DE29622827U1

DE29622827U1 - Thermostatventil

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Publication number: DE29622827U1
Application number: DE29622827U
Authority: DE
Original assignee: HENSCHEL KUNSTSTOFFTECHN GmbH
Current assignee: ITW Henschel GmbH
Priority date: 1996-02-10
Filing date: 1996-02-10
Publication date: 1997-07-17
Anticipated expiration: 2006-02-11

Description

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Anmelder:

DIPL.-ING. DIETER BRAUN HANNOVER

Fa. Henschel Kunststofftechnik GmbH

Lünzheide 1-3 dr. heinrich hagemann

29693 Hodenhagen ^Stephan held

Hannover,
u. Z.: Hen-35-G 21. April 1997

Thermostatventil

Die Erfindung bezieht sich auf ein Thermostatventil für das Kühlmittel des Kühlsystems von Verbrennungskraftmaschinen, mit einem in einem Durchlaß eines Ventilgehäuses angeordneten, gegen eine Dichtfläche bewegbaren Ventilkörper.

Bei Thermostatventilen erfolgt die Betätigung des Ventilkörpers bisher über die Temperatur des in den Ventiikörper einströmenden Kühlmittels. Es hat sich jedoch gezeigt, daß im Zuge der Optimierung der Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere auch hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs, eine im Bereich des Thermostatventils, d. h. in einigem Abstand vom Austritt des Kühlmittels aus der Verbrennungskraftmaschine erfolgende Abtastung der Kühlmitteltemperatur den Nachteil hat, daß das Thermostatventil auf wechselnde Betriebszustände in der Regel zu spät reagiert. Temperaturänderungen in der Verbrennungskraftmaschine werden regelmäßig zu spät erfaßt.

Grundsätzlich ist es erwünscht, zur Steuerung der Kühlmitteltemperatur, den gesamten Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine zu berücksichtigen, d. h. die Kühlmitteltemperatur dem jeweiligen Lastfall anzupassen. Der Betriebszustand kann aus einer Reihe von unterschiedlichen Meßsignalen von der elektronischen Motorsteuerung berechnet werden, wobei das Ergebnis der Berechnungen das Kennnfeld ist. Die Nutzung dieser Daten für die Steuerung der Kühlmitteltemperatur erfordert jedoch ein spezielles fremdgesteuertes Steuerglied für das im Kühlsystem nahe dem Motorkühler angeordnete Thermostatventil. Der Einsatz eines mit einem derartigen Stellglied versehenen Thermostatventils erschien jedoch bisher nicht realisierbar, da die Fachwelt u. a. der Auffassung war, daß die sich hier aus der erforderlichen Anordnung einer aus dem Ventilgehäuse des Thermostventils herausgeführten Antriebswelle ergebenden Dichtungsprobleme in einer Großserie mit vertretbarem Aufwand nicht zu lösen sind. Kühlmittelverluste können bekanntlich im Kühlsystem von Verbren-

nungskraftmaschinen aufgrund der sich bei einem Ausfall ergebenden hohen Folgeschäden nicht zugelassen werden. Zudem dürfen die im Antrieb auftretenden Reibungskräfte die Betätigung der Antriebswelle des Ventilkörpers nicht behindern, da das von dem Antriebselement, z. B. einem Elektromotor, aufzubringende Drehmoment insbesondere auch aus Kostengründen klein gehalten werden muß.

Der Erfindung Hegt die Aufgabe zugrunde, ein Thermostatventil zu schaffen, das vom Kennfeld steuerbar ist und dessen Ventilkörper mittels eines in das Ventilgehäuse integrierbaren kleinen Elektromotors antreibbar ist, wobei Reibungsverluste und Dichtungsprobleme mit einfachen Mitteln vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die weitere Ausgestaltung ist den Unteransprüchen zu entnehmen.

Dadurch, daß das Thermostatventil mit einem Antrieb für die Betätigung des Ventilkörpers versehen ist, der einen auf eine Spindel des Ventilkörpers einwirkenden kennfeldgesteuerten Elektromotor aufweist, wobei der Ventilkörper mit einem zylinderischen Führungsstück i &eegr; einer Führung des Ventilgehäuses geführt und gegen die Dichtfläche des Ventilgehäuses verschiebbar ist sowie mittels einer Rollmembran gegen den Antrieb abgedichtet ist, ergibt sich unter Einsatz überraschend einfacher Mittel ein Thermostatventil, von dessen Antrieb lediglich geringe Reibungskräfte zu überwinden sind und das außerdem gegen einen Kühlmittelaustritt sehr gut abgesichert ist. Wie sich gezeigt hat, ist es durch die Abdichtung des Ventilkörpers im Ventilgehäuse mittels einer Rollmembran möglich geworden, die Reibungskräfte auf ein Minimum zu reduzieren. Gleichzeitig stellt die Rollmembran eine sehr sichere Abdichtung dar. Da zudem der Antrieb des Ventilkörpers über eine Spindel erfolgt, die eine geringe Steigung von beispielsweise 0,5 mm aufweist, ergeben sich geringe Vorschubkräfte.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Führung des Ventilgehäuses oder das Führungsstück des Ventilkörpers am Umfang unterbrochene Führungsflächen auf. Hierdurch ist es möglich geworden, die Reibung am Führungsstück des Ventilkörpers weiter zu reduzieren. Außerdem können im Kühlmittel vorhandene Fremdkörper in die Zwischenräume zwischen den Führungsflächen ausweichen, so daß die Leichtgängigkeit des Ventilkörpers nicht behindert wird.
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Im Rahmen der Erfindung ist es vorgesehen, daß der Antrieb für die Betätigung des Ventilkörpers von einem kennfeldgesteuerten Elektromotor und einem auf die Spindel des Ventil-

körpers einwirkenden Untersetzungsgetriebe gebildet ist. Das Untersetzungsgetriebe führt zu einer weiteren Reduzierung der erforderlichen Antriebskraft, so daß der Elektromotor sehr klein ausgelegt sein kann. Eine weitere Optimierung ergibt sich, sofern der kennfeldgesteuerte Elektromotor ein Gleichstrommotor ist. Aufgrund der hier möglichen Drehmomentüberwachung über die Stromaufnahme des Gleichstrommotors ergibt sich eine Diagnosemöglichkeit für den Betriebszustand des Thermostatventils.

Eine besonders vorteilhafte Lösung ergibt sich, wenn die Spindel des Ventilkörpers in eine im Ventilgehäuse axial gelagerte Spindelmutter eingreift, die in ihrem Umfang mit einer Verzahnung versehen ist, in die ein Ritzel des Untersetzungsgetriebes eingreift. Vorzugsweise ist dabei das Untersetzungsgetriebe mehrstufig ausgelegt. Dieses ist insbesondere dann von Bedeutung, sofern die hohe Drehzahl eines Gleichstrommotors kompensiert werden muß. Sofern ein Schrittmotor eingesetzt wird, kann sich die Anordnung eines Untersetzungsgetriebes erübrigen, da der Schrittmotor direkt auf die Spindel des Ventilkörpers einwirken kann.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Figur 1, ein im Kühlsystem einer Verbrennungskraftmaschine angeordnetes kennfeldgesteuertes Thermostatventil;

Figur 2, ein geschlossenes Thermostatventil im Längsschnitt;

Figur 3, das Thermostatventil gem. Figur 2, in einer Draufsicht gem. Schnitt A/B;
Figur 4, das Thermostatventil gem. Figur 2, in geöffnetem Zustand;

Figur 5, das Thermostatventil gem. Figur 2, in einer Draufsicht gem. Schnitt C/D.

In der Figur 1 der Zeichnung ist mit 1 ein Thermostatventil bezeichnet, das in einem Kühlsystem 2 einer Verbrennungskraftmaschine 3 angeordnet ist. In dem Kühlsystem 2 sind ein Motorkühler 4 sowie ein Wärmetauscher 5 einer Heizung angeordnet. Im Kühlsystem 2 ist unmittelbar hinter dem Austritt der Kühlflüssigkeit aus der Verbrennungskraftmaschine 3 ein Thermofühler 6 angeordnet. Ein Motorsteuergerät 7 ist über eine elektrische Steuerleitung 8 mit dem Thermostatventil 1 verbunden. Das Motorsteuergerät 7 ist im übrigen mit dem Thermofühler 6, sowie weiteren Meßstellen an verschiedenen Punkten, wie z. B. dem

Saugrohr der Verbrennungskraftmaschine 3, verbunden und wertet die Meßdaten zum Zwecke einer optimierenden Steuerung der Verbrennungskraftmaschine 3 aus. Vom Motorsteuergerät 7 wird über die elektrische Steuerleitung 8 auch der Antrieb des Thermostatventils 1 entsprechend der jeweiligen Betriebszustände gesteuert.
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Wie aus den Figuren 2 bis 4 ersichtlich ist, weist das Thermostatventil 1 ein Ventilgehäuse 9 auf, in dessen Durchlass 10 ein Ventilkörper 11 angeordnet ist. Das Ventilgehäuse 9 weist Anschlußstutzen 12 und 13 für das Kühlsystem auf.

Der Ventilkörper 11 ist mit einem zyiinderischen Führungsstück 14 versehen, das in einer Führung 15 des Ventilgehäuses 9 axial beweglich geführt ist.

Der Ventilkörper 11 weist an seiner Stirnseite eine Ventilfläche 16 auf, in der ein Dichtring 17 angeordnet ist. In der Schließstellung des Thermostatventils 1 liegt der Ventilkörpers 11, d. h. der Dichtring 17, an einer Dichtfläche 18 des Ventilgehäuses 9 dichtend an.

Der Ventilkörper 11 ist rückseitig mit einer Spindel 19 versehen, die in eine Spindelmutter 20 eingreift, die im Ventilgehäuse 9 verdrehbar, jedoch an einem Axiallager 21 festgelegt verdrehbar ist. Das Axiallager 21 stützt sich rückseitig am Ventilgehäuse 9 ab.

Die Führung 15 des Ventilgehäuses 9 für das Führungsstück 14 des Ventilkörpers 11 ist an einem im Ventilgehäuse 9 angeordneten Gehäuseeinsatz 22 angeordnet. Dieses ist aus fertigungstechnischen Gründen zweckmäßig. Der Gehäuseeinsatz 22 ist über einen Dichtring 2 3 am Ventilgehäuse 9 abgedichtet. Am Ventilkörper 11 ist eine Rollmembran 24 abgedichtet befestigt, deren äußerer Rand 25 an dem Gehäuseeinsatz 22 dichtend befestigt ist. Der äußere Rand 25 ist dabei zwischen dem Gehäuseeinsatz 22 und einem weiteren Gehäuseeinsatz 26 klemmend befestigt.

Die Spindelmutter 20 ist an ihrem äußeren Umfang mit einer Verzahnung 27 versehen, i &eegr; die ein auf einem Ansatz 28 des Gehäuseeinsatzes 26 gelagertes Ritzel 29 eines Untersetzungsgetriebes 30 eingreift.

Das Ritzel 29 wird über weitere Zahnräder 31 des Untersetzungsgetriebes 30 von einem Ritzel 32 eines Gleichstrommotors 33 angetrieben.
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Zur Betätigung des Thermostatventils 1 wird der kennfeldgesteuerte Gleichstrommotor 33, entsprechend dem Lastfall der Verbrennungskraftmaschine, tätig. Aus der in der Figur 2

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dargestellten Schließstellung des Ventilkörpers 11 wird dieser dann in die in der Figur 4 dargestellte geöffnete Stellung bewegt. Die Verstellbewegung wird dabei vom Gleichstrommotor 33 über das Untersetzungsgetriebe 33, das auf die Spindelmutter 20 einwirkt, ausgelöst. Die Spindelmutter 20 wird dabei verdreht, so daß die Spindel 19, die an dem Ventilkörper 11 befestigt ist, diesen in die vom Kennfeld jeweils vorgegebene Position zieht. Der Durchlaß 10 des Thermostatventils 1 wird dabei mehr oder weniger weit geöffnet. Wesentlich ist dabei, daß aufgrund der Anordnung der Rollmembran 24 als Dichtelement zwischen dem Kühlmittel und dem Antrieb des Thermostatventils 1 eine Abdichtung erfolgt, ohne daß mit der Abdichtung Reibungskräfte entstehen. Die exakte Führung des Führungsstückes 1 4 des Ventilkörpers 11 in der Führung 15 des Ventilgehäuses 9 bewirkt zusätzlich, daß die auftretenden Reibungskräfte gering sind. Eine weitere Reduzierung der Reibungskräfte e r gibt sich, sofern, wie aus der Figur 5 der Zeichnung ersichtlich, die Führung 15 innenseitig unterbrochene Führungsflächen 34 aufweist. Die Unterbrechungen der Führungsflächen 34 verhindern, daß sich hier im Kühlmittel vorhandene Fremdkörper festsetzen.

Zum Schließen des Thermostatventils 1 wird der Ventilkörper 11 über seine Spindel 19 mit seinem Dichtring 17 gegen die Dichtfläche 18 des Ventilgehäuses 9 bewegt. Der Durchlaß 1 0 des Thermostatventils 1 ist dann geschlossen. Da beim Anschlag des Ventilkörpers 11 die Stromaufnahme des Gleichstrommotors 33 deutlich höher ist, als bei laufendem Antrieb, erfolgt eine Rückmeldung, die den Gleichstrommotor 33 nach Verschließen des Thermostatventils 1 abschaltet. Der eingesetzte Gleichstrommotor 33 ermöglicht eine ständige Drehmomentüberwachung bei dessen Stromaufnahme. Es ergibt sich somit unter Einsatz einfacher Mittel eine sehr vorteilhafte Diagnosemöglichkeit des Betriebszustandes des Thermostatventils 1.

Insgesamt zeichnet sich das erfindungsgemäße Thermostatventil 1 dadurch aus, daß die e r forderlichen Antriebskräfte aus den genannten Gründen sehr klein gehalten werden können. Es ist also möglich, einen sehr kleinen Gleichstrommotor 33 in das Ventilgehäuse 9 zu integrieren. Die als Dichtmittel verwendete Rollmembran 24 stellt eine sehr sichere Abdichtung des Kühlsystems dar. Sofern es im Antrieb des Thermostatventils 1 zu einer Störung kommen sollte, so ist es möglich, am Thermostatventii 1 zusätzlich beispielsweise ein Dehnwachselement, das auf erhöhte Temperaturen im Kühlsystem 2 anspricht, anzuordnen, das in diesem Fall einen in der Zeichnung nicht dargestellten Notdurchlaß öffnet.

Claims

Anmelder: Fa. Henschel Kunststofftechnik GmbH Lünzheide 1-3 29693 Hodenhagen u. Z.: Hen-35-G 21. April 1997 Schutzansprüche

1. Thermostatventil (1) für das Kühlmittel des Kühlsystems (2) von Verbrennungskraftmaschinen (3), mit einem in einem Durchlaß (10) eines Ventilgehäuses (9) ange-

5 ordneten, gegen eine Dichtfläche (18) bewegbaren Ventilkörper (11), dadurch gekenn -zeichnet - daß das Thermostatventil (1) mit einem Antrieb (19, 30, 33) für die Betätigung des Ventilkörpers (11) versehen ist, der einen auf eine Spindel (19) des Ventilkörpers (11) einwirkenden kennfeldgesteuerten Elektromotor aufweist, wobei der Ventilkörper (11) mit einem zylinderischen Führungsstück (14) in einer Führung (15) des Ventilgehäuses (9) geführt und gegen die Dichtfläche (18) des Ventilgehäuses ( 9) verschiebbar ist und mittels einer Rollmembran (24) gegen den Antrieb (19, 30, 33) abgedichtet ist.

2. Thermostatventil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung (15) des Ventilgehäuses (9) oder das Führungsstück (14) des Ventilkörpers (9) am äußeren oder inneren Umfang unterbrochene Führungsflächen (34) aufweist.

3. Thermostatventil (1) nach Anspruch 1 und gegebenenfalls nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb (19, 30, 33) für die Betätigung des Ventilkörpers (11) von einem kennfeldgesteuerten Elektromotor und einem auf die Spindel (19) des Ventilkörpers (11) einwirkenden Untersetzungsgetriebe (30) gebildet ist.

4. Thermostatventil (1) nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der kennfeldgesteuerte Elektromotor ein Gleichstrommotor (33) ist.

5. Thermostatventil (1) nach Anspruch 3 und gegebenenfalls nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel (19) des Ventiikörpers (11) in eine im Ventilgehäuse (9) axial gelagerte Spindelmutter (20) eingreift, die an ihrem Umfang mit einer Verzahnung (27) versehen ist, in die ein Ritzel (29) des Untersetzungsgetriebes (30) e i &eegr; greift.

6. Thermostatventil (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Untersetzungsgetriebe (30) mehrstufig ausgelegt ist.