerät 14 im
Wesentlichen die einzige Wärmequelle
bildet, die Ventilanordnung 32 eine Thermostatfunktion
erfüllt,
obgleich, bedingt durch die Druckverhältnisse, das erste Ventilorgan 62 in
seiner ersten Verbindungsstellung verbleibt. Es kann somit sichergestellt
werden, dass das über
den Wärmetauscher 24 zirkulierende
Heizfluid eine näherungsweise
gleichbleibende Temperatur beibehält, da es bei übermäßiger Erwärmung einen
zusätzlichen
Wärmeanteil
im Antriebsaggreggat 12 abgeben kann, bei unter eine bestimmte
Grenze fallender Temperatur jedoch eine zur übermäßigen Abkühlung führende Wärmeabgabe im Antriebsaggregat
vermieden bzw. zumindest gemindert wird. Letztendlich kann bei entsprechender
Auswahl des Stellelements 90 dafür gesorgt werden, dass temperaturabhängig das
zweite Stellorgan einen Gleichgewichtszustand zwischen der ersten Überbrückungsstellung
und der zweiten Überbrückungsstellung
einnehmen kann, so dass bei Betreiben des Heizgeräts 14 mit
einer vorbestimmten Heizleistung immer so viel Heizfluid über das
Antriebsaggregat 12 strömen
und dort Wärme
abgeben kann, wie dies erforderlich ist, um die Temperatur des zirkulierenden
Heizfluids auf einem gewünschten
Niveau zu halten. Bei einem stark ausgeprägten Schaltverhalten wird dieser
Zustand eines gewünschten Temperaturniveaus
bei dem zirkulierenden Heizfluid durch alternierendes Zu- bzw. Abschalten
des Strömungswegs über das
Antriebsaggregat 12 erlangt.
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Wird
das Antriebsaggregat 12 in Betrieb genommen, so wird im
Allgemeinen auch die Pumpe 18 aktiviert, um auf diese Art
und Weise für
eine ausreichende Wärmeabfuhr
der im Betrieb des Antriebsaggregats 12 dort ent stehenden
Wärme durch
entsprechende Durchströmung
vermittels des hier als Kühlmittel
wirksamen Heizfluids zu sorgen. Dies hat zur Folge, dass ein Betriebszustand
auftreten wird oder auftreten kann, in dem gleichzeitig die beiden
Pumpen 18 und 20 betrieben werden und gleichzeitig auch
im Bereich des Antriebsaggregats 12 als erste Wärmequelle
und des Heizgeräts 14 als
zweite Wärmequelle
Wärmeenergie
zur Übertragung
auf das im Leitungssystem 16 zirkulierende Heizfluid bereitgestellt
wird. Das Fördervermögen der
beiden Pumpen 18, 20 bzw. auch die Leitungsquerschnitte
sind bei dem System 10 so aufeinander abgestimmt, dass auch
dann, wenn die Pumpe 20 betrieben wird und im Leitungsabschnitt 30 somit
ein entsprechend hoher Druck P1 generiert wird, der durch Betreiben
der Pumpe 18 im Leitungsabschnitt 42 bereitgestellte Druck
P2 den Druck P1 überwiegt.
Die Folge davon ist, dass nunmehr das erste Ventilorgan 62 mit
dem darin aufgenommenen zweiten Ventilorgan 78, also das
gesamte Ventilelement 60, aus seiner in den 4 und 5 erkennbaren
ersten Verbindungsstellung in eine in der 6 erkennbare
zweite Verbindungsstellung verschoben wird. In dieser zweiten Verbindungsstellung überdeckt
das erste Ventilorgan 62 die Einmündung des Rohrabschnitts 52 in
den Rohrabschnitt 48 praktisch nicht mehr, so dass nunmehr
eine Strömungsverbindung
zwischen dem Leitungsabschnitt 42 und dem Leitungsabschnitt 44 bereitgestellt
ist. Das unter der Förderwirkung
der Pumpe 18 und auch ggf. der Förderwirkung der Pumpe 20 über den
Leitungsabschnitt 20 zum Wärmetauscher 24 und
von diesem in den Leitungsabschnitt 34 geförderte Heizfluid
strömt
nunmehr auch durch die Saugwirkung der Pumpe 18 über den
Leitungsabschnitt 36, durch das Antriebsaggregat 12 hindurch
und in den Leitungsabschnitt 42. Ist das Antriebsaggregat 12 eben
erst in Betrieb genommen worden, so kann in dieser Phase durch das
im Heizgerät 14 erwärmte Heizfluid
noch Wärme
auf das Antriebsaggregat 12 übertragen werden. Ist das Antriebsaggregat
bereits länger
in Betrieb, so wird die dort dann anfallende Wärme auf das Heizfluid übertragen
und vom Antriebsaggregat 12 abgeführt.
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Das
in den Leitungsabschnitt 42 geförderte Heizfluid strömt dann
in den Leitungsabschnitt 44 und von diesem auf Grund der
Sperrwirkung des Rück schlagventils 38 in
den Leitungsabschnitt 46. Vom Leitungsabschnitt 46 strömt dieses
Heizfluid dann durch die Pumpe 20 des Heizgeräts 14 in
den Leitungsabschnitt 26 und von diesem erneut über den
Leitungsabschnitt 28 zum Wärmetauscher 24.
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Da
in dieser Phase das Heizfluid im Allgemeinen eine höhere Temperatur
aufweisen wird, ist davon auszugehen, dass das zweite Ventilorgan
in seiner zweiten Überbrückungsstellung
ist, in welcher die Öffnung 72 freigegeben
ist und auf Grund des Vorhandenseins der Abstandshalter 88 auch
die Öffnung 70 nicht
vollständig
abgeschlossen ist. D.h., zumindest ein Teil des über den Leitungsabschnitt 42 herangeförderten
Heizfluids durchströmt
das erste Ventilorgan 62 bzw. das Ventilelement 60 und
gelangt auf diese Art und Weise, ohne über das Heizgerät 14 geströmt zu sein,
in den Leitungsabschnitt 30 und den Leitungsabschnitt 28.
Auf diese Art und Weise kann der Gesamtströmungswiderstand des Leitungssystems 16 reduziert
werden. Dies ist vor allem dann von Bedeutung, wenn beispielsweise
auf Grund nicht mehr erforderlichen Betriebs des Heizgeräts 14 auch die
diesem zugeordnete Pumpe 20 nicht mehr betrieben wird und
somit das unter der Förderwirkung
der Pumpe 18 dann noch zirkulierende Heizfluid zwar über die
Leitungsabschnitte 44, 46 in das Heizgerät 14 bzw.
die Pumpe 20 gefördert
wird, diese Pumpe 20 aber nur auf Grund der Förderwirkung
der Pumpe 18 durchströmen
kann. In diesem Zustand stellt, je nach Bauart, die Pumpe 20 einen
vergleichsweise großen
Strömungswiderstand
dar.
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Die
vorangehend beschriebene erfindungsgemäße Ventilanordnung ist von
sehr einfachem Aufbau und weist insbesondere auch zum Bereitstellen der
vorangehend beschriebenen Thermostatfunktion nur eine vergleichsweise
geringe Anzahl an Bauteilen auf. Von besonderer Bedeutung ist auch,
dass die erfindungsgemäße Ventilanordnung 32 in
konstruktiver Hinsicht ohne Weiteres so ausgeführt werden kann, dass sie in übliche Heizsysteme
in baulicher Art und Weise integriert werden kann, da sie im Wesentlichen
nur die durch den Rohrabschnitt 48 bereitgestellten Leitungsabschnitte 30, 42 bzw.
entsprechende Anschlussmöglichkeiten
dafür sowie
den durch den Rohrabschnitt 52 bereitgestellten Leitungsabschnitt 44 bzw.
eine entsprechende Anschlussmöglichkeit
für diesen
aufweisen muss.
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Mit
Bezug auf die 7 bis 13 wird nachfolgend
eine alternative Ausgestaltungsform einer erfindungsgemäßen Ventilanordnung
beschrieben. Komponenten, welche vorangehend beschriebenen Komponenten
hinsichtlich Aufbau bzw. Funktion entsprechen, sind mit dem gleichen
Bezugszeichen unter Hinzufügung
des Anhangs „a" bezeichnet.
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Zunächst sei
mit Bezug auf die 7 bis 10 das
Ventilelement 60a dieser Ausgestaltungsform beschrieben.
Man erkennt wieder das zylinderartig bzw. topfartig ausgebildete
erste Ventilorgan 62a mit seiner zylindrischen Wandung 74a und dem
Bondenbereich 66a. In dem Bodenbereich 66a ist
wieder die Öffnung 72a ausgebildet.
Andernends ist das erste Ventilorgan 62a bzw. die darin
ausgebildete Ventilkammer 64a durch das Einsatzteil 68a mit der
darin ausgebildeten Öffnung 70a begrenzt.
In der Zylinderkammer 64a ist das zweite Ventilorgan 78a wieder
unter der Krafteinwirkung des Stellelements 90a bzw. der
Rückstellfeder 92a in
der Richtung der Längsachse
des Ventilelements 60a temperaturabhängig verschiebbar.
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Das
zweite Ventilorgan 78a ist bei dieser Ausgestaltungsform
hohl ausgestaltet und weist einen Innenraum 100a auf. Dieser
Innenraum 100a ist im Endbereich 82a durch eine
Bodenwandung 102a begrenzt, in welcher Bodenwandung 102a wiederum eine Öffnung 104a ausgebildet
ist. Im anderen Endbereich ist dieser Innenraum 100a durch
ein Einsatzteil 106a begrenzt, das einen ringförmigen Einpassabschnitt 108a und
darin eine sternartige Halteanordnung 110a aufweist. Mit
dem Einpassabschnitt 108a ist das Einsatzteil 106a in
den flanschartigen Endbereich 86a des zweiten Ventilorgans 78a fest
eingesetzt. Weiter ist in dem Innenraum 100a ein kugelartig
ausgebildetes drittes Ventilorgan 112a aufgenommen. Dieses
kann sich entlang des Schaftabschnitts 80a des Ventilorgans 78a bewegen.
In der in 7 erkennbaren Bewegungsendstellung
verschließt
dieses Ventilorgan 112a die Öffnung 104a beispielsweise
vollständig.
In der in 10 erkennbaren zweiten Bewegungsendstellung
liegt das kugelartige Ventilorgan 112a an dem Einsatzteil 106a an,
ist jedoch am Herausbewegen aus dem Innenraum 100a gehindert.
Gleichwohl ist durch mehrere auch das kugelartige Ventilorgan 112a in
seiner Bewegung führende und
an der Innenseite des Schaftabschnitts 80a in dessen Längsrichtung
sich erstreckende Vorsprünge 114a bzw.
dazwischen gebildete Aussparungen 116a bei der in 10 dargestellten
Endstellung des Ventilorgans 112a dafür gesorgt, dass ein Fluiddurchtritt durch
das zweite Ventilorgan 78a möglich ist, d.h., eine Strömungsverbindung
von der Öffnung 104a über den
Innenraum 100a durch eine Öffnungsanordnung 118a im
Einsatzteil 106a hindurch geschaffen ist.
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Die
Funktionsweise einer mit einem derartigen Ventilorgan 60a ausgestatteten
Ventilanordnung 32a wird nachfolgend mit Bezug auf die 11 bis 13 beschrieben.
In 11 ist der vorangehend mit Bezug auf die erste
Ausgestaltungsform bereits beschriebene und in der 4 erkennbare
Betriebszustand dargestellt. Das erste Ventilorgan 62a bzw. das
Ventilelement 60a ist in der ersten Verbindungsstellung.
Die Öffnung 72a ist
durch das zweite Ventilorgan 78a abgeschlossen, während die Öffnung 70a freigegeben
ist und somit über
die Ventilanordnung 64a eine Verbindung zu den Öffnungen 76a geschaffen
ist. Somit kann unter der Förderwirkung
der Pumpe 20 des Heizgeräts 14 das in den Leitungabschnitt 30a eingetretene
Fluid das erste Ventilorgan 62a durchströmen und
in den Leitungsabschnitt 44a eintreten. Dieser Kreislauf,
der letztendlich nicht zur Erwärmung
irgendwelcher Fahrzeugsystembereiche beiträgt, dient zur Sensierung der
Temperatur des ansonsten in Richtung Wärmetauscher zirkulierenden Heizfluids,
da auch bei dieser Ausgestaltungsform in der ersten Vebindungsstellung
und bei in der ersten Überbrückungsstellung
positioniertem Ventilorgan 78a das Stellelement 90a in
im Wesentlichen von dem über
den Leitungsabschnitt 30a herangeförderten Fluid umströmt wird
und somit dessen Temperatur sensiert.
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Weiterhin
erkennt man in 11, dass auf Grund der Tatsache,
dass der Druck P1 im Leitungsabschnitt 30a den Druck P2
im Leitungsabschnitt 42a übersteigt, das dritte Ventilorgan 112a auch
so positioniert ist, dass es die Öffnung 104a im zweiten
Ventilorgan 78a abschließt, so dass eine Durchströmbarkeit
des zweiten Ventilorgans 78a hier nicht gegeben ist.
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Bei
Anstieg der Temperatur des Heizfluids findet dann bei weiterhin
in der ersten Verbindungsstellung bleibendem ersten Ventilorgan 62a eine
Verschiebung des zweiten Ventilorgans 78a in Richtung zu
seiner zweiten Überbrückungsstellung
statt. In diesem Zustand ist dann die Öffnung 72a im ersten Ventilorgan 60a freigegeben,
so dass nunmehr eine Strömungsverbindung
zwischen dem Leitungsabschnitt 42a und dem Leitungsabschnitt 44a realisiert ist.
Da unter der Krafteinwirkung des Stellelements 90a das
zweite Ventilorgan 78a mit seinem Flanschbereich 86a bei
dieser Ausgestaltungsvariante am Einsatzteil 68a aufsitzt,
ist die Öffnung 70a im
Einsatzteil 68a blockiert, auch deshalb, da weiterhin durch
die Druckdifferenz P1 > P2
das dritte Ventilorgan 112a die ihm zugeordnete Öffnung 104a im
zweiten Ventilorgan 78a sperrt und dieses somit gegen Durchströmung blockiert.
D.h. der vorangehend bei der ersten Ausgestaltungsform in diesem
Zustand noch mögliche
geringe Strömungsanteil
vom Leitungsabschnitt 30 in den Leitungsabschnitt 44 bei
in der zweiten Überbrückungsstellung
positioniertem zweiten Ventilorgan ist hier nicht vorhanden. Die
Folge davon ist, dass das Stellelement 90a hier ausschließlich von
dem aus dem Leitungsabschnitt 42a heranströmenden Heizfluid
umströmt
wird und somit verstärkt
dessen Temperatur sensiert.
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Wird
dann zusätzlich
oder als alleiniges Förderorgan
die in der 1 erkennbare Pumpe 18 in Betrieb
gesetzt, so wird wieder der Zustand auftreten, in dem der Druck
P2 den Druck P1 übersteigt.
Die Folge davon ist, dass, wie in 13 erkennbar,
das erste Ventilorgan 62a bzw. das Ventilelement 60 in seine
zweite Verbindungsstellung gelangt, in welchem es die Einmündung des
Leitungsabschnitts 44a im Wesentlichen nicht mehr überdeckt.
Es ist dann eine Maximalströmungsverbindung
zwischen dem Leitungsabschnitt 42a und dem Leitungsabschnitt 44a realisiert.
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Auf
Grund der Tatsache, dass der Druck P2 nunmehr den Druck P1 übersteigt,
ist in diesem Zustand auch keine Kraft mehr vorhanden, die das dritte Ventilorgan 112a auf
seinem Ventilsitz, nämlich
dem Bodenbereich 102a. D.h., dass dritte Ventilorgan 112a wird
sich in den Endbereich 84a des ersten Ventilorgans 78a bewegen
und die Öffnung 104a freigeben.
Die Folge davon ist, dass nunmehr das unter Druck aus dem Leitungsabschnitt 42a ausströmende Heizfluid
durch die Öffnung 72a in
die Ventilkammer 64a gelangen wird, durch die Öffnung 104a in
den Innenraum 100a des zweiten Ventilorgans gelangen wird
und durch die Öffnungsanordnung 118a und
die Öffnung 70a in
den Leitungsabschnitt 30 eintreten wird. Somit ist auch
bei dieser Ausgestaltungsform dafür gesorgt, dass der Strömungswiderstand
für das im
Bereich des Antriebsaggregats in diesem Betriebszustand erwärmte Heizfluid
beim Fördern
desselben in Richtung Wärmetauscher
möglichst
gering ist.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass selbstverständlich auch bei der Ausgestaltungsform
gemäß 7 bis 13 die
vorangehend beschriebenen Abstandshalter vorgesehen sein können, so
dass durch Bereitstellen eines zusätzlichen Strömungsweges
dieser vorangehend angesprochene Strömungswiderstand weiter verringert
werden kann. Ansonsten entspricht die vorangehend beschriebene zweite Ausgestaltungsform
insbesondere auch hinsichtlich der Schaltcharakteristik des temperaturempfindlich wirksamen
Stellelements der ersten Ausgestaltungsform.
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Selbstverständlich können bei
beiden Ausgestaltungsformen Änderungen
vorgenommen werden, ohne vom Prinzip der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
So ist es beispielsweise möglich,
dass dann, wenn das zweite Ventilorgan in seiner ersten Überbrückungsstellung
ist, also beispielsweise in dem in 4 gezeigten
Zustand oder dem in 11 gezeigten Zustand ist, die
dann an sich verschlossene Öffnung
im Bodenbereich des ersten Ventilorgans nicht vollständig abgeschlossen
ist, sondern immer noch eine Minimalströmung möglich ist, so dass zumindest
ein geringer Fluidaustausch über
das Antriebsaggregat hinweg realisierbar ist. Weiter sei darauf
hinge wiesen, dass bei den vorangehend beschriebenen Ventilelementen
die verschiedenen Aufbauteile in sehr kostengünstiger Art und Weise hergestellt
werden können.
Diese können
als Kunststoffbauteile hergestellt werden, die entweder durch Drehbearbeitung
oder bereits bei der Fertigung mit der gewünschten Gestalt bereitgestellt
werden können.