[0001] Die Erfindung betrifft einen Temperaturregler-Einsatz mit den Merkmalen nach dem
Oberbegriff des Patentanspruches 1. Ein bekannter Einsatz dieser Bauart nach der DE-PS
12 95 255 weist eine Dehnstoffkapsel auf, die sich teilweise durch das Kühlerrücklauf-Ventil
hindurch erstreckt. Dadurch beeinflußt die Temperatur in der Kühlerrücklauf- leitung
die Regeltemperatur in dem Sinne, daß mit fallender Temperatur des Kühlerrücklaufes
die Regeltemperatur ansteigt, weil der stromab des Kühlerrücklauf-Ventiles im Mischbereich
mit der heißen Kurzschlußströmung angeordnete Hauptteil der Dehnstoffkapsel dabei
mit steigender Temperatur beaufschlagt werden muß, um die Dehnstoffkapsel insgesamt
mit ihrer Betätigungstemperatur zu beeinflussen. Dadurch läßt sich eine mit steigender
Kühlerrücklauf-Temperatur gleichbleibende oder stetig fallende Regeltemperatur der
Hischströmung erzielen, die der Maschine zugeleitet wird. Die Grenzwerte des Temperaturregelbereiches
werden dabei einerseits von einem Höchstwert der Regeltemperatur bei extrem niedriger
Umgebungstemperatur und geringer Motorlast und dadurch extrem niedriger Kühlerrücklauf-Temperatur
und andererseits von einer relativ niedrigen Regeltemperatur bei hoher Umgebungstemperatur
und hoher Motorlast mit hoher Kühlerrücklauf-Temperatur bestimmt, wobei letztere weitgehend
der Betätigungstemperatur der Dehnstoffkapsel entspricht.
[0002] Aufgabe der Erfindung ist es, einen Temperaturregler-Einsatz der bekannten Bauart
so weiterzubilden, daß er bei Teillast der Maschine mit entsprechend niedriger Kühlerrücklauf-Temperatur
eine in engen Grenzen gleichbleibend hohe Regeltemperatur und bei Vollast der Maschine
mit entsprechend hoher Kühlerrücklauf-Temperatur eine niedrigere Regeltemperatur einstellt.
Auf diese Weise soll eine Regelung bewirkt werden, die einerseits durch eine hohe
Betriebstemperatur der Maschine im Teillastbetrieb eine verringerte Reibleistung mit
verringertem Kraftstoffverbrauch und anderereits bei Vollast der Maschine durch eine
niedrigere Betriebstemperatur eine intensivere Kühlung zum Vermeiden einer überhitzung
und insbesondere von Selbstzündungen ermöglicht.
[0003] Durch die Merkmale nach dem Kennzeichen des Patentanspruches 1 wird diese Aufgabe
in überraschend einfacher Weise gelöst. Die Dehnstoffkapsel des ersten Dehnstoffelementes
bewirkt eine gleichmäßige, relativ hohe Regeltemperatur und die weitere Dehnstoffkapsel
des zweiten Dehnstoffelementes übersteuert die Funktion des ersten ab einer relativ
hohen Temperatur in der Kühlerrücklauf-Leitung. Dadurch ergibt sich ein Absenken der
Regeltemperatur im Bereich der Vollast der Maschine auf die Betätigungstemperatur
der zweiten Dehnstoffkapsel und auf den daran anschließenden Verlauf der Kühlerrücklauf-Temperatur
bei offenem Kühlerrücklauf-Ventil und geschlossenem Kurzschluß-Ventil entsprechend
der vollen Kühlwirkung des Kühlers.
[0004] Als bevorzugte Betätigungstemperaturwerte der beiden Dehnstoffkapseln werden die
Werte nach den Merkmalen des Anspruches 2 vorgeschlagen, die innerhalb üblicher Grenzen
einerseits bei Teillast der Maschine ein günstig hohes Temperatur-Niveau für geringe
Reibleistung der Maschine und andererseits bei Vollast einen ausreichenden Abstand
der Betriebstemperatur von kritischen Werten ergeben.
[0005] Die Merkmale der Ansprüche 3 bis 5 zeigen bevorzugte bauliche Ausgestaltungen der
Erfindung auf, die sich eng an den handelsüblichen Aufbau von Temperaturregler-Einsätzen
anlehnen und daher für eine Ausbildung nach der Erfindung nur geringe Änderungen an
den vorhandenen Fertigungseinrichtungen erfordern.
[0006] Die Merkmale des Anspruches 6 beinhalten das Prinzip der Erfindung unabhängig von
der konstruktiven Gestaltung eines Mischthermostats.
[0007] Durch die DE-PS 861 937 ist es zwar bereits bekannt, die gehäuseseitige Abstützstelle
eines Thermostat-Dehnelementes abhängig von der Last der Maschine zu verstellen, jedoch
sind dabei bauaufwendige mechanische oder pneumatische übertragungen für Gestänge-Bewegungen
bzw. Ansaugdruck-übertragungen notwendig. Bei der Erfindung wird dagegen mit geringem
Bauteilaufwand unmittelbar die Lastabhängigkeit der Kühleraustrittstemperatur als
Regelgröße genutzt.
[0008] Durch die DE-OS 14 51 669 ist ferner bei einem Temperaturregler bekannt, zwei Dehnstoffkapseln
beiderseits eines Kühlervorlauf-Ventiles eines an der Verzweigungsstelle von Kühlervorlauf-
und Kurzschlußleitung angeordneten, diese Verzweigung steuernden Temperaturreglers
anzuordnen und mit unterschiedlichen Betätigungstemperaturen auszubilden. Im Gegensatz
zum erfindungsgemäßen, als Mischthermostat an der Mündung von Kühlerrücklauf-Leitung
und Kurzschlußleitung angeordneten Temperaturregler ist bei dieser bekannten Ausbildung
eine unmittelbare selbsttätige Beeinflussung der Regelfunktion durch die Temperatur
in der Kühlerrücklauf-Leitung nicht möglich. Eine Anregung zur Erfindung war daher
aus dieser Druckschrift nicht ableitbar.
[0009] In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Temperaturregler-Einsatz in seiner Anordnung in einem
schematisch dargestellten Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine und
Fig. 2 die Regelkurve des Temperaturregler-Einsatzes nach Fig. 1 im Vergleich zu Regelkurven
bekannter Temperaturregler.
[0010] Ein Temperaturregler-Einsatz 1 besteht aus zwei gegeneinander gerichteten Dehnstoffkapseln
2 und 3 mit einer gemeinsamen Kolbenstange 4 und je einer Dichtkappe 5 und 6, die
zwei Dehnstoffelemente mit unterschiedlichen Betätigungstemperaturen bilden. Die erste
Dehnstoffkapsel 2 trägt je ein Kühlerrücklauf-Ventil 7 und Kurzschluß-Ventil 8. Das
Kühlerrücklauf-Ventil 7 ist auf der Dehnstoffkapsel 2 festgelegt und wird mit dieser
gemeinsam von einer Rückstellfeder 9 in Richtung zu einem Ventilsitz 10 gedrängt.
Am gegenüberliegenden Ende der Dehnstoffkapsel 2 ist das Kurzschluß-Ventil-8 gegen
die Wirkung einer weiteren Rückstellfeder 11 axial verschiebbar gelagert, so daß der
Hub der Dehnstoffkapsel 2 beim Aufsetzen des Kurzschluß-Ventiles 8 auf seinen Ventil
sitz 8' zur Kurzschlußleitung 12 nicht begrenzt ist. Der Ventilsitz 10 ist an einem
radialen Befestigungs- und Verschluß-Flansch 13 ausgebildet, der an seinem Außenumfang
in einer Flanschverbindung 14 eines Thermostat-Gehäuses 15 gehalten ist. über je einen
Abstützbügel 16 und 17 stützen sich am Flansch 13 und damit am Thermostat-Gehäuse
15 sowohl die Rückstellfeder 9 als auch die zweite Dehnstoffkapsel 3 ab. Die Dehnstoffkapsel
3 erstreckt sich in eine am Thermostat-Gehäuse 15 anschließende Kühlerrücklauf-Leitung
18, die sich im Gehäuse 15 bis zum Ventilsitz 10 fortsetzt. Die gegenüberliegend in
das Gehäuse 15 mündende Kurzschlußleitung 12 endet am Ventilsitz 8' für das Kurzschluß-Ventil
8.
[0011] Der Innenraum des Gehäuses 15 bildet zwischen den Ventilsitzen 8' und 10 eine Mischkammer
15' für Kühlmittel-Anteile aus der Kurzschlußleitung 12 und der Kühlerrücklauf- leitung
18. Aus dem Mischraum 15' führt eine Rücklaufleitung 19 zur Kühlmittelpumpe 20 der
Maschine 21. Die Kurzschlußleitung 12 und eine Kühlervorlauf-Leitung 22 zu einem Kühler
23 mit der anschließenden Kühlerrücklauf-Leitung 18 schließen die beiden parallelen
Leitungszweige des Kühlkreislaufes zwischen Maschine 21 und Mischkammer 15'.
[0012] Beim Betrieb der Maschine 21 fördert die Kühlmittelpumpe 20 das nach einem Kaltstart
zunächst kalte Kühlmittel ausschließlich durch die Kurzschlußleitung 12 bei geöffnetem
Kurzschluß-Ventil 8 und geschlossenem Kühlerrücklauf-Ventil 7. Da dabei eine Kühlwirkung
des Kühlers 23 ausgeschlossen ist, erreicht die Temperatur des Kühlmittels rasch die
Betätigungstemperatur der überwiegend im durchströmten Mischraum 15' angeordneten
Dehnstoffkapsel 2. Der darin enthaltene Dehnstoff dehnt sich bei seiner Betätigungstemperatur
durch Ändern seines Aggregatzustandes von fest in flüssig in einem geringen Temperaturbereich
von z.B. 90 bis 105° C sehr stark. Dadurch wird in diesem Temperaturbereich ein Hub
der Dehnstoffkapsel 2 zusammen mit dem Kühlerrücklauf-Ventil und dem Kurzschluß-Ventil
8 erzeugt, der einerseits bei 90° C das öffnen des Kühlerrücklauf-Ventiles 7 und andererseits
bei 105° C das Schließen des Kurzschluß-Ventiles 8 bewirkt. Die gemeinsame Kolbenstange
4 der beiden Dehnstoffkapseln 2 und 3 wird dabei durch die Volumenänderung des Dehnstoffes
in der Dehnstoffkapsel 2 aus dieser heraus gegen die Wirkung der Rückstellfeder 9
verdrängt und stützt sich über einen Anschlagring 4' gegen die zweite Dehnstoffkapsel
3 ab. Der Anschlagring 4' bildet dabei eine feststehende Abstützung für die Kolbenstange
4, deren Stellung dadurch von der Volumensänderung des Dehnstoffes in der zweiten
Dehnstoffkapsel 3 unter dem Beginn seines Betätigungs-Temperaturbereiches von z.B.
70 bis 85° C unbeeinflußt bleibt. Dadurch wird eine übersteuerung der Regelfunktion
der ersten Dehnstoffkapsel 2 durch die zweite Dehnstoffkapsel 3 dann vermieden, wenn
die von der_Umgebungstemperatur und von der Motorlast abhängige Kühlerrücklauf-Temperatur
zwischen der jeweiligen Umgebungstemperatur und dem Beginn des Betätigungs-Temperaturbereiches
der zweiten Dehnstoffkapsel von 70° C liegt. Durch den anteiligen Einfluß der Temperatur
des Kühlmittels im Mischraum 15' auf den darin angeordneten Hauptanteil der Dehnstoffkapsel
2 und in der Kühlerrücklauf-Leitung 18 auf den darin angeordneten Dichtkopf 5 der
Dehnstoffkapsel 2 ergibt sich ein Verlauf 24 in Fig. 2 der Regeltemperatur und damit
der Maschineneintritts-Temperatur T
ME mit nahezu gleichbleibendem Wert bei veränderlicher Kühleraustrittstemperatur T
KA, wie dies in Fig. 2 mit dem Linienzug 24 dargestellt ist. Dieser Verlauf 24 der Regeltemperatur
alleine aus der Funktion der Dehnstoffkapsel 2 geht in bisher bekannter Weise gemäß
dem unterbrochenen Linienzug 24' unmittelbar in den Verlauf 25 der Kühleraustritts-Temperatur
T
KA bei voller Durchströmung des Kühlers 23 und nicht durchströmter Kurzschlußleitung
12 über. Wenn dabei die Regeltemperatur und damit die Maschineneintritts-Temperatur
T
ME gemäß Verlauf 24 - 24' in Fig. 2 mit ca. 100° C relativ hoch gewählt wird, um bei
Maschinen-Teillast eine für geringe Reibleistung vorteilhaft hohe Betriebstemperatur
zu erreichen, so führt dies bei gleichzeitig gegebener hoher Umgebungstemperatur und
Maschinen-Vollast im Bereich 24' zugleich zur überhitzungs- und Selbstzündungs-Gefährdung
der Maschine.
[0013] Wird der Einfluß des in der Kühlerrücklauf-Leitung angeordneten Anteiles des Dehnstoffelementes
2 in ebenfalls bekannter Weise verstärkt, so führt dies zu einem Verlauf 26 der Regeltemperatur
mit bei steigender Kühleraustritts- Temperatur T
KA fallenden Werten, wie dies in Fig. 2 mit strich
punktiertem Linienzu
gtdar
gestellt ist. Dabei wird die Maschineneintritts-Temperatur T
ME schon bei Maschinen-Teillast über den gesamten Regelbereich zunehmend abgesenkt,
was insbesondere bei mittlerer bis hoher Teillast zu Einbußen im Wirkungsgrad der
Maschine vor allem durch erhöhte Reibleistung führt.
[0014] Bei der Erfindung bewirkt die gemäß Fig. 1 zusätzlich in der Kühlerrücklauf-Leitung
18 angeordnete und der Kühleraustritts-Temperatur T
KA des Kühlmittels ausgesetzte zweite Dehnstoffkapsel 3 einen absenkenden Verlauf 27
der Regeltemperatur und damit der Motoreintritts-Temperatur T
ME erst ab dem Beginn des Betätigungs-Temperaturbereiches von z.B. 70 bis 85° C dieser
zweiten Dehnstoffkapsel 3, der nur bei hoher Maschinen-Teillast und -Vollast und gleichzeitig
hoher Umgebungstemperatur erreicht wird. Dabei wird durch die Volumenzunahme des Dehnstoffes
in der zweiten Dehnstoffkapsel 3 die Kolbenstange 4 aus dem Dichtkopf 6 herausbewegt
und damit auch die erste Dehnstoffkapsel 2 zusammen mit dem Kühlerrücklauf-Ventil
7 und dem Kurzschluß-Ventil 8 im Sinne eines zunehmenden öffnens des ersten und Schließen
des letzteren bewegt. Dadurch ergibt sich ein Abfall der Kühlmitteltemperatur im Mischraum
15' bei gleichzeitigem weiteren Anstieg der Kühlerrücklauf-Temperatur T
KA. Aus diesem Temperaturrückgang folgt ein negativer Hub der Kolbenstange 4 gegenüber
der ersten Dehnstoffkapsel 2. Der weiterhin in abnehmenderaAnteil aus der Kurzschlußleitung
12 fließende heißere ungekühlte Kühlmittelanteil verhindert dabei durch seinen Einfluß
auf die Dehnstoffkapsel 2 zusammen mit der zeitlich verzögerten Umsetzung der Temperaturänderung
in der Dehnstoffkapsel 2 eine zu schnelle Schließfunktion dieser ersten Dehnstoffkapsel
2 gegenüber der gleichzeitigen Öffnungsfunktion der zweiten Dehnstoffkapsel 3. Dadurch
wird ein weitgehender Ausgleich der einander entgegengesetzten Hübe erreicht und ein
Regelschwingen aufgrund der sich übergreifenden Bereiche der Betätigungstemperaturen
beider Dehnstoffkapseln2 und 3 vermieden. Ein Abstimmen der Betätigungstemperaturen
und Regelhübe beider Dehnstoffkapseln 2 und 3 auf den jeweils gegebenen Kühlkreis
trägt hierzu bei.
[0015] Bei einer Kühlerrücklauf-Temperatur T
KA in der Kühlerrücklauf-Leitung 18 von etwa 85° C erreicht die Dehnstoffkapsel 3 einen
Hub der Kolbenstange 4, der alleine dem vollen Öffnen des Kühlerrücklauf-Ventiles
7 und dem vollen Schließen des Kurzschluß-Ventiles 8 entspricht. Die erste Dehnstoffkapsel
2 wird dabei gleichfalls ausschließlich von der Kühlerrücklauf-Temperatur T
KA aus der Kühlerrücklauf-Leitung 18 mit etwa 85° C beaufschlagt, so daß die Kolbenstange
4 relativ zur ersten Dehnstoffkapsel 2 ihre Ausgangsstellung aufweist und die Stellung
der Ventile 7 und 8 somit ausschließlich vom Hub der Kolbenstange 4 aus der zweiten
Dehnstoffkapsel 3 abhängig ist. Für einen weiteren Anstieg der Kühleraustritts-Temperatur
T
KA entlang dem Verlauf 25 in Fig. 2 ist entsprechend der Funktion beider Dehnstoffkapseln
2 und 3 ein ausreichender Freigang des Abstützbügels 16 und des Kurzschlußventiles
8 zur Dehnstoffkapsel 2 sowie ein ausreichender Weg der Rückstellfedem9 und 11 vorgesehen.
[0016] Durch die Funktion der zweiten Dehnstoffkapsel 3 fällt die Regeltemperatur und damit
die Maschineneintritts-Temperatur T
ME im Bereich der Betätigungstemperatur von 70 bis 85° C der zweiten Dehnstoffkapsel
3 von ihrem waagrechten Verlauf 24, der durch die Funktion der ersten Dehnstoffkapsel
2 bestimmt ist, mit steigender Kühleraustritts- Temperatur T
KA auf den Verlauf 25 der Kühleraustritts- Temperatur T
KA bei alleiniger Durchströmung des Kühlers 23 ab. In Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur
und der Maschinenlast steigt anschließend die Betriebstemperatur weiter an, wobei
für die Temperaturwerte dieses Anstieges nach dem Verlauf 25 allein die Kühlleistung
des Kühlkreises und dabei insbesondere die Kühlergröße ausschlaggebend ist.
[0017] Der durch die Erfindung im Zusammenwirken mit einem Abstimmen des gesamten Kühlkreises
erreichbare Verlauf der Kühlmitteltemperatur läßt bei Brennkraftmaschinen einerseits
für einen hohen Wirkungsgrad im Teillastbetrieb eine besonders hohe Betriebstemperatur
und andererseits für einen gefahrlosen Vollastbetrieb eine niedrigere Betriebstemperatur
mit einem äußerst geringen Bauaufwand für den erfindungsgemäßen Temperaturregler-Einsatz
erreichen. Auch ein Austausch eines bisher üblichen Temperaturregler-Einsatzes an
Brennkraftmaschinen mit Mischthermostaten gegen einen erfindungsgemäßen auf die jeweilige
Brennkraftmaschine abgestimmten Temperaturregler-Einsatz ist in einfacher Weise möglich.
1. Temperaturregler-Einsatz für ein Kühlmittel-Mischthermostat im Kühlkreis flüssigkeitsgekühlter
Brennkraftmaschinen,
- der ein Kühlerrücklauf-Ventil (7) für eine Kühlerrücklaufleitung (18),
- ein Kurzschluß-Ventil (8) für eine Kurzschlußleitung (12) und
- ein aus Dehnstoffkapsel (2) und Kolbenstange (4) bestehendes erstes Dehnstoffelement
mit einer ersten Betätigungstemperatur aufweist,
- wobei dessen Dehnstoffkapsel (2) mit beiden Ventilen (Kühlerrücklauf-Ventil 7 und
Kurzschluß-Ventil 8) in Antriebsverbindung steht sowie im wesentlichen zwischen diesen
Ventilen angeordnet ist und
- wobei die Kolbenstange (4) eine Verbindung zu einer gehäusefesten Abstützstelle
(Abstützbügel 17) bildet, die in Bezug auf das Kühlerrücklauf-Ventil (7) der Dehnstoffkapsel
(2) gegenüberliegend angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet,
- daß zwischen der Kolbenstange (4) und deren gehäusefester Abstützstelle (Abstützbügel
(17) eine weitere Dehnstoffkapsel (3) eines zweiten Dehnstoffelementes angeordnet
ist, das eine gegenüber der ersten niedrigere zweite Betätigungstemperatur aufweist.
2. Temperaturregler-Einsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
- daß die Dehnstoffkapsel (2) des ersten Dehnstoffelementes auf einen Öffnungsbeginn
des Kühlerrücklauf-Ventiles (7) bei etwa 90 bis 100° C und die Dehnstoffkapsel (3)
des zweiten Dehnstoffelementes auf diesen öffnungsbeginn bei etwa 60 bis 80° C abgestimmt
sind.
3. Temperaturregler-Einsatz nach Anspruch 1,
- mit einem Befestigungs- und Ventilsitz-Flansch (13) für die Gehäuse-Befestigung
des Temperaturregler-Einsatzes (1) und für den Ventilsitz (10) des Kühlerrücklauf-Ventiles
(7) und
- mit einem Abstützbügel (17) als gehäusefeste Abstützstelle der Kolbenstange (4)
des ersten Dehnstoffelementes (Dehnstoffkapsel 2), wobei sich der Abstützbügel (17)
zwischen seinen Befestigungsstellen am Flansch (13) etwa bogenförmig erstreckt,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Abstützbügel (17) als Widerlager für die Dehnstoffkapsel (3) des zweiten Dehnstoffelementes
ausgebildet ist und
- daß die Kolbenstangen (4) beider Dehnstoffelemente einander zugewandt sind und sich
mit entgegengesetzten Betätigungsrichtungen gegeneinander abstützen.
4. Temperaturregler-Einsatz nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
- daß die Kolbenstangen (4) beider Dehnstoffelemente einstückig miteinander verbunden
sind.
5. Temperaturregler-Einsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
- daß die Kolbenstange (4) einen Anschlag (Anschlagring 4') aufweist,
- der die Kolbenstange (4) in Richtung zur Dehnstoffkapsel (3) des zweiten Dehnstoffelementes
abstützt, wenn diese Dehnstoffkapsel (3) eine niedrigere Temperatur aufweist, als
dem öffnungsbeginn des Kühlerrücklauf-Ventiles (7) durch die Wirkung dieser Dehnstoffkapsel
(3) entspricht.
6. Temperatur-Regelvorrichtung für den Kühlkreis flüssigkeitsgekühlter Brennkraftmaschinen,
- mit einem Mischthermostat (Temperaturregler-Einsatz 1),
- der ein im wesentlichen in der Kühlmittel-Mischströmung (Mischraum 15') angeordnetes
Dehnstoffelement (Dehnstoffkapsel 2 und Kolbenstange 4) aufweist,
- das die Mischungsanteile des Kühlmittels aus einer Kühlerrücklaufleitung (18) und
aus einer Kurzschlußleitung (12) mittels eines Ventiles bzw. je eines Ventiles (Kühlerrücklauf-Ventil
7 und Kurzschluß-Ventil 8) gegensinnig steuert,
dadurch gekennzeichnet,
- daß in der Antriebsverbindung zwischen dem von der Kühlmittel-Mischströmung beeinflußten
Dehnstoffelement (Dehnstoffkapsel 2 und Kolbenstange 4) und dem Ventil bzw. den Ventilen
(Kühlerrücklauf-Ventil 7 und Kurzschluß-Ventil 8) ein weiteres Dehnstoffelement (Dehnstoffkapsel
3 und Kolbenstange 4) angeordnet ist,
- das in der Kühlmittelströmung aus der Kühlerrücklauf- leitung (18) liegt und
- das das Ventil bzw. die Ventile (Kühlerrücklauf-Ventil 7 und Kurzschluß-Ventil 8)
bei einer niedrigeren Temperatur des Kühlmittels aus der Kühlerrücklaufleitung (18)
betätigt als diejenige Temperatur, bei der das in der Kühlmittel-Mischströmung (Mischraum
15') angeordnete Dehnstoffelement (Dehnstoffkapsel 2 und Kolbenstange 4) betätigt
wird.