[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Regeln der Temperatur in einem Kühlkreislauf
eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Kraftfahrzeugmotors, die ein Thermostatventil
enthält, das den Kühlmittelfluß von dem Verbrennungsmotor durch einen direkten Rücklauf
und/oder einen Wärmetauscher zurück zum Verbrennungsmotor regelt und das ein thermostatisches
Arbeitselement enthält, dessen Gehäuse einen Ventilteller eines zu dem Wärmetauscher
führenden Ventils trägt und dessen bei Erwärmung ausfahrender Arbeitskolben einem
Widerlager gegenüberliegt.
[0002] Es ist seit langem bekannt, die Temperatur des Kühlmittels und damit die Temperatur
des Verbrennungsmotors, insbesondere beim Starten des Verbrennungsmotors zu regeln,
indem das Thermostatventil so eingestellt wird, daß es ab einer bestimmten, unterhalb
der Betriebstemperatur liegenden Temperatur die Verbindung zu dem Wärmetauscher frei
gibt. Dadurch soll erreicht werden, daß der Verbrennungsmotor in möglichst kurzer
Zeit auf seine Betriebstemperatur erwärmt wird. Dabei hat die Außentemperatur einen
wesentlichen Einfluß auf die
Aufwärmzeit, da die Betriebstemperatur bei hoher Außentemperatur schneller als bei
niedriger Außentemperatur erreicht wird. Ein Thermostatventil, das bei einer zu tief
unterhalb der Betriebstemperatur liegenden Temperatur öffnet, verzögert insbesondere
bei niedrigen Außentemperaturen das Erreichen der Betriebstemperatur. 'Bei niedrigen
Außentemperaturen ist es deshalb erwünscht, daß das Thermostatventil erst bei einer
höheren Temperatur öffnet. Bei hohen Außentemperaturen soll das Thermostatventil dagegen
schon bei einer deutlich niedrigeren Temperatur öffnen, damit die Betriebstemperatur
des Motors nicht überschritten wird. Es besteht deshalb in der Praxis seit langem
der Wunsch, ein Thermostatventil so auszulegen, daß es bei niedrigen Außentemperaturen
bei einer höheren Temperatur als bei höheren Außentemperaturen öffnet. Dieses Bedürfnis
wurde früher dadurch erfüllt, daß für niedrige Außentemperaturen sogenannte Winter-Thermostatventile
und für höhere Außentemperaturen sogenannte Sommer-Thermostatventile eingebaut wurden.
Dies führt jedoch zu einem zusätzlichen Wartungsvorgang und vor allem bei einer nicht
korrekten Wahl des Thermostatventils zu der Gefahr von Motorschäden.
[0003] Um das geschilderte Problem zu lösen, sind auch schon seit langem Überlegungen bekannt,
eine einheitliche Vorrichtung zu schaffen, die auf die jeweils vorhandene Außentemperatur
umstellbar ist. Keine der bisher bekannt gewordenen Vorrichtungen hat jedoch Eingang
in die Praxis gefunden, da alle einen zu hohen Aufwand erfordern und außerdem keine
ausreichende Funktionssicherheit bieten. Beispielsweise ist es durch die DE-OS 14
51 669 bekannt, zwei thermostatische Arbeitselemente vorzusehen, die wechselweise
einzeln oder auch nacheinander zum Einsatz kommen sollen. Dabei wird vorgesehen, daß
die relative Lage der beiden thermostatischen Arbeitselemente jeweils für sich oder
gemeinsam zu dem Ventilteller verändert wird, was eine Relativbewegung zwischen den
thermostatischen Arbeitselementen und dem Ventilteller notwendig macht. Abgesehen
von dem hohen Aufwand führt diese Vorrichtung zu dem Problem, daß eine Gleitführung
zwischen dem Ventilteller und den thermostatischen Arbeitselementen vorgesehen werden
muß, die sehr störanfällig ist und die außerdem auch noch dicht sein soll.
[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten
Art mit einfachen und funktionssicheren Mitteln so auszubilden, daß eine Veränderung
der Ventilcharakteristik ermöglicht wird. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die
Position des Widerlagers derart veränderbar ist, daß es Abstützpunkte für den Arbeitskolben
bildet, deren Abstand zu dem Gehäuse mit dem Ventilteller einstellbar ist.
[0005] Durch ein Verändern der relativen Position des Widerlagers zu dem thermostatischen
Arbeitselement läßt sich in einfacher Weise der Arbeitsbereich des Thermostatventils
verändern. Eine grundsätzliche Veränderung der in der Praxis vielfach bewährten Ventilkonstruktion
ist nicht erforderlich, so daß auf bewährte Teile und Konstruktionen zurückgegriffen
werden kann. Dabei kann der Arbeitsbereich nicht nur in zwei Extremstellungen geschaltet,
sondern auch auf Zwischenstellungen eingestellt werden, so daß eine wirksame Regelung
möglich ist, die außer oder anstatt der vorliegenden Außentemperatur auch andere Werte
als Führungsgrößen für die Regelung benutzen kann, beispielsweise die Abgastemperatur,
die Drehzahl und/oder das Drehmoment des Motors, den Unterdruck im Saugrohr, die Druckdifferenz
an einer Unterdruckdose, die öltemperatur o.dgl. Es ist möglich, aufgrund dieser Werte
die Motortemperatur in gewissen Grenzen zu verändern, um den Betrieb des Verbrennungsmotors
zu optimieren.
[0006] Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele und den Unteransprüchen.
Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch eine Regelvorrichtung entsprechend der Erfindung
mit einem linearen Stellglied und einem quer zum Arbeitskolben des thermostatischen
Arbeitselementes verschiebbaren Abstützkörper,
Fig. 2 eine Teilansicht einer Regelvorrichtung mit einem rotierenden Stellantrieb und
einem ebenfalls quer zum Arbeitskolben des thermostatischen Arbeitselementes verschiebbaren
Abstützkörper,
Fig. 3 eine um 90° gedrehte Ansicht der Ausführungsform nach Fig. 2,
Fig. 4 eine Teilansicht einer Regelvorrichtung mit einem linearen Stellantrieb und
einer Hebelübersetzung zu dem Arbeitskolben des thermostatischen Arbeitselementes
und
Fig. 5 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Regelvorrichtung mit einem Widerlager,
das einen koaxial zu dem Arbeitskolben des thermostatischen Arbeitselementes bewegbaren
Abstützkörper aufweist.
[0007] Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ist ein Zulauf 17 für die Kühlflüssigkeit eines
Verbrennungsmotors vorgesehen, der über ein Thermostatventil mit einem direkten Rücklauf
18 und/oder mit einem zu einem nicht dargestellten Wärmetauscher führenden Anschlußstutzen
15 verbindbar ist. Von dem Wärmetauscher führt in ebenfalls nicht dargestellter Weise
eine Leitung zurück zu dem Verbrennungsmotor. Das Thermostatventil besitzt ein thermostatisches
Arbeitselement, das einen Arbeitskolben 2 und ein Gehäuse 3 aufweist. In dem Gehäuse
3 ist ein Dehnstoff untergebracht, der sich bei Erwärmung ausdehnt und dabei den Arbeitskolben
2 aus dem Gehäuse 3 austreibt. Bei Abkühlung verringert der Dehnstoff sein Volumen,
so daß der Arbeitskolben 2 wieder in das Gehäuse 3 hineingedrückt werden kann.
[0008] Mit dem Gehäuse 3 des thermostatischen Arbeitselementes ist fest ein Ventilteller
4 verbunden, beispielsweise durch Aufpressen oder Aufbördeln o.dgl., der mit einem
konischen Rand einen rechtwinkligen Ventilsitz 16 zugeordnet ist, der von dem Anschlußstutzen
15 gebildet wird. Das aus dem Ventilteller 4 und dem Ventilsitz 16 gebildete Ventil
verschließt oder öffnet die Verbindung zwischen dem Zulauf 17 und dem zum Wärmetauscher
führenden Anschlußstutzen 15. Der Ventilteller 4 wird mit einer konischen Druckfeder
19 in der dargestellten Schließstellung gehalten.
[0009] Auf dem Gehäuse 3 ist mittels einer Gleitführung ein weiterer Ventilteller 20 angeordnet,
der dem direkten Rücklauf 18 zugeordnet ist, der einen dem Ventilteller 20 zugeordneten
Ventilsitz 21 aufweist. Der Ventilteller 20 ist mit einer Druckfeder 22 belastet,
die sich im Bereich des Ventiltellers 4 an dem Gehäuse 3 abstützt. Der Zulauf 17 befindet
sich zwischen den beiden Ventiltellern 4 und 20.
[0010] Der Arbeitskolben 2 des thermostatischen Arbeitselementes stützt sich an einem Widerlager
1 ab.
[0011] Bei einem Starten des Verbrennungsmotors und bei einem damit ausgelösten Umwälzen
des Kühlmittels befindet sich das Thermostatventil in der in Fig. 1 dargestellten
Position, d.h. die Verbindung von dem Zulauf zu dem Anschlußstutzen 15 ist geschlossen,und
die Verbindung zu dem direkten Rücklauf 18 ist offen. Das Kühlmittel umströmt dabei
das Gehäuse 3 des thermostatischen Arbeitselementes. Wenn eine durch die Auslegung
des Dehnstoffes des thermostatischen Arbeitselementes festgelegte Temperatur erreicht
wird, so wird der Arbeitskolben 2 nach einer bestimmten, von dem Dehnstoff abhängigen
Charakteristik über einen bestimmten Arbeitsbereich ausgefahren. Der sich an dem Widerlager
1 abstützende Arbeitskolben 2 bewegt dann das Gehäuse 3 mit den Ventiltellern 4 und
20,'so daß über einen gewissen Temperaturbereich zunächst beide Ventile 4, 16 und
20, 21 offen sind, während anschließend bei weiterer Erhöhung der Temperatur das Ventil
20, 21 geschlossen wird und nur noch das Ventil 4, 16 geöffnet ist.
[0012] Um trotz des durch die Wahl des Dehnstoffes festgelegten Temperaturbereiches, in
welchem der Arbeitskolben 2 mit linearer Bewegung aus dem Gehäuse 3 ausgefahren wird,
den Arbeitsbereich des Thermostatventils auf verschiedene Temperaturniveaus durch
einen Eingriff von außen verlegen zu können, ist das Widerlager 1 mit einem unabhängig
von und relativ zu dem thermostatischen Arbeitselement verstellbaren Abstützkörper
5 versehen, der quer zur Achse des Arbeitskolbens 2 verschiebbar ist und der eine
schräg zur Achse des Arbeitskolbens 2 geneigte Abstützfläche 13 aufweist. Durch Verschieben
des Abstützkörpers 5 quer zu dem Arbeitskolben können die jeweils zum Einsatz kommenden
Abstützpunkte auf einen unterschiedlichen Abstand zu dem Gehäuse 3 und damit dem Ventilteller
4 in einem Bereich X verändert werden, so daß damit von außen der Arbeitsbereich des
Thermostatventils veränderbar ist. Die Verschieberichtung des Abstützkörpers 5 und
die Neigung der Abstützfläche 13 werden relativ zu der Achse des Arbeitskolbens 2
so gewählt, daß die Verstellbewegung des Abstützkörpers mit einer Untersetzung in
eine Veränderung des Bereichs X umgewandelt wird, gegebenenfalls kann auch eine Übersetzung
eingestellt werden. In der dargestellten Stellung des Abstützkörpers 5 befindet sich
der am weitesten von dem Gehäuse 3 und dem Ventiller 4 entfernte Abstützpunkt der
Abstützfläche 13 im Einsatz, so daß ein Öffnen des Ventils 4, 16 (und Schließen des
Ventils 20, 21) erst bei einer erhöhten Temperatur des Kühlmittels erfolgt, was beispielsweise
bei niedrigen Außentemperaturen gewünscht ist. Der Arbeitskolben 2 muß erst einen
Leerweg von der Größe X zurücklegen, bevor er sich tatsächlich an der Abstützfläche
13 abstützt und durch ein weiteres Ausfahren aus dem Gehäuse 3 dieses und die Ventileteller
4 und 20 verschieben kann. Durch Verschieben des Arbeitskörpers 5 aus der dargestellten
Extremstellung (in Fig. 1 nach links) kann der Leerweg des Arbeitskolbens 2 verkleinert
werden, so daß damit der Arbeitsbereich des thermostatischen Arbeitselementes und
damit des Thermostatventils auf ein niedrigeres Temperaturniveau verlagert wird, wie
dies beispielsweise bei hohen Außentemperaturen gewünscht ist. Bei gleicher Erwärmung
des thermostatischen Arbeitselementes erreicht dann der Arbeitskolben 2 die Anschlagfläche
13 früher, so daß dann die öffnungsbewegung des Ventils 4, 16 (und die Schließbewegung
des Ventils 20, 21) früher beginnt. Wie leicht verständlich ist, können auch zwischen
den beiden Endpunkten der schrägen Abstützfläche 13 liegende Abstützpunkte gewählt
werden, so daß der Arbeitsbereich des Thermostatventils in den gewählten Grenzen stufenlos
veränderbar ist.
[0013] Das Verschieben des Abstützkörpers 5 des Widerlagers 1 erfolgt bei der dargestellten
Ausführungsform durch ein Stellglied 9, das als thermostatisches Arbeitselement ausgebildet
ist. Bei Erwärmung wird ein Arbeitskolben 23 aus dem thermostatischen Arbeitselement
9 ausgefahren, der bei Abkühlung entsprechend wieder zurückbewegt wird, wozu eine
Rückstellfeder 25 vorgesehen ist, die den Abstützkörper 5 belastet, der ein koaxial
zu dem Arbeitskolben 23 ausgerichteter Kolben ist, der in einer Führung eines Gehäuses
26 gleitet, die einteilig mit dem Anschlußstutzen 15 ausgebildet ist. In dieses Gehäuse
26 ist das thermostatische Arbeitselement 9 mit einem Gewindeansatz 27 eingeschraubt.
[0014] Das thermostatische Arbeitselement 9 ist in bekannter Weise mit einem elektrischen
Heizelement versehen, beispielsweise einem PTC-Widerstand, so daß die lineare Bewegung
des Arbeitskolbens und damit das Einstellen des Arbeitsbereiches des Thermostatventils
elektrisch gesteuert werden kann. Die Stromzufuhr zu dem thermostatischen Arbeitselement
wird von einem Signalwandler 28 bewirkt, der aufgrund verschiedenster
Führungs- größen aktiviert werden kann. Beispielsweise ist es damit möglich, nicht
nur die Außentemperatur oder auch anstelle der Außentemperatur weitere Führungsgrößen
für eine Veränderung des Arbeitsbereiches des Thermostatventils heranzuziehen, beispielsweise
die Abgastemperatur, die Drehzahl oder das Drehmoment des Verbrennungsmotors, den
Unterdruck im Saugrohr, die Druckdifferenz in einer
Unterdruckdose oder die öltemperatur o.dgl. Um dabei den Arbeitsbereich des Thermostatventils
verändern zu können, auch wenn der Arbeitskolben 2 des thermostatischen Arbeitselementes
des Thermostatventils bereits ganz oder teilweise ausgefahren ist, muß die Rückstellfeder
25 so ausgelegt werden, daß sie die Kraft der Feder 19 überwinden und das Ventil 4,
16 durch Verschieben des Gehäuses 3 mit dem Ventilteller 4 öffnen kann.
[0015] Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Anschlußstutzen 15 mit dem Thermostatventil
und dem verstellbaren Widerlager 1 als eine Baueinheit ausgebildet, die als Ganzes
montiert und gegebenenfalls ausgetauscht werden kann.
[0016] Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 kann auch derart abgewandelt werden, daß die
Vorrichtung ohne Zufuhr einer Hilfsenergie arbeitet, d.h., das thermostatische Arbeitselement
9 führt eine Verstellung des Abstützkörpers 5, abhängig von der Umgebungstemperatur,
aus. Beispielsweise kann das thermostatische Arbeitselement 9 durch Wahl des in ihm
enthaltenen Dehnstoffes so ausgelegt werden, daß bei niedriger Umgebungstemperatur
bis zum Beispiel 15° C ein öffnen des Ventils 4, 16 ab einer höheren Temperatur des
Kühlmittels beginnt als bei Umgebungstemperaturen von mehr als 15° C. In diesem Falle
müßten gegenüber der Darstellung nach Fig. 1 das thermostatische Arbeitselement 9
und die Rückstellfeder 25 gegeneinander vertauscht werden, so daß bei eingefahrenem
Arbeitskolben 23 des Arbeitselementes niedrige Umgebungstemperatur der in Einsatz
kommende Abstützpunkt der Abstützfläche 13 weiter von dem Gehäuse 3 und dem Ventiller
4 und auch dem Ventilsitz 16 entfernt ist, als bei ausgefahrenem Arbeitskolben 23
des Arbeitselementes 9 (höhere Umgebungstemperatur).
[0017] In den Fig. 2 bis 5 sind weitere Ausführunsbeispiele für Stellantriebe dargestellt,
mit denen der Arbeitsbereich eines Thermostatventils entsprechend Fig. 1 verlagert
werden kann, indem für den dem Arbeitskolben 3 des thermostatischen Arbeitselementes
ein von außen verstellbares Widerlager vorgesehen ist. Dabei können lineare Stellantriebe
oder auch drehende Stellantriebe vorgesehen werden.'Die dargestellten Ausführungsbeispiele
stellen nur einen Ausschnitt aus den verschiedensten Möglichkeiten dar, die mit oder
ohne Zufuhr einer Hilfsenergie arbeiten können. Es können ohne weiteres auch Stellorgane
mit hydraulischen oder pneumatischen Stellgliedern vorgesehen werden.
[0018] Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 und 3 ist ein in seiner Drehrichtung umkehrbarer
Drehmotor 10 als Stellglied vorgesehen, der mit einem Antriebsritzel 29 in eine Zahnstange
30 eines Abstützkörpers 6 eingreift, der quer zu der Achse eines Arbeitskolbens 2
eines thermostatischen Arbeitselementes hin und her bewegbar ist, um den Arbeitsbereich
um den Betrag X eines Thermostatventils zu verstellen. Mit der Zahnstange 30 ist eine
schräg zur Achse des Arbeitskolbens 2 verlaufende Abstützfläche 14 verbunden. Dabei
wird der Drehmotor 10 so ausgelegt, daß er auch gegen die Kraft der Feder 19 des Thermostatventils
arbeiten kann.
[0019] Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist wieder ein Stellglied 11 mit linearer
Antriebsbewegung vorgesehen, beispielweise ein Thermostatelement oder ein Hubmagnet
oder ein Motor mit einer Drehspindel, der einen als doppelarmigen Hebel ausgebildeten
Abstützkörper 7 belastet, der um eine quer zur Achse eines Arbeitskolbens 2 eines
thermostatischen Arbeitselementes eines Thermostatventils verlaufende Achse verschwenkbar
ist. Koaxial zu dem Arbeitskolben 2 wird der doppelarmige Hebel 7 mit einer Druckfeder
31 belastet, die die Rückstellbewegung bewirkt und die stärker als die nicht dargestellten
Ventilfedern ist.
[0020] Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist der Abstützkörper 8 unmittelbar in axialer
Richtung des Arbeitskolbens 2 eines thermostatischen Arbeitselementes eines Thermostatventils
verstellbar. Der Abstützkörper 8 ist beispielsweise der Arbeitskolben eines thermostatischen
Arbeitselementes 12, das elektrisch beheizt ist, d.h. mit einer Hilfsenergie arbeitet,
oder das ohne Hilfsenergie arbeitet und auf die Umgebungstemperatur derart anspricht,
daß sein Arbeitskolben bei niedriger Umgebungstemperatur eingefahren bleibt und erst
ab einer bestimmten Umgebungstemperatur ausfährt. In gleicher Weise kann der Abstützkörper
8 auch die Spindel eines Drehspindelmotors sein. Ebenso kann er auch der Kolben eines
Hubmagneten sein.
[0021] Anstelle einer Zahnschiene entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 und 3
kann auch ein um eine zum Ritzel 29 parallele Achse drehbare, mit einer Außenverzahnung
versehene Scheibe vorgesehen werden, die auf ihrer dem Arbeitskolben 2 zugewandten
Seite mit einer als Abstützfläche dienenden Nockenfläche versehen ist, durch die unterschiedliche
Arbeitsbereiche für den Arbeitskolben einstellbar sind.
1. Vorrichtung zum Regeln der Temperatur in einem Kühlkreislauf eines Verbrennungsmotors,
insbesondere eines Kraftfahrzeugmotors, die ein Thermostatventil enthält, das den
Kühlmittelfluß von dem Verbrennungsmotor durch einen direkten Rücklauf und/oder einen
Wärmetauscher zurück zum Verbrennungsmotor regelt und das ein thermostatisches Arbeitselement
enthält, dessen Gehäuse einen Ventilteller eines zu dem Wärmetauscher führenden Ventils
trägt und dessen bei Erwärmung ausfahrender Arbeitskolben einem Widerlager gegenüberliegt,
dadurch gekennzeichnet, daß die Position des Widerlagers (1) derart veränderbar ist,
daß es Abstützpunkte für den Arbeitskolben (2) bildet, deren Abstand zu dem Gehäuse
(3) mit dem Ventilteller (4) verstellbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Widerlager ein verstellbarer
Abstützkörper (5, 6, 7, 8) für den Arbeitskolben (2) vorgesehen ist, der an ein Stellorgan
(9, 10, 11, 12) angeschlossen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellorgan ein thermostatisches
Arbeitselement (9, 12) ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellorgan ein durch
Hilfsenergie betätigbares Stellglied (9, 10, 11, 12) enthält.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Stellglied ein elektrisch
beheizbares thermostatisches Arbeitselement (9, 11) dient.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstützkörper
(7, 8) in axialer Richtung des Antriebskolbens (2) verstellbar ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstützkörper
(5, 6) quer zur Achse des Antriebskolbens (2) verstellbar und mit einer schräg zur
Achse des Arbeitskolbens (2) geneigten Abstützfläche (13, 14) versehen ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstützkörper
eine verdrehbare Scheibe ist, die eine dem Arbeitskolben (2) zugewandte Nockenfläche
aufweist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerlager
(1) mit dem Abstützkörper (5) in einem Anschlußstutzen (15) untergebracht ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlußstutzen (15)
als Ventilsitz (16) für den mit dem Gehäuse (3) des thermostatischen Arbeitselementes
verbundenen Ventilteller (4) gestaltet ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlußstutzen
(15) mit dem thermostatischen Arbeitselement und dem Widerlager (1) und dem Stellglied
(9) eine Baueinheit bildet.