DE202010017643U1

DE202010017643U1 - Thermostatventil

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Publication number: DE202010017643U1
Application number: DE202010017643U
Authority: DE
Original assignee: Gustav Wahler GmbH and Co KG
Current assignee: Arlington Germany GmbH
Priority date: 2010-08-17
Filing date: 2010-08-17
Publication date: 2012-04-18
Anticipated expiration: 2020-08-18

Abstract

Thermostatventil zur Regelung der Temperatur eines Kühlmittels einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugmotors, das den Kühlmittelfluss von der Brennkraftmaschine durch einen Bypass (70) und/oder durch einen Wärmeaustauscher, insbesondere Kühler, zurück zur Brennkraftmaschine regelt, mit einem Hauptventil (5), einem Kurzschlußventil (6) und einem thermostatischen Betätigungselement (20) für die Betätigung dieser, wobei das Hauptventil (5) ein Hauptventilglied (22) aufweist, das eine mit einer Ventilsitzfläche (24) einer Ventilöffnung (14) des Ventilgehäuses (12) zusammenwirkende Steuerfläche (23) aufweist und vom Betätigungselement (20) betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass dem Hauptventil (22) ein Drosselventil (30) derart benachbart ist, dass das Drosselventil (30) bei einer geringfügigen Öffnungsbewegung des Hauptventilgliedes (22), ausgehend von dessen Schließstellung und mit geringem Abheben von der Ventilsitzfläche (24), in seiner geschlossenen Drosselstellung verbleibt und einen reduzierten Durchfluss durch den geringfügig geöffneten Ventilspalt zwische23) und Durchlässen (39) des Drosselventils (3) freigibt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Thermostatventil zur Regelung der Temperatur eines Kühlmittels einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugmotors, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.
Bei Thermostatventilen mit Ventiltellern als Ventilglied tritt oberhalb bestimmter Druckverhältnisse aufgrund hydrodynamischer Effekte ein Schwingungsverhalten auf. Die Ursache liegt darin, dass aufgrund großer Strömungsgeschwindigkeiten im Spalt am Ventilteller Druckunterschiede wirken mit einem Unterdruck, der den Ventilteller an die Ventilsitzfläche anzudrücken versucht. Liegt der Ventilteller an der Ventilsitzfläche an, fehlt dieser Unterdruck, so dass der Teller von der Ventilsitzfläche wieder abhebt, woraufhin die Strömung wiederum den Unterdruck erzeugt. Dadurch werden Schwingungen des Ventiltellers hervorgerufen mit einhergehendem unangenehmen Brummgeräusch. Ferner ergeben sich im Kühlmittelkreislauf Druckpulsationen mit der Gefahr etwaiger dadurch bedingter Schäden, z. B. bei der Kühlmittelpumpe.
Es ist ein Thermostatventil der eingangs genannten Art bekannt ( DE 19 89 622 ), bei dem versucht worden ist, diese Nachteile dadurch zu beseitigen, dass dem Ventilteller eine schieberähnliche Ansatzhülse zugeordnet ist. Die Ansatzhülse ist mit einem umlaufenden Ringrand versehen, der in Umfangsabständen Einschnitte enthält, die gleichmäßig über den Umfang verteilt sind und z. B. sägezahnähnlich gestaltet sind. Durch diese Gestaltung sollen Schwingungen oder Flatterbewegungen beim Öffnen und Schließen des Thermostatventils ausgeschlossen werden. Beim Abheben des Ventiltellers von der Ventilsitzfläche werden die zunächst nur relativ kleinen Öffnungsquerschnitte selbsttätig zunehmend größer, je werter der Ventilteller öffnet. Durch die besondere nicht lineare Querschnittsveränderung der Ventilöffnung und die dadurch bedingte Verminderung der Druckunterschiede soll ein Flattern oder Schwingen des Ventiltellers unterbunden sein. Nachteilig ist hierbei, dass die schieberähnliche Ansatzhülse als Bestandteil des Ventiltellers bei großen Öffnungen des Ventilspaltes die Strömung nachteilig beeinflusst.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Thermostatventil der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Strömung im Ventilspalt beim Öffnen des Ventils reduziert wird, bei großen vom Ventilteller freigegebenen Ventilöffnungen jedoch möglichst nicht nachteilig beeinflusst wird.
Die Aufgabe ist bei einem Thermostatventil der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung durch die Merkmale im Anspruch 1 gelöst. Hierbei ist dem Hauptventil ein Drosselventil derart benachbart angeordnet, z. B. bei einer Auslassregelung dem Hauptventil vorgelagert, dass das Drosselventil bei einer geringfügigen Öffnungsbewegung des Hauptventilgliedes, ausgehend von dessen Schließstellung und mit geringem Abheben von der Ventilsitzfläche, in seiner geschlossenen Drosselstellung verbleibt und einen reduzierten Durchfluss durch den geringfügig geöffneten Ventilspalt zwischen der Ventilsitzfläche und der Steuerfläche und durch Durchlässe des Drosselventils freigibt. Dies bedeutet, dass das Drosselventil in seiner Ausgangsstellung, die hier als Drosselstellung bezeichnet ist, zunächst verbleibt, wenn das Hauptventilglied einen gewissen, relativ geringen Öffnungshub ausführt, so dass durch den geringfügig geöffneten Ventilspalt zwischen der Ventilsitzfläche und der Steuerfläche des Hauptventilgliedes ein Durchlass des Kühlmittels geschaffen ist. Diese hindurchgelassene Strömung wird durch die Wirkung des Drosselventils gedrosselt. Erst ab einem größeren Hub, der z. B. bei etwa 2 bis 3 mm liegen kann, wird beim weiteren Öffnen des Hauptventilgliedes von diesem das Drosselventil betätigt und aus der Drosselstellung heraus bewegt, wobei dieses bei weit geöffnetem Ventilspalt den Strömungspfad nicht nachteilig beeinflusst. Durch ein solches Drosselventil sind Schwingungen des Hauptventilgliedes verhindert. Unangenehme Brummgeräusche sind dadurch ausgeschaltet. Die Entstehung von Druckpulsationen mit der Gefahr etwaiger dadurch bedingter Schäden ist vermieden.
Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass das Drosselventil eine Drosselscheibe aufweist, die auf der dem Kolben des thermostatischen Betätigungselements abgewandten und dessen Gehäuse zugewandten Axialseite des Hauptventilgliedes angeordnet ist. Dies ist die Seite des Hauptventilgliedes, die bei einer Auslassregelung von der von der Brennkraftmaschine herkommenden Strömung angeströmt ist. Im alternativen Fall einer Einlassregelung kann sich die Drosselscheibe auf der Seite des Hauptventilgliedes befinden, die der Anströmseite abgewandt ist. Die Drosselscheibe kann auf ihrem Umfang Durchlässe bildende Öffnungen für den Kühlmitteldurchlass enthalten, die in der Drosselstellung einen Durchgang für das Kühlmittel freigeben, der in der Schließstellung des Hauptventils von letzterem verschlossen ist, ab einem gewissen relativ kleinen Hub des Hauptventilgliedes mit Öffnung des Ventilspaltes hingegen freigegeben ist und aufgrund der Drosselscheibe gedrosselt wird. Die Drosselscheibe sorgt mittels der Durchlässe während des Öffnens des Hauptventilgliedes für einen reduzierten Durchsatz im nur wenig geöffneten Ventilspalt, so dass sich in Folge der reduzierten Strömungsgeschwindigkeit im Ventilspalt nur ein geringer Unterdruck ausbilden kann und dadurch das Hauptventilglied nicht mehr zur Anlage an der Ventilsitzfläche gebracht wird. Ist das Hauptventilglied weiter geöffnet, so wird über dieses die Drosselscheibe mitgenommen, die sich mit dem Hauptventilglied gewissermaßen zu einem einzigen Element vereinigt, so dass dadurch keine negative Auswirkung auf die Strömung erfolgt.
Es versteht sich, dass diese Ausbildung mit Drosselventil auch für solche Thermostatventile zum Einsatz kommen kann, die so gestaltet sind, dass in dem kalten geschlossenen Ausgangszustand durch ein integriertes Warmlaufventil keine Zirkulation im Ventilgehäuse geschieht und der Warmlauf der Brennkraftmaschine dadurch beschleunigt wird.
In vorteilhafter Weise liegt die Drosselscheibe in Drosselstellung an einer vorzugsweise axialen Gehäusefläche, die der Ventilöffnung benachbart ist, an, wobei diese axiale Gehäusefläche vorzugsweise in geringem axialen Abstand von der Ventilsitzfläche angeordnet ist. Erst bei einer auf die geringfügige Öffnungsbewegung folgenden Öffnungsbewegung des Hauptventilgliedes kann die Drosselscheibe mittels des Hauptventilgliedes in Öffnungsrichtung bewegt und von der axialen Gehäusefläche wegbewegt werden.
In vorteilhafter Weise ist das Hauptventilglied relativ zur Drosselscheibe axial verschiebbar und schlägt an der Drosselscheibe nach geringfügiger Öffnungsbewegung axial an und nimmt diese bei der weiteren Öffnungsbewegung mit. Die Drosselscheibe kann mittels einer axialen Schließkraft axial gegen das Hauptventilglied und/oder die axiale Gehäusefläche beaufschlagt sein. Von Vorteil ist es, wenn hierzu eine axial auf die Drosselscheibe wirkende, die Schließkraft erzeugende Schließfeder vorgesehen ist, die mit einem Ende an der Drosselscheibe abgestützt und auf ihrer Außenseite oder Innenseite mittels zugewandten axialen Vorsprüngen, z. B. Stegen, radial geführt und mit dem anderen Ende am Ventilgehäuse abgestützt ist. Durch die axialen Vorsprünge ist die Schließfeder am zugeordneten Ende zentriert und am Ausbrechen in Richtung zum benachbarten Ventilgehäuse gehindert.
Die Drosselscheibe kann in vorteilhafter Weise als Ringteil mit etwa napfförmiger Vertiefung gestaltet sein. Hierbei kann der Ringteil vorzugsweise einen etwa U-förmigen Querschnitt aufweisen. Die Drosselscheibe, die in der vollen Öffnungsstellung des Hauptventilgliedes unwirksam ist, kann innerhalb der etwa napfförmigen Vertiefung einen axial zugewandten Ringrandteil des Hauptventilgliedes etwa formschlüssig aufnehmen. Mit einer sich an die etwa napfförmige Vertiefung radial nach innen anschließenden inneren Ringwand kann die Drosselscheibe in Bezug auf das Hauptventilglied radial zentriert werden dadurch, dass diese innere Ringwandung in der Öffnungsstellung des Hauptventilgliedes von einem entsprechenden Wandteil dieses etwa formschlüssig umfasst ist. Das Hauptventilglied kann im Querschnitt etwa hutförmig gestaltet sein, wobei der die Steuerfläche aufweisende Außenrand die Hutkrempe darstellt und der radial innere Wandteil ausgehend davon z. B. etwa zylindrisch oder schwach konisch verläuft bis zu einer zentralen Öffnung, die einen Schiebesitz für das Hauptventilglied zur schiebbaren Anordnung auf dem Gehäuse des thermostatischen Arbeitselements ermöglicht. Das Hauptventilglied ist zwischen zwei axialen Anschlägen auf dem Gehäuse des Betätigungselements gehalten und von einer in Schließrichtung wirkenden Feder beaufschlagt.
Der Ringteil mit etwa napfförmiger Vertiefung der Drosselscheibe enthält in der äußeren Ringwandung am Rand die die Durchlässe bildenden Öffnungen. Diese Öffnungen können als Aussparungen, z. B. fensterartige Wanddurchlässe, ausgebildet sein, die Umfangsrichtung in Abständen aufeinanderfolgen.
Bei Thermostatventilen der eingangs genannten Art weist das Kurzschlussventil einen Ventilteller zur Steuerung einer Bypassbohrung auf. Die Bypassbohrung wird üblicherweise im Bereich einer angrenzenden axialen Randfläche durch Aufsitzen des Ventiltellers abgeschlossen, wenn sich das Hauptventil in einem zum Wärmeaustauscher völlig geöffneten Zustand befindet. Es hat sich gezeigt, dass kurz vor Aufsitzen des Bypasstellers auf dieser axialen Randfläche sich oberhalb bestimmter Druckdifferenzen eine sehr hohe Strömungsgeschwindigkeit im entstehenden Spalt ausbildet, so dass der daraus entstehende Unterdruck den Ventilteller zur Anlage an der axialen Randfläche bringt. Infolge dieser Anlage des Ventiltellers fehlt dieser Unterdruck, so dass der Ventilteller wiederum abhebt, woraufhin die Strömung wiederum den Unterdruck erzeugt. Dies führt zu Schwingungen des Ventiltellers mit einhergehendem unerwünschten Brummgeräusch.
Aufgabe der Erfindung ist es, im Spalt zwischen dem Ventilteller und der Bypassbohrung keine hohen Strömungsgeschwindigkeiten entstehen zu lassen und dadurch einem Schwingen entgegenzuwirken.
Diese Aufgabe ist bei einem Thermostatventil mit den Merkmalen im Anspruch 16 gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass auf der Axialseite des Ventiltellers, die der Bypassbohrung zugewandt ist, eine Drosselscheibe angeordnet ist, die einen Ringrand zur Anlage an eine Randfläche der Bypassbohrung aufweist und/oder die einen etwa zylindrischen Wandungsteil zum Eintauchen in die Bypassbohrung aufweist. Beim Eintauchen in die Bypassbohrung wird dadurch eine Drosselung der Strömung bewirkt, so dass im Ringspalt zwischen dem Ventilteller und der Bypassbohrung keine hohen Strömungsgeschwindkeiten entstehen. Dadurch ist einem Schwingen wirksam begegnet. Unangenehme Brummgeräusche im Bereich des Kurzschlussventiles sind dadurch ausgeschaltet ebenso Druckpulsationen und die Gefahr etwaiger Schäden durch diese.
Von Vorteil kann es sein, wenn die Drosselscheibe auf dem Gehäuse des thermostatischen Betätigungselements verschiebbar angeordnet ist. Ferner ist mit Vorteil auch der Ventilteller mit Schiebesitz verschieblich auf dem Gehäuse des thermostatischen Betätigungselements angeordnet und mittels einer an diesem Gehäuse abgestützten Feder axial gegen die Drosselscheibe angedrückt.
Die auf dem Gehäuse des Betätigungselement verschiebbare Drosselscheibe ist durch einen endseitigen Anschlag, z. B. eine Scheibe, am Gehäuse des Betätigungselements gesichert. Die Drosselscheibe liegt in entgegengesetzter Axialrichtung am Ventilteller an, der dagegen angepresst ist. In dieser Konstellation bilden der Ventilteller und die Drosselscheibe eine zusammen bewegte Einheit. Die Drosselscheibe kann daher auch fest mit dem Ventilteller verbunden sein, z. B. mit diesem eine Baueinheit bilden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Durchmesser des etwa zylindrischen Wandungsteils der Drosselscheibe geringfügig kleiner als derjenige der Bypassbohrung. Von Vorteil kann es sein, wenn die axiale Erstreckung dieses Wandungsteiles etwa derjenigen der Bypassbohrung entspricht, unter Berücksichtigung einer für einen Überhub erforderlichen Zugabe. Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass die Drosselscheibe einen sich axial an den etwa zylindrischen Wandungsteil anschließenden Zylinderabschnitt geringeren Durchmessers erstreckt. Dieser kann die Strömungsverhältnisse vorteilhaft beeinflussen.
Für das Thermostatventil gibt es entsprechend den Temperaturverhältnissen des Kühlmittels drei grundsätzliche Stellungen: Geschlossene Ausgangsstellung des Hauptventils und offene Stellung des Kurzschlussventils bei kalter Brennkraftmaschine, gegebenenfalls mit geschlossenem Warmlaufventil ohne innere Zirkulierung im Ventilgehäuse – Mischbetrieb, bei dem das Thermostatventil in Richtung zum Wärmeaustauscher leicht geöffnet ist, wobei eine Drosselung der Strömung im Ventilspalt erfolgt und das Kurzschlussventil weiterhin voll geöffnet ist – Kühlerbetrieb, bei dem das Hauptventil zum Wärmeaustauscher weit geöffnet, keine Drosselung im Ventilspalt erfolgt und das Kurzschlussventil stark gedrosselt bis geschlossen ist.
Das Thermostatventil mit dem dem Hauptventil benachbarten Drosselventil ist einfach im Aufbau, bedingt nur einen geringen Mehraufwand für das Drosselventil und beseitigt Schwingungen und unangenehme Brummgeräusche. Im Bereich des Kurzschlussventils ist ebenfalls mit geringem Aufwand durch die dortige Drosselscheibe ein Schwingen verhindert und ein unangenehmes Brummgeräusch beseitigt. Auch hierfür ist der Aufwand gering.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1 einen schematischen senkrechten Schnitt eines Thermostatventils bei geschlossenem Hauptventil und geöffnetem Kurzschlussventil,
2 eine schematische perspektivische Ansicht eines Hauptventilgliedes des Hauptventils mit einer zugeordneten Drosselscheibe,
3 eine schematischen, teilweise geschnittene Seitenansicht eines Teils des Thermostatventils in 1 bei geringfügig geöffnetem Hauptventil,
4 einen schematischen Schnitt des Thermostatventils in 1 bei geöffnetem Hauptventil und nahezu völlig geschlossenem Kurzschlussventil.
Das in den Zeichnungen gezeigte Thermostatventil 10 ist zur Regelung der Temperatur eines Kühlmittels, insbesondere einer Kühlflüssigkeit, einer nicht weiter gezeigten Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugmotors, ausgebildet. Es regelt den Kühlmittelfluss von der Brennkraftmaschine durch einen Bypass und/oder durch einen Wärmeaustauscher, insbesondere Kühler, zurück zur Brennkraftmaschine.
Das Thermostatventil 10 ist sowohl zur Auslassregelung, wie gezeigt, als auch zur nicht gezeigten Einlassregelung geeignet. In der gezeigten Form zur Auslassregelung wird das Kühlmittel z. B. gemäß Pfeil 19 über einen dortigen Kanal von der Brennkraftmaschine zugeführt und je nach Stellung des Hauptventils 5 entweder gemäß Pfeil 17 zu einem nicht gezeigten Wärmeaustauscher, insbesondere Kühler, und/oder gemäß Pfeil 18 über einen Bypass zurück zur Kühlmittelpumpe und Brennkraftmaschine geführt. Der Bypass weist beim gezeigten Ausführungsbeispiel innerhalb des Ventilgehäuses 12 am unteren Ende eine Bypassbohrung 70 und eine axiale Randfläche 71 auf. Bei einer Einlassregelung hingegen wird je nach Stellung des Thermostatventils 10 die Kühlflüssigkeit von der Brennkraftmaschine kommend zum Wärmeaustauscher und von diesem und/oder über einen Bypass zurück zur Brennkraftmaschine geleitet.
Das Thermostatventil 10 weist ein thermostatisches Betätigungselement 20 auf, dessen Gehäuse 21 im inneren 13 des Ventilgehäuses 12 enthaften ist und darin vom Kühlmittel beaufschlagt wird. Das Gehäuse 21 enthält einen sich bei Erwärmung ausdehnenden Dehnstoff, z. B. Wachs. In den Dehnstoff im Gehäuse 21 taucht ein dazu koaxialer Kolben 25 ein, der oben aus dem Gehäuse 21 herausgeführt und mittels eines Widerlagers 27 axial abgestützt ist. Der Kolben 25 kann im Inneren mit einer z. B. elektrischen Heizeinrichtung versehen sein, die nicht weiter gezeigt ist. Von der Heizeinrichtung ist lediglich deren Zuführung mit 11 angedeutet.
Das Thermostatventil 10 enthält ein Hauptventil 5 und ein Kurzschlussventil 6, von denen das Hauptventil 5 den Durchgang, gemäß Pfeil 19, durch das Innere 13, durch eine Ventilöffnung 14 im Ventilgehäuse 12 und gemäß Pfeil 17 steuert.
Das Kurzschlussventil 6 steuert den Bypassdurchgang gemäß Pfeil 19, durch das Innere 13 und durch die Bypassbohrung 70 gemäß Pfeil 18.
Nachstehend sind zunächst die üblichen Grundelemente des Hauptventils 5 erläutert. Es weist ein z. B. tellerförmiges Hauptventilglied 22 auf, das die Ventilöffnung 14 mit ringförmiger, z. B. kegelstumpfförmiger, Ventilsitzfläche 24 verschließt, wie 1 zeigt, oder je nach Stellung mehr oder weniger freigibt. Eine derartige Freigabe ist in 4 gezeigt, bei der das Thermostatventil 10 für den Durchgang durch die Ventilöffnung 14 und gemäß Pfeil 17 weit geöffnet ist. Das Hauptventilglied 22 hat am Außenrand eine Steuerfläche 23, die mit der Ventilsitzfläche 24 zusammenwirkt. Das Hauptventilglied 22 ist in Schließrichtung mittels einer Feder 9 belastet, die einerseits am Hauptventilglied 22 und andererseits an einem nur symbolisch angedeuteten Widerlager 8 axial abgestützt ist. Das Widerlager 8 ist z. B. mittels nicht weiter gezeigten Bügeln, die Bestandteil des Ventilgehäuses 12 sind, in Position gehalten. Das Widerlager 8 umgibt das Gehäuse 21 mit ausreichendem radialen Spiel, so dass eine Relativbewegung des Gehäuses 21 relativ zum Widerlager 8 ungestört möglich ist. Mittels der Feder 9 ist das Hauptventilglied 22 mit seiner Steuerfläche 23 an die Ventilsitzfläche 24 angepresst und dadurch in Schließstellung gehalten.
Das Hauptventil 5, das ein Kühlerventil bildet, wird somit bei Erwärmung des Dehnstoffes innerhalb des Gehäuses 21 dadurch geöffnet, dass sich der Dehnstoff ausdehnt und aufgrund des unverschiebbar abgestützten Kolbens 25 sich das Gehäuse 21 relativ zum Kolben 25 in 1 nach unten gegen die Wirkung einer Feder 26 verschieben kann. Das Hauptventilglied 22 enthält im Zentrum eine Öffnung 42 und ist dadurch mit Schiebesitz verschiebbar auf dem Gehäuse 21 zwischen zwei beabstandeten axialen Anschlägen gehalten. Der eine Anschlag besteht z. B. aus einem Teller 43, der fest mit dem Gehäuse 21 verbunden ist. Der andere Anschlag wird durch eine Ringfläche 44 des Gehäuses 21 gebildet. Aufgrund dieser Gestaltung wird beim Ansprechen des Betätigungselements 20 mit Verschiebung des Gehäuses 21 in 1 nach unten zunächst ein Leerweg durchfahren, bis der Anschlag 43 in 1 von oben am Hauptventilglied 22 anschlägt, so dass bei einer weiteren Bewegung des Gehäuses 21 in 1 nach unten dann über den Anschlag 43 das Hauptventilglied 22 mitgenommen wird gegen die Wirkung der Feder 9. Das Hauptventilglied 22 entfernt sich mit seiner randseitigen Steuerfläche 23 von der Ventilsitzfläche 24 und gibt die Ventilöffnung 14 mehr oder weniger frei.
Bei abnehmender Temperatur des durch das Innere 13 geführten Kühlmittels reduziert der Dehnstoff im Gehäuse 21 sein Volumen. Aufgrund dessen wird das Gehäuse 21 mittels der Feder 26 in 1 nach oben verschoben, wobei das Hauptventilglied 22 durch die Anlage an der als Anschlag 44 dienenden gehäuseseitigen Ringfläche vom Gehäuse 21 mitgenommen wird, wobei auch die auf das Hauptventil 22 wirkende Feder 9 diese Rückstellung mit bewirkt. Die Feder 26 ist einerseits am Widerlager 8 und andererseits an einer ringförmigen Gehäusefläche, die einen Anschlag 28 bildet, abgestützt. Im erkalteten Zustand ergibt sich die in 1 gezeigte Schließstellung des Hauptventils 5.
Bei Thermostatventilen 10 beschriebener Art mit tellerförmigem Hauptventilglied 22 können oberhalb bestimmter Druckverhältnisse in Folge hydrodynamischer Effekte Schwingungen auftreten. Dem wird beim Thermostatventil 10 dadurch entgegengewirkt, dass dem Hauptventil 5 ein Drosselventil 30 benachbart angeordnet ist. Durch das Drosselventil 30 wird die Strömung des Kühlmittels beim Öffnen des Hauptventils 5 gedrosselt, wobei jedoch bei großer Öffnung des Hauptventils 5 die Strömung im Ventilspalt zwischen der Ventilsitzfläche 24 und der Steuerfläche 23 gar nicht oder so gering wie möglich beeinflusst wird. Das Drosselventil 30 ist dem Hauptventil 5 derart benachbart, beim gezeigten Ausführungsbeispiel mit Auslassregelung vorgelagert, dass das Drosselventil 30 bei einer geringfügigen Öffnungsbewegung des Hauptventilgliedes 22, ausgehend von der Schließstellung gemäß 1 und mit geringem Abheben von der Ventilsitzfläche 24, in seiner geschlossenen Drosselstellung verbleibt und einen reduzierten, gedrosselten Durchfluss durch den geringfügig geöffneten Ventilspalt zwischen der Ventilsitzfläche 24 und der Steuerfläche 23 sowie die Durchlässe 39 des Drosselventils 30 freigibt. Diese Position des Hauptventilgliedes 22 ist in 3 gezeigt. Man erkennt, dass das Hauptventilglied 22 nur geringfügig in Öffnungsrichtung verstellt worden ist, derart, dass ein kleiner Ventilspalt zwischen der Steuerfläche 23 und der Ventilsitzfläche 24 freigegeben ist. Durch diesen Ventilspalt kann das Kühlmittel gedrosselt hindurch strömen, weil das Drosselventil 30, das sich in der Drosselstellung befindet, einen Strömungsdurchlass durch deren Durchlässe in Form von Öffnungen 39 freigibt. Das Drosselventil 30 weist eine Drosselscheibe 31 für diese Steuerung auf. Diese ist auf der dem Kolben 25 des thermostatischen Betätigungselementes 20 abgewandten und dessen Gehäuse 21 zugewandten Axialseite des Hauptventilgliedes 22 angeordnet. Die Drosselscheibe 31 ist mittels einer axialen Schließkraft, aufgebracht von einer Schließfeder 32, axial gegen das Hauptventilglied 22 und/oder eine axiale Gehäusefläche 15 beaufschlagt. Die Schließfeder 32 ist mit einem Ende an der Drosselscheibe 31 von unten her abgestützt und dabei auf ihrer Außenseite mittels zugewandten axialen Vorsprüngen 33, z. B. Stegen, radial geführt und mit dem anderen Ende in nicht weiter gezeigter Weise am Ventilgehäuse 12 abgestützt. Die Vorsprünge 33 sind solang bemessen, dass die ersten Federwindungen dadurch radial zentriert werden. Dadurch ist sichergestellt, dass die Schließfeder 32 in Bezug auf die Drosselscheibe 31 radial zentriert bleibt und sich nicht in Richtung des Ventilgehäuses 12 verbiegt. Durch die auf der dem Betätigungselement 20 zugewandten Seite des Hauptventilgliedes 22 angeordnete federbelastete Drosselscheibe 31 mit randseitigen Durchlässen 39 wird erreicht, dass während des Öffnens des Hauptventilgliedes 22 bei geringem Abheben von der Ventilsitzfläche 24, bei dem ein reduzierter Durchsatz durch den Ventilspalt erfolgt, die Strömungsgeschwindigkeit im Ventilspalt durch die Drosselscheibe 31 reduziert ist und sich dadurch nur ein geringer Unterdruck ausbilden kann, der nicht ausreicht, das Hauptventilglied 22 zur Anlage an der Ventilsitzfläche 24 zu beaufschlagen. Ein etwaiges Schwingen des Hauptventilgliedes 22 ist dadurch vermieden sowie die Gefahr von Druckpulsationen im Kühlmittelkreislauf mit der Gefahr etwaiger daraus resultierender Schäden. Auch ergibt sich der Vorteil, dass ein sonst merkliches Brummgeräusch verhindert ist, und zwar mit einfachen Mitteln allein durch die federbelastete Drosselscheibe 31 mit Durchbrüchen in Form von Öffnungen 39 in dem Hauptventilglied 22 benachbarter, z. B. vorgelagerter, Position.
In 1 und 2 ist die Drosselscheibe 31 in der Drosselstellung gezeigt, in der sich diese in zum Drosseln bereiter Stellung gemäß 1 und gemäß 3 befindet. Die Drosselscheibe 31 liegt an einer vorzugsweise axialen Gehäusefläche 15, die der Ventilöffnung 14 benachbart ist, an. Diese Gehäusefläche 15 ist vorzugsweise in axialen Abstand von der Ventilsitzfläche 24 angeordnet, wobei dieser Abstand relativ klein bemessen ist. Das Hauptventilglied 22 ist relativ zur Drosselscheibe 31 axial verschiebbar und schlägt an der Drosselscheibe 31 nach der geringfügigen Öffnungsbewegung axial an und nimmt die Drosselscheibe 31 bei der weiteren Öffnungsbewegung mit. Erst bei einer auf die geringfügige Öffnungsbewegung folgenden Öffnungsbewegung des Hauptventilgliedes 22 wird die Drosselscheibe 31 vom Hauptventilglied 22 in Öffnungsrichtung mitbewegt und aus der Drosselstellung heraus von der axialen Gehäusefläche 15 weg bewegt, wie dies in 4 gezeigt ist. In 4 ist eine Ventilstellung gezeigt, bei der das Hauptventil 5 voll zum Wärmeaustauscher hin geöffnet ist und im Ventilspalt keine Drosselwirkung herrscht.
Die Drosselscheibe 31 ist als Ringteil 34 mit etwa napfförmiger Vertiefung 35 gestaltet. Der Ringteil 34 kann einen etwa U-förmigen Querschnitt aufweisen. Aufgrund der napfförmigen Vertiefung 35 kann die Drosselscheibe 31 das Hauptventilglied 22 in der Öffnungsstellung gemäß 4 mit einem axial zugewandten Ringrandteil 36 des Hauptventilgliedes 22 etwa formschlüssig aufnehmen. Die volle Öffnungsstellung des Hauptventilgliedes 22 wird beim Ansprechen des Betätigungselements 20 dann erreicht, wenn bei der Verschiebebewegung des Gehäuses 21 in 4 nach unten nach Anschlagen des Anschlages 43 am Hauptventilglied 42 dieses gegen die Wirkung der Feder 9 von der Ventilsitzfläche 24 abgehoben wird und die Steuerfläche 23 den Ventilspalt freigibt. Dabei gelangt das Hauptventilglied 22 mit seinem Ringrandteil 36 in die napfförmige Vertiefung 35. Die Drosselscheibe 31 wird bei der Bewegung des Hauptventilgliedes 22 in Axialrichtung mitgenommen gegen die Wirkung der Schließfeder 32. In dieser Öffnungsstellung des Hauptventils 5 ist die Drosselscheibe 31 ohne nachteilige Funktion. Das Hauptventilglied 22 und die Drosselscheibe 31 bilden dabei gewissermaßen eine Einheit. Die Strömungsverhältnisse sind bei weit geöffnetem Hauptventil 5 durch die Drosselscheibe 31 nicht beeinträchtigt.
In der Schließstellung des Hauptventils 5 gemäß 1 liegt dessen Hauptventilglied 22 mit dem die Steuerfläche 23 bildenden Außenrand des Ringrandteiles 36 an der zugeordneten Ventilsitzfläche 24 an. Die Ventilöffnung 14 ist verschlossen. Die Drosselscheibe 31 liegt mit einer radial äußeren Ringwandung 38, insbesondere einer axialen Stirnfläche dieser Ringwandung 38, an der zugeordneten axialen Gehäusefläche 15 an und ist mittels der Schließfeder 32 dagegen angedrückt. In der in 3 gezeigten Drosselstellung befindet sich die Drosselscheibe 31 weiterhin in der Position gemäß 1. Die Drosselscheibe 31 weist auf ihrem Umfang Durchlässe bildende Öffnungen 39 für den Kühlmitteldurchlass auf. Diese Öffnungen 39 sind in der Schließstellung gemäß 1 wirkungslos. Der Durchgang des Kühlmittels durch die Öffnungen 39 ist deswegen blockiert, weil das Hauptventilglied 22 sich in Schließstellung befindet. In der in 3 gezeigten, geringfügig geöffneten Stellung des Hauptventilgliedes 22 dagegen ist dadurch, dass ein geringfügig geöffneter Ventilspalt zwischen der Ventilsitzfläche 24 und der Steuerfläche 23 geschaffen ist, ein Kühlmitteldurchgang durch die Öffnungen 39 der Drosselscheibe 31 freigegeben. Aus 2 und 3 ist ersichtlich, dass die Öffnungen 39 am Rand, z. B. in der äußeren Ringwandung 38, der Drosselscheibe 31 enthalten sind. Vorzugsweise sind die Öffnungen 39 als Aussparungen, z. B. als etwa fensterartige Wanddurchbrüche, ausgebildet, die in Umfangsrichtung in Abständen aufeinanderfolgen. Man erkennt, dass die Drosselscheibe 31 in Bezug auf das Hauptventilglied 22 mit einer radial inneren, leicht kegelstumpfförmig verlaufenden Ringwandung 40 radial zentriert ist. Diese innere Ringwandung 40 ist in der in 4 gezeigten Öffnungsstellung des Hauptventilgliedes 22 von einem etwa ebenfalls kegelstumpfförmigen Wandteil 41 des Hauptventilgliedes 22 umfasst. Dadurch wird die Drosselscheibe 31 koaxial zum Hauptventilglied 22 gehalten und radial zentriert. Man erkennt, dass das Hauptventilglied 22 im Querschnitt etwa hutförmig gestaltet ist. Diese Form macht es möglich, dass in der gänzlich geöffneten Stellung des Hauptventils 5 das Hauptventilglied 22 und die Drosselscheibe 31 formschlüssig ineinander platziert sind, so dass die in dieser Stellung wirkungslose Drosselscheibe 31 praktisch keinen zusätzlichen Platzbedarf hat und die Strömung nicht beeinträchtigt.
Das Gehäuse 21 des Betätigungselements 20 ist in der Zeichnung nach unten hin durch einen zylindrischen Gehäuseteil 29 verlängert, der über das Widerlager 8 hinausragt und nach unten vorsteht. Auf diesem Gehäuseteil 29 ist ein Ventilteller 68 des Kurzschlussventils 6 gegen eine Feder 69 verschiebblich gehalten, der zur Steuerung der Bypassbohrung 70, 71 dient. Der Ventilteller 68 weist eine zentrale Öffnung 76 auf, die vom Gehäuseteil 29 durchsetzt ist. Bei herkömmlichen Thermostatventilen ist der Ventilteller 68 mittels der Feder 69 gegen eine Scheibe 77 axial angedrückt, die am Gehäuseteil 29 endseitig angebracht ist. Der Ventilteller 68 ist mittels der Feder 69 in 1 nach unten beaufschlagt. Die Feder 69 ist an einer Ringfläche des Gehäuses 21 und am Ventilteller 68 axial abgestützt. Bei geschlossenem Hauptventil 5 ist das Kurzschlussventil 6 geöffnet, wie 1 zeigt. Der Ventilteller 68 ist dabei gegen einen im Inneren 13 des Ventilgehäuses 12 befindlichen Ring 16 angepresst, wodurch das Innere 13 geschlossen ist. Es findet somit kein Kühlmitteldurchfluss durch das Ventilgehäuse 12 statt. Aufgrund dessen wird ein möglichst schneller Warmlauf der Brennkraftmaschine erreicht, woraufhin das Hauptventil 5 sich in Öffnungsrichtung zu bewegen beginnt und dabei das Kurschlussventil 6 derart mitbewegt wird, dass dessen Ventilteller 68 vom Ring 16 nach unten abhebt und dadurch den Durchlass des Kühlmittels zum Bypass 18 hin freimacht. Üblicherweise ist bei völlig geöffnetem Hauptventil 5 das Kurzschlussventil 6 vollständig geschlossen, und zwar dadurch, dass ein äußerer Ringrand 72 des Ventiltellers 68 auf der axialen Randfläche 71 der Bypassbohrung 70 axial aufsitzt.
Es hat sich bei derartigen herkömmlichen Thermostatventilen gezeigt, dass beim Kurzschlussventil 6 sich wenige Millimeter vor der Auflage des Ringrandes 72 auf der Randfläche 71 sich oberhalb bestimmter Druckdifferenzen sehr hohe Strömungsgeschwindigkeiten im entstehenden Spalt ausbilden, so dass der daraus entstehende Unterdruck den Ventilteller 68 zur Anlage an der Randfläche 71 bringt. Ist diese Anlage erreicht, so entfällt dieser Unterdruck, mit der Folge, dass der Ventilteller 68 wieder von der Randfläche 71 abhebt, woraufhin die Strömung wiederum den Unterdruck erzeugt. Dies führt zu Schwingungen des Ventiltellers 68 mit störenden Brummgeräuschen.
Derartige Schwingungen des Ventiltellers 68 und Brummgeräusche sind dadurch vermieden, dass auf derjenigen Axialseite des Ventiltellers 68, die der Bypassbohrung 70 zugewandt ist, eine Drosselscheibe 80 angeordnet ist, die einen etwa zylindrischen Wandungsteil 82 zum Eintauchen in die Bypassbohrung 70 aufweist. Die Drosselscheibe 80 kann zusätzlich zum zylindrischen Wandungsteil 82 einen daran anschließenden, radial auskragenden Ringrand 81 aufweisen. Zwingend ist dies nicht. Die Drosselscheibe 80 ist auf dem Gehäuse 21, 29 des Betätigungselements 20 verschiebbar gehalten. Sie ist von der Feder 69 beaufschlagt und gegen die endseitige Scheibe 77 des Gehäuseteils 29 angepresst, wobei erforderlichenfalls noch eine größere Scheibe fest angebracht ist.
Der Ventilteller 68 ist ebenfalls mit Schiebesitz 76 verschiebblich auf dem Gehäuse 21, 29 des Betätigungselements 20 angeordnet und mittels der am Gehäuse 21 abgestützten Feder 69 axial gegen die Drosselscheibe 80 angedrückt. Der Durchmesser des etwa zylindrischen Wandungsteils 82 der Drosselscheibe 80 ist geringfügig kleiner als derjenige der Bypassbohrung 70. Dabei kann die axiale Erstreckung dieses Wandungsteiles 82 etwa derjenigen der Bypassbohrung 70 entsprechen. Die Drosselscheibe 80 weist ferner einen Zylinderabschnitt 83 geringeren Durchmessers auf, der sich axial an den zylindrischen Wandungsabschnitt 82 anschließt.
Beim Öffnen des Hauptventils 5 und einhergehenden Schließen des Kurzschlussventils 6 gelangt der zylindrische Wandungsteil 82 der Drosselscheibe 80 in die Bypassbohrung 70. Bei diesem Eintauchen in die Bypassbohrung 70 wird eine Drosselung der Strömung bewirkt, so dass im Spalt zwischen der Bypassbohrung 70 und dem Ventilteller 68 keine hohen Strömungsgeschwindigkeiten entstehen können. Auf diese Weise ist einem Schwingen des Ventiltellers 68 und dadurch angeregten unangenehmen Brummgeräusch wirksam und mit einfachen Mitteln begegnet. Die Gefahr entstehender Druckpulsationen mit daraus resultierenden Schäden ist beseitigt.
Beim Thermostatventil 10 ist somit sowohl beim Hauptventil 5 als auch beim Kurzschlussventil 6 mit einfachen Mitteln durch Drosselscheiben 31 bzw. 80 ein störendes Brummgeräusch, hervorgerufen durch bei sonstigen Ventilen erfolgende Schwingungen der Ventilteller, beseitigt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 1989622 [0003]

Claims

Thermostatventil zur Regelung der Temperatur eines Kühlmittels einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugmotors, das den Kühlmittelfluss von der Brennkraftmaschine durch einen Bypass (70) und/oder durch einen Wärmeaustauscher, insbesondere Kühler, zurück zur Brennkraftmaschine regelt, mit einem Hauptventil (5), einem Kurzschlußventil (6) und einem thermostatischen Betätigungselement (20) für die Betätigung dieser, wobei das Hauptventil (5) ein Hauptventilglied (22) aufweist, das eine mit einer Ventilsitzfläche (24) einer Ventilöffnung (14) des Ventilgehäuses (12) zusammenwirkende Steuerfläche (23) aufweist und vom Betätigungselement (20) betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass dem Hauptventil (22) ein Drosselventil (30) derart benachbart ist, dass das Drosselventil (30) bei einer geringfügigen Öffnungsbewegung des Hauptventilgliedes (22), ausgehend von dessen Schließstellung und mit geringem Abheben von der Ventilsitzfläche (24), in seiner geschlossenen Drosselstellung verbleibt und einen reduzierten Durchfluss durch den geringfügig geöffneten Ventilspalt zwischen der Ventilsitzfläche (24) und der Steuerfläche (23) und Durchlässen (39) des Drosselventils (3) freigibt.
Thermostatventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselventil (30) eine Drosselscheibe (31) aufweist, die auf der dem Kolben (25) des thermostatischen Betätigungselements (20) abgewandten und dessen Gehäuse (21) zugewandten Axialseite des Hauptventilgliedes (22) angeordnet ist.
Thermostatventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselscheibe (31) in Drosselstellung an einer vorzugsweise axialen Gehäusefläche (15), die der Ventilöffnung (14) benachbart ist, anliegt.
Thermostatventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselscheibe (31) erst bei einer auf die geringfügige Öffnungsbewegung folgenden Öffnungsbewegung des Hauptventilgliedes (22) mittels dieses in Öffnungsrichtung mitbewegt und von der axialen Gehäusefläche (15) wegbewegt wird.
Thermostatventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Hauptventilglied (22) relativ zur Drosselscheibe (31) axial verschiebbar ist und an der Drosselscheibe (31) nach der geringfügigen Öffnungsbewegung axial anschlägt und diese bei der weiteren Öffnungsbewegung mitnimmt, und vorzugsweise, dass das Hauptventilglied (22) im Querschnitt etwa hutförmig gestaltet ist und mit Schiebesitz (42) verschiebbar auf dem Gehäuse (21) des thermostatischen Betätigungselements (20) zwischen zwei axialen Anschlägen (43, 44) gehalten ist und von einer in Schließrichtung wirkenden Feder (9) beaufschlagt ist.
Thermostatventil nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselscheibe (31) mittels einer axialen Schließkraft axial gegen das Hauptventilglied (22) und/oder die axiale Gehäusefläche (15) beaufschlagt ist.
Thermostatventil nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine axial auf die Drosselscheibe (31) wirkende, die Schließkraft erzeugende Schließfeder (32), die mit einem Ende an der Drosselscheibe (31) abgestützt und auf ihrer Außen- oder Innenseite mittels zugewandten axialen Vorsprüngn (33), z. B. Stegen, radial geführt und mit dem anderen Ende am Ventilgehäuse (12) abgestützt ist.
Thermostatventil nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselscheibe (31) in der Öffnungsstellung des Hauptventilgliedes (22) unwirksam ist und einen axial zugewandten Ringrandteil (36) des Hauptventilgliedes (22) etwa formschlüssig innerhalb einer etwa napfförmigen Vertiefung (35) aufnimmt.
Thermostatventil nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselscheibe (31) in Bezug auf das Hauptventilglied (22) mit einer radial inneren Ringwandung (40) radial zentriert ist, und vorzugsweise, dass die innere Ringwandung (40) in der Öffnungsstellung des Hauptventilgliedes (22) von einem Wandteil (41) des Hauptventilgliedes (22) umfasst ist.
Thermostatventil zur Regelung der Temperatur eines Kühlmittels einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugmotors, das den Kühlmittelfluss von der Brennkraftmaschine durch einen Bypass (70) und/oder durch einen Wärmeaustauscher, insbesondere Kühler, zurück zur Brennkraftmaschine regelt, mit einem Hauptventil (5), einem Kurzschlußventil (6) und einem thermostatischen Betätigungselement (20) für die Betätigung dieser, wobei das Hauptventil (5) ein Hauptventilglied (22) aufweist, das eine mit einer Ventilsitzfläche (24) einer Ventilöffnung (14) des Ventilgehäuses (12) zusammenwirkende Steuerfläche (23) aufweist und vom Betätigungselement (20) betätigbar ist, wobei das Kurzschlußventil (6) einen Ventilteller (68) zur Steuerung einer Bypassbohrung (70, 71) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Axialseite des Ventiltellers (68), die der Bypassbohrung (70) zugewandt ist, eine Drosselscheibe (80) angeordnet ist, die einen Ringrand (81) zur Anlage an einer Randfläche (71) der Bypassbohrung (70) und/oder einen etwa zylindrischen Wandungsteil (82) zum Eintauchen in die Bypassbohrung (70) aufweist, und vorzugsweise, dass der Durchmesser des etwa zylindrischen Wandungsteils (82) der Drosselscheibe (80) geringfügig kleiner ist als derjenige der Bypassbohrung (70), und vorzugsweise, dass die axiale Erstreckung dieses Wandungsteiles (82) etwa derjenigen der Bypassbohrung (70) entspricht.
Thermostatventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilteller (68) mit Schiebesitz (76) verschieblich auf dem Gehäuse (21, 29) des thermostatischen Betätigungselements (20) angeordnet ist und mittels einer an diesem Gehäuse (21, 29) abgestützten Feder (69) axial gegen die Drosselscheibe (80) angedrückt ist.