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QUERVERWEIS AUF EINE ZUGEHÖRIGE
ANMELDUNG
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Diese
Anmeldung beansprucht die Priorität und den Vorteil der
am 26. Juli 2007 eingereichten
US-Patentanmeldung
mit der seriellen Nummer 11/828,806 , deren gesamter Inhalt
hierdurch durch Bezugnahme enthalten ist.
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HINTERGRUND
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Hierin
beschriebene Ausführungsformen beziehen sich auf Umgehungsventile.
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Bei
bestimmten Anwendungen, wie beispielsweise in der Autoindustrie,
werden Wärmetauscher zum Kühlen oder Wärmen
bestimmter Fluide, wie beispielsweise Motoröl oder Getriebeöl,
verwendet. Im Fall von beispielsweise Getriebeöl wird ein Wärmetauscher
zum Kühlen des Getriebefluids verwendet. Der Wärmetauscher
ist normalerweise entfernt vom Getriebe angeordnet und empfängt über ein
Zuführungsrohr heißes Getriebeöl vom
Getriebe, kühlt es und liefert es über ein Rückführungsrohr
wieder zurück zum Getriebe. Wenn jedoch das Getriebe kalt
ist, wie beispielsweise bei Anlaufbedingungen, ist das Getriebeöl
sehr zähflüssig und fließt, wenn überhaupt,
nicht leicht durch den Wärmetauscher. In solchen Fällen
kann dem Getriebe Öl entzogen werden und dies kann zu einem
Schaden oder wenigstens einer ungleichmäßigen
Arbeitsleistung führen. Eine Schadensakkumulation an dem
Getriebe kann auch auftreten, wenn die Menge an zurückgeführtem Öl
angemessen ist, es aber aufgrund niedriger Umgebungstemperaturen
unterkühlt ist. In diesem Fall kann sich beispielsweise
eine Feuchtigkeitskondensation in dem Öl (die sonst bei
höheren Temperaturen verdampft werden würde) anhäufen
und zu einem Korrosionsschaden oder einer Verschlechterung des Öls
führen.
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Um
das das Problem eines Entziehens bei kaltem Fluss zu überwinden,
sind in der Vergangenheit verschiedene Lösungen vorgeschlagen
worden. Eine Lösung besteht häufig im Verwenden
eines Umgehungspfads zwischen den Zuführungs- und Rückführungsleitungen
des Wärmetauschers mit einem im Umgehungspfad angeordneten
wärmeaktivierten Umgehungsventil. Ein Beispiel eines Umgehungsventils
ist in dem
US-Patent 6,253,837 gezeigt.
Ein Verwenden eines thermischen Umgehungsventils zum Umgehen eines
Kühlelements kann ein schnelles Aufwärmen des Öls
zur Verfügung stellen, was zusätzlich dazu, dass
es sich den oben erwähnten Angelegenheiten widmet, auch
in einer verbesserten Wirtschaftlichkeit des Kraftstoffverbrauchs
resultieren kann.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Gemäß einem
Beispiel ist eine Ausführungsform ein Umgehungsventil,
das folgendes aufweist: ein Gehäuse, das darin eine Kammer
definiert, und einen Umgehungsventilanschluss und einen ersten Anschluss,
die mit der Kammer in Kommunikationsverbindung stehen, wobei der
Umgehungsventilanschluss eine zentrale Achse und einen peripheren Ventilsitz
hat; und eine Ventilanordnung mit einer zentralen Welle, die entlang
der zentralen Achse angeordnet ist, und einem ringförmigen
Ring, der zur Bewegung zwischen einer geschlossenen Position, in
welcher der ringförmige Ring in Eingriff mit dem Ventilsitz
ist, und einer offenen Position, in welcher der ringförmige
Ring von dem Ventilsitz beabstandet ist, an der zentralen Welle
verschiebbar montiert ist, wobei der ringförmige Ring eine
zylindrische innere Oberfläche, die die zentrale Welle
umgibt, mit einer ersten Umfangsrippe hat, die sich von einem Teilbereich
der inneren Oberfläche nach innen erstreckt und mit der
zentralen Welle verschiebbar in Eingriff ist.
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Gemäß einem
weiteren Beispiel ist eine Ausführungsform ein Umgehungsventil,
das folgendes aufweist: ein Gehäuse, das darin eine Kammer
definiert, und einen Umgehungsventilanschluss und einen ersten Anschluss,
die in Kommunikationsverbindung mit der Kammer stehen, wobei der
Umgehungsventilanschluss eine zentrale Achse und einen peripheren
Ventilsitz hat; und eine Ventilanordnung mit einer zentralen Welle,
die entlang der zentralen Achse angeordnet ist, und einem ringförmigen
Ring, der zur Bewegung zwischen einer geschlossen Position, in welcher
der ringförmige Ring in Eingriff mit dem Ventilsitz ist,
und einer offenen Position, in welcher der ringförmige
Ring von dem Ventilsitz beabstandet ist, an der zentralen Welle
verschiebbar montiert ist, wobei der ringförmige Ring einen
ersten und einen zweiten ringförmigen Teilbereich aufweist,
die benachbart sind und die jeweils die zentrale Welle umgeben und
an dieser verschiebbar montiert sind, wobei einer der ringförmigen
Teilbereiche aus einem Material ausgebildet ist, das weicher als
ein Material ist, aus welchem der andere ringförmige Teilbereich ausgebildet
ist.
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Gemäß einem
weiteren Beispiel ist eine Ausführungsform ein Umgehungsventil,
das folgendes aufweist: ein Gehäuse, das darin eine Kammer
definiert, und einen Umgehungsventilanschluss und einen ersten Anschluss,
die in Kommunikationsverbindung mit der Kammer stehen, wobei der
Umgehungsventilanschluss eine zentrale Achse und einen peripheren
Ventilsitz hat; und eine Ventilanordnung mit einer zentralen Welle,
die entlang der zentralen Achse angeordnet ist, und einem ringförmigen
Ring, der zur Bewegung zwischen einer geschlossen Position, in welcher
der ringförmige Ring in Eingriff mit dem Ventilsitz ist,
und einer offenen Position, in welcher der ringförmige
Ring von dem Ventilsitz beabstandet ist, an der zentralen Welle
verschiebbar montiert ist, wobei der ringförmige Ring eine
zylindrische innere Oberfläche, die die zentrale Welle
umgibt, mit einer zentrierenden Struktur hat, die sich von einem Teilbereich
der inneren Oberfläche nach innen erstreckt und mit der
zentralen Welle verschiebbar in Eingriff ist, um den ringförmigen
Ring relativ zu der zentralen Welle zentriert zu halten.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Nun
werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung unter
Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben
werden, in welchen gleiche Elemente und Merkmale immer mit denselben
Bezugszeichen bezeichnet sind und in welchen:
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1 eine
Aufrissansicht, teilweise im Querschnitt, eines Umgehungsventils
gemäß einer beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung ist, welche Ansicht das Umgehungsventil in einer ruhenden, offenen
Position zeigt, in welcher eine Fluidumgehung eines Wärmetauschers
zugelassen ist;
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2 eine
Aufrissansicht, teilweise im Querschnitt, ist, die das Umgehungsventil
in einer geschlossenen Position zeigt, in welcher eine Fluidumgehung
eines Wärmetauschers minimiert ist;
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3 eine
Aufrissansicht einer Ventilanordnung ist, die bei dem Umgehungsventil
der 1 und 2 verwendet wird;
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4 eine
Aufrissansicht einer Verschlusskappe des Umgehungsventils der 1 und 2 ist;
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5 eine
Ansicht der Verschlusskappe der 4 von unten
ist;
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6 eine
Schnittansicht der Verschlusskappe entlang der Linien VI-VI der 5 ist;
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7 eine
perspektivische Ansicht der Verschlusskappe der 4 ist;
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8 eine
Draufsicht auf einen bei dem Umgehungsventil der 1 verwendeten
ringförmigen Ring gemäß einer beispielhaften
Ausführungsform ist;
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9 eine
perspektivische Ansicht des ringförmigen Rings der 8 ist;
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10 eine
Schnittansicht des ringförmigen Rings entlang der Linien
X-X der 9 ist;
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10A einen vergrößerten Teilbereich
der 10 zeigt;
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11 eine
Schnittansicht ist, die eine erste Variation des ringförmigen
Rings zeigt;
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12 eine
Schnittansicht ist, die eine zweite Variation des ringförmigen
Rings zeigt;
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13 eine
Schnittansicht ist, die eine dritte Variation des ringförmigen
Rings zeigt;
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14 eine
Schnittansicht ist, die eine vierte Variation des ringförmigen
Rings zeigt;
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15 eine
Schnittansicht ist, die eine fünfte Variation des ringförmigen
Rings zeigt;
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16 eine
Draufsicht auf einen bei dem Umgehungsventil der 1 verwendeten
ringförmigen Ring gemäß einer weiteren
beispielhaften Ausführungsform ist;
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17 eine
Draufsicht auf einen bei dem Umgehungsventil der 1 verwendeten
ringförmigen Ring gemäß einer weiteren
beispielhaften Ausführungsform ist; und
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18 eine
Teilseitenansicht des Umgehungsventils der 1 ist, welche
Ansicht die Rippen einer Verschlusskappe durch einen Ventildurchflussanschluss
zeigt.
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BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nimmt
man zuerst Bezug auf 1, ist dort ein Beispiel eines
Umgehungsventils gezeigt, das allgemein mit dem Bezugszeichen 14 bezeichnet
ist. Das Umgehungsventil 14 kann in einem Wärmetauscherkreis
zum Steuern des Flusses von Fluid zu einem Wärmetauscher 12 verwendet
werden, an welchem ein erstes und ein zweites Leitungsrohr 28 und 32 angeschlossen
sind. Die Leitungsrohre 28 und 32 sind an Einlass-
und Auslassanschlüssen im Umgehungsventil 14 angeschossen,
wie es weiter unten beschrieben werden wird. Leitungsrohre 34, 36 sind auch
an Anschlüssen im Umgehungsventil 14 angeschlossen,
wie es weiter unten beschrieben werden wird. Das Umgehungsventil 14 wird
Umgehungsventil mit vier Anschlüssen genannt, weil vier
Leitungsrohre 28, 32, 34 und 36 an
das Umgehungsventil 14 angeschlossen sind.
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Das
Umgehungsventil 14 hat ein Gehäuse 46 mit
einer koaxialen Kammer 48 und einem Ventilanschluss 54,
die seriell in Kommunikationsverbindung stehen. Bei einer beispielhaften
Ausführungsform ist die Kammer 36 im Wesentlichen
durch eine zylindrische Wand 49 definiert. Bei einer beispielhaften
Ausführungsform ist das Gehäuse 46 aus
Stahl oder anderem Metall ausgebildet, oder, alternativ dazu, aus
einem formbaren Material, wie beispielsweise Plastikmaterial, das
nichthärtbares bzw. thermoplastisches oder aushärtbares
bzw. duroplastisches Material sein kann und das eine Verstärkung,
wie beispielsweise eine Glasfaserverstärkung oder eine
partikelförmige Verstärkung, enthalten kann. Das
Gehäuse 46 definiert eine Wärmetauscherseiten-Einlassöffnung
oder einen Wärmetauscherseiten-Einlassanschluss 50 und
einen Hauptauslassanschluss oder eine Hauptauslassöffnung 52,
die über Öffnungen in der Kammerwand 49 mit
der Kammer 48 in Kommunikationsverbindung stehen. Die Kammer 48 steht über
einen Ventilanschluss 54 mit einer Wärmetauscherseiten-Auslassöffnung
oder einem Wärmetauscherseiten-Auslassanschluss 56 und
mit einer Haupteinlassöffnung oder einem Haupteinlassanschluss 58 in
Kommunikationsverbindung. Das Auslass- und das Einlass-Leitungsrohr 32 und 36 sind
jeweils an den Auslass- und den Einlassanschluss 56, 58 angeschlossen.
Das Einlass- und das Auslass-Leitungsrohr 28 und 34 sind
jeweils an den Einlassanschluss 50 und den Hauptauslassanschluss 52 angeschlossen.
Die Anschlüsse 50, 52, 56 und 58 können
zum jeweiligen Aufnehmen von mit Gewinde versehenen Endteilbereichen
der Leitungsrohre 28, 34, 36, 38 mit
einem Innengewinde versehen sein, jedoch könnten die Leitungsrohre
und Anschlüsse alternativ dazu unter Verwendung anderer
Verfahren verbunden werden, einschließlich beispielsweise
eines Formens bzw. Gießens der Anschlüsse um die Leitungsrohre.
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Der
Ventilanschluss 54 hat einen ringförmigen peripheren
Ventilsitz 60, der der Kammer 48 gegenüberliegt.
Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Ventilsitz 60 eine
ringförmige Schulter, die durch das Gehäuse 46 an
einem Übergang oder einer Verbindungsstelle zwischen der
Kammer 48 und dem Ventilanschluss 54 ausgebildet
ist. Eine innerhalb des Gehäuses 46 angeordnete
Ventilanordnung 38 arbeitet, um den Ventilanschluss 54 zu öffnen
und zu schließen. Die Ventilanordnung 38 enthält
einen ringförmigen Ring 62, der dazu geeignet
ist, in Eingriff mit dem Ventilsitz 60 zu sein, um den
Ventilanschluss 54 zu öffnen und zu schließen.
Die Ventilanordnung 38 enthält ein auf eine Tempe ratur
ansprechendes Stellglied 64, das betriebsmäßig
mit dem ringförmigen Ring 62 gekoppelt ist, um
den ringförmigen Ring 62 zu bewegen, um dadurch
den Ventilanschluss 54 zu öffnen und zu schließen.
Das Stellglied 64 wird manchmal thermischer Motor genannt
und bei einer beispielhaften Ausführungsform ist es eine Vorrichtung
vom Typ mit Kolben und Zylinder, wobei der Zylinder mit einem thermoempfindlichen
Material, wie beispielsweise Wachs, gefüllt ist, das sich
ausdehnt und zusammenzieht, was dazu führt, dass sich das
Stellglied daraufhin, dass es auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt
ist, axial erstreckt.
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Es
wird aus den 1, 2 und 3 gesehen
werden, dass das Stellglied 64 entlang einer zentralen
Achse der Kammer 48 und des Ventilanschlusses 54 angeordnet
ist. Bei einer beispielhaften Ausführungsform sind die
koaxiale Kammer 48 und der Ventilanschluss 54 beide
allgemein zylindrisch, wobei der Ventilanschluss 54 einen
kleineren Durchmesser als die Kammer 48 hat. Der Zylinder
des Stellglieds 64 bildet eine zentrale Welle 66 aus,
die entlang der zentralen Achse der Kammer 48 und des Ventilanschlusses 54 angeordnet
ist. Die zentrale Welle 66 hat einen geschlossenen Endteilbereich 68, der
einen Durchmesser hat, der kleiner als derjenige des Ventilanschlusses 54 ist.
Der ringförmige Ring 62 ist an der zentralen Welle 66 verschiebbar
montiert und ist in seiner normalen oder ”kalten” Position
nahe dem geschlossenen Endteilbereich 68 angeordnet, wie
es in 1 angezeigt ist. In der in 2 gezeigten ”heißen” Position
erstreckt sich der ringförmige Ring 62 transversal
von der zentralen Welle 66, um in Eingriff mit dem Ventilsitz 60 zu
sein, um den Ventilanschluss 54 zu schließen.
Der ringförmige Ring 62 und der geschlossene Endteilbereich 68 bilden
einen sich hin- und herbewegenden Verschlusspfropfen aus, der sich
entlang der zentralen Achse bewegt, um die Ventilöffnung 53 zu öffnen
und zu schließen.
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Wie
es in
3 gezeigt ist, enthält die Ventilanordnung
eine Rückstellfeder
70, die ein erstes Ende
40 hat,
das an dem geschlossenen Endteilbereich
68 angebracht ist,
indem sie in einer Nut (nicht gezeigt) angeordnet ist, die in dem
geschlossenen Endteilbereich
68 ausgebildet ist. Die Rückstellfeder
70 hat
ein stationäres zweites Ende
42, das in Eingriff mit
einer Oberfläche des Gehäuses
46 ist,
die dem Ventilanschluss
54 gegenüberliegt. Somit
zwingt die Rückstellfeder
70 die zentrale Welle
66 weg
von dem Ventilsitz
60 in ihre zurückgezoge ne Position
in
1 und wirkt als ein Anschlag zum Verhindern, dass
der ringförmige Ring
62 aus der zentralen Welle
66 heraus
gleitet, wenn der ringförmige Ring
62 aus dem Ventilsitz
60 angehoben
wird (wie es in
1 gezeigt ist). Wie es in der
3 zu
sehen ist, hat die Rückstellfeder
70 wenigstens
bei einigen beispielhaften Ausführungsformen einen Wicklungsdurchmesser, der
größer wird, wenn sich der Abstand von dem Endteilbereich
68 erhöht,
so dass die Rückstellfeder
70 vom ersten Ende
40 zum
zweiten Ende
42 in Richtung nach außen kegelförmig
ist, obwohl andere Konfigurationen der Rückstellfeder möglich
sind, einschließlich beispielsweise derjenigen, die in
der am 25. Mai 2006 veröffentlichten
US-Patentanmeldungsveröffentlichung
Nr. 2006/0108435 (Kozdras et al.) gezeigt sind.
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Wie
es am besten in der 3 zu sehen ist, enthält
die zentrale Welle 66 eine innere ringförmige Schulter 72 und
eine Überdruckfeder 74, die an der zentralen Welle 66 zwischen
der Schulter 72 und dem ringförmigen Ring 62 montiert
ist. Die Überdruckfeder 74 zwingt den ringförmigen
Ring 62 in Richtung zu dem Anschlag oder der Rückstellfeder 70 und
somit in Richtung zu dem Ventilsitz 60 oder spannt ihn
dorthin vor.
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Wie
es am besten in den 1 und 2 zu sehen
ist, definiert das Gehäuse 46 eine Anordnungsöffnung 81 zu
der Kammer 48, welche Öffnung dem Ventilanschluss 54 gegenüberliegt
und durch welche Öffnung die Ventilanordnung 38 der 3 während
eines Zusammenbaus des Umgehungsventils 14 in die Kammer 48 eingefügt
werden kann. Eine Verschlusskappe 80 (die detaillierter
in den 4–7 gezeigt
ist) wird in die Öffnung 81 eingefügt,
um die Kammer 48 abzudichten, nachdem die Ventilanordnung 38 an
der richtigen Stelle ist. Bei einer beispielhaften Ausführungsform
kann die Verschlusskappe 80 aus einem formbaren Material,
wie beispielsweise Plastikmaterial, ausgebildet sein, das ein nichthärtbares
bzw. thermoplastisches oder aushärtbares bzw. duroplastisches
Material sein kann, das ein Verstärkung, wie beispielsweise
ein Glasfaserverstärkung oder eine partikelförmige
Verstärkung enthalten kann. Die Verschlusskappe kann bei
einigen Ausführungsformen auch aus Stahl oder Metallmaterialien
ausgebildet sein.
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Der
thermische Motor oder das Stellglied 64 hat einen Kolben 76 (siehe
die 3), der in einer axialen Aussparung 78 (siehe
die 6, 7) angebracht oder eingepasst
ist, die in der Verschlusskappe 80 ausgebildet ist. Wie
es nachfolgend detaillierter beschrieben werden wird, dehnt sich
der thermische Motor 64 axial aus, wenn er eine vorbestimmte
Temperatur erreicht. Da der Kolben 76 in einer Position
fixiert ist, bewegt sich die zentrale Welle 66, die Teil
des thermischen Motors 64 ist, durch den Ventilanschluss 54 nach
unten, was die Rückstellfeder 70 zusammendrückt
bzw. komprimiert. Die Schulter 72 bewegt sich mit der zentralen
Welle nach unten und drückt die Überdruckfeder 74 so,
dass der ringförmige Ring 62 vorgespannt wird,
um in Eingriff mit dem Ventilsitz zu sein, so dass der Ring 62 und
die Welle 66 den Ventilanschluss 54 gemeinsam
schließen. Wenn die Temperatur innerhalb der Kammer 48 unter die
vorbestimmte Temperatur abfällt, zieht sich der thermische
Motor 64 zusammen und zwingt die Rückstellfeder 70 die
zentrale Welle 66 nach oben, bis die Rückstellfeder 70 in
Eingriff mit dem ringförmigen Ring 62 ist, und
hebt ihn aus dem Ventilsitz 60 an, was die Ventilöffnung 53 wieder öffnet.
Wenn die Ventilöffnung 53 geöffnet ist,
wie es in der 1 angezeigt ist, erstreckt sich
die Rückstellfeder 70 durch den Ventilanschluss 54 und
teilweise in die Kammer 48.
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Nimmt
man Bezug auf die 1 und 2, sind
bei wenigstens einer beispielhaften Ausführungsform der
Wärmetauscherseiten-Einlassanschluss 50 und der
Hauptauslassanschluss 52 entlang der Achse der Ventilanordnung 38 relativ
zueinander versetzt, so dass die Kappe 80 einen Teil des Flusspfads
zwischen dem Wärmetauscherseiten-Einlassanschluss 50 und
dem Hauptauslassanschluss 52 definiert. Nimmt man Bezug
auf die 4–7,
wird die gestrichelte Linie 96 zum Darstellen dieses Flusspfads
verwendet. Die Verschlusskappe 80 enthält einen
oberen zylindrischen Stopfenteilbereich 86 und einen davon
beabstandeten scheibenförmigen ringförmigen Ringteilbereich 88,
die durch eine käfigartige Struktur miteinander verbunden
sind, die aufeinanderfolgende voneinander beabstandete Flügel
oder längliche Streben 89 enthält, die
den Stopfenteilbereich 86 und den Ringteilbereich 88,
die einander gegenüberliegen, miteinander verbinden. Der
Stopfenteilbereich 86 der Verschlusskappe definiert eine äußere
zylindrische Wand 90, die derart bemaßt ist, dass
sie in das obere Ende der Kammer 48 passt, und einen scheibenartigen
Kopf 92 mit größerem Durchmesser. Die
Kammer 48 hat einen Kappensitz 94 (siehe die 1, 2),
der um einen Umfang der kreisförmigen Anordnungsöffnung 81 ausgebildet
ist, in welcher der Kappenkopf 92 angeordnet ist. Wie es
dargestellt ist, ist der axiale Ausschnitt 78 (der ein
Ende des Kolbens 76 des thermischen Motors aufnimmt) innerhalb
des Stopfenteilbereichs 86 zentral definiert. Eine ringförmige
Nut 102 kann in einer äußeren Oberfläche
der äußeren zylindrischen Wand 90 ausgebildet
sein.
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Der
untere Ringteilbereich 88 der Kappe definiert eine zentrale
Flussöffnung oder einen Ventilanschluss 87, so
dass in wenigstens einem Betriebsmode von dem Wärmetauscherseiten-Eingangsanschluss 50 (der
mit dem gerippten Bereich der Kappe ausgerichtet ist) herein fließendes
Fluid zwischen den Rippen 96 und durch den Ventilanschluss 87 und dann
aus dem Hauptauslassanschluss 52 fließen kann,
wie es durch den Flusspfad 96 dargestellt ist. Nimmt man
insbesondere Bezug auf die 3 und 4,
hat der thermische Motor 64 einen vergrößerten
zylindrischen Kopfteilbereich 65 am oberen Ende der zentralen
Welle 66. Der oben erwähnte Schultersitz 72 für
die Feder 74 ist durch den Kopfteilbereich 65 vorgesehen.
Zusätzlich hat der Kopfteilbereich 65 eine obere
Oberfläche 84 zum Zusammenarbeiten mit einer unteren
Oberfläche 82 des unteren Ringteilbereichs 88 der
Verschlusskappe, um den Fluidfluss durch den Ventilanschluss 87 in
einem kalten Betriebszustand zu beschränken. In der 1 wird
bemerkt werden, dass die obere Oberfläche 84 des thermischen
Stellglieds 64 mit der unteren Oberfläche 82 der
Kappe 80 zusammenarbeitet, um den Ventilanschluss 87 zu
blockieren, während in der 2 die obere
Oberfläche 84 des thermischen Stellglieds 64 von
der unteren Oberfläche 82 der Kappe 80 beabstandet
ist, um den Flusspfad 96 durch die Öffnung 87 zu
ermöglichen.
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Die
Kappe 80 kann mit dem Gehäuse 46 (wenn
das Gehäuse 46 aus Plastik ist) mittels Ultraschall
verschweißt sein, um die Öffnung 81 abzudichten.
Bei einigen Ausführungsformen könnte die Plastikkappe 80 eher
als durch ein Ultraschallschweißen durch eine Metallkappe
mit einem ringförmigen Dichtungsring ersetzt werden und/oder
könnte sie an der richtigen Stelle durch irgendein anderes
nicht permanentes Mittel gesichert sein, wie beispielsweise mit einer
C-Klammer oder dadurch, dass sie mit Gewinde versehen ist oder dass
sie eine Containerverbindungskonfiguration hat. Bei einigen beispielhaften Ausführungsformen
enthält die Kappe 80 den unteren Teilbereich 88,
die Streben 89 oder den Ventilanschluss 87 nicht.
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Nun
wird ein Beispiel des Betriebs des Umgehungsventils 14 in
einem Getriebeöl-Kühlungskreis unter Bezugnahme
auf die 1 und 2 beschrieben
werden. Bei einer beispielhaften Ausführungsform fungiert
der Anschluss 58 als der Haupteinlassanschluss für
das Ventil 14 und empfängt heißes Getriebeöl
von einem Getriebe (entweder direkt oder durch einen Wandler) und
fungiert der Anschluss 52 als der Hauptauslassanschluss
für das Ventil 14 und führt das Getriebeöl,
nachdem es durch den Wärmetauscher 12 gekühlt
worden ist, zurück zu dem Getriebe. Der Wärmetauscherseiten-Ausgangsanschluss 56 liefert
das von dem Haupteinlassanschluss 58 empfangene Öl
zu dem Wärmetauscher 12 zum Kühlen und
der Wärmetauscherseiten-Eingangsanschluss 50 empfängt
gekühltes Öl von dem Wärmetauscher 12.
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Die 1 stellt
das Umgehungsventil 14 in einen kalten Zustand oder einem
Zustand für eine vollständige Umgehung dar, in
welchem der zwischen dem Haupteinlassanschluss 58 und dem Hauptauslassanschluss 52 angeordnete
Umgehungsventilanschluss 54 offen ist und der sekundäre Ventilanschluss 87 zwischen
dem Wärmetauscherseiten-Einlassanschluss 50 und
dem Hauptauslassanschluss 52 geschlossen ist. In dem Zustand
für eine vollständige Umgehung ist der durch den
Wärmetauscher 12 und den geschlossenen sekundären Ventilanschluss 87 zur
Verfügung gestellte Flusswiderstand so, dass im Wesentlichen
das gesamte Getriebeöl, das in den Umgehungsventilanschluss 54 eintritt,
den Wärmetauscher 12 umgehen wird und stattdessen
direkt durch den offenen Umgehungsventilanschluss 54 und
aus dem Hauptauslassanschluss 52 geführt werden
wird. Wenn sich jedoch das Getriebeöl erwärmt,
veranlasst das in der Kammer 48 fließende warme Öl,
dass das thermische Stellglied 64 den ringförmigen
Ring 62 in Richtung zu dem Sitz 60 drückt,
um den Umgehungsventilanschluss 54 nach und nach zu schließen
(und gleichzeitig den Kopf 65 des thermischen Stellglieds
weg von der Kappe 80 zu bewegen und den sekundären Anschluss 87 nach
und nach zu öffnen). Somit beginnt, wenn das Öl
damit beginnt, sich zu erwärmen, ein Fluss durch das Leitungsrohr 32 und
den Wärmetauscher 12 damit, sich zu erhöhen,
und zu der Zeit, zu welcher das Öl die erwünschte
Betriebstemperatur (beispielsweise 80°C) erreicht, tritt
ein vollständiger Fluss durch den Wärmetauscher 12 auf
und schließt das Ventilelement 62 den Ventilanschluss 54,
was den Umgehungsfluss abbricht.
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Obwohl
bei den dargestellten Ausführungsformen die Interaktion
des Kopfs 65 des thermischen Stellglieds mit der Kappenoberfläche 82 zum
Schließen des sekundären Ventilanschlusses 87 gegen den
Fluss von Öl durch den Wärmetauscher 12 wirkt, wenn
das Umgehungsventil 14 in dem Zustand für eine
vollständige Umgehung der 1 ist, ist
bei wenigstens einigen Ausführungsformen der durch den Wärmetauscher 12 selbst
zur Verfügung gestellte Flusswiderstand ausreichend, um
irgendeinen wesentlichen Ölfluss durch den Wärmetauscher
zu verhindern, wenn der Umgehungsanschluss 54 offen ist. Demgemäß ist
die Verwendung eines in die Kappe 80 integrierten sekundären
Ventilanschlusses 87 bei wenigstens einigen beispielhaften
Ausführungsformen nicht erforderlich. Weiterhin wird es
erkannt werden, dass die Rollen der Anschlüsse 34 und 36 zusammen
mit den Rollen der Anschlüsse 50 und 56 vertauscht
werden könnten.
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Nachdem
die Gesamtkonfiguration und der Betrieb einer beispielhaften Ausführungsform
des Umgehungsventils 14 beschrieben worden ist, werden
nun besondere Merkmale des Umgehungsventils detaillierter beschrieben
werden.
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Wie
es in den 1–3 gezeigt
ist, enthält die Ventilanordnung 38 einen beilagscheibenartigen
ringförmigen Ring 62, der sich entlang der Welle 66 verschiebt
und der mit dem geschlossenen Endteilbereich 68 der Welle 66 arbeitet,
um den Umgehungsventilanschluss 54 zu schließen,
wenn das Umgehungsventil 14 in einem heißen Zustand
arbeitet. Der ringförmige Ring 62 sollte auf derartige
Weise um die Welle 66 passen, dass sich der Ring 62 ohne
Blockierung entlang der Welle 66 verschieben kann, aber
gleichzeitig dicht genug um die Welle 66 sein kann, um
zu verhindern, dass Fluid durch den Bereich eines Kontakts zwischen
der inneren Oberfläche des ringförmigen Rings 62 und
der äußeren Oberfläche der Welle 66 ausfließt.
Bei einigen Konstruktionen können Beilagscheiben, die aus
Messing oder einer anderen metallischen Legierung oder Stahl hergestellt
sind und eine einheitliche innere Oberfläche haben, für
den ringförmigen Ring 62 in Ventilanordnungen
verwendet werden. Jedoch kann ein Erreichen einer Passung um die
Welle 66, die sowohl nichtblockierend als auch leckbeständig
ist, ein Verwenden von solchen Konstruktionen in Frage stellen.
Demgemäß nimmt der ringförmige Ring 62 bei
wenigstens einigen beispielhaften Ausführungsformen die
in den 8–10 gezeigte
Konfiguration an.
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Der
beilagenscheibenartige ringförmige Ring 62 der 8–10 ist
aus synthetischem Material, wie beispielsweise Plastik bzw. Kunststoff,
ausgebildet. Beispielsweise können für verschiedene
Anwendungen geeignete Materialien für den ringförmigen Ring 62 Polyamid
4/6 oder Polyamid 66 sein, obwohl geeignete Nylons oder
andere geeignete Kunststoffe verwendet werden können. Der
ringförmige Ring 62 der 8–10 hat
auch eine im Wesentlichen glatte zylindrische innere Oberfläche 110,
die eine zentrale Öffnung 100 definiert, durch
die die Welle 66 verläuft, mit einer sich umfangsmäßig
nach innen erstreckenden Nocke oder Rippe 112, die von
einem Mittelpunkt der Oberfläche 110 nach innen
vorsteht, um mit der äußeren Oberfläche
der Stellgliedwelle 66 verschiebbar in Eingriff zu sein.
Wie es in 10 zu sehen ist, hat die Rippe 112 eine
Dicke Y, die ein Bruchteil der Dicke des Rests des Rings 62 ist.
Anhand eines nicht beschränkenden Beispiels kann die Rippe 112 1/3
bis 1/7 der Dicke des Rests des Rings 62 sein. Bei der
vorangehend beschriebenen Ausführungsform ist der ringförmige
Ring 62 als eine einheitliche Struktur ausgebildet, wobei
die Rippe 112 integriert mit dem Rest des ringförmigen
Rings 62 und aus demselben Material wie dieser ausgebildet
ist. Bei einem nicht beschränkenden illustrativen Beispiel hat
der ringförmige Ring 62 eine Dicke von 3 mm, wobei
die zentrale Öffnung einen Innendurchmesser von 8,43 bis
8,48 mm hat, und, nimmt man Bezug auf die vergrößerte 10A, erstreckt sich die innere Oberfläche
der Rippe 112 um Z = 0,1 mm von dem Rest der Oberfläche 110 und
hat sie an ihrer Welleneingriffsoberfläche eine Dicke von
Y = 0,5 mm, wobei die Rippe 112 auch Seitenwände
hat, die nach außen um 60° auseinanderlaufen.
Solche Dimensionen sind nur als illustratives Beispiel zur Verfügung
gestellt und die genauen Dimensionen der Rippe 112 können in
Abhängigkeit von ihrer Kooperationsumgebung stark variieren.
Bei beispielhaften Ausführungsformen wird der Innendurchmesser
des ringförmigen Rings 62 basierend auf den LMC(”Zustand
des wenigsten Materials” (= ”least material condition”))-
und MMC(”Zustand des meisten Materials” (= ”maximum material
condition”))-Dimensionen ausgewählt, die für
die zentrale Welle 66 spezifiziert sind. Wenn die Welle 66 bei
LMC ist, dann ist ein minimaler Freiraum zwischen dem ringförmigen
Ring 62 und der Welle 66 erwünscht, und
dann, wenn die Welle 66 bei MMC ist, ist eine minimale
Interferenz zwischen dem ringförmigen Ring 62 und
der Welle 66 erwünscht. Die Dimensionen der Nocke
oder Rippe 112 werden derart gewählt, dass eine
Verwendung des ringförmigen Rings 62 über
dem LMC-MMC-Bereich der zentralen Welle 66 ermöglicht
wird, während eine leckbeständige, nichtblockierende
Abdichtung zwischen dem Ring 62 und der Welle 66 zur
Verfügung gestellt wird.
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Bei
einigen Anwendungen kann die Verwendung eines ringförmigen
Rings 62, der aus synthetischem Material ausgebildet ist
und der eine interne Rippe 112 an seiner inneren Oberfläche 110 hat,
eine dichte Gleitberührungsfläche mit der Welle 66 haben, was
eine Abschwächung gegenüber einem Ausfließen
mit sich bringt, während zugelassen wird, dass der Ring 62 ohne
ein Blockieren entlang der zentralen Welle 66 gleitet.
Die interne Rippe 112 fungiert als Nocke entlang der zentralen
Welle 66. Bei einigen Ausführungsformen muss die
Rippe 112 keine gerade Rippe sein, sondern könnte
vielmehr beispielsweise Wellenmuster oder sinusförmige
Muster entlang ihrer Länge um den Umfang der Öffnung 100 enthalten.
Die Rippe 112 fungiert auch diesbezüglich als zentrierende
Struktur, dass sie den Ring 62 relativ zu der zentralen
Welle 66 zentriert hält. Bei einem Nichtvorhandensein
des Rings 62 kann die Ringöffnung 100 relativ
zu der zentralen Achse der Welle 66 versetzt sein, was
ein größeres Potential eines Herausfließens
durch die Lücke zwischen der inneren Oberfläche
der Ringöffnung 100 und der Welle 66 zulässt, als
es ein zentrierter Ring erlauben könnte.
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Bei
verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen können
auch Variationen des ringförmigen Rings 62 verwendet
werden. Diesbezüglich zeigt die 11 eine
weitere Ausführungsform eines ringförmigen Rings 62A,
der identisch zu dem Ring 62 ist, außer dass der
Ring 62A zwei voneinander beabstandete Umfangsrippen 112 enthält,
die von der inneren Oberfläche 110 nach innen
vorstehen. Die zwei Rippen in 11 sind
voneinander axial beabstandet (relativ zu einer Achse der Öffnung 100).
Bei einigen Anwendungen kann, wenn man zwei Rippen 112 in
Kontakt mit der Welle 66 hat, dies hilfreich beim Verbessern
der Rechtwinkligkeit des ringförmigen Rings relativ zu
der Welle 66 sein sowie eine erhöhte Leckbeständigkeit
und Robustheit bieten. Aus ähnlichen Gründen können
sich bei einigen Anwendungen mehr als zwei Rippen 112 als
dienlich erweisen, und diesbezüglich zeigt die 12 eine
weitere Ausführungsform eines ringförmigen Rings 62B,
der gleich den Ringen 62 und 62A ist, außer
dass der ringförmige Ring 62B drei axial beabstandete
parallele Umfangsrippen 112 hat, die von der inneren Oberfläche 110 nach
innen vorstehen.
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Die 13 zeigt
eine noch weitere beispielhafte Ausführungsform eines ringförmigen
Rings 62C, der gleich den oben beschriebenen Ringen 62, 62A, 62B ist,
außer dass der Ring 62C vier interne axial beabstandete
Rippen 112 und eine konische, zugespitzte untere Oberfläche 114 für
einen Eingriff mit dem Ventilsitz 60 hat. Die Interaktionsoberfläche oder
sich verjüngende Oberfläche 114 für
einen Eingriff mit dem Ventilsitz 60 kann ein Beibehalten
der Rechtwinkligkeit des Rings an der Welle 66 und ein Ausbilden
einer Abdichtung mit dem Ventilsitz weiter unterstützen.
Bei einigen Ausführungsformen könnte der Ventilsitz 60 eine
kooperierende konische Oberfläche haben. Eine sich verjüngende,
konische Sitzeingriffsoberfläche 114 könnte
auch bei irgendwelchen der oben beschriebenen ringförmigen
Ringe 62, 62A und 62B oder der nachfolgend
beschriebenen Ringe 62D oder 62E verwendet werden.
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Die 14 zeigt
einen weiteren ringförmigen Ring 62D gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
Der ringförmige Ring 62D ist aus zwei separaten
gestapelten ringförmigen Ringen 116 und 118 hergestellt.
Der erste ringförmige Ring 116 ist derselbe oder
ein ähnlicher wie irgendeiner der oben diskutierten ringförmigen
Ringe 62, 62A oder 62B und enthält
eine oder mehrere innere ringförmige Rippen 112.
Jedoch ist der zweite ringförmige Ring 118 der
Ventilsitzseite aus einem weicheren Kunststoffmaterial mit niedrigerem
Durometer als der erste ringförmige Ring 116 ausgebildet.
Das weichere Material des zweiten Rings 118 kann bei einigen Anwendungen
eine bessere Abdichtung mit dem Ventilsitz 60 zur Verfügung
stellen als der härtere erste Ring 116, wobei
der innere gerippte härtere erste Ring 116 eine
gute Abdichtung mit der Welle 66 und eine Festigkeit zum
Bereitstellen einer Robustheit und zum Beibehalten einer Rechtwinkligkeit
des kombinierten Rings 62D mit der Welle 66 zur
Verfügung stellt.
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Die 15 zeigt
noch einen weiteren ringförmigen Ring 62E gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
Der Ring 62E ist derselbe wie der ringförmige
Ring 62D, außer dass anstelle des ersten und des
zweiten Rings 116 und 118, die physikalisch getrennt
sind, der härtere und der weichere Ring 116, 118 miteinander
verbunden oder verschmolzen sind, wie beispielsweise dadurch, dass
sie derart geformt bzw. umspritzt sind, dass sie sich verbindende
Rippen und Nuten haben, wie es in der 15 gezeigt
ist. Bei eini gen beispielhaften Ausführungsformen können
die ringförmigen Ringe 62D und 62E keine
innere Rippen 112 enthalten.
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Die 16 zeigt
noch eine weitere beispielhafte Ausführungsform eines ringförmigen
Rings 62, der gleich dem ringförmigen Ring der 8–10 ist,
außer dass die kontinuierliche Rippe 112 durch eine
Reihe von nach innen gerichteten Vorsprüngen 112A ersetzt
ist, die um die innere Oberfläche des Rings 62 umfangsmäßig
beabstandet sind. Gleich der Rippe 112 fungieren die nach
innen gerichteten Vorsprünge 112A als zentrierende
Struktur zum Zentrieren des Rings 62 an der zentralen Welle 66.
Die Vorsprünge 112A können dieselbe Dicke
wie der Rest des Rings 62 haben oder weniger dick sein.
Obwohl in der 16 acht Vorsprünge 112A gezeigt sind,
könnten mehr oder weniger Vorsprünge vorgesehen
sein.
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Die 17 zeigt
noch eine weitere beispielhafte Ausführungsform eines ringförmigen
Rings 62, der gleich dem ringförmigen Ring der 8–10 ist,
außer dass die kontinuierliche Rippe 112 durch eine
Umfangsrippe 112 ersetzt ist, die diesbezüglich nicht
kontinuierlich ist, dass sie halbkreisförmige Rippenteilbereiche 200 an
der Oberfläche 110 enthält, die durch
Lücken 202 getrennt sind. Gleich den kontinuierlichen
Rippen 112 der 8 fungiert die nicht kontinuierliche
Rippe 112 der 17 als zentrierende Struktur
zum Zentrieren des Rings 62 an der der zentralen Welle 66.
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Nun
werden Merkmale einer beispielhaften Ausführungsform der
Verschlusskappe 80 unter Bezugnahme auf die 5–7 detaillierter
diskutiert werden. Wie es oben angegeben ist, definiert die dargestellte
Kappe 80 einen Fluidflusspfad 96, der zwischen
geformten Flügeln oder Streben 89 und durch die
zentrale Ventilanschlussöffnung 87 des Ringteilbereichs 88 verläuft.
Die Oberfläche 82, die den Ventilanschluss 87 umgibt,
stellt einen Ventilsitz zur Verfügung, der mit der oberen
Oberfläche 84 des thermischen Motors 64 zusammenarbeitet,
um den Flusspfad 96 im kalten Zustand des Umgehungsventils 14 wenigstens
teilweise zu beschränken. Bei der dargestellten Ausführungsform
sind die Streben 89 in einer käfigartigen Konfiguration
um die zentrale Ventilanschlussöffnung 87 angeordnet
und sind die Beabstandung und die Querschnittsdimension der Streben 89 so
gewählt, dass die Streben 89 ungeachtet der Drehausrichtung
der Kappe in dem Gehäuse 46 einen minimalen Einfluss
auf den Flusspfad 96 haben werden. Diesbezüglich
zeigt die 16 eine Ansicht durch den Einlassanschluss 50 des
Umgehungsventils 14, die die Streben 89 in einer
möglichen Ausrichtung der Kappe 80 relativ zu
dem Einlassanschluss 50 zeigt. In der 18 können
drei Streben 89 durch den Einlassanschluss 50 gesehen
werden, jedoch kann die Lokalisierung der Streben 89 in
Abhängigkeit von der Ausrichtung der Kappe 80 variieren, wenn
sie an der richtigen Stelle im Gehäuse 46 befestigt
wird. Die gerippte Konfiguration der Kappe 80 erlaubt,
dass der Flusspfad 96 im Wesentlichen unbeeinflusst durch
die relative Ausrichtung der Kappe 80 zu dem Einlassanschluss 50 ist,
wodurch Variationen in Bezug auf den Betrieb des Umgehungsventils 14 weniger
werden, die sonst während eines Zusammenbaus eingeführt
werden könnten.
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Wendet
man sich wieder den 4 und 7 zu, hat
der untere Ringteilbereich 88 der Kappe 80 eine
umfangsmäßige äußere Oberfläche 200 um
mit einer inneren Wand der Kammer 48 unter dem Einlassanschluss 50 und über
dem Auslassanschluss abdichtend in Eingriff zu sein. Bei wenigstens einer
beispielhaften Ausführungsform ist eine Nocke mit einem
integrierten umfangsmäßigen Wulst oder eine Rippe 202,
die von der äußeren Oberfläche 200 vorsteht,
zum Verbessern der Abdichtung zwischen dem unteren Ringteilbereich 88 und
der Wand der Kammer 48 vorgesehen. Bei wenigstens einigen
beispielhaften Ausführungsformen ist ein biegbarer O-Ring
in einer Nut 102 in dem Verschlusskappen-Stopfenteilbereich 86 eines
Kappenkopfs 92 vorgesehen, um mit der Wand der Kammer 48 in
Eingriff zu sein, um die Öffnung 81 abzudichten,
wenn die Kappe 80 eingebaut wird. Die 1 stellt
einen solchen O-Ring dar.
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Nachdem
beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben
worden sind, wird es erkannt werden, dass verschiedene Modifikationen
zusätzlich zu denjenigen, die bereits aufgezeigt sind,
an den oben beschriebenen Strukturen durchgeführt werden
können. Beispielsweise ist das Umgehungsventil oben für
eine Verwendung mit einem Fahrzeuggetriebeölkühler
als Wärmetauscher beschrieben worden, aber die Umgehungsventile
könnten mit irgendwelchen anderen Typen eines Wärmetauschers verwendet
werden, wie beispielsweise Kraftstoffkühlungs-Wärmetauschern,
und ebenso bei Anwendungen, die sich nicht auf Kraftfahrzeuge beziehen.
Andere Typen von thermischen Stellgliedern als das Stellglied 64 vom
Wachstyp können verwendet werden. Beispielsweise könnten
Bimetall- oder Formspeicherlegierungs-Stellglieder für
eine thermische Reaktion zum Bewegen eines Ventilelements verwendet
werden.
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Zusätzlich
könnte der verschiebbar montierte ringförmige
Ring 62 bei Aufbauten eines Umgehungsventils verwendet
werden, die unterschiedlich von denjenigen sind, die oben beschrieben
sind – beispielsweise arbeitet die Ventilanordnung 38 zusätzlich
zu einem Wirken als thermisches Ventil auch diesbezüglich
als Druckventil, dass das Umgehungsventil in der geschlossenen Position
des heißen Zustands der 2 als Druckentlastungsventil
wirkt, indem der Ventilanschluss 60 geöffnet wird,
wenn der Druck am Anschluss 58 ausreichend ist, um die durch
die Feder 74 auf den ringförmigen Ring 62 ausgeübte
Vorspannkraft zu überwinden. Somit könnte der
ringförmige Ring 62 bei einigen Ausführungsformen
in einer Umgehungsventilumgebung nur für Druck verwendet
werden (wie beispielsweise in einer Umgebung mit einer stationären
Welle 66, an welcher der ringförmige Ring 62 verschiebbar
montiert ist und durch ein Vorspannelement, wie beispielsweise eine
Feder 74, gegenüber einem Ventilsitz 60 in eine
geschlossene Position vorgespannt ist).
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Wie
es Fachleuten auf dem Gebiet angesichts der vorangehenden Offenbarung
offensichtlich werden wird, sind beim Ausführen dieser
Erfindung viele Abänderungen und Modifikationen möglich. Demgemäß ist
der Schutzumfang der Erfindung gemäß dem durch
die folgenden Ansprüche definierten wesentlichen Inhalt
auszulegen.
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Zusammenfassung
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Leckbeständiges Umgehungsventil
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Ein
Umgehungsventil enthält ein Gehäuse, das darin
eine Kammer definiert, und einen Umgehungsventilanschluss und einen
ersten Anschluss, die in Kommunikationsverbindung mit der Kammer stehen.
Der Umgehungsventilanschluss hat eine zentrale Achse und einen peripheren
Ventilsitz. Das Umgehungsventil enthält auch eine Ventilanordnung mit
einer zentralen Welle, die entlang der zentralen Achse angeordnet
ist, und einem ringförmigen Ring, der zur Bewegung zwischen
einer geschlossenen Position, in welcher der ringförmige
Ring in Eingriff mit dem Ventilsitz ist, und einer offenen Position,
in welcher der ringförmige Ring von dem Ventilsitz beabstandet
ist, an der zentralen Welle verschiebbar angeordnet ist, wobei der
ringförmige Ring eine zylindrische innere Oberfläche,
die die zentrale Welle umgibt, mit einer ersten Umfangsrippe hat,
die sich von einem Teilbereich der inneren Oberfläche nach
innen erstreckt und mit der zentralen Welle verschiebbar in Eingriff
ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - US 11/828806 [0001]
- - US 6253837 [0004]
- - US 2006/0108435 [0032]