EP2959126A1 - Thermostatventil - Google Patents

Thermostatventil

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Publication number
EP2959126A1
EP2959126A1 EP14705354.0A EP14705354A EP2959126A1 EP 2959126 A1 EP2959126 A1 EP 2959126A1 EP 14705354 A EP14705354 A EP 14705354A EP 2959126 A1 EP2959126 A1 EP 2959126A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fluid
actuator
thermostatic valve
channel
chamber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP14705354.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hans-Peter Klein
Eike Willers
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mahle International GmbH
Original Assignee
Mahle International GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mahle International GmbH filed Critical Mahle International GmbH
Publication of EP2959126A1 publication Critical patent/EP2959126A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P7/00—Controlling of coolant flow
    • F01P7/14—Controlling of coolant flow the coolant being liquid
    • F01P7/16—Controlling of coolant flow the coolant being liquid by thermostatic control
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D23/00—Control of temperature
    • G05D23/01—Control of temperature without auxiliary power
    • G05D23/13—Control of temperature without auxiliary power by varying the mixing ratio of two fluids having different temperatures
    • G05D23/1306—Control of temperature without auxiliary power by varying the mixing ratio of two fluids having different temperatures for liquids
    • G05D23/132—Control of temperature without auxiliary power by varying the mixing ratio of two fluids having different temperatures for liquids with temperature sensing element
    • G05D23/134—Control of temperature without auxiliary power by varying the mixing ratio of two fluids having different temperatures for liquids with temperature sensing element measuring the temperature of mixed fluid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P2031/00—Fail safe
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P2070/00—Details
    • F01P2070/10—Details using electrical or electromechanical means

Definitions

  • the invention relates to a thermostatic valve, in particular for a coolant circuit of an internal combustion engine, with a first fluid port, with a second fluid idan gleich and with a third fluid port, with a first actuator, wherein via the first actuator fluid connection between at least two of the fluid connections produced and / or can be influenced.
  • thermostatic valves can be used, which allow influencing the coolant circuit, in particular between the internal combustion engine, the heat exchanger and a circulation pump.
  • This coolant circuit is used to cool the engine, with heat from the engine is delivered to the coolant.
  • the heated coolant is cooled in the associated heat exchanger and fed back to the engine.
  • the thermostatic valve can influence the distribution of the coolant in the coolant circuit by releasing or closing flow paths by means of various positioning of an actuator in the thermostatic valve.
  • By the thermostatic valve can be controlled whether the cooling liquid flows through the heat exchanger before it is returned to the internal combustion engine or whether the coolant flows past the heat exchanger.
  • thermostatic valves are known in the art, which allow an opening or closing of the individual flow paths via a filled with wax element. In this case, caused by a phase transition of the wax, due to heating or cooling, a change in volume, which causes a movement of the actuator of the thermostatic valve.
  • thermostatic valves are known, which are adjusted by an electric motor control. These make it possible, unlike conventional thermostatic valves with wax element, to realize a higher number of different control states.
  • thermostatic valves according to the prior art that in electric motor driven thermostatic valves to represent a sufficiently high security against a failure of the thermostatic valve in addition a conventional thermostatic valve with wax element must be provided.
  • Conventional thermostatic valves with wax element are also disadvantageous because they allow only a limited number of control states.
  • the object of the present invention is achieved by a heat exchanger with the features of claim 1.
  • An embodiment of the invention relates to a thermostatic valve, in particular for a coolant circuit of an internal combustion engine, with a first fluid connection, with a second fluid port and with a third fluid port, with a first actuator, wherein via the first actuator fluid connection between at least two of the fluid connections produced and / or can be influenced, wherein a channel is provided, which can be closed by a second actuator, wherein via the channel, a further fluid connection between at least two fluid connections can be produced.
  • the thermostatic valve is advantageously connected to a coolant circuit.
  • a thermostatic valve with an actuator which can influence the fluid connection between the three fluid connections is particularly advantageous, since the fluid flow through the thermostatic valve can be preset via a single actuator.
  • An additional channel, which has a further actuator is advantageous, since over this an additional fluid flow can be generated.
  • the additional fluid flow can be controlled independently of the fluid flow which is influenced by the first actuator.
  • the first actuator is adjustable by a wax element, wherein the second actuator is adjustable by an electric motor.
  • a phase transition of the wax can take place by heating or cooling.
  • Such a phase transition is associated with a volume change of the wax.
  • This volume change can be advantageously used to move the first actuator. In this way, a movement of the first actuator is dependent on the ambient temperature possible.
  • the wax element can also be actively heated by a heating device, whereby the time of the phase transformation can be influenced from the outside.
  • the second actuator is advantageously adjustable by an electric motor.
  • An electromotive control is particularly advantageous, as this makes it possible to control it independently of the prevailing ambient temperature.
  • a control via an electric motor allows a greater variability of the control states of the second actuator. This includes, for example, a continuous opening and closing of the second actuator or an opening and closing depending on a predefinable value, such as a temperature level, a pressure level or the like.
  • the second actuator is drive-connected via a gear, in particular via a gear transmission, with an electric motor and is adjustable by the electric motor.
  • a connection of the actuator to an electric motor via a transmission is particularly advantageous because in this way a higher freedom of design for the arrangement of the individual components is achieved to each other.
  • the channel can be closed via a translational movement and / or a rotational movement of the second actuator.
  • a translational movement of the second steep member is particularly advantageous in terms of the tightness of the second actuator.
  • a rotational movement of the actuator is in terms of the storage of the second actuator and in particular in interaction with a gear transmission advantageous.
  • a fourth fluid connection is provided, wherein a fluid connection is established between the channel via the channel fourth fluid connection and at least one of the further fluid connections can be produced.
  • the fluid flowing in the coolant circuit can flow in or out at a further point of the thermostatic valve.
  • the fourth fluid port can be brought via the channel in fluid communication with one of the other fluid ports. This can be advantageous if additional fluid flow paths are needed.
  • Such a fluid flow path through the fourth fluid connection can be regulated by the second actuator independently of the first actuator.
  • An alternative embodiment of the invention may provide that a housing is provided, which has a first chamber, a second chamber and a third chamber, wherein via a first opening, a fluid connection between the first chamber and the second chamber can be produced and via a second ⁇ ff - A fluid connection between the second chamber and the third chamber can be produced, wherein the first opening and / or the second opening can be closed by the first actuator.
  • a housing having three chambers inside is particularly advantageous for the design of a thermostatic valve. It can take place via the openings which connect the chambers with each other, a fluid flow.
  • the first actuator while the openings can be completely or partially closed, so that the fluid flow is regulated by the openings.
  • the first actuator is designed so that the first opening and the second opening can be opened or closed both together and independently.
  • the first chamber is fluidically connected to the first fluid port
  • the second chamber is fluidically connected to the second fluid port or to the second fluid port and the fourth fluid port.
  • circuit is connected and the third chamber is fluidly connected to the third fluid port.
  • the second actuator is arranged in and / or on the channel and the channel is made in one piece with the housing.
  • the channel and the second actuator, or the channel, the second actuator and the second actuator driving electric motor and the transmission is arranged on the channel, that results in a compact unit.
  • the channel can advantageously be formed either as an integral part of the housing or as an additional attachment, which is mounted as part of an assembly process to the housing.
  • An embodiment of the invention relates to a coolant circuit for an internal combustion engine with a thermostatic valve wherein one of the first three fluid ports is fluidly connected to an internal combustion engine, with a pump or with a heat exchanger or one of the first three fluid ports fluidisch with an internal combustion engine, with a pump or a heat exchanger is connected and the fourth fluid port is fluidly connected to at least one of the remaining fluid ports.
  • An inventive thermostatic valve is advantageously integrated in a coolant circuit of an internal combustion engine. There it regulates whether the coolant after leaving the engine is passed through a heat exchanger, or whether it is passed directly through a bypass duct on the heat exchanger back into the engine.
  • the fluid connections of the thermostatic valve are connected to an internal combustion engine, a pump or a heat exchanger. In this way, the control of the fluid circuit can be carried out in a particularly simple manner.
  • the channel either forms a branch past the thermostatic valve, which can be opened or closed independently of the first actuator in the thermostatic valve, or the channel forms a further connection of the coolant circuit to the thermostatic valve by providing a fluid connection between the fourth fluid port and one of the remaining fluid connections generated.
  • the fluid flow in the coolant circuit can be influenced both by the first actuator, which can be temperature-sensitive, and by the second actuator, which can be advantageously controlled by an electric motor. This is advantageous because a larger number of control states can be achieved within the coolant circuit.
  • 1 shows a schematic view of a coolant circuit, with an internal combustion engine, a heat exchanger, a thermostatic valve and a pump for conveying the coolant
  • 2 shows a schematic view of the thermostatic valve, with an actuator, which can be moved by a thermosensible wax element, wherein the thermostatic valve is arranged downstream of the internal combustion engine
  • FIG. 3 shows a further schematic view of the thermostatic valve according to FIG. 2, wherein the thermostatic valve is arranged upstream of the internal combustion engine,
  • FIG. 4 shows a schematic view of a thermostatic valve, wherein the thermostatic valve has an additional channel, in which an additional actuator for regulating the flow cross-section of the channel is arranged, which is in fluid communication with the thermostatic valve via a fluid connection, a further schematic view of a thermostatic valve according to FIG 4, wherein the channel is designed as a bypass to the thermostatic valve and connects two fluid connections of the thermostatic valve,
  • FIG. 6 is a schematic view of a coolant circuit according to Figure 1, wherein a thermostatic valve with channel according to the figures 4 and 5 is arranged in the coolant circuit and the channel forms a bypass from the fluid connection of the heat exchanger branch to the fluid port of the engine branch, and a further schematic view of a Coolant circuit according to Figure 6, wherein the channel forms a bypass between the short-circuit branch and the engine branch.
  • a thermostatic valve with channel according to the figures 4 and 5 is arranged in the coolant circuit and the channel forms a bypass from the fluid connection of the heat exchanger branch to the fluid port of the engine branch
  • a further schematic view of a Coolant circuit according to Figure 6 wherein the channel forms a bypass between the short-circuit branch and the engine branch.
  • FIG. 1 shows a schematic view of a coolant circuit 1, in which an internal combustion engine 3, a pump 4, a thermostatic valve 2 and a heat exchanger 5 are integrated. The components mentioned are connected to each other via fluid lines.
  • the heat exchanger 5 is flowed through by a cooling air flow 6. If necessary, this cooling air flow 6 can be accelerated by a fan 7.
  • the coolant circuit 1 essentially two fluid circuits are formed. From the thermostatic valve 2, the fluid flows through the pump 4 directly into the engine 3.
  • the second fluid circuit in the coolant circuit 1 additionally includes the Heat exchanger 5. Instead of flowing to the fluid junction 9 directly to the thermostatic valve 2, the fluid flows through the heat exchanger 5 and after flowing through the heat exchanger 5 in the thermostatic valve 2. From the thermostatic valve 2, the fluid which has flowed through the heat exchanger 5 flows back via the pump 4 into the internal combustion engine 3.
  • the control of the thermostatic valve 2 can be made dependent on, for example, the operating situation of the motor vehicle in which the cooling circuit 1 is integrated or, for example, by the temperature prevailing in the coolant circuit 1.
  • the coolant circuit 1 shown in Figure 1 serves as a basis for the representation of the following figures and corresponds to the prior art.
  • FIG. 2 shows a conventional thermostatic valve 20.
  • the thermostatic valve 20 has a housing 34. Within this housing 34, three chambers 24, 25, 26 are formed. The chambers 24 to 26 are connected to each other through openings 38, 39, so that a fluid communication between the individual chambers 24 to 26 is possible.
  • an actuator 21 is arranged, which is formed in the example shown by a wax-filled element. Inside the Steltorgans 21, a region is provided, which is filled with a wax 30. Depending on the ambient temperature, this wax can be in a liquid phase or in a solid phase. Due to the transition between the solid and the liquid phase, there are volume changes of the wax 30.
  • the actuator 21 is expanded or contracted, resulting in the actuating action of the actuator 21.
  • the wax 30 can either be heated or cooled by a fluid which flows around the actuator 21.
  • a heating element may be thermally connected to the actuator 21, whereby a phase transition of the wax 30 can be caused.
  • the individual chambers 24 to 26 can be completely separated from each other or also partially connected to each other.
  • the opening 38 which connects the first chamber 24 with the second chamber 25 or the opening 39, which connects the second chamber 25 with the third chamber 26, through the upper closure member 22 or in the case of the opening 39 through the lower closure member 23rd be closed or released.
  • the first chamber 24 has a fluid connection 27 from which, in the case of FIG. 2, a fluid flow 31 emerges.
  • the second chamber 25 has a fluid connection 28, through which a fluid flow 32 flows into the second chamber 25.
  • the third chamber 26 has a further fluid connection 29, through which a fluid flow 33 flows.
  • FIG. 2 shows a thermostatic valve 20, which is arranged inside the coolant circuit downstream of the internal combustion engine.
  • the fluid flow 32 in this case represents a fluid flow, which flows from the output of the internal combustion engine to the thermostatic valve 20.
  • the fluid flow 33 continues to flow from the thermostatic valve 20 to the heat exchanger 6.
  • the third fluid flow 31 flows from the thermostatic valve 20 to the short-circuit branch 8.
  • FIG. 3 shows a further thermostatic valve 20 a.
  • the reference numerals of Figures 2 and 3 agree with each other. Notwithstanding the thermostatic valve 20 of Figure 2, the thermostatic valve 20a of Figure 3 is now incorporated according to the figure 1 in the coolant circuit 1.
  • the fluid flow 35 is in communication with the short-circuit branch 8 and above with the output of the internal combustion engine 3.
  • the fluid flow 36 passes from the thermostatic valve 20a to the pump 4 and thus to the input of the internal combustion engine 3.
  • the fluid flow 37 flows from the heat exchanger 5 to the thermostatic valve 20a.
  • thermostatic valve 20a corresponds to that of the thermostatic valve 20 of FIG. 2.
  • the thermostatic valve 40 has a basically similar construction to the thermostatic valves 20 and 20a of Figures 2 and 3.
  • a housing 41 adjacent to each other a first chamber 42, a second chamber 43 and a third chamber 44 are arranged.
  • the first chamber 42 is connected to the second chamber 43 via an opening 63.
  • the second chamber 43 is connected to the third chamber 44 via the opening 64.
  • an actuator 53 which is arranged in the interior of the housing 41, the openings 63 and 64 can be released or closed. This is done via the closure member 54 and 55 of the actuator 53.
  • the actuator 53 may also be a Wachs tenues element.
  • the thermostatic valve 40 has a fluid port 45, a fluid port 46 and a fluid port 47.
  • the fluid flow 60 which arrives via the short-circuit branch 8 from the internal combustion engine 3, flows into the first chamber 42.
  • the fluid flow 62 which comes from the heat exchanger 5, flows into the lower chamber 44 via the fluid inlet 47.
  • the fluid flow 61 exits from the second chamber 43 and leads from there to the pump 4.
  • thermostatic valve 40 of Figure 4 is integrated as well as the thermostatic valve 20a of Figure 3 according to the cooling circuit 1 shown in Figure 1 in the cooling circuit.
  • the thermostatic valve 40 now has a channel 48.
  • This channel 48 in turn has a second actuator 50, which is connected via a gear 52 with a motor 51.
  • the motor 51 is preferably formed by an electric motor.
  • a DC electric motor, a brushless DC motor or a stepper motor can be provided here.
  • the housing 41 has a further fluid connection 49. Via this fluid connection 49, the channel 48 communicates with the second chamber 43 in fluid communication. Via the actuator 50, the fluid flow from the channel 48 through the fluid port
  • the actuator 50 can be moved via the gear 52 by the motor 51 in such a way that the flow cross-section of the channel 48 is completely or partially released or closed.
  • the actuator 50 is infinitely adjustable, so that the fluid flow through the channel 48 can be controlled in very fine steps or continuously.
  • the channel 48 is also acted upon via the fluid flow 62, which comes from the heat exchanger 5 with the coolant.
  • the thermostat valve 40 is acted upon by the heat exchanger 5 via two independent paths.
  • the passage through the fluid port 47 is limited only by the predetermined flow cross-section of the fluid port 47.
  • the fluid flow through the channel 48, which passes via the fluid port 49 into the second chamber 43, can by the actuator
  • the control of the actuator 50 in the channel 48 can be effected by an arbitrarily predetermined value. This can be done for example due to a measured temperature in the coolant circuit or by another predetermined value.
  • the channel 48 of the thermostatic valve 40 may be embodied as an integral part of the housing 41.
  • the channel 48 may be cast in the housing 41, in alternative embodiments, it is also foreseeable that the channel 48 is formed by an additional pipeline, which is subsequently attached to the housing over a further Mo day step.
  • the channel already has receiving points to which the gear 52 and the motor 51 can be attached. In this way, a final assembly of the thermostatic valve is simplified as a whole.
  • the actuator 50 can be adjusted depending on the design of the transmission 52 and the motor 51 both by a translational and a rotary or by a mixed form of a translational and rotational movement.
  • a translational movement of the actuator 50 is particularly advantageous in terms of the possible achievable tightness of the Fluidanschiusses 49.
  • the sealing of the channel 48 for the transmission 52 soft in this case, the motor movement translated into a translational movement to accomplish in a simple manner.
  • the storage of Steltorgans 50 is to represent in a simple way but also the translation from the motor 51 to the actuator 50, which can be accomplished for example by a gear transmission.
  • the individual chambers 42, 43 and 44 of FIG. 4 are formed by a plurality of walls which protrude from the housing 41 on the inside of the housing 41.
  • the connection of the chambers with each other is realized via the openings 63 and 64, respectively.
  • the schematic representation of the thermostatic valve 40 shown in Figure 4 only serves to illustrate the basic structure of the thermostatic valve 40. It has no limiting character with respect to the possible embodiments of the thermostatic valve 40.
  • FIG. 5 shows a further thermostatic valve 40a, which essentially corresponds to the structure of the thermostatic valve 40 of FIG.
  • the structure of the housing 41 a differs only insignificantly from that of the housing 40. In the following, the deviations from FIG. 4 will be described.
  • the housing 41a has no further fluid connection.
  • the channel 56 is arranged on the thermostatic valve 40 a such that the fluid idstrom 62 a part of the fluid is separated into the channel 56 and another part flows into the lower chamber 44 within the channel 56, an actuator 57 is arranged, which via a transmission 59 is connected to a motor 58.
  • the structure of the actuator 57 of the gear 59 and the motor 58 corresponds to the structure of the actuator 50 of the gear 52 and the motor 51 of Figure 4.
  • the channel 56 terminates at the fluid connection 46 of the fluid flow 61.
  • the channel 56 thus creates a bypass path, which makes it possible to pass part of the fluid past the thermostatic valve 40a.
  • the embodiment of the thermostatic valve 40a shown in FIG. 5 allows a bypass between the fluid flow 62, which comes from the heat exchanger to the fluid flow 61, which continues to flow to the pump 4 and then to the internal combustion engine 3.
  • thermostatic valves 40 and 40a of Figures 4 and 5 are arranged as well as the thermostatic valve 20a of Figure 3 at the same point as the thermostatic valve 2 in the cooling medium circuit 1 of Figure 1.
  • it is also possible to arrange the thermostatic valves 40 and 40a shown in FIGS. 4 and 5 corresponding to the thermostatic valve 20 of FIG. 2 at the fluid intersection 9 of the fluid circuit 1 of FIG. 6 shows a further coolant circuit 70 with the elements internal combustion engine 71, pump 72, thermostatic valve 73, heat exchanger 76, which is traversed by a cooling air stream 78, which is as needed sucked by a fan 77 or blown through the heat exchanger 76.
  • the thermostatic valve 73 shown in Figure 6 corresponds substantially to the thermostatic valve 40a of Figure 5.
  • the channel 74 which has the actuator 75 and the transmission or the drive motor thus creates a bypass between the coolant branch, which comes from the heat exchanger 76, to the coolant branch , which continues to the pump 72.
  • the thermostatic valve 73, the channel 74 and the actuator 75 from FIG. 6 form the thermostatic valve 40a shown in FIG. 5, including the channel 56.
  • a coolant circuit 70 of FIG. 6 offers the possibility of directing part of the coolant from the heat exchanger 76 past the thermostatic valve 73 directly back into the internal combustion engine 71. Since the actuator 75 can be controlled independently of the temperature of the coolant within the fluid circuit 70, a fluid supply of the internal combustion engine 71 can take place independently of the coolant temperature. Thus, the temperature-dependent thermostatic valve 73 is supplemented by an additional functionality.
  • FIG. 7 shows an alternative representation of the fluid circuit 70 of FIG. 6.
  • the channel 80 is now arranged such that the short-circuit branch, which flows from the fluid junction 81 in the direction of the thermostatic valve 73, directly to the fluid branch leading to the pump 72 flows, is connected.
  • the channel 80 thus creates a bypass between the short circuit branch and the fluid branch leading to the pump 72.
  • the region which is formed by the thermostatic valve 73, the channel 78 and the actuator 79, substantially corresponds to the structure of the thermostatic valve 40a and the channel 56 of Figure 5.
  • Figures 6 and 7 are each intended to illustrate the scope of a thermostatic valve 40 and 40a of FIGS. 4 and 5.
  • thermostatic valve 73 may also be arranged at the fluid junction 81.
  • the channel 80 or 74 can each form either a bypass between two fluid connections of the thermostatic valve 73 or alternatively, as indicated in Figure 4, form an additional supply of one of the fluid branches in the thermostatic valve 73.
  • the thermostatic valve has two channels, so that a complete bridging of the thermostatic valve is possible.
  • the short-circuit branch is connected to the fluid branch via a first channel, which leads to the pump.
  • a second channel connects the fluid branch, which comes from the heat exchanger with fluid branch, which leads to the pump.
  • FIGS. 1 to 7 have no limiting character with regard to an inventive implementation of a thermostatic valve. They serve only to clarify the functional principle. In particular with regard to the geometric design or the practical embodiment of the thermostatic valve, FIGS. 1 to 7 do not represent a limiting character.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Thermostatventil (40, 40a, 73), insbesondere für einen Kühlmittelkreislauf (70) eines Verbrennungsmotors (71 ), mit einem ersten Fluidanchluss (45, 48, 47), mit einem zweiten Fluidanschluss (45, 46, 47) und mit einem dritten Fluidanschluss (45, 46, 47), mit einem ersten Stellorgan (53), wobei über das erste Stellorgan (53) eine Fluidverbindung zwischen zumindest zwei der Fluidanschlüsse (45, 46, 47) herstellbar und/oder beeinflussbar ist, wobei ein Kanal (48, 56, 74, 80) vorgesehen ist, welcher über ein zweites Stellorgan (50, 57, 75, 79) verschließbar ist, wobei über den Kanal (48, 56, 74, 80) eine weitere Fluidverbindung zwischen zumindest zwei Fluidanschlüssen (45, 46, 47) herstellbar ist.

Description

Thermostatventil
Beschreibung
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Thermostatventil, insbesondere für einen Kühlmittelkreislauf eines Verbrennungsmotors, mit einem ersten Fluidanschluss, mit einem zweiten Flu- idanschluss und mit einem dritten Fluidanschluss, mit einem ersten Stellorgan, wobei über das erste Stellorgan eine Fluidverbindung zwischen zumindest zwei der Fluid- anschlüsse herstellbar und/oder beeinflussbar ist.
Stand der Technik
In Kühlsystemen von Kraftfahrzeugen können Thermostatventile eingesetzt werden, die eine Beeinflussung des Kühlmittelkreislaufes, insbesondere zwischen dem Verbrennungsmotor, dem Wärmeübertrager und einer Umwälzpumpe zulassen. Dieser Kühlmittelkreislauf dient der Kühlung des Verbrennungsmotors, wobei Wärme vom Verbrennungsmotor an das Kühlmittel abgegeben wird. Das aufgeheizte Kühlmittel wird im zugehörigen Wärmeübertrager abgekühlt und wieder dem Verbrennungsmotor zugeführt.
Das Thermostatventil kann dabei die Verteilung des Kühlmittels im Kühlmittelkreis- lauf beeinflussen, indem durch verschiedene Positionierungen eines Stellorgans im Thermostatventil Strömungswege freigegeben oder verschlossen werden. Durch das Thermostatventil kann geregelt werden, ob die Kühlflüssigkeit durch den Wärmeübertrager strömt bevor sie wieder in den Verbrennungsmotor geleitet wird oder ob die Kühlflüssigkeit am Wärmeübertrager vorbeiströmt. Hierzu sind Thermostatventile im Stand der Technik bekannt, die über ein mit Wachs gefülltes Element eine Öffnung beziehungsweise Schließung der einzelnen Strömungswege ermöglichen. Dabei wird durch einen Phasenübergang des Wachses, infolge einer Erwärmung oder Abkühlung, eine Volumenänderung hervorgerufen, die eine Bewegung des Stellorgans des Thermostatventils bedingt.
Außerdem sind Thermostatventile bekannt, welche über eine elektromotorische Steuerung verstellt werden. Diese ermöglichen es, im Unterschied zu konventionellen Thermostatventilen mit Wachselement, eine höhere Anzahl an unterschiedlichen Regelzuständen zu realisieren.
Nachteilig an den Thermostatventilen gemäß dem Stand der Technik ist, dass bei elektromotorisch angesteuerten Thermostatventilen zur Darstellung einer genügend hohen Sicherheit gegen einen Ausfall des Thermostatventils zusätzlich ein konventionelles Thermostatventil mit Wachselement vorgesehen sein muss. Konventionelle Thermostatventile mit Wachselement sind darüber hinaus nachteilig, da sie nur eine begrenzte Anzahl an Regelzuständen erlauben.
Darstellung der Erfindung. Aufgabe. Lösung. Vorteile
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Thermostatventil bereitzustellen, welches gegenüber dem Stand der Technik optimiert ist und insbesondere sowohl eine Beeinflussung des Kühlmittelkreislaufes durch ein Thermostatventil mit Wachselement zulässt als auch eine Beeinflussung durch ein von außen verstellbares Element. Weiterhin ist es die Aufgabe der Erfindung einen Kühlmittelkreislauf mit einem erfindungsgemäßen Thermostatventil bereitzustellen. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch einen Wärmeübertrager mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft ein Thermostatventil, insbesondere für einen Kühlmittelkreislauf eines Verbrennungsmotors, mit einem ersten Fluidan- schluss, mit einem zweiten Fluidanschluss und mit einem dritten Fluidanschluss, mit einem ersten Stellorgan, wobei über das erste Stellorgan eine Fluidverbindung zwischen zumindest zwei der Fluidanschlüsse herstellbar und/oder beeinflussbar ist, wobei ein Kanal vorgesehen ist, welcher über ein zweites Stellorgan verschließbar ist, wobei über den Kanal eine weitere Fluidverbindung zwischen zumindest zwei Fluidanschlüssen herstellbar ist.
Über die Fluidanschlüsse ist das Thermostatventil vorteilhaft an einen Kühlmittelkreislauf anschließbar. Ein Thermostatventil mit einem Stellorgan, welches die Fluid- Verbindung zwischen den drei Fluidanschlüssen beeinflussen kann ist besonders vorteilhaft, da dabei über ein einziges Stellorgan der Fluiddurchfluss durch das Thermostatventil vorgegeben werden kann. Ein zusätzlicher Kanal, welcher ein weiteres Stellorgan aufweist ist vorteilhaft, da über diesen ein zusätzlicher Fluiddurchfluss erzeugt werden kann. Gleichzeitig kann der zusätzliche Fluiddurchfluss unab- hängig von dem Fluiddurchfluss, welcher durch das erste Stellorgan beeinflusst wird gesteuert werden.
Darüber hinaus kann es vorteilhaft sein, wenn das erste Stellorgan durch ein Wachselement verstellbar ist, wobei das zweite Stellorgan durch einen Elektromotor ver- stellbar ist.
In einem Wachselement kann durch eine Erwärmung oder eine Abkühlung ein Phasenübergang des Wachses stattfinden. Ein solcher Phasenübergang ist mit einer Volumenänderung des Wachses verbunden. Diese Volumenänderung kann vorteil- hafterweise genutzt werden, um das erste Stellorgan zu bewegen. Auf diese Weise ist eine Bewegung des ersten Stellorgans abhängig von der Umgebungstemperatur möglich. Das Wachselement kann zusätzlich auch durch eine Heizvorrichtung aktiv beheizt werden, wodurch der Zeitpunkt der Phasenumwandlung von außen beein- flusst werden kann.
Das zweite Stellorgan ist vorteilhafterweise durch einen Elektromotor verstellbar. Ei- ne elektromotorische Ansteuerung ist insbesondere vorteilhaft, da dadurch eine An- Steuerung unabhängig von der vorherrschenden Umgebungstemperatur möglich ist. Außerdem lässt eine Ansteuerung über einen Elektromotor eine größere Variabilität der Regelzustände des zweiten Stellorgans zu. Dies umfasst beispielsweise ein stufenloses Öffnen und Schließen des zweiten Stellorgans oder ein Öffnen und Schlie- ßen in Abhängigkeit von einem vorgebbaren Wert, wie beispielsweise einem Temperaturniveau, einem Druckniveau oder ähnlichem.
In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung, kann es vorgesehen sein, dass das zweite Stellorgan über ein Getriebe, insbesondere über ein Zahnradgetriebe, mit einem Elektromotor antriebsverbunden ist und von dem Elektromotor verstellbar ist.
Eine Anbindung des Stellorgans an einen Elektromotor über ein Getriebe ist besonders vorteilhaft, da auf diese Weise eine höhere Gestaltungsfreiheit für die Anordnung der einzelnen Komponenten zueinander erreicht wird.
Auch kann es zweckmäßig sein, wenn der Kanal über eine translatorische Bewegung und/oder eine rotatorische Bewegung des zweiten Stellorgans verschließbar ist.
Eine translatorische Bewegung des zweiten Steilorgans ist insbesondre hinsichtlich der Dichtheit des zweiten Stellorgans vorteilhaft. Eine rotatorische Bewegung des Stellorgans ist hinsichtlich der Lagerung des zweiten Stellorgans und insbesondere im Zusammenspiel mit einem Zahnradgetriebe von Vorteil.
Weiterhin kann es besonders vorteilhaft sein, wenn weiterhin ein vierter Fluidan- schluss vorgesehen ist, wobei über den Kanal eine Fluidverbindung zwischen dem vierten Fluidanschluss und zumindest einem der weiteren Fluidanschlüsse herstellbar ist.
Über einen vierten Fluidanschluss kann das im Kühlmittelkreislauf strömende Fluid an einer weiteren Stelle des Thermostatventils in dieses einströmen oder ausströ- men. Der vierte Fluidanschluss kann dabei über den Kanal in Fluidkommunikation mit einem der weiteren Fluidanschlüsse gebracht werden. Dies kann vorteilhaft sein, wenn zusatzliche Fluidströmungswege benötigt werden. Ein solcher Fluidströ- mungsweg durch den vierten Fluidanschluss kann durch das zweite Stellorgan unabhängig vom ersten Stellorgan reguliert werden.
Ein alternatives Ausführungsbeispiel der Erfindung kann vorsehen, dass ein Gehäuse vorgesehen ist, welches eine erste Kammer, eine zweite Kammer und eine dritte Kammer aufweist, wobei über eine erste Öffnung eine Fluidverbindung zwischen der ersten Kammer und der zweiten Kammer herstellbar ist und über eine zweite Öff- nung eine Fluidverbindung zwischen der zweiten Kammer und der dritten Kammer herstellbar ist, wobei die erste Öffnung und/oder die zweite Öffnung durch das erste Stellorgan verschließbar ist.
Ein Gehäuse, welches drei Kammern im Inneren aufweist, ist besonders vorteilhaft für die Gestaltung eines Thermostatventils. Dabei kann über die Öffnungen, welche die Kammern mit einander verbinden eine Fluidströmung stattfinden. Durch das erste Stellorgan können dabei die Öffnungen ganz oder teilweise verschlossen werden, so dass die Fluidströmung durch die Öffnungen reguliert wird. Vorteilhafterweise ist das erste Stellorgan dabei so gestaltet, dass die erste Öffnung und die zweite Öffnung sowohl gemeinsam als auch unabhängig voneinander geöffnet beziehungsweise verschlossen werden können.
Welterhin kann es besonders vorteilhaft sein, wenn die erste Kammer fluidisch mit dem ersten Fluidanschluss verbunden ist, die zweite Kammer fluidisch mit dem zwei- ten Fluidanschluss oder mit dem zweiten Fluidanschluss und dem vierten Fluidan- schluss verbunden ist und die dritte Kammer fluidisch mit dem dritten Fluidanschluss verbunden ist.
Über eine oben beschriebene Zuordnung der Fluidanschlüsse zu den Kammern, kann eine gezielte Zuführung unterschiedlicher Fluidströme in die Kammern des Thermostatventils erfolgen. Dadurch lässt sich die Fluidströmung durch das Thermostatventil besonders einfach beeinflussen.
Auch ist es zu bevorzugen, wenn das zweite Stellorgan im und/oder am Kanal angeordnet ist und der Kanal einteilig mit dem Gehäuse ausgeführt Ist.
Vorteilhafterweise ist der Kanal und das zweite Stellorgan, beziehungsweise der Kanal, das zweite Stellorgan sowie der das zweite Stellorgan antreibende Elektromotor und das Getriebe derart am Kanal angeordnet, dass sich ein kompakte Einheit ergibt. Der Kanal kann dabei vorteilhafterweise entweder als integraler Bestandteil des Ge- häuses ausgebildet sein oder als zusätzliches Anbauelement, welches im Rahmen eines Montageprozesses an das Gehäuse montiert wird.
Die Aufgabe zum Kühlmittelkreislaufes mit einem erfindungsgemäßen Thermostatventil wird durch einen Kühlmittelkreislauf mit den Merkmalen des Anspruchs 9 ge- löst.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft einen Kühlmittelkreislauf für einen Verbrennungsmotor mit einem Thermostatventil wobei jeweils einer der ersten drei Fluidanschlüsse fluidisch mit einem Verbrennungsmotor, mit einer Pumpe oder mit ei- nem Wärmeübertrager verbunden ist oder jeweils einer der ersten drei Fluidanschlüsse fluid isch mit einem Verbrennungsmotor, mit einer Pumpe oder mit einem Wärmeübertrager verbunden ist und der vierte Fluidanschluss fluidisch mit zumindest einem der restlichen Fluidanschlüsse verbunden ist.
Ein erfindungsgemäßes Thermostatventil ist vorteilhafterweise in einen Kühlmittelkreislauf eines Verbrennungsmotors integriert. Dort regelt es, ob das Kühlmittel nach dem Verlassen des Verbrennungsmotors über einen Wärmeübertrager geleitet wird, oder ob es direkt über einen Bypasskanal am Wärmeübertrager vorbei zurück in den Verbrennungsmotor geleitet wird. Die Fluidanschlüsse des Thermostatventils sind dabei je nach Einbauposition des Thermostatventils im Kühlmittelkreislauf mit einem Verbrennungsmotor, einer Pumpe beziehungsweise einem Wärmeübertrager ver- bunden. Auf diese Weise kann die Steuerung des Fluidkreislaufes auf besonders einfache Weise erfolgen. Der Kanal bildet dabei entweder einen Zweig am Thermostatventil vorbei, der unabhängig vom ersten Stellorgan im Thermostatventil geöffnet oder geschlossen werden kann, oder der Kanal bildet eine weitere Anbindung des Kühlmittelkreislaufes an das Thermostatventil, indem er eine Fluidverbindung zwi- sehen dem vierten Fluidanschluss und einem der restlichen Fluidanschlüsse erzeugt. Auf diese Weise kann die Fluidströmung im Kühlmittelkreislauf sowohl durch das erste Stellorgan, welches temperaturempfindlich sein kann, als auch durch das zweite Stellorgan, welches vorteilhafterweise durch eine Elektromotor angesteuert werden kann, beeinflusst werden. Dies ist vorteilhaft, da eine größere Anzahl an Regelzu- ständen innerhalb des Kühlmittelkreislaufes erreicht werden kann.
Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Figurenbeschreibung beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
Fig.1 eine schematische Ansicht eines Kühlmittelkreislaufes, mit einem Verbrennungsmotor, einem Wärmeübertrager, einem Thermostatventil und einer Pumpe zur Förderung des Kühlmittels, Fig. 2 eine schematische Ansicht des Thermostatventils, mit einem Stellorgan, weiches durch ein thermosensibles Wachselement bewegt werden kann, wobei das Thermostatventil stromabwärts des Verbrennungsmotors angeordnet ist,
Fig. 3 eine weitere schematische Ansicht des Thermostatventil gemäß Figur 2, wo- bei das Thermostatventil stromaufwärts des Verbrennungsmotors angeordnet ist,
. 4 eine schematische Ansicht eines Thermostatventils, wobei das Thermostatventil einen zusätzlichen Kanal aufweist, in welchem ein zusätzliches Stellorgan zur Regulierung des Durchflussquerschnittes des Kanals angeordnet ist, wobei der über einen Fluidanschuss mit dem Thermostatventil in Fluidkom- munikation steht, eine weitere schematische Ansicht eines Thermostatventils gemäß Figur 4, wobei der Kanal als Bypass zum Thermostatventil ausgebildet ist und zwei Fluidanschlüsse des Thermostatventils miteinander verbindet,
Fig. 6 eine schematische Ansicht eines Kühlmittelkreislaufes gemäß Figur 1 , wobei ein Thermostatventil mit Kanal gemäß der Figuren 4 beziehungsweise 5 im Kühlmittelkreislauf angeordnet ist und der Kanal einen Bypass vom Fluidan- schluss des Wärmeübertragerzweiges zum Fluidanschluss des Verbrennungsmotorzweiges bildet, und eine weitere schematische Ansicht eines Kühlmittelkreislaufes gemäß Figur 6, wobei der Kanal einen Bypass zwischen dem Kurzschlusszweig und dem Verbrennungsmotorzweig bildet. Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Die Figur 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Kühlmittelkreislaufes 1, in welchem ein Verbrennungsmotor 3, eine Pumpe 4, ein Thermostatventil 2 und ein Wärmeübertrager 5 integriert sind. Die genannten Komponenten sind über Fluidleitungen miteinander verbunden. Der Wärmeübertrager 5 wird von einem Kühlluftstrom 6 durchströmt. Im Bedarfsfall kann dieser Kühlluftstrom 6 von einem Lüfter 7 beschleunigt werden.
Innerhalb des Kühlmittelkreislaufes 1 sind im Wesentlichen zwei Fluidkreise ausge- bildet. Der erste Fluid kreis verläuft vom Ausgang des Verbrennungsmotors 3 zu einer Fluidkreuzung 9 und strömt von dort in das Thermostatventil 2. Aus dem Thermostatventil 2 strömt das Fluid über die Pumpe 4 wieder direkt in den Verbrennungsmotor 3. Der zweite Fluidkreis im Kühlmittelkreislauf 1 umfasst zusatzlich den Wärmeübertrager 5. Anstelle an der Fluidkreuzung 9 direkt zum Thermostatventil 2 zu strömen, strömt das Fluid erst durch den Wärmeübertrager 5 und nach dem Durchströmen des Wärmeübertragers 5 in das Thermostatventil 2. Vom Thermostatventil 2 strömt das Fluid, welches durch den Wärmeübertrager 5 geströmt ist zurück über die Pum- pe 4 in den Verbrennungsmotor 3.
Auf diese Weise ist es möglich, durch die Schaltung des Thermostatventils ein Fluid entweder nur in dem kleinen Fluidkreislauf, in welchem die Fluidkreuzung 9 und das Thermostatventil 2 über den Kurzschlusszweig 8 miteinander verbunden sind, strö- men zu lassen oder alternativ im großen Fluidkreislauf auch durch den Wärmeübertrager 5.
Die Steuerung des Thermostatventils 2 kann dabei abhängig gemacht werden von beispielsweise der Betriebssituation des Kraftfahrzeugs, in welchem der Kühlkreis- lauf 1 integriert ist oder beispielsweise von der im Kühlmittelkreislauf 1 herrschenden Temperatur. Der in Figur 1 gezeigte Kühlmittelkreislauf 1 dient als Basis für die Darstellung der nachfolgenden Figuren und entspricht dem Stand der Technik.
Die Figur 2 zeigt ein konventionelles Thermostatventil 20. Das Thermostatventil 20 weist ein Gehäuse 34 auf. Innerhalb dieses Gehäuses 34 sind drei Kammern, 24, 25, 26 ausgebildet. Die Kammern 24 bis 26 sind jeweils durch Öffnungen 38, 39 miteinander verbunden, so dass eine Fluidkommunikation zwischen den einzelnen Kammern 24 bis 26 möglich ist. Im Inneren des Gehäuses 34 ist ein Stellorgan 21 angeordnet, welches im gezeigten Beispiel durch ein wachsgefülltes Element gebildet ist. Im Inneren des Steltorgans 21 ist ein Bereich vorgesehen, welcher mit einem Wachs 30 gefüllt ist. Dieses Wachs kann je nach Umgebungstemperatur in einer flüssigen oder in einer festen Phase vorliegen. Durch den Übergang zwischen der festen und der flüssigen Phase kommt es zu Volumenveränderungen des Wachses 30. Aus diesem Grund wird das Stellorgan 21 ausgedehnt beziehungsweise zusammengezogen, wodurch sich die Stellwirkung des Stellorgans 21 ergibt. Das Wachs 30 kann dabei entweder von einem Fluid, welches das Stellorgan 21 umströmt erwärmt beziehungsweise abgekühlt werden. Alternativ dazu kann auch ein Heizelement thermisch leitend an das Stellorgans 21 angebunden sein, wodurch ein Phasenübergang des Wachses 30 hervorgerufen werden kann.
Durch eine Ausdehnung beziehungsweise ein Zusammenziehen des Stellorgans 21 können die einzelnen Kammern 24 bis 26 vollständig voneinander getrennt werden oder auch teilweise miteinander verbunden werden. Hierzu kann die Öffnung 38, welche die erste Kammer 24 mit der zweiten Kammer 25 verbindet oder die Öffnung 39, welche die zweite Kammer 25 mit der dritten Kammer 26 verbindet, durch das obere Verschlussglied 22 beziehungsweise im Falle der Öffnung 39 durch das untere Verschlussglied 23 verschlossen oder freigegeben werden. Die erste Kammer 24 weist einen Fluidanschluss 27 auf, aus welchem im Falle der Figur 2 ein Fluidstrom 31 austritt. Die zweite Kammer 25 weist einen Fluidanschluss 28 auf, durch welchen ein Fluidstrom 32 in die zweite Kammer 25 einströmt. Die dritte Kammer 26 weist einen weiteren Fluidanschluss 29 auf, durch welchen ein Fluidstrom 33 ausströmt.
Die Strömungsrichtung der Fluidströme hängt im Wesentlichen von der Positionierung und dem Anschluss des Thermostatventils 20 an den restlichen Kühlmittelkreislauf ab. Die Figur 2 zeigt ein Thermostatventil 20, welches innerhalb des Kühlmittelkreislaufes stromabwärts des Verbrennungsmotors angeordnet ist. Der Fluidstrom 32 stellt hierbei einen Fluidstrom dar, weicher vom Ausgang des Verbrennungsmotors zum Thermostatventil 20 strömt. Der Fluidstrom 33 strömt weiterhin vom Thermostatventil 20 zum Wärmeübertrager 6. Der dritte Fluidstrom 31 strömt vom Thermos- tatventii 20 zum Kurzschlusszweig 8. Die Figur 3 zeigt ein weiteres Thermostatventil 20a. Die Bezugszeichen der Figuren 2 und 3 stimmen miteinander überein. Abweichend zu dem Thermostatventil 20 der Figur 2 ist das Thermostatventil 20a der Figur 3 nun entsprechend der Figur 1 in den Kühlmittelkreislauf 1 eingebunden. Daraus ergibt sich, dass der Fluidstrom 35 mit dem Kurzschlusszweig 8 und darüber mit dem Ausgang des Verbrennungsmotors 3 in Verbindung steht. Der Fluidstrom 36 leitet vom Thermostatventil 20a zur Pumpe 4 und damit zum Eingang des Verbrennungsmotors 3. Der Fluidstrom 37 strömt vom Wärmeübertrager 5 zum Thermostatventil 20a.
Die Funktionsweise des Thermostatventils 20a entspricht der des Thermostatventils 20 der Figur 2.
Über die Ausdehnung des Stellorgans 21 im Inneren des Thermostatventils 20a kann eine unterschiedliche Vermischung der einzelnen Fluidströme 35, 36, 37 stattfinden. Die Figur 4 zeigt ein Thermostatventil 40. Das Thermostatventil 40 weist einen grundsätzlich ähnlichen Aufbau zu den Thermostatventilen 20 beziehungsweise 20a der Figuren 2 und 3 auf. In einem Gehäuse 41 sind zueinander benachbart eine erste Kammer 42, eine zweite Kammer 43 sowie eine dritte Kammer 44 angeordnet. Die erste Kammer 42 ist mit der zweiten Kammer 43 über eine Öffnung 63 verbunden. Die zweite Kammer 43 ist mit der dritten Kammer 44 über die Öffnung 64 verbunden. Über ein Stellorgan 53, welches im Inneren des Gehäuses 41 angeordnet ist, können die Öffnungen 63 beziehungsweise 64 freigegeben oder verschlossen werden. Dies erfolgt über das Verschlussglied 54 beziehungsweise 55 des Stellorgans 53. Das Stellorgan 53 kann ebenfalls ein Wachsgefülltes Element sein.
Das Thermostatventil 40 weist einen Fluidanschluss 45, einen Fluidanschluss 46 und einen Fluidanschluss 47 auf. Über den Fluidanschluss 45 strömt der Fluidstrom 60, welcher über den Kurzschlusszweig 8 vom Verbrennungsmotor 3 kommt in die erste Kammer 42 ein. Über den Fluideinlass 47 strömt der Fluidstrom 62, welcher vom Wärmeübertrager 5 kommt in die untere Kammer 44 ein. Über den Fluidanschluss 46 tritt der Fluidstrom 61 aus der zweiten Kammer 43 aus und führt von dort zur Pumpe 4.
Das Thermostatventil 40 der Figur 4 ist wie auch das Thermostatventil 20a der Figur 3 entsprechend dem in Figur 1 gezeigten Kühlkreislauf 1 in den Kühlkreislauf integriert.
Zusätzlich zu dem bereits beschriebenen Funktionsumfang der Thermostatventile 20 und 20a weist nun das Thermostatventil 40 einen Kanal 48 auf. Dieser Kanal 48 weist seinerseits ein zweites Stellorgan 50 auf, welches über ein Getriebe 52 mit einem Motor 51 verbunden ist. Der Motor 51 ist dabei vorzugsweise durch einen Elekt- romotor gebildet. In bevorzugten Ausführungsformen ist hier beispielsweise ein Gleichstromelektromotor, ein bürstenloser Gleichstrommotor oder auch ein Schrittmotor vorsehbar.
Das Gehäuse 41 weist einen weiteren Fluidanschluss 49 auf. Über diesen Fluidan- schluss 49 steht der Kanal 48 mit der zweiten Kammer 43 in Fluidkommunikation. Über das Stellorgan 50 kann der Fluidfluss vom Kanal 48 durch den Fluidanschluss
49 in die zweite Kammer 43 ganz oder teilweise unterbunden werden.
Hierzu kann das Stellorgan 50 über das Getriebe 52 vom Motor 51 derart verfahren werden, dass der Strömungsquerschnitt des Kanals 48 ganz oder teilweise freigege- ben beziehungsweise verschlossen wird. In vorteilhaften Ausführungsformen ist dabei das Stellorgan 50 stufenlos verstellbar, so dass der Fluiddurchfluss durch den Kanal 48 in sehr feinen Schritten oder stufenlos geregelt werden kann. Der Kanal 48 wird ebenfalls über den Fluidstrom 62, welcher vom Wärmeübertrager 5 kommt mit dem Kühlmittel beaufschlagt.
In der Figur 4 wird so das Thermostatventil 40 über zwei voneinander unabhängige Wege mit dem Fluid vom Wärmeübertrager 5 beaufschlagt. Der Übertritt durch den Fluidanschluss 47 wird lediglich durch den vorgegebenen Durchflussquerschnitt des Fluidanschlusses 47 limitiert. Der Fluiddurchfluss durch den Kanal 48, welcher über den Fluidanschluss 49 in die zweite Kammer 43 übertritt, kann durch das Stellorgan
50 unabhängig von dem restlichen Thermostatventil 40, insbesondere von dem Stellorgan 53 beeinflusst werden. Die Anordnung der Figur 4 erlaubt es, dass auch das Kühlmittel, welches durch den Kanal 48 in das Thermostatventil 40 übertritt, das Stellorgan 53 umströmt, wodurch eine Ausdehnung oder Verkürzung des Stellorgans 53 infolge einer Temperaturänderung resultieren kann. Im Gegensatz zu der Fluidmen- ge, welche über den Fluidanschluss 47 in die untere Kammer 44 des Thermostatventils eindringt, kann so über den Fluidanteil, welcher durch den Kanal 48 in das Thermostatventil 40 einströmt, eine aktive Beeinflussung des Stellorgans 53 vorgenommen werden.
Die Ansteuerung des Stellorgans 50 im Kanal 48 kann dabei durch einen beliebig vorgebbaren Wert erfolgen. Dies kann z.B. aufgrund von einer gemessenen Temperatur im Kühlmittelkreislauf erfolgen oder auch durch einen anderen vorgebbaren Wert. Der Kanal 48 des Thermostatventils 40 kann als integraler Bestandteil des Gehäuses 41 ausgeführt sein. Beispielsweise kann der Kanal 48 in das Gehäuse 41 eingegossen sein, in alternativen Ausführungsformen ist es auch vorsehbar, dass der Kanal 48 durch eine zusätzliche Rohrleitung gebildet ist, welche nachträglich über einen weiteren Mo tageschritt an das Gehäuse angebracht wird. Vorzugsweise weist der Kanal bereits Aufnahmepunkte auf, an welchen das Getriebe 52 beziehungsweise der Motor 51 angebracht werden können. Auf diese Weise ist eine Endmontage des Thermostatventils insgesamt vereinfacht.
Das Stellorgan 50 kann je nach Gestaltung des Getriebes 52 beziehungsweise des Motors 51 sowohl durch eine translatorische als auch eine rotatorische beziehungsweise durch eine Mischform einer translatorischen und rotatorischen Bewegung verstellt werden. Eine translatorische Bewegung des Stellorgans 50 ist insbesondere vorteilhaft hinsichtlich der möglichen erreichbaren Dichtheit des Fluidanschiusses 49. Außerdem ist die Abdichtung des Kanals 48 für das Getriebe 52, weiches in diesem Fall die Motorbewegung in eine translatorische Bewegung übersetzt, auf einfache Weise zu bewerkstelligen.
In einer Ausführungsform, die eine rotatorische Bewegung zur Verstellung des Stellorgans 50 vorsieht, ist insbesondere die Lagerung des Steltorgans 50 auf einfache Weise darzustellen aber auch die Übersetzung vom Motor 51 zum Stellorgan 50, welche beispielsweise durch ein Zahnradgetriebe bewerkstelligt werden kann.
Die einzelnen Kammern 42, 43 beziehungsweise 44 der Figur 4 sind durch eine Mehrzahl von Wandungen gebildet, welche an der Innenseite des Gehäuses 41 von dem Gehäuse 41 abragen. Die Verbindung der Kammern untereinander ist über die Öffnungen 63 beziehungsweise 64 realisiert. Die in Figur 4 gezeigte schematische Darstellung des Thermostatventils 40 dient lediglich der Verdeutlichung des grundsätzlichen Aufbaus des Thermostatventils 40. Sie weist hinsichtlich der möglichen Ausgestaltungsformen des Thermostatventils 40 keinen beschränkenden Charakter auf. Die Figur 5 zeigt ein weiteres Thermostatventil 40a, welches dem Aufbau des Thermostatventils 40 der Figur 4 im Wesentlichen entspricht. Der Aufbau des Gehäuses 41a unterscheidet sich von dem des Gehäuses 40 nur unwesentlich. Im Nachfolgenden werden die Abweichungen zur Figur 4 beschrieben. Im Unterschied zur Figur 4 weist das Gehäuse 41a keinen weiteren Fluidanschluss auf. Der Kanal 56 ist am Thermostatventil 40a derart angeordnet, dass vom Flu- idstrom 62 ein Teil des Fluids in den Kanal 56 abgetrennt wird und ein weiterer Teil in die untere Kammer 44 einströmt Innerhalb des Kanals 56 ist ein Stellorgan 57 angeordnet, welches über ein Getriebe 59 mit einem Motor 58 verbunden ist. Der Aufbau des Stellorgans 57 des Getriebes 59 beziehungsweise des Motors 58 entspricht dem Aufbau des Stellorgans 50 des Getriebes 52 und des Motors 51 der Figur 4.
Der Kanal 56 endet im Gegensatz zu dem in Figur 4 gezeigten Kanal 50 am Fluidanschluss 46 des Fluidstroms 61. Der Kanal 56 schafft somit einen Bypassweg, wel- eher es ermöglicht, einen Teil des Fluids am Thermostatventil 40a vorbei zu schleusen. Die in Figur 5 gezeigte Ausführungsform des Thermostatventils 40a ermöglicht einen Bypass zwischen dem Fluidstrom 62, welcher vom Wärmeübertrager kommt zum Fluidstrom 61 , welcher zur Pumpe 4 und dann zum Verbrennungsmotor 3 weiterströmt.
Die Ausdehnung beziehungsweise Verkürzung des Stellorgans 53 im Inneren des Thermostatventils 40a ist damit nur abhängig von dem Anteil des Fluidstroms 62, welcher in die Kammer 44 einströmt beziehungsweise vom Fluidstrom 60, welcher in die Kammer 42 einströmt.
Die Thermostatventile 40 beziehungsweise 40a der Figuren 4 und 5 sind wie auch das Thermostatventil 20a der Figur 3 an der gleichen Stelle wie das Thermostatventil 2 im Kühl mittelkreislauf 1 der Figur 1 angeordnet. In alternativen Ausführungsformen ist jedoch ebenso eine Anordnung der in den Figuren 4 und 5 gezeigten Thermostat- ventile 40 beziehungsweise 40a entsprechend dem Thermostatventil 20 der Figur 2 an der Fluidkreuzung 9 des Fluidkreislaufes 1 der Figur 1 möglich. Die Figur 6 zeigt einen weiteren Kühlmittelkreislauf 70 mit den Elementen Verbrennungsmotor 71, Pumpe 72, Thermostatventil 73, Wärmeübertrager 76, welcher von einem Kühlluftstrom 78 durchströmt wird, der bedarfsweise von einem Lüfter 77 angesaugt oder durch den Wärmeübertrager 76 durchgeblasen wird. Das in Figur 6 gezeigte Thermostatventil 73 entspricht dabei im Wesentlichen dem Thermostatventil 40a der Figur 5. Der Kanal 74, welcher das Stellorgan 75 sowie das Getriebe beziehungsweise den Antriebsmotor aufweist, schafft somit einen Bypass zwischen dem Kühlmittelzweig, welcher vom Wärmeübertrager 76 kommt, zum Kühlmittelzweig, welcher zur Pumpe 72 weiterführt. Insgesamt bilden das Thermostatventil 73, der Kanal 74 sowie das Stellorgan 75 aus der Figur 6 das in Figur 5 gezeigte Thermostatventil 40a inklusive des Kanals 56.
Ein Kühlmittelkreislauf 70 der Figur 6 bietet die Möglichkeit einen Teil des Kühlmittels vom Wärmeübertrager 76 am Thermostatventil 73 vorbei direkt wieder in den Ver- brennungsmotor 71 zu leiten. Da das Stellorgan 75 unabhängig von der Temperatur des Kühlmittels innerhalb des Fluidkreislaufes 70 ansteuerbar Ist, kann so eine Fluid- versorgung des Verbrennungsmotors 71 unabhängig von der Kühlmitteltemperatur stattfinden. Somit wird das temperaturabhängige Thermostatventil 73 um eine zusätzliche Funktionalität ergänzt.
Die Figur 7 zeigt eine alternative Darstellung des Fluidkreislaufes 70 der Figur 6. Der Kanal 80 ist abweichend zur Figur 6 nun so angeordnet, dass der Kurzschlusszweig, welcher von der Fluidkreuzung 81 in Richtung des Thermostatventils 73 fließt, direkt mit dem Fluidzweig, welcher zur Pumpe 72 fließt, verbunden ist. Der Kanal 80 schafft somit einen Bypass zwischen dem Kurzschlusszweig und dem zur Pumpe 72 führenden Fluidzweig. Der Bereich, welcher durch das Thermostatventil 73, den Kanal 78 sowie das Stellorgan 79 gebildet ist, entspricht im Wesentlichen dem Aufbau des Thermostatventils 40a und dem Kanal 56 der Figur 5. Die Figuren 6 und 7 dienen jeweils zur Verdeutlichung des Anwendungsbereichs eines Thermostatventils 40 beziehungsweise 40a der Figuren 4 und 5. Zusätzlich zu den Anordnungen der Figuren 6 und 7 kann das Thermostatventil 73 auch an der Fluidkreuzung 81 angeordnet sein. Der Kanal 80 beziehungsweise 74 kann dabei jeweils entweder einen Bypass zwischen zwei Fluidanschlüssen des Thermostatventils 73 bilden oder alternativ, wie in Figur 4 angedeutet, eine zusätzliche Zuleitung von einem der Fluidzweige in das Thermostatventil 73 bilden.
In einer alternativen Ausführung kann es vorgesehen sein, dass das Thermostatventil zwei Kanäle aufweist, so dass eine vollständige Überbrückung des Thermostatventils möglich ist. Dabei ist über einen ersten Kanal der Kurzschlusszweig mit dem Fluidzweig verbunden, der zur Pumpe führt. Ein zweiter Kanal verbindet den Fluid- zweig, welcher vom Wärmeübertrager kommt mit Fluidzweig, der zur Pumpe führt.
Die in den Figuren 1 bis 7 dargestellten Ausführungsbeispiele besitzen keinen beschränkenden Charakter hinsichtlich einer erfindungsgemäßen Umsetzung eines Thermostatventils. Sie dienen lediglich zur Verdeutlichung des Funktionsprinzips. Insbesondere hinsichtlich der geometrischen Gestaltung oder der praktischen Aus- führungsform des Thermostatventils stellen die Figuren 1 bis 7 keinen beschränkenden Charakter dar.

Claims

Patentansprüche Thermostatventil (40, 40a, 73), insbesondere für einen Kühlmittelkreislauf (70) eines Verbrennungsmotors (71), mit einem ersten Fluidanschluss (45, 46, 47), mit einem zweiten Fluidanschluss (45, 46, 47) und mit einem dritten Fluiden- schluss (45, 46, 47), mit einem ersten Stellorgan (53), wobei über das erste
Stellorgan (53) eine Fluidverbindung zwischen zumindest zwei der Fluidan- schlüsse (45, 46, 47) herstellbar und/oder beeinflussbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kanal (48, 56, 74, 80) vorgesehen ist, welcher über ein zweites Stellorgan (50, 57, 75, 79) verschließbar ist, wobei über den Kanal (48, 56, 74, 80) eine weitere Fluid Verbindung zwischen zumindest zwei Fluid- anschlüssen (45, 46, 47) herstellbar ist. Thermostatventil (40, 40a, 73) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Stellorgan (53) durch ein Wach- selement verstellbar ist, wobei das zweite Stellorgan (50, 57, 75, 79) durch einen Elektromotor (51 , 58) verstellbar ist. Thermostatventil (40, 40a, 73) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass das zweite Stellorgan (50, 57, 75, 79) über ein Getriebe (52, 59), insbesondere über ein Zahnradgetriebe, mit einem
Elektromotor (51, 58) antriebsverbunden ist und von dem Elektromotor (51, 58) verstellbar ist. Thermostatventil (40, 73) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (48, 56, 74, 80) über eine translatorische Bewegung und/oder eine rotatorische Bewegung des zweiten Stellorgans (50, 57, 75, 79) verschließbar ist. Thermostatventil (40, 40a, 73) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin ein vierter Fluidanschluss (49) vorgesehen ist, wobei über den Kanal (48) eine Fluidverbindung zwischen dem vierten Fluidanschluss (49) und zumindest einem der weiteren Fluidanschlüs- se (45, 46, 47) herstellbar ist. Thermostatventil (2, 20, 20a, 40, 40a, 73) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet« dass ein Gehäuse (34, 41) vorgesehen ist, welches eine erste Kammer (24, 42), eine zweite Kammer (25, 43) und eine dritte Kammer (26, 44) aufweist, wobei über eine erste Öffnung (38, 63) eine Flugverbindung zwischen der ersten Kammer (24, 42) und der zweiten Kammer (25, 43) herstellbar ist und über eine zweite Öffnung (39, 64) eine Fluidverbindung zwischen der zweiten Kammer (25, 43) und der dritten Kammer (26, 44) herstellbar ist, wobei die erste Öffnung (38, 63) und/oder die zweite Öffnung (39, 64) durch das erste Stellorgan (21 , 53) verschließbar ist. Thermostatventil (2, 20, 20a, 40, 40a, 73) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kammer (24, 42) fluidisch mit dem ersten Fluidanschluss (27, 45) verbunden ist, die zweite Kammer (25, 43) fluidisch mit dem zweiten Fluidanschluss (28, 46) oder mit dem zweiten Fluidanschluss (46) und dem vierten Fluidanschluss (49) verbunden ist und die dritte Kammer (26, 44) fluidisch mit dem dritten Fluidanschluss (29, 47) verbunden ist Thermostatventii (40, 40a, 73) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Stellorgan (50, 57, 75, 79) im und/oder am Kanal (48, 56, 74, 80) angeordnet ist und der Kanal (48, 56, 74, 80) einteilig mit dem Gehäuse (41) ausgeführt ist. Kühlmittelkreislauf (70) für einen Verbrennungsmotor mit einem Thermostatventil (40, 40a, 73) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils einer der ersten drei Fluidanschlüsse (45, 46, 47) fluidisch mit einem Verbrennungsmotor (71), mit einer Pumpe (72) oder mit einem Wärmeübertrager (76) verbunden ist oder, dass jeweils einer der ersten drei Fluidanschlüsse (45, 46, 47) fluidisch mit einem Verbrennungsmotor (71), mit einer Pumpe (72) oder mit einem Wärmeübertrager (76) verbunden ist und der vierte Fluidanschluss (49) fluidisch mit zumindest einem der restlichen Fluidanschlüsse (45, 6, 47) verbunden ist.
EP14705354.0A 2013-02-20 2014-02-19 Thermostatventil Withdrawn EP2959126A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE201310202761 DE102013202761A1 (de) 2013-02-20 2013-02-20 Thermostatventil
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