CN105899779A - 恒温阀 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种阀(1)，包括：外壳(10)；恒温元件(20)，该恒温元件的活塞(24)的第一端部部分被固定到外壳，该第一端部部分与掩没在被容纳在恒温元件的本体(22)中的可热膨胀的材料中的端部轴向地相对；复位弹簧(30)；布置在活塞的第二端部部分内部的电加热电阻；用于从外壳外部对电阻进行供给的电连接装置；和用于控制流体的流(F)的抑止机构(60)，该流体的流沿着从活塞的第一端部部分通向第二端部部分的方向穿过外壳流通，并且该抑止机构以下述方式连接到恒温元件的本体：由可热膨胀的材料的膨胀与收缩造成的本体与活塞之间的相对移动使抑止机构相对于外壳在对于流体的流的关闭位置与开放位置之间移动。为了保护所述阀免于超过压力峰值，抑止机构以沿着轴线(X‑X)可移动的方式安装在恒温元件的本体上，以这种方式，只要抑止机构上游的流体的流压力低于预定的阈值，则抑止机构在复位弹簧的作用下相对于所述本体固定，而当所述压力超过阈值时，抑止机构对抗复位弹簧的作用并沿所述本体轴向地移动。

Description

恒温阀
技术领域
本发明涉及一种恒温阀。本发明尤其涉及在特别是机动车辆的热力发动机的冷却回路中使用的恒温阀。
背景技术
在流体领域中的许多应用场合中，尤其是对冷却车辆热力发动机而言，恒温阀用于基于引入流体的温度将该流体分配在不同的流通通路中。这些阀被称作是恒温的，是因为其内密封件的移动被恒温元件控制，所述恒温元件即一种包括本体和活塞的元件，该本体包含可热膨胀(thermodilatable)的材料，该活塞掩没在该可热膨胀的材料中，本体和活塞可相对于彼此沿着活塞的纵向轴线平移移动。为了根据其它参数(尤其是阀外部的条件，诸如环境温度或由配备有阀的发动机推进的车辆的负载)来分配流体，已知包含布置在恒温元件的活塞内部并被布置到阀中的电加热电阻，以加热可热膨胀的材料，这使得能够从外部以独立于引入流体的温度的方式或除引入流体的温度之外的方式来控制所述阀，尤其是使用车辆的适宜编程的车载计算机来控制阀。
本发明更为具体地涉及恒温阀，该恒温阀的恒温元件的本体被稳固地固定到密封闸门，该密封闸门通常围绕恒温元件的本体夹扣安装，并且在该恒温阀的恒温元件的活塞的与掩没在被容纳在本体中的可热膨胀的材料中的端部相对的端部处，该恒温阀的恒温元件的活塞使用任何适合的装置紧固地固定到阀的外壳，同时电导线或类似物从外壳的外部穿过活塞的前述端部，以使得再连接加热电阻。在该构型中，当密封插塞封闭流体的流穿过阀的外壳的流通时，从活塞朝向恒温元件的本体行进的引入流体的流必然引起该插塞的上游过压，密封插塞在与恒温元件相结合的复位弹簧的作用下抵抗过压。不凑巧地或可预见地，以及在某些使用情况下，当该过压达到峰值而超过弹簧的负荷被(thwarted)时，插塞和稳固地固定到闸门的恒温元件的本体被流体的流推动，恒温元件的本体于是在活塞上下降：由于本体与恒温元件的活塞之间的摩擦力，活塞趋于与本体和闸门共同地被推动；这导致了以下风险：使得活塞的端部被紧压到外壳并且/或者使穿过活塞的端部的电导线脆弱易损，或者甚至破坏该电导线。
文件WO-A-2005/078255公开了一种包含热安全功能的恒温阀。在该阀中，当待调节的流体的温度过高时，由于插入在插塞与固定地附接在恒温元件的可移动部件上的部件之间的由共熔合金制成的接触面解体，闸门可相对于可移动部件移动，该闸门的移动通常由恒温元件的可移动部件控制。
发明内容
本发明的目的在于提出一种前述类型的恒温阀，该恒温阀是改进的因为其受保护而免于在其密封闸门的上游超过压力峰值。
为此，如在所附的权利要求1中限定的，本发明涉及一种恒温阀。
基于本发明的理念之一是挑战恒温元件的本体上的密封插塞的传统组件，该传统组件通常是围绕该本体紧密配合的插塞，该插塞具有众所周知的优点：大大限制了在插塞与恒温元件的本体之间的接触界面处的通路泄漏，以及降低了“冷”恒温元件的振动，即，当该恒温元件的活塞比活塞相对于本体伸展所在的一侧更多地被推到本体之中时，开始驱动插塞相对于阀的外壳进行移动。因此，相反于关于恒温元件的本体上的插塞的固定组件的技术缺陷，本发明提出使插塞可沿恒温元件的活塞的纵向轴线在恒温元件的本体上移动(通常为平移)，不过这仅在闸门的上游超过压力峰值的情况下实施。因此，当插塞上游的压力保持在预定的阈值之下时，插塞与恒温元件的本体之间的固定连接在与恒温元件结合的复位弹簧的作用下被保持，该弹簧的负载抵抗闸门的上游流体的压力。当插塞上游的压力增加，直至克服复位弹簧的负载时，仅插塞沿流体流的方向被轴向地向后推动并同时围绕恒温元件的本体滑动，该恒温元件的本体相应地相对于外壳保持固定并且因此不导致恒温元件的活塞上的任何压力(尤其是牵引力)。因此使得活塞与外壳之间的固定(无论固定的实施方式如何)不是脆弱易损的。根据本发明的恒温阀具有简单的设计，避免了添加特定的过压弹簧，因为通过移动“主”调节闸门获得了对超过压力峰值的排压(deballast)。根据本发明的恒温阀的体积和制造成本与现有技术的恒温阀基本相同。特别地，根据本发明的一个实施例，不必对恒温元件的本体进行特别的布置：换言之，可用现有的恒温元件来实施本发明。根据另一个实施例，插塞与恒温元件的本体之间的滑动接触界面受特定的布置的作用而被密封，该布置将在下文更详尽地进行描述。
根据本发明的恒温阀的另外的有利特征在从属权利要求中进行了详细说明。
附图说明
通过阅读以下仅作为示例提供并且参照附图完成的说明，本发明将被更好地理解，在附图中，图1至图3是根据本发明的恒温阀的纵向截面视图，示出了三种不同的功能构型。
具体实施方式
图1至图3示出了用于调节流体的流通的恒温阀1，该流体尤其是在热力发动机的冷却回路内流通的冷却剂液体。
阀1包括外壳10，该外壳例如由塑料或金属合金材料制成，并且被设计成保持阀1的其它相互组装的部件，同时使得流体能够穿过外壳10流通，并同时形成被阀1的其它部件调节的流体的流F。
如附图中所示，外壳10包括管状本体12，该管状本体以几何轴线X-X为中心，当流体的流F向内穿过管状本体12时，该流沿该几何轴线的方向流动。流体的流F的流通被沿着下述方向定向：流体的流F沿预定的方向(即，在附图中是从顶部到底部)向内穿过外壳10的管状本体12。
阀1还包括以轴线X-X为中心的恒温元件20。更具体地，恒温元件20包括本体22，该本体以轴线X-X为中心并且容纳诸如蜡之类的可热膨胀的材料。恒温元件20还包括活塞24，该活塞的纵向几何轴线在阀1之内与轴线X-X对准。活塞24的末端轴向部分24.1对应于所述活塞的沿流体流F的方向的下游末端部分并被掩没在被容纳在本体22中的可热膨胀的材料中。在组装的状态下，本体22和活塞24可相对于彼此沿着轴线X-X平移移动：在被容纳在本体22中的可热膨胀的材料的膨胀作用下，活塞24向本体外部伸展，而在可热膨胀的材料收缩期间，活塞在压缩弹簧30的返回作用下缩回本体内部，该压缩弹簧功能性地插入在恒温元件的本体与外壳10之间。在图中所考虑的示例实施例中，弹簧30基本以轴线X-X为中心并且其端部环圈31、其相反的端部环圈32作用在恒温元件的本体22上，换言之，该弹簧的沿流体流的方向的下游端部环圈31压靠在刚性框架33上，该刚性框架通过多种布置方式(本身已知并且因此在这里不进行概述)固定到外壳10的下游部分14。
在阀1的组装状态下，恒温元件20的活塞24被稳固定地固定到外壳10。更具体地，以本身已知的方式，该活塞24的上游末端部分24.2被永久地固定到外壳10的上游部分16，并以横穿轴线X-X的方式布置。在实践中，可考虑关于将活塞24的末端部分24.2永久固定到外壳部分16的多种实施例：这种固定可通过装配、或通过二次模制、或通过添加机械保持系统等等来完成。在所有的情况下，应当理解的是，由于上游末端部分24.2紧固到该外壳，当恒温元件20的本体22的可热膨胀的材料分别膨胀和收缩时，活塞24相对于外壳10保持固定不动，同时本体22则相对于外壳10沿着轴线X-X分别以流体流F的方向和与流体流F的方向相反的方向按分别远离和靠近活塞24的方式平移移动。
阀1进一步包括加热电阻40，以及将电能从外壳10外部供应到电阻40的电导线50，这些导线将电阻40连接到在阀1外部的电流源，该电流源未示出。以本身已知的方式，电阻40被布置在恒温元件20的活塞24的下游末端部分24.2内部，以使得该电阻可加热被容纳在恒温元件的本体22中的可热膨胀的材料。为此，活塞24，至少就其下游末端部分24.1而言，是由热传导材料制成的，典型地是由金属制成的。在实践中，可考虑关于加热电阻40的多种其它实施例，该电阻在图1中以之字形线表示，本发明并不局限于这种图解说明。同样地，本发明并不局限于导线50的实施例，因为这些导线可由任何将电阻40连接到前述的外部电流源的电导体制成，然而应注意的是，不论该导线的实施例如何，如在图1中图解性地表示的，这些导线50穿过活塞24的上游末端部分24.2从电阻50延伸到外壳10的外部，并且因此至少部分地穿过外壳10的上游部分16。
阀1进一步包括呈管状的整体形状的密封插塞60，在阀1的组装状态下该密封插塞基本中心位于轴线X-X上。
在该密封插塞的相对轴线X-X径向弯转的周缘部分62中，插塞60限定出周缘表面62A，在使用期间，该周缘表面设置成与外壳10的管状本体12在内部限定出的座12A配合：如在图1中示出的构型中，在阀1的装配状态下，当表面62A以紧密接触的方式压靠座12A时，插塞60阻止流体在插塞与外壳10的本体12之间流通、封闭用于流体流F通过外壳10的通路并且保持流体流F仅在插塞60的上游侧，同时，如图2和图3所示，当表面62A从座12A分开时，流体流F从插塞60的上游流动到所述插塞与外壳10的管状本体12之间，并借此穿过外壳。
在实践中，可分别由插塞60的周缘部分62和/或外壳10的管状本体12直接构成紧密接触表面62A和/或座12A，或者相反地，插塞60的周缘部分62和/或外壳10的管状本体12为此可设有例如通过二次模制附接的密封配件。
在径向地朝向轴线X-X弯转的周缘部分64中，插塞60被组装在恒温元件20的本体22上。更具体地，在附图中所考虑的示例实施例中，插塞60的该周缘部分64呈阶梯状环形，该阶梯状环形以轴线X-X为中心并且沿轴线X-X的方向相继地包括上游环64.1和下游环64.2，该上游环和下游环通过肩部64.3相互连接，该肩部从下游环64.2朝向该下游环的外部凸出。插塞60的该周缘部分64沿轴线X-X可移动地安装在恒温元件的本体22上：插塞60的下游环64.2同轴地安装并且能围绕本体22的毂部22.1滑动调节，该毂部容纳该本体的可热膨胀的材料，并且上游环64.1在内部接纳本体22的互补的轴环22.2，所述轴环22.2在与流体的流F的方向相反的方向上对该本体的毂部22.1加以延伸。恒温元件20的本体22的毂部22.1和轴环22.2通过肩部22.3相互连接，该肩部从毂部22.1朝向该毂部的外部凸出并且限定了区域22.3A，插塞60的肩部64.3可沿着与流体流F的方向相反的方向抵靠该区域。
在阀1的装备状态下，作为该弹簧的上游端部圈32压抵在插塞60的下游侧上的反作用，弹簧30作用在插塞60上，以使得通过压抵来使插塞60的肩部64.3沿与流体流F的方向相反的方向轴向地压靠本体22的肩部22.3，更具体地，是压靠本体的肩部的支承区域22.3A。换言之，更通常的是，只要弹簧30在插塞60上的作用不由插塞自身承受，该插塞60就相对于恒温元件20的本体22固定，这里是通过轴向压抵该本体22的支承区域22.3A：只要弹簧30保持插塞60相对于恒温元件的本体22的位置固定，则本体与恒温元件的活塞24之间的相对移动控制插塞60相对于外壳10的对应移动，由于相对于活塞24以及因此相对于外壳10(活塞稳固地固定到该外壳)驱动本体22，于是插塞可在图1中示出的封闭位置与图2中示出的开放位置之间移动，在该封闭位置，插塞60的表面62A紧密地抵靠外壳10的座12A，并且在该开放位置，表面62A与座12A分离。当然，当插塞60在图1的密封位置时，流体流F被保持在插塞60的上游，不到达恒温元件的本体的毂部22.1，所以对被容纳在毂部22.1中的可热膨胀的材料的加热通过激励加热电阻40来控制，该加热是该材料的膨胀以及因此引起的本体22相对于恒温元件的活塞24的分离所必需的。
此外，不论恒温元件20的每个本体22相对于外壳10的位置如何(包括图1的对应于插塞60的密封位置的位置)，插塞60仍然能够沿着恒温元件20的本体22在流体流F的方向上自由地轴向滑动。这种滑动发生在来自闸门的上游的流体流F的压力超过取决于弹簧30的负载的预定阈值时：实际上，当来自插塞60的上游的流体流F的压力超过前述的阈值以承受弹簧30在闸门上的作用时，该插塞在来自流体流F的压力的作用下沿着本体22轴向地移动，这里是通过该插塞的下游环64.2滑动，所述下游环围绕恒温元件的本体的毂部22.1。因此，在插塞60的上游侧超过压力峰值的情况下，插塞例如从其图1的密封位置行进到图3的排压位置，在该排压位置，该插塞的表面62A与座12A分离，以使得流体流F能够沿闸门的下游方向通过，而不相对于外壳移动恒温元件20的本体22。因此理解的是，阀1被保护避免闸门的上游超过压力峰值。
有利地，阀组件1被设置成“冷”(cold)的，即，当加热电阻40未被激励或者未被激励至足以使可热膨胀的材料进行不可忽视的膨胀时，弹簧30作用在插塞60上，一方面使得挤压该插塞的紧密地压靠外壳10的座12A表面62A，并且通过压抵来使该插塞的肩部64.3压靠恒温元件的本体22的区域22.3A：以该方式，当来自插塞60的上游的流体流F的压力在前述的阈值之下时，插塞60相对于外壳10占据其密封位置，当阀是“冷”的并且插塞从该密封位置移开以使得流体流F能够朝向插塞的下游方向通过时，一旦电阻40被激励而本体22相对于活塞24没有开始进行由可热膨胀的材料的膨胀造成的分离，这必定形成肩部22.3与64.3之间的剩余轴向游隙。
根据一个在附图中所考虑的可选实施例中实施的布置，阀1还包括密封垫圈70，该密封垫圈被插入在插塞60与恒温元件20的本体22之间，以对插塞与恒温元件的本体之间的接触进行密封，至少只要来自插塞60的上游的流体流F的压力在前述的阈值之下。以该方式，在阀1的所有使用构型中，或者至少地，只要插塞60相对于恒温元件20的本体22固定，就阻止了流体流F从插塞与恒温元件的本体22之间穿过而向插塞的下游流动，从而处于允许的泄漏的范围内。有利地，该密封垫圈70是环圈状(toroid)的。此外，为了不引起在插塞60与恒温元件20的本体22之间的轴向位置移动，该密封垫圈有利地仅径向地插入在插塞与恒温元件的本体之间：因此，在附图中所考虑的示例实施例中，该密封件70被接纳在周缘槽22.4中，该周缘槽凹入在本体22的轴环22.2的外表面中，该密封件径向地插入在该槽22.4的底部与插塞60的上游环64.1之间。
在所有的情况下，当恒温元件是冷的时候，插入在插塞60与恒温元件20的本体22之间的密封垫圈70的存在抑制和/或抵抗了恒温元件20的本体22的尤其相对于活塞24的振动和小喘振运动。
根据另一个在附图中未示出的实施例，可省略上文所描述的密封垫圈70：通常，在该未示出的替代实施例中，阀1不具有添加到插塞60与恒温元件20的本体22之间的密封装置。应当理解的是，在该情况下，插塞60与恒温元件20的本体22之间的组件交界面处的密封阈值并不是严格的，这是因为无论插塞相对于外壳的位置如何(包括该插塞的图1的密封位置)，插塞60的下游的流体泄漏是可容忍的。该替代实施例的关注点在于能够使用现有的恒温元件作为恒温元件20，这是因为对围绕该本体22的插塞60的可移动组件而言不存在对本体22的必须的改进：实际上，多种先现有的恒温元件包括与附图中示出的肩部22.3相似的、将所述现有的恒温元件的毂部连接到轴环的肩部，该毂部相附图中示出的毂部22.1相似，该轴环对应于在附图中示出的轴环22.2，不同之处在于该轴环不包括槽22.4。
也可考虑阀1的多种布置和替代方案。例如，以本身已知的方式，通过可移动地承载不同于插塞60的密封构件的杆，本体22可在与活塞24相反的一侧延伸，以便对在通道中对阀进行供应的流体的流通的调节进行控制，而不是通过闸门来调节，尤其以便执行发动机的冷却回路内的旁路功能。

Claims (10)

1.一种恒温阀(1)，包括：
-外壳(10)，
-恒温元件(20)，所述恒温元件包括本体(22)和活塞(24)，所述本体包含可热膨胀的材料，所述活塞是热传导的并且沿着轴线(X-X)纵向地延伸，所述活塞包括稳固地固定到所述外壳(10)的第一末端部分(24.2)，并且所述活塞还包括第二末端部分(24.1)，所述第二末端部分与所述第一末端部分轴向地相反并且被掩没在所述可热膨胀的材料中，使得所述本体和所述活塞能够沿着所述轴线相对于彼此移动，在可热膨胀的材料的膨胀作用下彼此远离地移动，
-复位弹簧(30)，所述复位弹簧适于在可热膨胀的材料收缩期间使所述恒温元件(20)的活塞(24)和本体(22)靠近彼此，
-加热电阻(40)，所述加热电阻被布置在所述恒温元件(20)的活塞(24)的第二末端部分(24.1)内部，
-电连接装置(50)，所述电连接装置适于从所述外壳(10)外部将电力供应至所述电阻(40)并且经由所述活塞的第一末端部分(24.2)从所述电阻延伸到所述活塞(24)的外部，以及
-插塞(60)：
-所述插塞适于对流体流(F)进行控制，所述流体流沿定向为从所述活塞(24)的第一末端部分(24.2)到第二末端部分(24.1)的方向穿过所述外壳(10)流通，
-所述插塞连接到所述恒温元件(20)的本体(22)，使得：由所述可热膨胀的材料的膨胀与收缩造成的所述恒温元件的本体与活塞之间的相对移动使所述插塞相对于所述外壳在关于流体流的封闭位置与关于流体流的开放位置之间移动，以及
-所述插塞沿所述轴线(X-X)可移动地安装在所述恒温元件(20)的本体(22)上，使得：只要所述插塞上游的流体流(F)的压力在预定的阈值之下，则所述插塞在所述复位弹簧(30)的作用下相对于所述本体固定，而当所述插塞上游的所述流体流的压力超过所述阈值时，所述插塞在承受所述复位弹簧的作用的同时沿所述本体轴向地移动。
2.根据权利要求1所述的恒温阀，其特征在于，所述插塞(60)安装在所述恒温元件(20)的本体(22)上，使得当所述电阻(40)基本未被激励时：
-只要来自所述插塞上游的所述流体流(F)的压力在所述阈值之下，则所述插塞相对于所述外壳(10)占据所述插塞的封闭位置，并且在所述复位弹簧(30)的作用下相对于所述恒温元件的本体被稳固地保持在位，而
-当来自所述插塞上游的所述流体流的压力超过所述阈值时，所述插塞相对于外壳离开其封闭位置，沿着所述恒温元件的本体移动。
3.根据权利要求1或2中的一项所述的恒温阀，其特征在于，所述插塞(60)以能滑动调节的方式围绕所述恒温元件(20)的本体(22)同轴地安装。
4.根据前述权利要求中任一项所述的恒温阀，其特征在于，所述恒温元件(20)的本体(22)设有支承区域(22.3A)，当来自所述插塞上游的所述流体流(F)的压力在所述阈值之下时，所述插塞(60)通过所述复位弹簧(30)轴向地压靠所述支承区域，当来自所述插塞上游的所述流体流的压力在所述阈值之上时，所述插塞轴向地移动离开所述支承区域。
5.根据权利要求4所述的恒温阀，其特征在于，所述恒温元件(20)的本体(22)包括用于存储所述可热膨胀的材料的毂部(22.1)，所述毂部在与所述流体流(F)的方向相反的方向上被所述本体(22)的轴环(22.2)加以延伸，所述毂部和所述轴环通过肩部(22.3)相互连接，所述肩部从所述毂部朝向所述毂部的外部凸出并且限定出所述支承区域(22.3A)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的恒温阀，其特征在于，所述恒温阀(1)进一步包括密封垫圈(70)，所述密封垫圈插入在所述插塞(60)与所述恒温元件(20)的本体(22)之间，以便使所述插塞与所述本体之间的接触被基本密封。
7.根据权利要求6所述的恒温阀，其特征在于，所述密封垫圈(70)是环圈状的。
8.根据权利要求6或7中的一项所述的恒温阀，其特征在于，所述密封垫圈(70)以基本径向于所述轴线(X-X)的方式插入在所述插塞(60)与所述恒温元件(20)的本体(22)之间。
9.根据权利要求6至8中结合权利要求5的任一项所述的恒温阀，其特征在于，所述恒温元件(20)的本体(22)的轴环(22.2)设有用于接纳所述密封垫圈(70)的周缘槽(22.4)。
10.根据权利要求1至5中任一项所述的恒温阀，其特征在于，所述恒温阀不具有添加到所述插塞与所述恒温元件的本体之间的密封装置。
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