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Dokumentenidentifikation DE19543348C2 27.07.2000
Titel Thermostatisch gesteuertes Bypaßventil mit elektromagnetischer Zusatzsteuerung für einen Latentwärmespeicher in einem Kraftfahrzeug
Anmelder Ambros, Richard, 87439 Kempten, DE
Erfinder Ambros, Richard, 87439 Kempten, DE
DE-Anmeldedatum 21.11.1995
DE-Aktenzeichen 19543348
Offenlegungstag 22.05.1997
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 27.07.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.07.2000
IPC-Hauptklasse F02N 17/06
IPC-Nebenklasse F01P 11/20   F01P 7/16   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein thermostatisch gesteuertes Bypaßventil mit elektromagnetischer Zusatzsteuerung, das sich insbesondere für ein mit einem Latentwärmespeicher und einer Standheizung (Verbrennungsgas/Flüssigkeits- Wärmetauscher) ausgerüstetes Kraftfahrzeug eignet.

Für die thermostatische Durchflußregelung des Bypaßventiles ist ein aus einem dehnbaren zylindrisch ausgebildeten Hohlkörper und einem Rohr gebildeter Ventilkörper vorgesehen, der verschiebbar in einer vertikal angeordneten Bohrung eines Ventilgehäuses geführt ist und der bei ansteigender Kühlwassertemperatur durch seine Volumenzunahme beim Verdampfen einer im Hohlkörper enthaltenen Flüssigkeit durch den Auftrieb im Kühlwasser in seine obere Endlage gedrängt wird. Dabei gibt der Ventilkörper den Durchfluß des Kühlwassers durch eine in einem unteren Gehäusedeckel angebrachte Abflußöffnung hindurch zu einem in den Kühlwasserkreislauf integrierten Kühler (Luft/Flüssigkeits-Wärmetauscher) bei gleichzeitigem Abdichten einer am Ventilgehäuse angebrachten Abflußöffnung für die Abzweigung einer am Kühler vorbeiführenden Bypaßleitung zunehmend frei.

Der Hohlkörper besteht aus einem dehnbaren elastischen Wellrohr, dessen untere Öffnung durch einen als Anker für die elektromagnetische Zusatzsteuerung dienenden unteren Flansch und dessen obere Öffnung durch einen oberen Flansch abgedichtet ist. Zusamen mit einem dünnwandigen Rohr, das über den Hohlkörper gestülpt und am unteren Flansch befestigt ist, bildet der die Flüssigkeit enthaltende Hohlkörper einen Ventilkörper, der mit etwas Spiel über einen schmalen Bund, der unterhalb des Rohres vom unteren Flansch nach außen gezogen ist, sowie über eine Ausbauchung, die im Mittelteil des Rohres angebracht ist, verschiebbar in der vertikal angeordneten Bohrung des Ventilgehäuses geführt ist.

In einer oberen Endlage des Ventilkörpers ist die für die Bypaßleitung vorgesehene Abflußöffnung im Ventilgehäuse durch die am Rohr angebrachte Ausbauchung abgedeckt und durch den nach außen gezogenen Bund des unteren Flansches zusätzlich von der Zuleitung des Kühlwassers abgetrennt, so daß das Kühlwasser im oberen Temperaturbereich unterhalb vom unteren Flansch des Hohl- bzw. Ventilkörpers in das Ventilgehäuse einströmt und dann zum größten Teil durch die im unteren Gehäusedeckel angebrachte Abflußöffnung hindurch über eine Zuleitung zum Kühler abfließt, bevor das Kühlwasser über eine Rückleitung zum Motor des Fahrzeuges zurückströmt. Um ein Verklemmen des Ventilkörpers durch Fremdkörper, die möglicherweise über das Kühlwasser in das Bypaßventil gelangen, zu verhindern, darf das Spiel bzw. der Luftspalt zwischen der Ausbauchung des Rohres und der im Ventilgehäuse angebrachten Bohrung, sowie das Spiel zwischen dem nach außen gezogenen. Bund des unteren Flansches Und der Bohrung nicht zu eng bemessen sein, so daß ein bestimmter Anteil des Kühlwassers auch durch den Spalt, der zwischen der Ausbauchung des Rohres und der Bohrung des Ventilgehäuses gebildet ist, hindurch über die Bypaßleitung, zum Motor zurückströmt, statt über den Kühler. Um dies zu verhindern, ist die im Ventilgehäuse angebrachte Bohrung in vorliegender Anmeldung im Verschiebebereich vom unteren Flansch des Hohl- bzw. Ventilkörpers etwas erweitert, so daß durch die abgesetzte Bohrung eine Schulter gebildet ist, gegen die der untere, als Anker ausgebildete Flansch des Ventilkörpers mit seinem nach außen gezogenen Bund in der oberen Endlage des Ventilkörpers stirnseitig anschlägt. Durch die plane Auflage des nach außen gezogenen Bundes an der Schulter der abgesetzten Bohrung ist die für die Bypaßleitung vorgesehene Abflußöffnung im Ventilgehäuse im oberen Temperaturbereich des Kühlwassers ausreichend von der Zuleitung des Kühlwassers abgetrennt, so daß das Kühlwasser gänzlich über den Kühler zum Motor zurückfließt und eine Abzweigung des Kühlwassers über die am Kühler vorbeiführende Bypaßleitung praktisch ausgeschlossen ist.

Eine in den Kühlwasserkreislauf mit einbezogene Standheizung, die in einer am Motor vorbeiführenden Bypaßleitung eingebaut ist, hat hier die Aufgabe, den Latentwärmespeicher nach einer längeren Stillstandszeit des Fahrzeuges bzw. nach einer Beheizung des Insassenraumes während eines Fahrzeugstillstandes automatisch wieder aufzuheizen, sobald die Kühlwassertemperatur im Latentwärmespeicher auf einen bestimmten Wert abgesunken ist.

Zu diesem Zweck ist die Standheizung mit einer eigenen Pumpe ausgestattet, mittels der das Kühlwasser durch einen jeweils direkt in den Kühlwasserkreislauf eingebauten Latentwärmespeicher und einen für die Beheizung des Insassenraumes vorgesehenen Heizkörper hindurchgepumpt wird, bevor das Kühlwasser am Kühler vorbei über die vom Bypaßventil abgezweigte Bypaßleitung wieder zur Pumpe der Standheizung zurückgeleitet wird, so daß also weder beim automatischen Aufheizen des Latentwärmespeichers, noch bei der Beheizung des Insassenraumes während eines Fahrzeugstillstandes (durch die Wärmeabgabe des Latentwärmespeichers an den Heizkörper) ein unnötiger Wärmeverlust über einen bereits erkalteten Motor und einen bereits erkalteten Kühler entsteht.

Damit da Kühlwasser beim automatischen Aufheizen des Latentwärmespeichers über die Standheizung, sowie bei einer Beheizung des Insassenraumes im Stillstand des Fahrzeuges nicht über den Kühler, sondern über die Bypaßleitung zur Pumpe der Standheizung zurückgeleitet wird, ist im unteren Gehäusedeckel des Ventilgehäuses ein die elektromagnetische Zusatzsteuerung des Ventiles bildender hufeisenförmiger Elektromagnet eingebaut, der den Ventilkörper über dessen als Anker ausgebildeten unteren Flansch beim Aufheizen des Latentwärmespeichers in seiner unteren Endlage festhält bzw. bei der Beheizung des Insassenraumes im Stillstand des Fahrzeuges nach unten zieht. In der unteren Endlage des Ventilkörpers ist dann die vom unteren Gehäusedeckel abgezweigte Zuleitung zum Kühler durch den unteren Flansch des Ventilkörpers von der Zuleitung des Kühlwassers abgetrennt, so daß das seitlich am unteren Ende in das Ventilgehäuse einströmende Kühlwasser durch Längsschlitze, die unterhalb der Ausbauchung am Rohr des Ventilkörpers angebracht sind, hindurch in einen zwischen dem Hohlkörper und dem Rohr gebildeten Zwischenraum strömt und durch weitere Längsschlitze, die oberhalb der Ausbauchung am Rohr angebracht sind, hindurch wieder nach außen strömt, bevor das Kühlwasser durch die oberhalb der Ausbauchung am Ventilgehäuse angebrachte Abflußöffnung hindurch über die am Kühler vorbeiführende Bypaßleitung, sowie über eine weitere am Motor vorbeiführende Bypaßleitung wieder zur Pumpe der Standheizung zurückfließt.

Ein thermostatisch gesteuertes Bypaßventil, über das Kühlwasser bei einer Überschreitung der zulässigen Betriebstemperatur zunehmend über einen mit Kühlrippen versehenen Latentwärmespeicher wieder in den Kühlwasserkreislauf einer Verbrennungskraftmaschine eingespeist wird, um die Kühlwassertemperatur abzusenken, ist in der Offenlegungsschrift DE 42 35 885 A1 schematisch dargestellt, aber nicht näher erläutert.

Thermostatisch gesteuerte Dreiwege-Ventile sind der Fachwelt bekannt, wie beispielsweise die Offenlegungsschrift DE 40 22 731 A1 zeigt. Das dort dargestellte Thermostatventil entspricht abgesehen von zwei zusätzlichen Verstellantrieben einem üblichen Thermostatventil, für dessen Betätigung ein Dehnstoffelement vorgesehen ist, an dessem Außenteil zwei Ventilteller befestigt sind, von denen der eine die Durchflußöffnung einer Zuleitung zum Ventil zunehmend öffnet, während der andere die Durchflußöffnung einer zweiten Zuleitung zum Ventil zunehmend verschließt, wenn sich das Dehnstoffelement infolge einer Temperaturerhöhung des Kühlwassers ausdehnt.

Für die Umgehung eines Kühlers über eine Bypaßleitung im unteren Temperaturbereich des Kühlwassers ist dieses Ventil ebenfalls geeignet, wenn der in dieser Offenlegungsschrift mit 18 bezeichnete Anschluß für den Zufluß zum Ventil und der mit 16 bezeichnete Anschluß für den Abfluß über die Bypaßleitung in Anwendung gebracht werden.

Nachteilig wäre dann allerdings, daß das Kühlwasser im unteren Temperaturbereich vom Anschluß 18 zum Anschluß 16 fließend am Dehnstoffelement 34 lediglich vorbeifließt, so daß eine rasche Temperaturangleichung des Dehnstoffelementes und somit eine feinfühlige Durchflußregelung bei Temperaturschwankungen im unteren Temperaturbereich des Kühlwassers durch dieses Ventil nicht gewährleistet ist.

Ein mit einer beschränkten Flüssigkeitsmenge aufgefüllter Hohlkörper bzw. Balg für die Betätigung eines Zweiwege- Ventiles ist aus der Auslegeschrift DE-AS 10 49 181 bekannt.

Da der Balg mit seinem einen Ende am Ventilgehäuse festgelötet ist, ist der Hub eines am anderen Ende des Balges befestigten Ventiltellers vom Ausdehnungshub des Balges abhängig, wobei hier ebenfalls der Nachteil gegeben ist, daß das Kühlwasser am Balg vorbeifließt, ohne ihn zu umspülen, so daß eine feinfühlige Durchflußregelung bei Temperaturschwankungen nicht gewährleistet ist.

Gegenüber einem Dehnstoffelement und einem mit einer beschränkten Flüssigkeitsmenge aufgefüllten, am Ventilgehäuse befestigten Balg ist bei einem hier dargestellten Bypaßventil der Betätigungshub des Ventilkörpers durch den Auftrieb im Kühlwasser unabhängig vom erforderlichen Ausdehnungshub des Hohlkörpers beliebig groß den Erfordernissen anpaßbar.

Einen mit Luft gefüllten dehnbaren Hohlkörper, der frei beweglich in einer Flüssigkeit schwebt, zeigt die Patentschrift DE-PS 57 359. Die Ausgestaltung dieses Auftriebskörpers der Art, daß dieser gleichermaßen als Ventilkörper Verwendung finden kann, ist dieser Patentschrift nicht entnehmbar.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird dem gegenüber darin gesehen, ein neuartiges Bypaßventil anzugeben, welches besonders feinfühlig steuerbar ist.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Darstellungen Fig. 1 näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Bypaßventil mit seinem Ventilkörper, der sich hier in seiner unteren Endlage befindet und dessen eine Flüssigkeit 920 enthaltender Hohlkörper 914, 915, 916 aus einem dehnbaren elastischen Wellrohr 914 gebildet ist, dessen untere Öffnung durch einen als Anker für die elektromagnetische Zusatzsteuerung des Ventiles dienenden unteren Flansch 915 und dessen obere Öffnung durch einen oberen Flansch 916 abgedichtet ist. Am unteren Flansch 915 des Hohl- bzw. Ventilkörpers ist ein über den Hohlkörper gestülptes Rohr 917, das in seinem Mittelteil eine Ausbauchung 918 aufweist, befestigt. Über diese Ausbauchung und einen schmalen Bund, der unterhalb des Rohres vom unteren Flansch 915 nach außen gezogen ist, ist der Ventilkörper verschiebbar in einer vertikal angeordneten Bohrung eines Ventilgehäuses 911 geführt, wobei die Bohrung im Verschiebebereich des unteren Flansches etwas erweitert ist, so daß über die nach außen abgesetzte Bohrung eine Schulter gebildet ist, gegen die der untere Flansch des Ventilkörpers mit seinem nach außen gezogenen Bund in einer oberen Endlage des Ventilkörpers stirnseitig anschlägt (Fig. 1b).

Fig. 1A in Blickrichtung A eine Seitansicht des Bypaßventiles mit einem seitlich am unteren Ende des Ventilgehäuses angeformten Anschlußflansch für die Zuleitung 906 des Kühlwassers zum Ventil.

Fig. 1B in Blickrichtung B eine Seitansicht des Bypaßventiles mit einem am Ventilgehäuse angeformten Anschlußflansch für eine Bypaßleitung 909.

Fig. 1C in Blickrichtung C zu Fig. 1 eine Draufsicht auf das Ventilgehäuse 911 mit seinem unteren Gehäusedeckel 912.

Fig. 1D in Blickrichtung D zu Fig. 1A den unteren Gehäusedeckel 912 von unten mit einem an der Unterseite des Deckels angeformten, nach unten hin offenen Gehäuse, in dem ein hufeisenförmiger Elektromagnet 993 unterbringbar ist (Fig. 1b).

Fig. 1a entsprechend Schnitt a-a zu Fig. 1B einen Querschnitt des Ventilgehäuses 911.

Fig. 1b entsprechend Schnitt b-b zu Fig. 1A den Ventilkörper in seiner oberen Endlage, in der ein Anschlag zwischen dem nach außen gezogenen Bund des unteren Flansches 915 vom Ventilkörper und der nach außen gezogenen Schulter in der abgesetzten Bohrung des Ventilgehäuses 911 gebildet ist. Durch die teilweise Verdampfung der im Hohlkörper enthaltenen Flüssigkeit 920 hat sich der Hohlkörper der Länge nach soweit ausgedehnt, daß der Ventilkörper durch den Auftrieb im Kühlwasser in seiner oberen Endlage festgehalten ist. Die Längenausdehnung des Hohlkörpers ist durch eine am oberen Ende des Rohres 917 etwas nach innen gezogene Stirnwandung auf ein erforderliches Mindestmaß eingeschränkt, so daß der Druck im Hohlkörper auf einen Wert angestiegen ist, bei dem die Flüssigkeit nicht mehr weiter verdampft.

Bei einer baldigen Beheizung des Insassenraumes im Stillstand des Fahrzeuges nach einer vorangegangenen Fahrt oder nach dem automatischen Aufheizen des Latentwärmespeichers wird der in seiner oberen Endlage befindliche Ventilkörper durch den, die elektromagnetische Zusatzsteuerung bildenden hufeisenförmigen Elektromagnet 993 über den als Anker dienenden unteren Flansch 915 des Ventilkörpers nach unten gezogen, so daß das durch einen Heizkörper hindurchgeleitete erhitzte Kühlwasser über die vom Bypaßventil abgezweigte, am Kühler vorbeiführende Bypaßleitung 909, sowie über eine weitere am Motor vorbeiführende Bypaßleitung wieder zur Pumpe der Standheizung zurückfließt.

Vor dem automatischen Aufheizen des Latentwärmespeichers über die Standheizung ist das Kühlwasser im Bypaßventil bereits soweit abgekühlt, daß sich der Ventilkörper in seiner unteren Endlage befindet. Der hufeisenförmige Elektromagnet hat dann lediglich die Aufgabe, den Ventilkörper bis zum Abschluß dieses Aufheizvorganges in seiner unteren Endlage festzuhalten.

Der Eisenkern des Elektromagneten ist durch eine rechteckig ausgebildete Platte, in der zwei Bolzen für die Aufnahme der beiden Magnetspulen befestigt sind, gebildet. Dabei ist die Platte des Eisenkernes gleichzeitig als Deckel zum Verschließen des am unteren Gehäusedeckel 912 angeformten, nach unten hin offenen Gehäuses ausgebildet, so daß die beiden Spulen des Elektromagneten staub- und spritzwasserdicht im Gehäuse untergebracht sind.

Die im unteren Gehäusedeckel 912 angebrachte Abflußöffnung für die Zuleitung 907 zum Kühler (Fig. 1C) ist innerhalb einer an der Innenseite des Deckels angebrachten Ringnut, in der ein O-Ring 922 eingesetzt und festgehalten ist, angebracht (Fig. 1). Der O- Ring dämpft den Aufprall des Ventilkörpers, wenn derselbe bei einer Beheizung des Insassenraumes im Stillstand des Fahrzeuges durch den Elektromagnet 993 nach unten gezogen wird und sorgt zugleich für eine Abdichtung der im unteren Gehäusedeckel angebrachten Abflußöffnung in der unteren Endlage des Ventilkörpers. Oberseitig ist das Ventilgehäuse 911 durch einen oberen Gehäusedeckel 913, in dem eine Entlüftungsschraube 921 befestigt ist, abgedichtet.

Im unteren Temperaturbereich des Kühlwassers bzw. nach einer längeren Stillstandszeit des Fahrzeuges befindet sich der Ventilkörper in seiner unteren Endlage (Fig. 1), so daß das seitlich am unteren Ende über eine Zuleitung 906 in das Ventilgehäuse einströmende Kühlwasser beim Vorwärmen des Motors durch Längsschlitze 919, die unterhalb der Ausbauchung 918 am Rohr 917 angebracht sind, hindurch in einen zwischen dem Hohlkörper 914, 915, 916 und dem Rohr gebildeten Zwischenraum strömt und durch weitere Längsschlitze 919, die oberhalb der Ausbauchung am Rohr angebracht sind, hindurch wieder aus diesem Zwischenraum nach außen dringt, bevor das Kühlwasser durch eine oberhalb der Ausbauchung am Ventilgehäuse angebrachte Abflußöffnung hindurch über eine am Kühler vorbeiführende Bypaßleitung 909 wieder zum Motor zurückfließt. Sobald nun die Kühlwassertemperatur im Bypaßventil durch die Wärmeabgabe des Latentwärmespeichers und die anschließende Wärmeabgabe des in Betrieb genommenen Motors einen Wert erreicht, der etwas über der Phasenumwandlungstemperatur des im Latentwärmespeicher enthaltenen Wärmespeichermediums liegt, verdampft die im Hohlkörper enthaltene Flüssigkeit 920, so daß der Hohlkörper durch den Dampfdruck in Längsrichtung ausgedehnt und der Ventilkörper durch den Auftrieb im Kühlwasser in seine obere Endlage gedrängt wird (Fig. 1b), in der nun das Kühlwasser durch die im unteren Gehäusedeckel 912 angebrachte Abflußöffnung hindurch über eine Zuleitung 907 zum Kühler strömt, um dann durch den Kühler hindurch über eine Rückleitung wieder zum Motor zurückzufließen.

Nach einer kurzen Fahrt, sowie nach einem automatischen Aufheizen des Latentwärmespeichers über die Standheizung befindet sich der Ventilkörper also in seiner oberen Endlage.

Wird bald darauf die Beheizung des Insassenraumes im Stillstand des Fahrzeuges über eine Zeitschaltuhr oder über eine Fernsteuerung in Betrieb genommen, dann sollte der Elektromagnet 993 in der Lage sein, den Ventilkörper von seiner oberen Endlage aus nach unten zu ziehen, wenn man vermeiden will, daß das Kühlwasser zu Beginn der Beheizung über den Kühler zur Pumpe der Standheizung zurückfließt.


Anspruch[de]
  1. 1. Thermostatisch gesteuertes Bypaßventil für einen Latentwärmespeicher, der im Kühlwasserkreislauf einer Brennkraftmaschine angeordnet ist, mit einem Kühler und einer hierzu parallelen Bypaßleitung, mit einer im Ventilgehäuse des Bypaßventiles vertikal angeordneten Bohrung, in welcher ein Ventilkörper zwischen zwei Endstellungen verschiebbar ist und in jeder Endstellung einen Strömungsweg zum Kühler oder zur Bypaßleitung freigibt, wobei das Ventilglied einen Hohlkörper in Form eines elastischen Wellrohres aufweist, der eine in Abhängigkeit der Kühlwassertemperatur verdampfbare Flüssigkeit enthält und mit einer flanschartigen Erweiterung am unteren Ende des Ventilkörpers versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die flanschartige Erweiterung am unteren Ende des Ventilkörpers (314, 315, 316, 317) in der oberen Endlage desselben gegen eine in der Bohrung des Ventilgehäuses (911) ausgebildete Schulter anliegt, und daß der Ventilkörper durch die Einwirkung eines Elektromagneten, der auf das flanschartige Ende des Ventilkörpers einwirkt, zusätzlich steuerbar ist.






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