DE1675521C - Steuerventil fur Heizflussig keitskreislaufe in Kraftfahrzeugen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Steuerventil für Heizflüssigkcitskreisläufe in Kraftfahrzeugen in Form eines Flachschieber, zur Steuerung der Durchflußmenge der Heizflüssigkeit mit einem in einem Gehäuse verschwenkbaren, in Form einer Kurvenscheibe ausgebildete. Verschlußstück, wobei die Kurvenscheibe derartige Konturen aufweist, daß die in einem zugehörigen Wärmetauscher abgegegebene Wärmemenge proportional zur Verstellung eines Bedienungshebeis ist.

Bei Kraftfahrzeug-Heizeinrichtungen mit flüssigkeitserhitzten Wärmetauschern kann die Temperaturregelung entweder durch Einstellung der Wassermenge durch den Heizkörper (wasserseitige Regulierung) oder durch Zumischung kalter Frischluft zur angewärmten Luft (luftseitige Regulierung) geregelt werden. Bei derartigen Kraftfahrzeug-Warmwasserheizungen ist die Dosierung der Heizung jedoch schwierig einzustellen. Die Dosierung hängt von der Art des Regulierventils ab und von den Wärmeübertragungsverhältnissen im Wärmetauscher. Bei normaler Wassergeschwindigkeit kann die Wärmedurchgangszahl im Austauscher im Prinzip nur auf der Luftseife r· influßt werden. Die sogenannte wasserseitige Regulierung erfolgt durch Regulierung der Durchflußmenge, während die luftseitige Regulierung durch Aufteilung der Luft vor dem Heizkörper erfolgt und sehr feinfühlig ist. Es hat sich gezeigt, daß eine Anderung der durchfließenden Wassermenge um etwa 90 % zunächst praktisch noch keinen Einflub ?uf die vom Heizkörper abgegebene Wärmemenge ausübt und erst die etzten 10% sich fühlbar auswirken. Die Einstellung ist daher außerordentlich schwierig.

Es ist bereits ein Drosselhahn für die Regelung des Heißwasserdurchlaufs bei flüssigkeitserhitzten Wärmetaus-hern von Kraftfahrzeug-Heizeinrichtungen bekannt, der vorzugsweise in der vom Wärmepustauscher kommenden Rückflußleitung angeordnet ist und über einen Bowdenzug mit einer in Reichweite des Fahrers angeordneten Betätigungsglied gesteuert wird, bei dem der Drosselhahn mit einem unten offenen Hahnküken ausgestattet ist, in welchem sich auf dem gleichen Durchmesser zwei giößere Durchflußquerschnitte einander gegenüberliegen, von denen als Vorauslaß in Öffnungsrichtung kleine Querschnittsausnehmungen abzweigen, und wobei ferner die Querschnittsausnehmungen durch einen die Kükenwand durchsetzenden feinen Säge- oder Frässpalt gebildet werden. Das zylindrisch durchbohrte Küken tnit dem Anlaufschlitz muß ebenso .vie die Hahnoberfläche fein bearbeitet und in ihren Durchmessern klein toleriert sein. Der Anlaufschlitz dient zur Kennlinien-Verbesserung. Dieser bekannte Drosselhahn hat jedoch den Nachteil, daß die Kennlinie nicht für eine dem Verstcllweg proportionale Wärmeleistungsregelung geeignet ist und ferner den Nac^'aü eines zu großen und nicht von der Einbauzeit unabhängigen Drehmomentes.

Es ist ferner ein Ventil zur Steuerung von WarmWasserkreisläufen, insbesondere für die Inncnraumbeheizung von Kraftfahrzeugen bekannt, bestehend aus einem Gehäuse mit Ventilsitz und einen· über einen am Ventilgehäuse gelagerten Stellhebel bewegbaren Veniilkörper, wobei der mit einer ebenen Ringfläche als Ventilsitz zusammenwirkende Vertilkörper als quer zur Strömungsrichtung verschwenkbarer Schieber ausgebildet ist, dem an der Einströmseite eine unter Federkraft stehende und dem Anpreßdruck für die Abdichtung erzeugende Hülse zugeordnet ist. Auch dieses Ventil weist nicht die für die jeweils gewünschte Wärme notwendige Kcnnliniencharakteristik auf.

Es sind auch für andere Zwecke Flachschieberventile bekannt, bei denen in einem Gehäuse ein in Form einer Kurvenscheibe ausgebildetes Verschlußstück verschwenkbar angeordnet ist. Diesen Ventilen ist gemeinsam, daß das Verschlußglied eine tropfenförmige Kontur aufweist, wobei der Zentriwinkel etwa 45° beträgt und der Drehpunkt im Bereich des kleinsten Krümn.angskreises liegt. In einem bekannten il di At it di Vhlßhib dü

Durch den Erfindungsgegenstand wird eine streng proportionale Wärmeleistungsregelung bei konstantem Pumpendruck des Systems erreicht. Bei Vollast der Heizung durchströmt die dann erforderliche maximale Wassermenge druckverlustlos das Ventil. Bei den bekannten Regelventilen ist jedoch ein relativ großer Druckabfall im Ventil zur Erreichung der erforderlichen Kennlinie nötig,
biil d

scheibe, F i g. 4 das Ventilgehäuse in Zuströmrichtung gesehen und

F i g. 5 die Regelcharakterstik bezüglich der durchfließenden Wassermenge.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Steuerventil durch ein aus zwei Gehäusehälften 1 und 2 bestehendes Gehäuse gebildet.

sten Nrumn.jngsKreises liegt, in einem DeKanmen eriorueuibUbU ■«-"«■"- ;·"-*· .

Ventil dieser Art ist die Verschlußscheibe zwar dünn, Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nacn

aber steif. Eine Lasche anliegend der Kurvenscheibe 10 folgend an Hand der Zeichnungen naher e-iauicu.

unter der Wirkung des Differenzdruckes zwischen der Es zeigt . . ■

Zufluß- und der Abflußleitung mit einer ebenen Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein ertinoungb-

Dichtfläche gegen die Austrittsöffnung ist somit weder gemäß ausgebildetes Steuerventil, „-,„„tit

vorgesehen noch möglich. F i g. 2 einen Querschnitt durch das Steuerventil

Ein weiteres bekanntes Ventil dient zur einmaligen 15 nach Fig. 1, vu ,. ΐτ,,ηιρη

Einstellung, wobei nach der Einstellung die Ver- F i g. 3 eine erfindungsgemaß ausgebildete Kurven

schlußscheibe mit Hilfe von Befestigungsschrauben fest geklemmt wird. Eine unregelmäßige und wahlweise Verstellung der Kurvenscheibe ist bei diesem Ventil nicht möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Sieuerventil für Heizflüssigkeitskreisläufe in Kraftfahrzeugen der eingangs erwähnten Art zu schaffen,

welches unter Vermeidung der Nachteile der bekann- nau^enaiub.. χ u..u. "~\~"":r-- ΓΓ"^. _fi;l· „ 3 ten Einrichtungen eine streng proportionale Wärme- a₅ wobei an dem Gehäuse eine FlussigkertSEufuhrimg J leistungsregelung ermöglicht und dabei eine Abdich- und eine Flüssigkeitsabfuhrung 4 angebracht sind. In • - - - · dem Gehäuse ist eine Kurvenscheibe 5 mit Antriebs

welle ΰ verschwenkbar gelagert. In einem Gehausevors_Prung7 ist zur Abdichtung ein O-Ring 8 vorgesehen und im Gehäusevorsprung 9 ein Lager 10. berner ist im Gehäuse auch noch ein Lager 11 fur eine Achse 12 angeordnet, die ein Zahnrad 13 tragt, welches mit einem auf der Achse 6 befestigten Zahnrad 14 kämmt.

Dabei ist die Achse 12 bzw. das Zahnrad 13 mit einem Hebel 15 für einen Bowdenzug oder dgl. versehen. Die elastische dünne Kurvenscheibe 5 legt sich an die Innenwand der Gehäusehälfte 2. Im Durchflußquerschnitt der Flüssigkeitszuführung 3 und der Flüssigkeitsabführung 4 ist ein Ventilsitz 16 angebracht, der in zweckmäßiger Weise eine Kerbe 17 aufweist. Die beiden Gehäusehälfteii 1 und 2 sind mittels Schrauben 18 miteinander verbunden. Auf der Welle 6 ist ein Federelement, beispielsweise eine Druckfeder 19, angeordnet, welche die Kurvenscheibe S in ihrem zentralen Teil gegen die■Gehauseinnenwand des Gehäuseteils 2 drückt und dadurch eine Abdichtung bewirkt.

F i g 2 zeigt das Steuerventil in Blickrichtung enteegengesetzt zur Strömungsrichtung. Dabei ist der Ventilsitz 16 mit der Kerbe 17 deutlich sichtbar.

Aus F ig. 3 ist ersichtlich, daß die Kurvenscheibe 3 eine erfindungsgemäß ausgebildete Kurvenkontur 20 aufweist sowie einen kreisförmigen Scheibenkeil Zi, dessen Fläche größer ist als der Querschnitt der Hussigkeitszu- ^uz\v. abführung.

Der Kurvenverlauf 20 der Kurvenscheibe 5, also die Steigung als Funktion vom Drehwinkel der Antriebswelle ist

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,ung mit Bauelementen ohne kleine Meßtoleranzen und' ein gleichbleibendes, hinreichend kleines Drehmoment für manuelle oder automatische Verstellung erreicht werden.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung bei einem Steuerventil der eingangs beschriebenen Art gelöst durch die Kombination der Merkmale, daß die Kurvenscheibe in an sich bekannter Weise unmittelbar /.wischen Ein- und Austrittsöffnung des Schiebers angeordnet ist, daß die Kurvenscheibe in der Verschluß-Stellung einen k^reisförmigen Endteil aufweist, der größer als die Ein- und Austrittsöffnung des Ventils ist, daß die Kurvenscheibe eine derartige Kontur aufweist, daß, ausgehend von der Verschlußstellung bis 50% der Öffnungsstellung, ein linearer Anstieg der durchfließe.iden Menge der Heizflüssigkeit von 0 bis 2% und ab 50% bis nahezu 100% der öffnungsstellung ein etwa exponentialer Anstieg der durchfließenden Menge der Heizflüssigkeit ab 2% bis etwa 100% erfolgt und ferner in an sich bekannter Weise aus sehr dünnem, jedoch elastischem Material besteht sowie eine ebene Dichtfläche aufweist, die gegen einen an der Austrittsöffnung befindlichen Dichtsitz gedrückt wird.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist es zweckmäßig, wenn im Ventilsitz eine Kerbe vorgesehen ist. Durch diese Kerbe werden bei kleinen Ventiiöffnungen klar definierte geometrische Verhältnisse geschaffen.

Zur Verstellung der Kurvenscheibe ist zweckmäßigerweise ein manuell bedienbarer oder selbsttätig wirkender Schwenkantrieb vorgesehen.

Eine konstruktiv besonders vorteilhafte Form er-

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im Gehiiuseinncren auf der Welle der Kurvenscheibe Heizung.

ein federndes Element, insbesondere eine Spiraldruck- 65 Die Absperrung des Flüssigkeitsstromes erfolgt mit

feder, anzuordnei·, welche die elastische Kurven- ο .-:.--...:. ->ι ,\„_r ,i„r<-h den

scheibe dichtend gegen eine Gehäusewand bzw. den Ventilsitz andrückt.

Die Absperrung oes riubM₆^n.«... -·■ ο

dem kreisförmigen Scheibenteil 21, der durch herrschenden Differenzdruck vor und hinter der Mmvenschcibe 5 fest an die die Flüssigke.tsabfuhrung 4

umgebende ebene Fläche bzw. den Ventilsitz 16 gepreßt wird. Die Flüssigkeitsabsperrung erfolgt daher mit einer Leckwassermenge, die um so kleiner ist, je größer der DilTcrenzdruck ist.

Wird der Ventilsitz· 16 ohne Kerbe 17 ausgebildet, dann ergibt sich bei kleineren öifnuiigsvcrhältnisscn ein sichelförmiger Durchflußquerschnitt. Dieser sichelförmige Durchflußquerschnilt bewirkt jedoch, daß schon kleinere Toleranzen der Kurvenscheibe große Änderungen des Durchflußquerschnittes und damit der durchfließenden Wassermcnge ergeben. Durch die Kerbe 17 werden insbesondere bei kleinen VentilölTnungcn klar definierte geometrische Verhältnisse geschaffen, so daß auch bei Toleranzen der Kurvenscheibe nur geringfügige Änderungen der eingestellten durchfließenden Wassermenge auftreten können.

In Fig. 4 ist die Ansicht des Steuerventils in Strömungsrichtung dargestellt. Dabei ist strichlicrt eine Kurvenscheibe 5 eingezeichnet, und zwar in der Schließstellung.

In F i g. 5 sind zwei Kennlinien 22 und 23 dargestellt, die die durchfließende Wassermcnge in Abhängigkeit vom Öffnungsweg am Bedienungshebel wiedergeben. Beim erfindungsgemäß ausgebildeten Steuerventil, entsprechend der Kennlinie 22, erwirkt eine Verschiebung des Bedienungshebels um 50% eine Änderung der durchfließenden Wassermcnge um nur 2%, während die letzten 98% der durchfließenden Wassermenge auf 50% des Bcdicnungswcgcs reguliert werden. Die Änderung der Durchflußmenge um etwa 2%> ergibt auf Grund der Wärmeübcrgangsvcrhältnissc im Heizkörper eine Änderung der Wärmeleistung um etwa 50%>. Dies bedeutet, daß sich die Wärmeleistung der Heizungsanlage proportional und linear mit dem Verstellweg am Bedienungshebel ändert. Somit läßt sich die gewünschte Wärmemenge feinfühlig einstellen. Der nichtlincare Zusammenhang zwischen abgegebener Wärmemenge und durchfließender Wassermcnge ist durch die besondere Form der Kurvenkontur 20 berücksichtigt. Die bekannten Ventile weisen eine Kennlinie, entsprechend der Kurve 23 auf, wonach die durchfließende Wasser-

jo menge nahezu proportional zum öffnungsweg am Bedienungshebel ist. Dadurch ist es nicht möglich, die gewünschte Wärmemenge durch eine etwa lineare Bewegung des Bedienungshebels einzustellen. Dieser nichtlinearc und nicht proportionale Zusammenhang

is zwischen Wärmemenge und Bedienungsweg führt zu erheblichen Schwierigkeiten bei der Einrcgulicrung der gewünschten Heizleistung. Diese Schwierigkeiten wirken sich in zweifacher Hinsicht negativ auf die Fahrsicherheit aus. Durch die schwierige Einregulierung ist es dem Fahrzcuglenkcr nur in den seltensten Fällen möglich, eine für ihn optimale Raumtemperatur einzurcgulieren. Dadurch wird seine Konzentrationsfähigkeit und die Aufmerksamkeit für das Verkehrsgeschchen negativ beeinflußt. Durch die sclnvie-

a₅ rigc Einrcgulierung, die während der Fahrt vorgenommen werden muß, wird der Fahrzcuglenker außerdem vom Verkehrsgeschchcn abgelenkt, was sich ebenfalls nachteilig auf die Verkehrssicherheit auswirkt.

Die Erfindung ist nicht ausschließlich bei Kraftfahrzeugheizungen anwendbar, sondern auch in gleich vorteilhafter Weise für die stationäre Heizungs- uiitl Lüftungstechnik und auch für den chemischen Apparatebau.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Steuerventil für Heizflüsstgkeitskreisläufs in Kraftfahrzeug :n, in Form eine* Flachschieber zur Steuerung der Durchflußmenge der Heizflüssigkeit mit einem in einem Gehäuse verschwenkbaren, in Form einer Kurvenscheibe ausgebildeten Verschlußstück, wobei die Kurvenscheibe eine derartige Kontur aufweist, daß die in einem zugehörigen Wärmetauscher abgegegebene Wärmemenge proportional zur Verstellung eines Bedienungshebels ist, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

a) Die Kurvenscheibe ist in an sich bekannter Weise unmittelbar zwischen Ein- und Austrittsöffnung des Schiebers angeordnet,

b) die Kurvenscheibe weist in der Verschluß- ao stellung einen kreisförmigen Endteil auf, der größer als die Ein- und Austrittsöffnung des Ventils ist,

c) die Kurvenscheibe weist eine derartige Kontur auf, daß, ausgehend von der Verschlußstellung bis 50 ⁰Zo der öffnungssteiiung ein linearer Anstieg der durchfließenden Menge der He.zflüssigkeii von 0 bis 2% und ab 50% bis nahezu 100"'s Jer Öffnungsstellung ein etwa exponen'ialer Anstieg der durchfließenden Menge der He' flüssigkeit ab 2⁰Zo bis etwa 100% erfolgt,

d) die Kurvenscheibe besteht in an sich bekannter Weise aus sehr dünnem, jedoch elastischem Material, und

e) die elastische Kurvenscheibe weist eine ebene Dichtfläche auf, die geg<*n einen an der Austrittsöffnung befindlichen Dichtsitz gedrückt wird.

2. Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Ventilsitz eine Kerbe vorgesehen ist.

3. Steuerventil nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen manuell bedienbaren oder selbsttätig wirkenden Schwenkantrieb für die Kurvenscheibe.

4. Steuerventil nach einem oder mehreren d-r Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse etwa in der Ebene der Kurvenscheibe geteilt ausgebildet und die Hälften mittels Schrauben rder dgl. verbunden sind.

5. Steuerventil nach Anspruch 1 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuseinneren auf der Welle der Kurvenscheibe ein federndes Element, insbesondere eine Spiraldruckfeder, angeordnet ist, zum Andrücken der elastischen Kurvenscheibe gegen den Dichtsitz.