Thermostatisch gesteuertes Ventil Die Erfindung bezieht sich auf ein thermostatisch gesteuertes Ventil zur Regelung des Stromes eines Fluidums zwischen einem Zuflussraum und einem Haupt- sowie einem Nebenkanal.
Das erfindungsgemässe Ventil ist gekennzeichnet durch eine in eine Öffnung zwischen dem Zufluss- raum und dem Hauptkanal einzusetzen bestimmten mit Durchflussöffnungen versehene Halterung mit einem Ventilsitz, durch einen Ventilschliessteil mit einem zylindrischen Mantel und mit Durchflussöff- nungen in seinem Innern, welcher Mantel bestimmt ist, in einer Öffnung einer Trennwand zwischen dem Hauptkanal und dem Nebenkanal dichtend an zuliegen und axial in Regelstellungen bewegt zu werden,
wobei er in seiner einen Endstellung mit einer Stirnseite auf dem Ventilsitz aufliegt, während seine andere Stirnseite bestimmt ist, in seiner an deren Endstellung auf einer Wand des Nebenkanals aufzuliegen, sowie durch eine temperaturempfind liche Vorrichtung, welche mit dem Ventilschliessteil wirkungsverbunden ist, um die Regelbewegungen des selben in Abhängigkeit von Änderungen der Tem peratur des Fluidums hervorzurufen.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt.
Fig. 1 ist eine Seitenansicht des Ventils; Fig. 2 ist eine Draufsicht auf das Ventil; Fig. 3 ist ein Schnitt entlang der Linie III-111 der Fig. 2, wobei einige Teile des Ventils in. Ansicht gezeigt sind und das Ventil in einer Motorkühlanlage eingebaut ist; Fig.4 ist ein Schnitt ähnlich dem der Fig.3, wobei die Teile des Ventils in einer anderen Rege lungsstellung gezeigt sind.
Das thermostatisch gesteuerte überlaufventil ist gemäss den Abbildungen Fig. 3 und 4 in eine Ver- brennungskraftmaschine eingebaut, um den Flüssig- keitsstrom in deren Kühlsystem zu regeln. Der Motor weist einen Block 10 (im Schnitt gezeigt) mit einem Kühlmantel 12 und einem Kopf 14 auf (im Schnitt gezeigt), in dem sich eine Hauptflüssigkeitsleitung 16 und ein Nebenkanal 18 befindet.
Der Hauptkanal 16 und der Nebenkanal 18 sind in dem Motorkopf 14 im wesentlichen parallel angeordnet und stehen durch einen Durchgang 20 in einer die beiden Kanäle trennenden Wand 21 in Verbindung.
Das thermostatisch gesteuerte überlaufventil um fasst einen durchbrochenen Teil bzw. ein Armkreuz 22, welches mit einem Ring 24 eingefasst ist, an dem ein Ventilsitz 26 ausgebildet ist, und von dem meh rere mit ihm aus einem Stück bestehende Arme 28 schräg nach innen verlaufen.
Die Arme 28 enden innen in einem ringförmigen nach innen gebogenen Flansch 30, welcher eine zentrale Öffnung 32 (Fig. 3) aufweist. Der Ring 24 sitzt in einer ringförmigen Ver tiefung 34 in dem Motorblock 10 und wird darin von einer Schulter 36 des Motorkopfes 14 festge halten. Zwischen dem Block 10 und dem Kopf 14 ist eine zusammendrückbare Dichtung 35 eingefügt, um ein Durchtreten der Flüssigkeit zu verhindern.
Das Armkreuz 22 trägt einen druckunempfind lichen Thermostaten <B>38,</B> der mit schmelzendem Wachs arbeitet. Der Thermostat 38 besteht aus einem Gehäuse 40, einem Flansch 42, einem hohlen zylin drischen Teil 44 und einem nach aussen verschieb baren und zurückziehbaren Kolben 45, der in einer nicht gezeigten Bohrung des zylindrischen Teils 44 gleitet.
Das Gehäuse 40 ist mit einer nicht gezeig ten wachsartigen Substanz gefüllt, die bei einer be stimmten Temperatur schmilzt und durch die damit verbundene Volumenänderung die Bewegung einer nicht gezeigten Membran bewirkt, die sich im Flansch 42 befindet, welche ihrerseits die Bewegung auf den verschiebbaren Kolben 45 überträgt.
Der druckunempfindliche Thermostat 38 reagiert nicht auf statische Druckunterschiede innerhalb des Motorkühlsystems, die durch die auf Grund der Ausdehnung der Kühlflüssigkeit zusammengedrückte, im System eingeschlossene Luft, zusammen mit der Ausdehnung der eingeschlossenen Luft und den Dampfdruck der Kühlflüssigkeit hervorgerufen wer den. Diese statischen Drücke werden, wenn sie auf den Kolben 45 des Thermostaten wirken, auf die Membran und die wachsartige Substanz in dem Thermostaten 38 übertragen, doch ist die wachsartige Substanz praktisch inkompressibel, so dass die Bewe gung des Kolbens 45 des Thermostaten durch stati sche Drücke nicht beeinflusst wird.
Da derartige Thermostaten bekannt sind, wird von einer weiteren Erläuterung des Aufbaues und ihrer Funktion ab gesehen.
Der Flansch 42 des Thermostaten 38 sitzt auf dem nach innen gebogenen Flansch 30 des Arm kreuzes 22, wodurch das Gehäuse 40 des Thermo staten von dem Armkreuz in den Hauptkühlmantel 12 hineinragt. Durch diese Stellung reagiert die wachsartige Substanz in dem Gehäuse 40 des Thermo staten schnell auf jegliche Temperaturänderung der Kühlflüssigkeit in dem Mantel 12.
Das zylindrische Teil 44 des Thermostaten 38 ist von einer zylindrischen Hülle 46 umgeben. Die Hülle 46 trägt an ihrem unteren Ende einen radial nach aussen gebogenen Flansch 48 und an ihrem oberen Ende eine radial nach innen gebogene Schulter 50. Zwischen ihren Enden ist die Hülse 46 mit einer Einschnürung 52 versehen, die sich eng an den Zy lindermantel des Teils 44 anlegt. Ein Schaft 54 ist an der Schulter 50 der Hülse 46 starr befestigt und verläuft in der Achse des Thermostaten 38. Ein Band 56 mit einem Loch 58 in seinem unteren Ende und zwei federnden Armen 60 ist an dem nach innen gebogenen Flansch 30 des Armkreuzes 22 so be festigt, dass das Loch 58 im Band sich mit der Mittel öffnung 32 des Armkreuzes deckt.
Die oberen Enden der Arme 60 des Bandes 56 sind umgebogen und bilden Haken 52. Eine Druckfeder 64, deren eines Ende auf dem Hülsenflansch 48, und deren anderes Ende in den Haken 62 eingreift, hält die bisher er wähnten Teile des Ventils zusammen.
Das obere Ende des Schaftes 54 ist mit einem Gewinde 66 versehen, auf welches ein Einstellteil 68 geschraubt werden kann. Das Einstellteil 68 ist als zylindrische Büchse 70 ausgebildet, welche einen mit Gewinde versehenen axialen Kanal 72 und einen sechseckigen Kopf 74 an dessen Ende besitzt. Der Kopf 74 bildet einen radialen Absatz 76 an der Büchse 70. Der mit Gewinde versehene zentrale Kanal 72 kann auf den mit Gewinde versehenen Schaftteil 66 geschraubt werden. Die Stellung des Einstellteils 68 auf dem mit Gewinde versehenen Schaftteil 66 kann durch eine Drehung des Einstell teils in der einen oder anderen Richtung verändert werden.
Ein im Schwerpunkt aufgehängter, einen zylin drischen Mantel 80 aufweisender Ventilschliessteil 78 gleitet auf dem Einstellteil 68 und wird dort federnd gehalten. An seinem unteren Ende (s. Fig. 3 und 4) ist der Ventilschliessteil 78 offen. Er besitzt einen zylindrischen Mantel 80, der so geformt ist, dass er mit dem Stirnrand auf dem Ventilsitz 26 des Arm kreuzes aufliegt und sich wieder davon lösen kann, wie unten im einzelnen beschrieben wird. An seinem anderen Ende ist der Ventilschliessteil mit vier nach innen ragenden Armen 84 versehen, zwischen denen Öffnungen 82 liegen. Die Arme 84 enden innen in einer mittleren kreisförmigen Nabe 86 mit einer durchgehenden Öffnung 88.
Der Ventilschliessteil 78 wird auf dem Einstell teil 68 von einer Druckfeder 90 gehalten, deren eines Ende an dem Hülsenabsatz 50 und deren anderes Ende an der zentralen Nabe 86 des Ventil schliessteils anliegt. Der Durchmesser der Öffnung 88 in der Nabe 86 ist etwas grösser als der äussere Durch messer des zylindrischen Teils 70 des Einstellteils 68, und die Feder 90 drückt daher die Nabe 86 fest gegen den Absatz 76 an dem Einstellteil 68 und hält dadurch den Ventilschliessteil 78 an dem Einstell teil fest.
Die Wirkungsweise des Ventils ist folgende: Wie aus Fig. 3 hervorgeht, sitzt der ringförmige Rand der Wand 80 des Ventilschliessteils 78 auf Grund des nach unten gerichteten Druckes der Druck feder 64 auf dem Ventilsitz 26. Solange sich der Ventilschliessteil 78 in dieser Stellung befindet, fliesst die gesamte Kühlflüssigkeit vom Mantel 12 durch das Innere des Ventilschliessteils 78 hindurch in den Ne benkanal 18. Der Ventilschliessteil 78 bleibt so lange auf dem Ventilsitz 26, als die Temperatur der Kühlflüssigkeit in dem Mantel 12 unter einem be stimmten Mindestwert bleibt.
Wenn die Temperatur der Kühlflüssigkeit in dem Mantel 12 den bestimmten Mindestwert überschreitet, wird der Kolben 45 des Thermostaten 38 nach oben bewegt und hebt den Ventilschliessteil 78 entgegen dem Druck der Feder 64 von dem Sitz ab. Wenn sich der Ventilschliessteil 78 nicht mehr auf dem Ventilsitz 26 befindet, fliesst die Kühlflüssigkeit in dem Mantel 12 sowohl in den Ne benkanal 18 als auch in den Hauptkanal 16.
Wenn die Temperatur der Kühlflüssigkeit weiter ansteigt und einen bestimmten Höchstwert über schreitet, gelangt der Ventilschliessteil 78 in die in Fig.4 gezeigte Stellung. In dieser Stellung berührt die obere Stirnseite des Mantels 80 des Ventilschliess- teils 78 die obere Wand 92 des Nebenkanals 18 und sperrt den Strom der Kühlflüssigkeit durch das Innere des Ventilschliessteils. Die Kühlflüssigkeit in dem Mantel 12 fliesst jetzt vollständig um den Ventil schliessteil 78 herum in den Hauptkanal 16.
Wenn die Temperatur der Kühlflüssigkeit noch weiter ansteigt, nachdem sich der Ventilschliessteil 78 bereits in der in Fig. 4 gezeigten Stellung befindet, wo durch eine übermässige Verschiebung des Kolbens 45 des Thermostaten nach aussen hervorgerufen wird, wird die Feder 90 durch den Druck des Kolbens zu sammengedrückt und bewegt den Schaft 54 und das Einstellteil 68 in die in Fig.4 gestrichelt gezeigte Stellung. Die Verwendung der Feder 90 und die Gleit- verbindung zwischen dem Einstellteil 68 und der Ventilnabe 86 erlaubt eine Bewegung des Ventil schliessteils 78 und des Schaftes 54 gegeneinander und verhindert dadurch eine Beschädigung der verschie denen Teile des Ventils.
Die Kalibriereinstellung des Ventils wird durch Drehen des Einstellteils 68 in der einen oder anderen Richtung vorgenommen, wodurch man die Stellung des Ventilschliessteils 78 hinsichtlich des Schaftes 54 verändert. Der Einstellteil 68 wird so lange gedreht, bis der Ventilschliessteil 78 sich in einer Stellung auf dem Schaft 54 be findet, bei welcher der Kolben 45 des Thermostaten in einem bestimmten Temperaturbereich der Kühl flüssigkeit anfängt, den Rand der Wand 80 des Ventilschliessteils von dem Ventilsitz 26 abzubewe- gen. Die Kalibrierung bestimmt daher die Tem peratur der Kühlflüssigkeit,
bei welcher sich der Ventilschliessteil 78 öffnet, um einen Strom der Kühlflüssigkeit in die Hauptleitung 16 zu ermögli chen.
Da der Ventilschliessteil 78 eine zylindrische Aussenfläche besitzt, die auf beiden Enden offen ist, gibt es keine einem Flüssigkeitsdruck ausgesetzte Fläche, die nicht im Gleichgewicht ist, weder im Hauptkanal 16 noch im Nebenkanal 18. Auf diese Weise befindet sich der Ventilschliessteil 78 im Gleichgewicht und ist unempfindlich gegenüber Unterschieden des Flüssigkeitsdruckes zwischen den Leitungen 16 und 18.
Dadurch wird verhindert, dass der Ventilschliessteil 78 axiale Kräfte auf den Thermo staten 38 ausübt, die durch Druckdifferenzen zwi schen den Leitungen 16 und 18 entstehen würden. Der Thermostat 38 steuert die Bewegung des Ventil schliessteils 78 somit lediglich auf Grund von Tem peraturänderungen der durch das Ventil fliessenden Kühlflüssigkeit.
Die vorliegende Erfindung ist hier im Zusammen hang mit dem Kühlsystem eines Motors beschrieben; sie soll aber nicht auf diese spezielle Anwendung be schränkt sein.
Thermostatically Controlled Valve The invention relates to a thermostatically controlled valve for regulating the flow of a fluid between an inflow chamber and a main and a secondary channel.
The valve according to the invention is characterized by a holder with a valve seat, intended to be inserted into an opening between the inflow space and the main channel, provided with flow openings, by a valve closing part with a cylindrical jacket and with flow openings in its interior, which jacket is intended in an opening of a partition between the main channel and the secondary channel are sealingly close and to be moved axially in control positions,
in one end position it rests with one end face on the valve seat, while its other end face is intended to rest in its end position on a wall of the secondary channel, as well as by a temperature-sensitive device which is functionally connected to the valve closing part to control the movements of the same as a function of changes in the temperature of the fluid.
An exemplary embodiment of the subject matter of the invention is shown in the drawing.
Fig. 1 is a side view of the valve; Figure 2 is a top plan view of the valve; Fig. 3 is a section taken along line III-111 of Fig. 2 with some parts of the valve shown in Fig. 3 and the valve being installed in an engine cooling system; FIG. 4 is a section similar to that of FIG. 3, the parts of the valve being shown in a different regulation position.
The thermostatically controlled overflow valve is installed in an internal combustion engine as shown in FIGS. 3 and 4 in order to regulate the flow of liquid in its cooling system. The engine has a block 10 (shown in section) with a cooling jacket 12 and a head 14 (shown in section) in which a main liquid line 16 and a secondary channel 18 are located.
The main channel 16 and the secondary channel 18 are arranged essentially parallel in the motor head 14 and are connected through a passage 20 in a wall 21 separating the two channels.
The thermostatically controlled overflow valve to summarizes a perforated part or a cross arm 22, which is surrounded by a ring 24 on which a valve seat 26 is formed, and from which several arms 28 consisting of one piece extend obliquely inward.
The arms 28 terminate internally in an annular inwardly curved flange 30 which has a central opening 32 (FIG. 3). The ring 24 is seated in an annular recess 34 in the engine block 10 and is held therein by a shoulder 36 of the engine head 14 Festge. A compressible seal 35 is inserted between the block 10 and the head 14 to prevent the liquid from passing through.
The spider 22 carries a pressure-insensitive thermostat <B> 38 </B> which works with melting wax. The thermostat 38 consists of a housing 40, a flange 42, a hollow cylin drical part 44 and an outwardly displaceable ble and retractable piston 45 which slides in a bore of the cylindrical part 44, not shown.
The housing 40 is filled with a waxy substance, not shown, which melts at a certain temperature and, due to the associated change in volume, causes the movement of a membrane (not shown) which is located in the flange 42, which in turn causes the movement on the displaceable piston 45 transmits.
The pressure-insensitive thermostat 38 does not respond to static pressure differences within the engine cooling system caused by the compressed air trapped in the system due to the expansion of the coolant, together with the expansion of the trapped air and the vapor pressure of the coolant. These static pressures are, when they act on the piston 45 of the thermostat, transmitted to the membrane and the waxy substance in the thermostat 38, but the waxy substance is practically incompressible, so that the movement of the piston 45 of the thermostat by static cal pressures is not affected.
Since such thermostats are known, a further explanation of the structure and its function is seen.
The flange 42 of the thermostat 38 sits on the inwardly curved flange 30 of the cross arm 22, whereby the housing 40 of the thermostat from the cross arm in the main cooling jacket 12 protrudes. With this position, the waxy substance in the housing 40 of the thermostat reacts quickly to any change in temperature of the cooling liquid in the jacket 12.
The cylindrical part 44 of the thermostat 38 is surrounded by a cylindrical shell 46. The shell 46 carries at its lower end a radially outwardly curved flange 48 and at its upper end a radially inwardly curved shoulder 50. Between its ends, the sleeve 46 is provided with a constriction 52 which fits closely to the cylinder jacket of the part 44 creates. A shaft 54 is rigidly attached to the shoulder 50 of the sleeve 46 and runs in the axis of the thermostat 38. A strap 56 with a hole 58 in its lower end and two resilient arms 60 is on the inwardly bent flange 30 of the spider 22 so be fastened that the hole 58 in the band coincides with the central opening 32 of the spider.
The upper ends of the arms 60 of the band 56 are bent over and form hooks 52. A compression spring 64, one end of which engages on the sleeve flange 48 and the other end of which engages in the hook 62, holds the previously mentioned parts of the valve together.
The upper end of the shaft 54 is provided with a thread 66 onto which an adjustment part 68 can be screwed. The adjustment member 68 is formed as a cylindrical sleeve 70 which has a threaded axial channel 72 and a hexagonal head 74 at the end thereof. The head 74 forms a radial shoulder 76 on the sleeve 70. The threaded central channel 72 can be screwed onto the threaded shaft portion 66. The position of the adjustment part 68 on the threaded shaft part 66 can be changed by rotating the adjustment part in one direction or the other.
A suspended in the center of gravity, a cylin drical jacket 80 having valve closing part 78 slides on the setting part 68 and is resiliently held there. At its lower end (see FIGS. 3 and 4), the valve closing part 78 is open. It has a cylindrical jacket 80 which is shaped so that it rests with the end edge on the valve seat 26 of the arm cross and can detach from it again, as will be described in detail below. At its other end, the valve closing part is provided with four inwardly projecting arms 84, between which openings 82 are located. The arms 84 terminate internally in a central circular hub 86 with an opening 88 therethrough.
The valve closing part 78 is held on the adjustment part 68 by a compression spring 90, one end of which rests against the sleeve shoulder 50 and the other end of the central hub 86 of the valve closing part. The diameter of the opening 88 in the hub 86 is slightly larger than the outer diameter of the cylindrical part 70 of the adjustment part 68, and the spring 90 therefore presses the hub 86 firmly against the shoulder 76 on the adjustment part 68 and thereby stops the valve closing part 78 the adjustment part.
The mode of operation of the valve is as follows: As can be seen from FIG. 3, the annular edge of the wall 80 of the valve closing part 78 sits on the valve seat 26 due to the downward pressure of the pressure spring 64. As long as the valve closing part 78 is in this position, all the cooling liquid flows from the jacket 12 through the interior of the valve closing part 78 into the Ne benkanal 18. The valve closing part 78 remains on the valve seat 26 as long as the temperature of the cooling liquid in the jacket 12 remains below a certain minimum value.
When the temperature of the cooling liquid in the jacket 12 exceeds the certain minimum value, the piston 45 of the thermostat 38 is moved upwards and lifts the valve closing part 78 against the pressure of the spring 64 from the seat. When the valve closing part 78 is no longer on the valve seat 26, the cooling liquid in the jacket 12 flows into both the secondary channel 18 and the main channel 16.
When the temperature of the cooling liquid continues to rise and exceeds a certain maximum value, the valve closing part 78 moves into the position shown in FIG. In this position, the upper end face of the jacket 80 of the valve closing part 78 touches the upper wall 92 of the secondary channel 18 and blocks the flow of the cooling liquid through the interior of the valve closing part. The cooling liquid in the jacket 12 now flows completely around the valve closing part 78 into the main channel 16.
If the temperature of the cooling liquid rises even further after the valve closing part 78 is already in the position shown in FIG. 4, which is caused by an excessive outward displacement of the piston 45 of the thermostat, the spring 90 is closed by the pressure of the piston pressed together and moves the shaft 54 and the adjustment part 68 into the position shown in FIG. The use of the spring 90 and the sliding connection between the adjustment part 68 and the valve hub 86 allows the valve closing part 78 and the stem 54 to move relative to one another and thereby prevent damage to the various parts of the valve.
The calibration setting of the valve is made by rotating the setting part 68 in one direction or the other, whereby the position of the valve closing part 78 with respect to the shaft 54 is changed. The setting part 68 is rotated until the valve closing part 78 is in a position on the shaft 54 at which the piston 45 of the thermostat begins in a certain temperature range of the cooling liquid, the edge of the wall 80 of the valve closing part from the valve seat 26 The calibration therefore determines the temperature of the coolant,
in which the valve closing part 78 opens to enable a flow of the cooling liquid into the main line 16.
Since the valve closing part 78 has a cylindrical outer surface which is open at both ends, there is no area exposed to fluid pressure which is not in equilibrium, neither in the main channel 16 nor in the secondary channel 18. In this way, the valve closing part 78 is in equilibrium is insensitive to differences in fluid pressure between lines 16 and 18.
This prevents the valve closing part 78 from exerting axial forces on the thermostat 38, which would arise from pressure differences between the lines 16 and 18. The thermostat 38 thus controls the movement of the valve closing part 78 only on the basis of temperature changes of the cooling liquid flowing through the valve.
The present invention is described here in connection with the cooling system of an engine; but it should not be restricted to this specific application.