Die Erfindung betrifft ein vorgesteuertes Kühlmittelventil, das insbesondere den Kühlmit telfluss durch den Motorblock eines Verbrennungsmotors steuert und Folgendes umfasst:

- ein Ventilgehäuse mit einem Druckraum,

- einen im Druckraum verfahrenden Schließkolben, der den Druckraum in einen Stau druckraum und einen Durchflussraum unterteilt,

- einen Kühlmittelzulauf und einen Kühlmittelablauf, die im Durchflussraum münden,

- einen Ventilsitz, der die Mündung des Kühlmittelzulaufs begrenzt,

- einen elektromagnetischen Aktuator mit einem Stößel, der bei bestromtem Aktuator den Schließkolben in Richtung des Ventilsitzes hubbetätigt, wobei die Verbindung des Kühl mittelzulaufs mit dem Durchflussraum bei dichtend am Ventilsitz anliegendem Schließ kolben unterbrochen ist.

Ein derartiges Kühlmittelventil ist aus der nicht vorveröffentlichten Anmeldung mit dem Aktenzeichen DE 10 2019 106 498.8 bekannt. Das Kühlmittelventil arbeitet sowohl vor steuernd als auch direktwirkend, indem der den Schließkolben betätigende Stößel gleich zeitig ein Steuerkolben der Vorsteuerung ist.

Weitere vorgesteuerte Ventile sind bekannt aus US 2017/0284277, EP 2 778 364 B1, DE 11 2013 004902 T5 und DE 102004014068 A1.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein vorgesteuertes Kühlmittelven til der eingangs genannten Art im Hinblick auf eine erhöhte Betätigungskraft und Dichtwir kung des Schließkolbens bei geschlossenem Kühlmittelventil zu verbessern.

Die Lösung hierfür ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 1. Demnach soll das Kühlmittelventil ein an den Kühlmittelzulauf, den Staudruckraum und den Durchflussraum angeschlossenes 3/2-Wegeventil mit einem vom Stößel betätigten Ventilkolben umfassen, der sich bei unbestromtem Aktuator in seiner ersten Schaltstellung befindet und dabei den Anschluss zum Kühlmittelzulauf sperrt und den Staudruckraum mit dem Durchflussraum verbindet und der sich bei bestromtem Aktuator in seiner zweiten Schaltstellung befindet und dabei den Anschluss zum Durchflussraum sperrt und den Kühlmittelzulauf mit dem Staudruckraum verbindet, wobei der Stößel den Schließkolben mittels des Ventilkolbens hubbetätigt. Die Konstruktion des erfindungsgemäßen Kühlmittelventils bewirkt, dass die erforderliche Betätigungskraft des auf den Schließkolben wirkenden Stößels vergleichsweise klein sein kann. Aufgrund der kleinen Betätigungskraft kann auch der Elektromagnet entsprechend klein dimensioniert werden und damit vergleichsweise kostengünstig ausgeführt sein. Ein weiterer vorteilhafter Effekt besteht darin, dass der am Ventilsitz anliegende Schließkol ben nach Abschalten des Elektromagneten den Ventilsitz reproduzierbar verlässt und folglich das Kühlmittelventil unter allen Betriebsbedingungen wieder öffnet.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kühl mittelventils teilweise schematisch dargestellt ist. Es zeigen:

Figur 1 das Kühlmittelventil im Längsschnitt; Figuren 2a - 2d den Schließ- und Öffnungsvorgang des Kühlmittelventils in verschiede nen Sequenzen.

Das in Figur 1 dargestellte Kühlmittelventil 1 steuert den Kühlmittelfluss durch den Motor block eines Verbrennungsmotors. Das Kühlmittelventil 1, das sowohl vorsteuernd als auch direktwirkend arbeitet, hat einen den Kühlmittelzulauf 2 bildenden Einlassstutzen 3 und einen den Kühlmittelablauf 4 bildenden Auslassstutzen 5, die an einem ersten Gehäuse teil 6a eines Ventilgehäuses 6 befestigt sind. Im ersten Gehäuseteil 6a verlaufen ein Druckraum 7 und ein darin verfahrender Schließkolben 8, der den Druckraum 7 in einen zulaufnahen Durchflussraum 9 einerseits und einen zulauffernen Staudruckraum 10 ande- rerseits unterteilt. Der Kühlmittelzulauf 2 und der Kühlmittelablauf 4 münden im Durch flussraum 9. Die Unterteilung des Druckraums 7 erfolgt durch eine hohlzylindrische Durchmessererweiterung 11, die sich am zulauffernen Ende des Schließkolbens 8 befin det und deren Außenmantelfläche 12 in der Innenmantelfläche 13 des Druckraums 7 le ckagearm geführt ist.

Der Druckraum 7 wird seitens des Durchflussraums 9 durch einen Boden 14 des ersten Gehäuseteils 6a und seitens des Staudruckraums 10 durch einen Boden 15 eines auf dem ersten Gehäuseteil 6a angeflanschten zweiten Gehäuseteils 6b des Ventilgehäuses 6 axial begrenzt. Der Boden 14 des ersten Gehäuseteils 6a hat einen die Mündung des Kühlmittelzulaufs 2 begrenzenden Ventilsitz 16, an dem das zulaufnahe Ende des Schließkolbens 8 im geschlossenen Zustand des Kühlmittelventils 1 dichtend anliegt und die Verbindung des Kühlmittelzulaufs 2 mit dem Durchflussraum 9 unterbricht. Dieser Zu stand entspricht der in Figur 2c dargestellten Hubstellung des Schließkolbens 8.

Die gleichzeitige Vorsteuerung und Direktbetätigung des Schließkolbens 8 erfolgt mittels eines elektromagnetischen Aktuators 17 mit einem elektrisch betätigten Hubmagneten 18 und einem Stößel 19, der im zweiten Gehäuseteil 6b koaxial zum Schließkolben 8 verfährt und bei bestromtem Hubmagneten 18 ausfährt und dabei den Schließkolben 8 in Rich tung des Ventilsitzes 16 hubbetätigt. Der Stößel 19 und der Schließkolben 8 sind jeweils von einer der Hubmagnetkraft entgegen gerichteten, d.h. in Öffnungsrichtung des Kühlmit- telventils 1 wirkenden Stößelfeder 20 bzw. Schließkolbenfeder 21 kraftbeaufschlagt.

Die Hubbetätigung des Schließkolbens 8 durch den Stößel 19 erfolgt mittels eines Ventil kolbens 22 eines 3/2-Wegeventils 23, dessen drei Anschlüsse der Kühlmittelzulauf 2, der Staudruckraum 10 und der Durchflussraum 9 sind. Der Kühlmittelzulauf 2 ist über einen stromaufwärts des Ventilsitzes 16 abzweigenden und in Figur 1 lediglich schematisch dargestellten Bypass 24 an das 3/2-Wegeventil 23 angeschlossen. Bei unbestromtem Aktuator 17 befindet sich der Ventilkolben 22 in dessen erster Schaltstellung, in der der Staudruckraum 10 mit dem Durchflussraum 9 verbunden ist, während der Anschluss zum Kühlmittelzulauf 2 gesperrt ist. Bei bestromtem Aktuator 17 befindet sich der Ventilkolben 22 in dessen zweiter Schaltstellung, in der der Kühlmittelzulauf 2 mit dem Staudruckraum

10 verbunden ist, während der Anschluss zum Durchflussraum 9 gesperrt ist.

Die Schaltstellungen des 3/2-Wegeventils 23, weitere konstruktive Details und die Funkti onsweise des Kühlmittelventils 1 werden nachfolgend anhand der Figuren 2a-d erläutert, die jeweils den für die Vorsteuerung des Kühlmittelventils 1 relevanten Ausschnitt im Be reich des 3/2-Wegeventils 23 zeigen. Dort nicht eingezeichnete Bezugszahlen sind Figur 1 zu entnehmen.

Der vom Stößel 19 betätigte Ventilkolben 22 ist vorliegend mit dem Stößel 19 gefügt und in dessen magnetfernes Ende eingeschraubt. Der Stößel 19 durchsetzt eine im Boden 15 des zweiten Gehäuseteils 6b abgedichtet eingesetzte Stößelführungsbuchse 25 und bildet in diesem Bereich mit einer längsgenuteten Außenmantelfläche 26 einen vom Ventilkol ben 22 sperrbaren Kühlmitteldurchlass 27, der den Staudruckraum 10 über den Bypass 24 mit dem Kühlmittelzulauf 2 verbindet. Der Kühlmitteldurchlass 27 und damit der An- Schluss zum Kühlmittelzulauf 2 werden dadurch gesperrt, dass der Ventilkolben 22 ab schnittsweise als Kugelschicht 28 geformt ist, die in der ersten Schaltstellung des Ventil- kolbens 22 an der zulaufnahen Stirnseite 29 der Stößelführungsbuchse 25 dichtend an liegt. Die Stößelführungsbuchse 25 kann alternativ entfallen, wobei dann der Kühlmittel durchlass 27 und die Stirnseite 29 unmittelbar am Boden 6b ausgebildet sind. Der Staudruckraum 10 ist mit dem Durchflussraum 9 über einen vom Ventilkolben 22 sperrbaren Druckentlastungskanal 30 verbunden, der im Innern des Schließkolbens 8 verläuft. Der Druckentlastungskanal 30 und damit der Anschluss zum Durchflussraum 9 werden dadurch gesperrt, dass die Kugelschicht 28 des Ventilkolbens 22 in der zweiten Schaltstellung des Ventilkolbens 22 an der zulauffernen Stirnseite 31 des Schließkolbens 8 dichtend anliegt.

Zur Funktionsweise des Kühlmittelventils 1:

Figur 2a: Das Kühlmittelventil 1 ist für maximalen Durchfluss zwischen dem Kühlmittelzu- lauf 2 und dem Kühlmittelablauf 4 vollständig geöffnet. Dabei ist der Schließkolben 8 vom Ventilsitz 16 maximal beabstandet und liegt - der Rückstellkraft der Schließkolbenfeder 21 entsprechend - mit dessen Durchmessererweiterung 11 am Boden 15 an. Der Hubmagnet 18 ist nicht bestromt, und der Stößel 19 befindet sich - der Rückstellkraft der Stößelfeder 20 entsprechend - in dessen eingefahrener Hubposition. Der Ventilkolben 22 befindet sich in dessen erster Schaltstellung, in der die Kugelschicht 28 an der Stirnseite 29 der Stößel führungsbuchse 25 dichtend anliegt und den Kühlmitteldurchlass 27 versperrt. Die Kugel schicht 28 ist in dieser ersten Schaltstellung von der Stirnseite 31 des Schließkolbens 8 beabstandet, so dass der Staudruckraum 10 über den Druckentlastungskanal 30 und eine den Schließkolben 8 durchsetzende Querbohrung 32 mit dem Durchflussraum 9 verbun- den und druckausgeglichen ist.

Figur 2b: Der Schließvorgang des Kühlmittelventils 1 beginnt damit, dass der Hubmagnet 18 bestromt wird und den Stößel 19 - entgegen der Rückstellkraft der Stößelfeder 20 - in Richtung des Schließkolbens 8 hubbetätigt. Dabei wird der vom Stößel 19 betätigte Ven- tilkolben 22 von dessen erster Schaltstellung in dessen zweite Schaltstellung verlagert, in der die Kugelschicht 28 von der Stirnseite 29 der Stößelführungsbuchse 25 beabstandet ist und an der Stirnseite 31 des Schließkolbens 8 dichtend anliegt. Der Kühlmittelzulauf 2 ist nun über den Bypass 24 und den Kühlmitteldurchlass 27 mit dem Staudruckraum 10 verbunden, während die Verbindung zwischen dem Staudruckraum 10 und dem Durch- flussraum 9 unterbrochen ist. Die positive Kühlmitteldruckdifferenz zwischen dem mit dem Kühlmittelzulauf 2 verbundenen Staudruckraum 10 und dem Durchflussraum 9 erzeugt eine Druckkraft, die zusätzlich zur elektromagnetisch erzeugten und über den Ventilkol ben 22 übertragenen Kraft des Stößels 19 in Schließrichtung des Kühlmittelventils 1 wirkt und den Schließkolben 8 hubbetätigt. Figur 2c: Die sowohl durch Druck- als auch Magnetkraft erzeugte Hubbetätigung des Schließkolbens 8 ist abgeschlossen, und das Kühlmittelventil 1 ist geschlossen. Dabei ist der Schließkolben 8 vom Boden 15 beabstandet, und dessen zulaufnahes Ende liegt dich tend am Ventilsitz 16 an. Der Hubmagnet 18 ist nach wie vor bestromt, so dass der Ven tilkolben 22 in dessen zweiter Schaltstellung verbleibt.

Figur 2d: Der Öffnungsvorgang des Kühlmittelventils 1 wird durch Abschalten der Bestro- mung des Hubmagneten 18 eingeleitet. Der Stößel 19 wird durch die Rückstellkraft der Stößelfeder 20 in Einfahrrichtung betätigt und verlagert den Ventilkolben 22 von dessen zweiter Schaltstellung zurück in die erste Schaltstellung. Aufgrund des dabei stattfinden- den Druckausgleichs wird der Schließkolben 8 nur noch durch die Rückstellkraft der Schließkolbenfeder 21 beaufschlagt und in die geöffnete Ausgangsposition gemäß Figur 2a rückverlagert.