DE102016010772A1

DE102016010772A1 - Heizelement zum Beheizen eines Regelventils

Info

Publication number: DE102016010772A1
Application number: DE102016010772.3A
Authority: DE
Inventors: Roland Starck; Oleg Kexel
Original assignee: Eichenauer Heizelemente GmbH and Co KG
Current assignee: Eichenauer Heizelemente GmbH and Co KG
Priority date: 2016-09-08
Filing date: 2016-09-08
Publication date: 2018-03-08

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Heizelement zum Beheizen eines Regelventils, das einen ringförmigen PTC-Baustein aufweist, der eine in einem Führungskanal beweglich gehaltene Stange ringförmig umschließt.

Description

Die Anmeldung betrifft ein Heizelement zum Beheizen eines Regelventils, insbesondere eines Abgasrückführventils. Weiterhin betrifft die Anmeldung ein Regelventil. Regelventile sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt. Sie bestehen im Wesentlichen aus einem Gehäuse mit einer Einlass- und Auslassöffnung. Dazwischen ist in einem Führungskanal eine beweglicher Ventilstange angeordnet, an deren einem Ende ein Ventilteller angebracht ist, der mit einem Ventilsitz zusammenwirkt, um den Durchgang zwischen Einlass- und Auslassöffnung freizugeben oder zu verschließen. Bei tiefen Temperaturen kann nun sowohl der Ventilteller am Ventilsitz, aber auch die Ventilstange im Bereich des Ringspaltes am Führungskanal durch Gefrieren des Förderfluids oder Kondensatst festfrieren und das Ventil dadurch in seiner Funktion beeinträchtigen. Aus diesem Grunde sind sowohl Ventilsitzbeheizungen als auch Beheizungen, die den Ringspalt zwischen Ventilstange und Führungskanal beheizen, bekannt. So ist z. B. aus der US6668854B2 eine Beheizung des Ringspaltes und des Ventiltellers bekannt, bei der die Beheizung in Form einer Heizpatrone erfolgt, die in einen Schacht des Gehäuses längsseits des Führungskanals eingebracht ist. Nachteilig dabei ist, dass der Führungskanal dabei nicht gleichmäßig von allen Seiten beheizt wird. Weiterhin nachteilig wird für den Schacht ein relativ dickes, massives Gehäuse benötigt, das den Schacht ausbilden kann.
Aufgabe ist daher ein Heizelement zu entwickeln, das gleichmäßig den Ringspalt zwischen einer beweglichen Stange und dem Führungskanal für die Stange beheizt und dabei gleichzeitig so kompakt ausgeführt ist, dass es relativ wenig Bauraum benötigt. Darüber hinaus soll der Einbau möglichst einfach sein.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Heizelement mit den Merkmalen nach Anspruch 1 und einem Regelventil nach Anspruch 11. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche und der folgenden Beschreibung.
Erfindungsgemäß umschließt ein Heizelement mit einem ringförmigen PTC-Baustein den Ringspalt zwischen Führungskanal und Ventilstange. Dabei ist der PTC-Baustein bevorzugt aus einem keramischen Material, insbesondere auf Basis von Bariumtitanat, hergestellt. Die elektrische Kontaktierung erfolgt dabei an seinen beiden ringförmigen Stirnseiten. Bevorzugt wird der ringförmige PTC-Baustein durch mindestens ein Kontaktelement mit einem ringförmigen und einem streifenförmigen Abschnitt an einer Stirnseite elektrisch kontaktiert. Äußerst bevorzugt weisen beide Stirnseiten ein Kontaktelement mit einem ringförmigen und einem streifenförmigen Abschnitt auf.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des Heizelementes ist mindestens ein Kontaktelement in einen Kunststoffrahmen eingespritzt. Dabei ist der Kunststoffrahmen bevorzugt so ausgeführt, dass er im ringförmigen Abschnitt des Kontaktelementes eine Oberseite des Kontaktelementes bedeckt und davon ausgehend zwei zylindrische Seitenwände aufweist, zwischen denen der ringförmige PTC-Baustein in Kontakt mit der Unterseite des Kontaktelementes eingelegt ist. Der streifenförmige Abschnitt ist bis auf den Anschlussbereich vollständig vom Kunststoffrahmen umspritzt.
In einer äußerst bevorzugten Ausgestaltung ist der streifenförmige Abschnitt eines zweiten Kontaktelementes durch einen Kanal im Kunststoffrahmen hindurchgesteckt. Dadurch liegt hier ebenfalls nur der Anschlussbereich nach außen frei. Der ringförmige Abschnitt liegt frei an der Unterseite des PTC-Bausteines an.
Bei einer erfindungsgemäßen Weiterbildung weist das Heizelement ein bis auf den Bereich zum Herausführen der elektrischen Anschlüsse geschlossenes mehrteiliges, bevorzugt zweiteiliges, Metallgehäuse, insbesondere Aluminiummetallgehäuse, auf. Durch dieses Gehäuse ist das Heizelement als vorgefertigte, kompakte Einheit handhabbar.
Bevorzugt sind die Gehäuseteile unter Druckbeaufschlagung in Richtung der Stirnseiten des PTC-Bausteines zusammengefügt. Durch die Druckbeaufschlagung ist ein guter Wärmeübergang zwischen PTC-Baustein und Metallgehäuse gewährleistet. Äußerst bevorzugt ist dabei das Gehäuse zweiteilig mit einem im Schnitt U-förmigen Gehäuseteil und einem flachen Teil ausgeführt, wobei die beiden Gehäuseteile durch Umbiegen, insbesondere Einrollen, der oberen Enden des U-förmigen Teiles über dem flachen Teil verbunden sind.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist der PTC-Baustein durch jeweils ein Dichtelement umlaufend am Außenumfang und auf der Oberseite des Kunststoffrahmens im Metallgehäuse nach außen abgedichtet angeordnet. Dadurch ist es ermöglicht, dass der PTC-Baustein gegen aggressive Einflüsse geschützt ist, was wesentlich zur Verlängerung der Lebensdauer und zur Verhinderung von vorzeitigen Ausfällen beiträgt.
In einer bevorzugten Ausbildung ist der PTC-Baustein so dimensioniert, dass die Höhe h des PTC-Bausteines geringer ist als seine Ringbreite b als Differenz zwischen äußerem und innerem Radius. Dies ermöglicht eine platzsparende Ausführung des gesamten Heizelementes.
Damit das Heizelement beim Beheizen eines Regelventiles seine Wärme gut auf das Ventilgehäuse im Bereich des Ringspaltes zwischen Führungskanal und Ventilstange übertragen kann, ist das Heizelement in gut wärmeleitendem Kontakt zumindest einer Stirnseite des Heizelementes zum Ventilgehäuse, bevorzugt in einer ringförmige Nut oder einem ringförmigen Absatz des Ventilgehäuses, angeordnet. Die Befestigung kann beispielsweise durch Federdruck oder durch Verkleben erfolgen.
Das Heizelement gibt dabei überwiegend über zumindest eine Stirnseite seine Wärme an das Ventilgehäuse ab. Ein radialer Wärmefluss vom Heizelement in Richtung Ringspalt findet dabei kaum statt. Überraschend hat sich aber gezeigt, dass durch die kompakte, wenig Bauraum beanspruchende Ausführung des erfindungsgemäßen Heizelementes trotzdem ein schnelleres Freischmelzen des Ringspaltes ermöglicht wird als bei Ausführungen mit einem direkten, radialen Wärmefluss.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Ansprüchen und den beigefügten Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Heizelementes dargestellt ist.
Dabei zeigt
1 einen Ausschnitt eines Regelventiles mit Heizelement
2 einen Schnitt durch das Heizelement ohne die beiden Dichtungen
3 den Kunststoffrahmen mit dem oberen Kontaktelement
4 einen Schnitt durch das Heizelement ohne das zweiteilige Metallgehäuse
5 die beiden Kontaktelemente
1 zeigt einen Ausschnitt des Regelventils 1 mit dem Ventilgehäuse 2, der Ventilstange 3, der wärmeleitend mit dem Ventilgehäuse 2 verbundenen Ventilstangenführung 4, dem Ventilteller 5 und dem Ventilsitz 6. Die Ventilstange 3 ist dabei beweglich in einem Führungskanal 10 gehalten, wobei zwischen dem Führungskanal 10 und der Ventilstange 3 ein kleiner Ringspalt 9 gegeben ist. In einer Ringnut 2a des Ventilgehäuses 2, die rings um die Ventilstange 3 gelagert ist, ist das ringförmige Heizelement 7 angeordnet. Das Heizelement 7 wird mit seiner unteren Stirnseite 7a durch ein Federelement 8 gegen den Boden der Ringnut 2a gedrückt. Dabei erfolgt die Wärmeübertragung vom Heizelement 7 auf das Ventilgehäuse 2 überwiegend über diese untere Stirnseite 7a. Die Beheizung des Ringspaltes 9 und damit des darin befindlichen eingefrorenen Fluides oder Kondensates erfolgt über die wärmeleitend mit dem Ventilgehäuse 2 verbundene Ventilstangenführung 4, die wenigstens teilweise den Führungskanal 10 ausbildet und selbst auch gut wärmeleitend ist. In einer alternativen Ausbildung kann das Ventilgehäuse 2 und die Ventilstangenführung 4 auch einstückig ausgeführt sein. Ebenso kann das Heizelement 7 auch direkt an der Ventilstangenführung 4 wärmeleitend angebracht sein.
In 2 ist das Heizelement 7 im Schnitt gezeigt. Aus Übersichtsgründen sind hierbei die beiden eigentlich vorhandenen umlaufenden Dichtungen 16, 17 weggelassen. Das Heizelement 7 weist ein zweiteiliges Metallgehäuse 11 und 12 auf, wobei der im Schnitt U-förmige untere Gehäuseteil 11 die untere Stirnseite 11c und die beiden radial aufstehenden Seitenwände 11d, 11e bildet. Der obere Teil 12 ist flach ausgeführt. Die oberen Enden 11a, 11b der Seitenwände 11d, 11e sind über dem oberen Gehäuseteil 12 aufeinander zu umgebogen, bevorzugt eingerollt. Dadurch ist ein, bis auf den Bereich zum Herausführen der elektrischen Anschlüsse 14b, 15b, rundum geschlossenes Gehäuse gegeben. Im Inneren des zweiteiligen Gehäuses 11, 12 ist ein ringförmiger PTC-Baustein 13 angeordnet. Seine Höhe h ist geringer als seine Ringbreite b als Differenz zwischen äußerem und innerem Radius. An seinen Stirnseiten ist er jeweils von einem Kontaktelement 14, 15 elektrisch kontaktiert.
Das obere Kontaktelement 14 ist in einen Kunststoffrahmen 16 eingespritzt. Dies ist in 3 nochmals perspektivisch dargestellt. Der Kunststoffrahmen 16 ist so ausgeführt, dass ein ringförmiger Bereich 16a die Oberseite des Kontaktelementes 14a bedeckt und sich davon ausgehend zwei zylindrische Seitenwände 16b und 16c erstrecken, zwischen denen der ringförmige PTC-Baustein 13 in Kontakt mit dem Abschnitt 14a des Kontaktelementes 14 eingelegt ist. Dies ist besonders in 4 zu erkennen, wobei 4 das Heizelement 7 nun ohne Metallgehäuse darstellt. Der Kunststoffrahmen 16 weist am Außenumfang eine Ringnut 16d auf. In diese Ringnut 16d ist eine Dichtung 17 überstehend eingebracht. Im vorliegenden Beispiel ist die Dichtung 17 als zweilippige Formdichtung ausgeführt. Auf der Oberseite des ringförmigen Bereiches 16a ist eine weitere Dichtung 18 angeordnet. Im ausgeführten Beispiel ist es eine ringförmige Formdichtung mit keulenartig verdickten Randbereichen. Beide Dichtungen 17, 18 sind elastisch zwischen dem Kunststoffrahmen 16 und dem zweiteiligen Metallgehäuse 11, 12 druckverformt und dichten somit den PTC-Baustein 13 gegen Einflüsse von außen zuverlässig ab.
In 5 sind die beiden Kontaktelemente 14, 15 nochmals separat dargestellt. Sie bestehen jeweils aus einem ringförmigen Bereich 14a und 15a, der in elektrischem Kontakt mit jeweils einer Stirnseite des PTC-Bausteines 13 steht, und aus einem streifenförmigen Bereich 14b, 15b zur elektrischen Kontaktierung des Heizelementes nach außen. Während der streifenförmige Bereich 14b bis auf den Anschlussbereich wie in 3 gezeigt allseitig umspritzt ist, ist der streifenförmige Bereich 15b lediglich durch einen durchgehenden Kanal 16e in dem Kunststoffrahmen 16 hindurchgesteckt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 6668854 B2 [0001]

Claims

Heizelement 7 zum Beheizen eines Regelventils 1, insbesondere Abgasrückführventils, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement 7 einen ringförmigen PTC-Baustein 13 aufweist, der eine in einem Führungskanal 10 beweglich gehaltene Stange 3 ringförmig umschließt.
Heizelement 7 nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement 7 eine vorgefertigte, kompakte Einheit darstellt.
Heizelement 7 nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe h des PTC-Bausteines 13 geringer ist als seine Ringbreite b als Differenz zwischen äußerem und innerem Radius und das Heizelement 7 überwiegend über eine Stirnseite seine Wärme an ein wärmeleitend mit ihm verbundenes Gehäuse 2 abgibt.
Heizelement 7 nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement 7 ein bis auf den Bereich zum Herausführen der elektrischen Anschlüsse 14b, 15b, geschlossenes mehrteiliges, insbesondere zweiteiliges, Metallgehäuse 11, 12, aufweist.
Heizelement 7 nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die metallischen Gehäuseteile 11, 12 unter Druckbeaufschlagung in Richtung der Stirnseiten des PTC-Bausteines 13 zusammengefügt sind.
Heizelement 7 nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gehäuseteil 11 im Schnitt U-förmig und ein anderer Teil 12 flach ausgeführt ist und die Gehäuseteile 11, 12 durch Umbiegen, insbesondere Einrollen, der oberen Enden 11a, b des U-förmigen Teiles 11 über dem flachen Teil 12 verbunden sind.
Heizelement 7 nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige PTC-Baustein 13 durch mindestens ein Kontaktelement 14, 15 mit einem ringförmigen und einem streifenförmigen Abschnitt an mindestens einer Stirnseite elektrisch kontaktiert ist.
Heizelement 7 nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Kontaktelement 14, 15 zum elektrischen Kontaktieren in einen Kunststoffrahmen 16 eingespritzt ist.
Heizelement 7 nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass der streifenförmige Abschnitt 15b eines zweiten Kontaktelementes 15 durch einen Kanal 16e im Kunststoffrahmen 16 hindurchgesteckt ist.
Heizelement 7 nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der PTC-Baustein 13 durch jeweils ein umlaufendes Dichtelement 17, 18 am Außenumfang und auf der Oberseite des Kunststoffrahmens 16 im Metallgehäuse 11, 12 nach außen abgedichtet angeordnet ist.
Regelventil 1, insbesondere Abgasrückführventil, mit einem Ventilgehäuse 2, in dem eine Ventilstange 3 in einem Führungskanal 10 beweglich angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringspalt 9 zwischen Führungskanal 10 und Ventilstange 3 durch ein Heizelement 7 nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche beheizt wird.
Regelventil 1 nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement 7 in einer ringförmigen Nut 2a oder einem ringförmigen Absatz des Ventilgehäuses 2 oder des Ventilführungskanals 4 angeordnet ist und die Wärmeübertragung zum Ringspalt 9 überwiegend über eine Stirnseite des Heizelementes 7 erfolgt.