DE102006044515A1

DE102006044515A1 - Vorrichtung zum Antrieb eines Ventils

Info

Publication number: DE102006044515A1
Application number: DE200610044515
Authority: DE
Inventors: Torsten Hauk; Rolf Habermann; Carsten Heldberg
Original assignee: ITW Automotive Products GmbH
Current assignee: ITW Automotive Products GmbH
Priority date: 2006-09-21
Filing date: 2006-09-21
Publication date: 2008-04-10
Also published as: DE602007006213D1; ES2345223T3; US8070126B2; US20090302254A1; WO2008035158A3; WO2008035158A2; EP2064471B1; EP2064471A2

Abstract

Vorrichtung zum Antrieb eines Ventils mit den folgenden Merkmalen: ein Schiebekörper, der in einem Gehäuse axial verschiebbar gelagert und über einen Betätigungsabschnitt mit dem Ventil gekoppelt ist, eine erste Vorspannfeder im Gehäuse, die den Schiebekörper gegen einen ersten Anschlag vorspannt, ein einen Betätigungsstift aufweisendes Dehnstoffelement im Gehäuse, das annähernd koaxial zum Schiebekörper zwischen einem zweiten und einem dritten Anschlag verschiebbar gelagert ist, eine am Dehnstoffelement angreifende zweite Vorspannfeder, die das Dehnstoffelement gegen den zweiten Anschlag vorspannt, in welcher Position der Betätigungsstift des Dehnstoffelements mit dem Schiebekörper zusammenwirken kann, eine mit dem Dehnstoffelement zusammenwirkende Heizvorrichtung, ein dem Dehnstoffelement zugeordneter Kühlkörper, der das Dehnstoffelement kühlt, wenn es am dritten Anschlag anliegt, wobei die Kraft der ersten Vorspannfeder größer ist als die Kraft der zweiten Vorspannfeder.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Antrieb eines Ventils nach dem Patentanspruch 1.
Es ist bekannt, in Kühlsystemen von Automobilen, die mit Brennkraftmaschinen angetrieben sind, Regel- und Abschaltventile vorzusehen. Es sind auch verschiedene Antriebe für derartige Ventile bekannt geworden, z.B. Unterdruckdosen, Getriebemotoren und dergleichen. Eine weitere Möglichkeit, derartige Ventile zu betätigen, besteht in der Verwendung von sogenannten Dehnstoffelementen. Dehnstoffelemente sind bekanntlich Stellelemente, die temperaturabhängig ihre Länge ändern. Zur Ventilbetätigung werden die Dehnstoffelemente mit einer elektrischen Heizvorrichtung versehen.
Der Einsatz von Dehnstoffelementen hat den Vorteil, daß sie eine große Kraft erzeugen können. Außerdem ermöglichen sie eine sogenannte Fail-Safe-Sicherheit. Diese entsteht dadurch, daß das Dehnstoffelement gegen eine Rückstellfeder arbeitet, so daß bei Ausfall des Dehnstoffelements das Ventil durch die Rückstellfeder in eine Position verstellt wird, die die maximale Sicherheit gewährleistet.
Üblicherweise wird das Dehnstoffelement in einem geschlossenen Gehäuse aufgenommen. Daher findet bei Abkühlung des Dehnstoffelements eine langsame Rückstellung statt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Antrieb eines Ventils mit Hilfe eines Dehnstoffelements zu schaffen, die eine schnellere Rückstellung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist einen vom Dehnstoffelement betätigbaren Schiebekörper auf, der in einem Gehäuse axial verschiebbar gelagert und über einen Betätigungsabschnitt mit dem Ventil gekoppelt ist. Eine Vorspannfeder spannt den Schiebekörper gegen einen ersten Anschlag vor. Ein Dehnstoffelement, das einen Betätigungsstift aufweist, ist annähernd koaxial zum Schiebekörper verschiebbar im Gehäuse gelagert und zwischen einem zweiten und einem dritten Anschlag bewegbar. Am Dehnstoffelement greift eine zweite Vorspannfeder an, die das Dehnstoffelement gegen den zweiten Anschlag vorspannt, in welcher Position der Stift des Dehnstoffelements mit dem Schiebekörper zusammenwirken kann.
Mit dem Dehnstoffelement wirkt eine Heizvorrichtung zusammen sowie ein Kühlkörper. Der Kühlkörper wirkt mit dem Dehnstoffelement zusammen, wenn es am dritten Anschlag anliegt. Die Kraft der ersten Vorspannfeder ist dabei größer als die der zweiten.
Die zweite Vorspannfeder sorgt dafür, daß das verstellbare Dehnstoffelement in seiner Ruhelage, d.h. bei nicht stattfindender Erwärmung, am zweiten Anschlag anliegt. Die Vorspannfeder spannt den Schiebekörper gegen den ersten Anschlag vor. Nach dem Einschalten erfolgt eine schnelle Aufheizung des Dehnstoffelements auf seine „Öffnungstemperatur". Ist die Temperatur erreicht, fährt der Betätigungsstift des Dehnstoffelements aus und bewegt das Dehnstoffelement in Richtung drittem Anschlag, weil die erste Vorspannfeder einer Verformung zunächst widersteht. Dabei wird die zweite Vorspannfeder vorgespannt. Nach Anlage des Dehnstoffelements am dritten Anschlag wird durch eine weitere Bewegung des Betätigungsstiftes der Schiebekörper gegen die erste Vorspannfeder bewegt. Die erste Vorspannfeder wird dabei vorgespannt, und der Schiebekörper bewegt über einen geeigneten Betätigungsabschnitt das angetriebene Ventil.
Wird die Beheizung ausgeschaltet, so wird die im Dehnstoffelement gespeicherte Wärme rasch über den Kühlkörper abgeführt und der Betätigungsstift vom Dehnstoffelement durch die erste Vorspannfeder zurückgestellt. Der Schiebekörper bewegt sich in seine Ausgangsstellung am ersten Anschlag zurück und betätigt somit wiederum das Ventil. Ist der Betätigungsstift weitgehend eingefahren, gelangt der Schiebekörper an den ersten Anschlag. Nunmehr stellt die zweite Vorspannfeder das Dehnstoffelement und damit auch den Betätigungsstift zurück, wobei das Dehnstoffelement gegen den zweiten Anschlag zur Anlage gelangt.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist der dritte Anschlag von einer Fläche des Kühlkörpers gebildet, gegen die eine Kühlfläche des Dehnstoffelements anliegt.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die erste Vorspannfeder eine Schraubenfeder und/oder die zweite Vorspannfeder ein Tellerfederpaket.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist im Gehäuse eine axiale Führung für den Schiebekörper vorgesehen. Die Führung kann z.B. von einer Profilstange gebildet sein, welche mit einer Bohrung des Schiebekörpers zusammenwirkt, dessen Querschnitt komplementär zum Profil der Führungsstange ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Die einzige Figur zeigt im Längsschnitt die Seitenansicht einer Vorrichtung nach der Erfindung.
In einem Gehäuse 10 ist ein Schiebekörper 12 axial verschiebbar gelagert. Zu diesem Zweck ist im Gehäuse eine axiale Führungsstange 14 vorgesehen, die mit einem Ende des Gehäuses fest verbunden ist und die mit einer Bohrung des Schiebekörpers 12 zusammenwirkt. Die Bohrung hat einen Querschnitt, der komplementär ist zum Profil des Schiebekörpers. Dadurch ist der Schiebekörper 12 stets axial geführt und auch an einer Drehung gehindert.
Der Schiebekörper weist einen radialen Flansch 16 auf. Er wird von einer Schraubenfeder 18, die eine erste Vorspannfeder bildet, gegen ein Anschlag 20 im Gehäuse vorgespannt. Im gezeigten Fall liegt der Flansch 16 gegen den Anschlag 20 an.
Auf der der Schraubenfeder 18 gegenüberliegenden Seite des Flansches 16 weist der Schiebekörper ein Langloch 22 auf, das sich quer zur Längsachse des Schiebekörpers 12 erstreckt. In das Langloch greift eine Rolle 24 ein, die am Ende eines Hebels 26 gelagert ist. Der Hebel wirkt mit einem nicht gezeigten Ventil zusammen, das mit der gezeigten Vorrichtung betätigt werden soll.
Im anderen Bereich des Gehäuses 10 ist ein Dehnstoffelement 28 angeordnet. Es weist einen radialen Flansch 30 auf, der in der Figur gegen einen zweiten Anschlag 32 anliegt. Zwischen dem Flansch 30 und einem Widerlager 34 im Gehäuse ist ein Tellerfederpaket 36 angeordnet, das das Dehnstoffelement 28 gegen den Anschlag 32 vorspannt. Das Dehnstoffelement 28 weist einen hier nicht gezeigten Betätigungsstift auf, der aus dem Dehnstoffelement 28 axial herausfahren kann, um den Schiebekörper 12 entgegen der Feder 18 zu verstellen. Bei dieser Bewegung wird der Hebel 26 und damit das Ventil betätigt.
Am linken Ende weist das Dehnstoffelement 28 eine metallische Platte 38 auf. Diese ist zu einem Kühlkörper 40 im Abstand gezeigt, der in einer endseitigen Öffnung des Gehäuses 10 einsitzt. Ein Teil des Kühlkörpers liegt außen, wie bei 42 angedeutet.
In der Figur ist die Ruhestellung der Ventilbetätigung dargestellt, in der, wie erwähnt, der Schiebekörper 12 am Anschlag 20 anliegt und das Dehnstoffelement 28 am Anschlag 32. Um das Dehnstoffelement 28 herum ist eine Heizspule 44 angeordnet, die an eine nicht gezeigte elektrische Quelle anschließbar ist. Wird die Heizspule 44 mit Strom beaufschlagt, wird das Dehnstoffelement 28 erwärmt. Ab einer vorgegebenen Temperatur tritt der nicht gezeigte Stift des Dehnstoffelements aus diesem heraus und legt sich gegen den Schiebekörper 12 an. Die Kraft der Vorspannfeder 18 ist jedoch größer als die Kraft der Vorspannfeder 36.
Bei der beschriebenen Betätigung wird daher zunächst das Dehnstoffelement 28 vom Anschlag 32 abgehoben und bewegt sich zum Anschlag gegen den Kühlkörper 40. Erst wenn dieser Anschlag hergestellt ist, kann der weiter ausfahrende Betätigungsstift des Dehnstoffelements 28 den Schiebekörper verstellen und ihn in der Figur nach rechts bewegen entgegen der Feder 18, um das Ventil zu betätigen.
Wird die Heizung abgeschaltet, kann das Dehnstoffelement 28 aufgrund seiner Anlage am Kühlkörper 40 rasch abkühlen und der Betätigungsstift fährt in das Dehnstoffelement 28 hinein, wodurch der Schiebekörper 12 von der Feder 18 in Richtung Anschlag 20 bewegt wird. Erst wenn dieser Anschlag 20 erreicht ist, und der Betätigungsstift weiter einfährt, kann die zweite Vorspannfeder 36 das Dehnstoffelement in seine Ausgangslage am Anschlag 32 zurückverstellen. Bei der beschriebenen Betätigung wird das Ventil wieder in seine Ursprungslage verstellt.

Claims

Vorrichtung zum Antrieb eines Ventils mit den folgenden Merkmalen: ein Schiebekörper (12), der in einem Gehäuse (10) axial verschiebbar gelagert und über einen Betätigungsabschnitt (24, 26) mit dem Ventil gekoppelt ist, eine erste Vorspannfeder (18) im Gehäuse (10), die den Schiebekörper (12) gegen einen ersten Anschlag (20) vorspannt, ein einen Betätigungsstift aufweisendes Dehnstoffelement (28) im Gehäuse (10), das annähernd koaxial zum Schiebekörper (12) zwischen einem zweiten und einem dritten Anschlag verschiebbar gelagert ist, eine am Dehnstoffelement (28) angreifende zweite Vorspannfeder (36), die das Dehnstoffelement (28) gegen den zweiten Anschlag (32) vorspannt, in welcher Position der Betätigungsstift des Dehnstoffelements mit dem Schiebekörper (12) zusammenwirken kann, eine mit dem Dehnstoffelement (28) zusammenwirkende Heizvorrichtung (44), ein dem Dehnstoffelement (28) zugeordneter Kühlkörper (40), der das Dehnstoffelement (28) kühlt, wenn es am dritten Anschlag anliegt, wobei die Kraft der ersten Vorspannfeder (18) größer ist als die Kraft der zweiten Vorspannfeder (36).
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Anschlag von einer Fläche des Kühlkörpers (40) gebildet ist, gegen die eine Kühlfläche (38) des Dehnstoffelements (28) anliegt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Vorspannfeder (18) eine Schraubenfeder und/oder die zweite Vorspannfeder (36) ein Tellerfederpaket ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (10) eine axiale Führung für den Schiebekörper (12) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schiebekörper (12) quer zu seiner Längsachse ein Langloch (22) aufweist, in welchem eine Rolle (24) eingreift, die an einem das Ventil betätigenden Hebel (26) gelagert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Heizspule um das Dehnstoffelement (28) herum angeordnet ist.