DE1750314C3

DE1750314C3 - Ventil

Info

Publication number: DE1750314C3
Application number: DE1750314A
Authority: DE
Inventors: Don William Kirtland Ohio James
Original assignee: INCOM INTERNATIONAL Inc PITTSBURGH PA US
Current assignee: INCOM INTERNATIONAL Inc PITTSBURGH PA US
Priority date: 1967-04-24
Filing date: 1968-04-20
Publication date: 1981-09-10
Also published as: FR1574083A; DE1750314A1; NL154844B; GB1209358A; SE340732B; DE1750314B2; US3404837A; NL6804670A; BE713166A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Ventil mit einer Durchbohrung zwischen einer ersten und einer zweiten Kammer, die mit einem einen Wärmetauscher enthaltenden Primärkreis und einem als Bypaß dienenden so Sekundärkreis verbunden sind, einem mit der Durchbohrung zusammenwirkenden, mit einer Kolbenstange und einem Kolben versehenen Absperrelement, das axial durchbohrt ist und den Flüssigkeitsdruck der mit dem Einlaß des Wärmetauschers verbundenen ersten Kammer auf die von dieser ersten Kammer abgewandte Seite des gegenüber der Durchbohrung im Durchmesser kleineren Kolbens leitet, einer bei Temperaturerhöhung sich ausdehnenden Bimetall-Tellerfedersäule, die das Absperrelement in Schließlage drängt, und einer in f>o entgegengesetzter Richtung wirkenden Regelfeder.

Ein Bypaßventil der vorgenannten Art ist aus der US-PS 33 00 135 bekannt. Bei diesem Bypaßventil wird neben einem ersten Ventilkörper, der durch die Wirkung der Bimetall-Tellerfedersäule gegen einen *>·> Federdruck an seinen Ventilsitz angedrückt wird, ein zweiter Ventilkörper verwendet. Dieser zweite Ventilkörper ist hohl ausgebildet und hat den Ventilsitz des kleineren ersten Ventilkörpers. Der zweite Ventilkörper wird durch die Regelfeder gegen seinen in dem Ventilgehäuse an der Durchbohrung zwischen den beiden Kammern ausgebildeten Ventilsitz gedrückt. Bei einem Überschreiten des Hydraulikdruckes in der einen, den Einlaß aufweisenden Kammer wird der zweite Ventilkörper auf Grund seiner größeren Fläche gegen den Druck der Regelfeder von seinem Sitz abgehoben, um so für eine Druckabsenkung den Bypaßweg freizugeben, wobei die Bimetall-Tellerfedersäule unverändert den ersten Ventilkörper gegen seinen Sitz drückt. Dieses bekannte Bypaßventil ist mit zwei Ventilkörpern bauaufwendig ausgeführt Dies bedingt auch größere Abmessungen des ßypaßventils.

Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zu Grunde, das vorbekannte Ventil so zu vereinfachen, daß es mit geringeren Abmessungen aasgeführt werden kann.
. Erfindungsgemäß besteht die Lösung dieser Aufgabe darin, daß als Absperrelement nur ein einziger Ventilteller vorhander, ist und als federnde Elemente nur die Bimetall-Tellerfedersäule und die Regelfeder dienen, die einerseits an einem gehäusefesten Anschlag anliegen, während sich das andere Ende der Bimetall-Tellerfedersäule am Ventilteller und das andere Ende der Regelfeder am Kolben abstützen, so daß der Ventilteller auf Grund seines Flächenüberschusses gegenüber dem Kolben und im Zusammenwirken mit der Durchbohrung zwischen den beiden Kammern und mit der Bimetall-Tellerfedersäule als Schließfeder auch als Überdruckventil wirkt.

Durch die Erfindung wird der Vorteil erzielt, daß für die Druckentlastung in der ersten Ventilkammer in dem Bypaßventil kein zweites Ventilverschlußteil nötig wird. Für die Öffnung des Ventils bei einem Druckanstieg in der ersten Kammer über einen vorbestimmten Wert, ist der Druckunterschied zwischen der ersten und der zweiten Kammer von Bedeutung. Wenn nämlich der Druck in der ersten Kammer einen vorbestimmten Wert übersteigt, wird der Ventilteller gegen die Kraft der Bimetall-Tellerfedersäule und gegen den Druck in der zweiten Kammer geöffnet. Durch den Wegfall des zweiten Ventilkörpers und der zweiten Regelfeder kann das Bypaßventil auch mit geringeren Kosten hergestellt werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im nachfolgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben, die in der Zeichnung dargestellt sind. In der Zeichnung ist

Fig. 1 eine Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispieles, wobei sich das Bypaßventil in einer Bypaßstellung befindet,

Fig.2 eine ähnliche Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispieles, wobei das Bypaßventil den Bypaßweg absperrt,

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform des Bypaßventilesund

Fig. 4 eine ähnliche Ansicht noch eines weiteren Ausführungsbeispieles des Bypaßventils.

Das in Fig. I dargestellte, auf Wärme ansprechende Bypaßventil 10 weist ein Ventilgehäuse 12 auf, welches an einem Ende mittels einer Gewindekappe 13 geschlossen ist. Diese Gewindekappe 13 ist einteilig mit einer Buchse 14 ausgebildet und es ist ein Abdichtungsri'iR 16 vorgesehen. Das Ventilgehäuse weist eine \ Liitilkammer 18 auf, die mit zwei Paaren gegenüberliegend angeordneten Öffnungen 20, 22, 24 und 26 in Verbindung steht. Diese Öffnungen bilden die Anschlüs-

se für Leitungen 28 und 30 zum Wärmeaustauscher und für Leitungen 32 und 34, die beispielsweise zu einem nicht dargestellten Schmiersystem führen. Die Ventilkammer 18 hat einen inneren Flanschabschnht 36, der eine scharfe, radiale, als Ventilsitz 38 dienende Kante unmittelbar neben einer mittleren kreisförmigen Durchbohrung 40 bildet Die Durchbohrung 40 bildet eine wahlweise herstellbare Verbindung zwischen der ersten Kammer 42 der Ventilkammer 18 und der zweiten Kammer 44 dieser Ventilkammer. Das Ventilgehäuse 12 ι ο ist lediglich bei diesem Ausführungsbeispiel als Einzelbauteil dargestellt Dieses Ventilgehäuse kann beispielsweise auch ein Teil einer ölverteilungsleitung oder dergleichen sein.

Der Ventilsitz 38 am Innenflansch 36 ist für einen Ventilteller 46 vorgesehen, der unter bestimmten Betriebsbedingungen in elastischer Weise in Berührung mit diesem durch eine Reihe von Bimetallscheiben 48, die gemeinsam eine Bimetall-Tellerfedersärle bilden, gehalten wird. Eine hohle Kolbenstange 50 erstreckt sich koaxial durch den Ventilteller 46 und die Ventilkammer 18. Sie erstreckt sich ferner koaxial durch eine einen gehäusefesten Anschlag bildende Hülse 52 zur Vorderseite des Ventils hin und weist einen mit Umfangsnuten versehenen Kolben 54 auf, der sich in einen Zylinder 56 hineinerstreckt und in diesem axial verschiebbar ist. Die Hülse 52 weist einen radial sich erstreckenden Flansch auf, der gegen einen Haltering 58 anliegt. Hierdurch ist diese Hülse unbeweglich gegenüber dem Ventilgehäuse, da die Buchse 14 fest in das Ventilgehäuse 12 eingeschraubt ist. Der Kolben 54 und der Ventilteller 46 werden an den entgegengesetzten Enden der Kolbenstange 50 durch Halteringe 60 und 61 gehalten. Die Stirnfläche 62 des Ventiltellers 46 weist etwa die gleiche Fläche auf, wie die Kopfseite 64 des Kolbens 54, obwohl der Querschnitt der Durchbohrung 40 größer ist als die Fläche der Kopfseite 64. Eine Schraubenfeder 66, die als Regelfeder dient, ist um die Kolbenstange 50 herum zwischen dem Kolben 54 und der Hülse 52 angeordnet, um normalerweise den Kolben 54 bei der Darstellung in Fig. 1 nach links gegen die Schulter 68 vorzuspannen, so daß eine Verbindung zwischen der ersten Kammer 42 und der zweiten Kammer 44 der Ventilkammer 18 durch die Durchbohrung 40 hindurch hergestellt ist.

Eine Reihe von aufeinanderfolgend und entgegengesetzt ausgerichteten kegelstumpfförmigen Bimetallscheiben 48 ist zwischen den Ventilteller 46 und der gehäusefesten Hülse 52 um die Kolbenstange 50 herum angeordnet. Diese Scheiben bestehen aus thermostatischem Bimetall. Insgesamt wirken die Scheiben als Ganzes als Bimetall-Tellerfedersäule. Beispielsweise ist dieses Bimetallmaterial in der Lage, durch Biegungen im Temperaturbereich von etwa —74°C bis zu etwa 205"C durchzuführen. Die Verbiegungseigenschaften dieses Materials werden dadurch ausgenutzt, daß man eine Anzahl von derartigen Scheiben in einem Stempel um den Kolbenschaft 50 herum anordnet, wie es zwischen dem Ventilteller 46 und der Hülse 52 dargestellt ist. Wenn die Temperatur des Schmiermittels ansteigt, wirkt die Expansionskraft der Bimetallscheiben 48 der Kraft der Regelfeder 66 entgegen, die normalerweise den Ventilteller 46 vom Ventilsitz 38 am Innenflansch 36 fernhält. Bei einer Betriebstemperatur des Schmiermittels im Bereich von etwa 82°C bis zu etwa 87°C wird der M Federdruck sowie der Widerstand, der auf den Kolben 54 ausgeübt wird, vollständig überwunden, und das Tellerventil 46 schließt sich sehr schnell und legt sich gegen den Ventilsitz 38 an. Es sei bemerkt, daß bei anderen Anwendungen Bimetalle unterschiedlicher Zusammensetzung oder unterschiedlicher Betriebstemperaturen verwendet werden können, und daß die im vorstehenden angegebenen Betriebswerte lediglich als Ausfühiiingsbeispiele anzusehen sind.

Ein in F i g. 1 symbolisch dargestellter Wärmetauscher ist über eine Leitung 28 mit der Ausgangsseite des Bypaßventils 10 verbunden und der Ausgang des Wärmeaustauschers ist über eine Leitung 30 mit dessen Eingangsseite verbunden. Es sei bemerkt daß jeder beliebige an sich bekannte Wärmeaustauscher verwendet werden kann.

Bei normalen Betriebsbedingungen tritt flüssiges Schmiermittel aus einem nicht dargestellten Schmiersystem in das Bypaßventil 10 durch die öffnung 26 über eine Leitung 32 ein und gelangt in die erste Kammer 42 der Ventilkammer 18. Das Schmiermittel strömt normalerweise durch das Bypaßventil von der Leitung 32 durch die öffnung 40 und um den Ventilsitz 38 herum und an der Bimetall-Tellerfedersäule 48 vorbei zur öffnung 22 und dann in die Rückleitung 34, da der Strömungswiderstand durch den Wärmeaustauscher größer ist als durch das Bypaßventil 10. Wenn die Temperatur des Schmiermittels über die vorbestimmte wünschenswerte Betriebstemperatur ansteigt, schließt sich das BypaDventil und leitet das Schmiermittel durch den Wärmetauscher hindurch. Wenn die öltemperatur wieder in ausreichendem Maße abfällt, öffnet sich das Bypaßventil wieder und schließt den Wärmeaustauscher kurz.

Wenn das Schmiermittel für einen sicheren Betrieb zu heiß wird, dehnt sich die Bimetall-Tellerfedersäule zwischen dem Ventilteller 46 und dem gehäusefesten Anschlag 52 aus und dadurch wird die Regelfeder 66 zusammengedrückt, was dazu führt, daß der Kolben 54, die Kolbenstange 50 und der Ventilteller 46 nach rechts verschoben werden, bis sich der Ventilteller 46 am Ventilsitz 38 anlegt. Dadurch wird die Durchbohrung 40 geschlossen und die Strömungsverbindung zwischen der ersten Kammer 42 und der zweiten Kammer 44 der Ventilkammer 18 wird unterbrochen. Die Ausdehnungskraft der Bimetall-Tellerfedersäule 48 muß nicht vollständig die hydraulische Kraft überwinden, die auf die Stirnfläche 62 des Ventiltellers 46 einwirkt, da diese Kraft im wesentlichen durch eine gleiche entgegengesetzt wirkende Kraft ausgeglichen wird, die auf das Kopfende 64 des Kolbens 54 durch das Schmiermittel ausgeübt wird, die dem Kopfende 64 durch die hohle Kolbenstange 50 aus der ersten Kammer 42 zugeführt wird. Das heiße Schmiermittel strömt nun durch die erste Ventilkammer 42 und durch die Öffnung 24 hinaus in die Leitung 28 und in den Wärmeaustauscher hinein und von dort aus strömt das Schmiermittel durch die Leitung 30 in die Öffnung 20 und in die zweite Ventilkammer 44 sowie um die Bimetall-Tellerfedersäu-Ie 48 herum und durch die Öffnung 22 zurück in die Rückleitung 34.

Wenn die Temperatur des Schmiermittels in ausreichender Weise abgefallen ist, ziehen sich die Bimetallstreifen 48 der Bimetall-Tellerfedersäule, die dauernd in Berührung mit der Schmierflüssigkeit stehen, wieder zusammen, und die Regelfeder 66 dehnt sich zwischen dem g.^häusefesten Anschlag 52 und dem Kolben 54 aus, wodurch der Kolben 54, die Kolbenstange 50 und der Ventilteller 46 nach links vom Ventilsitz 38 fort gedrückt werden, wodurch wieder die Verbindung zwischen der ersten Kammer 42 und der zweiten Kammer 44 der

Ventilkammer 18 hergestellt wird.

Zusätzlich zur Funktion als thermisches Bypaßventil kann das Ventil 10 auch den Wärmetauscher kurzschließen, wenn der Druck des Schmiermittels beim Durchströmen des Wärmeaustauschers einen vorbestimmten Sicherhc isdruck übersteigt. Es sei wiederum die geschlossene Stellung des Tellerventils 46 am Sitz 38 angenommen. Wenn die Kanäle im Wärmeaustauscher langsam verstopft werden, baut sich der Druck in der ersten Kammer 42 in ausreichender Weise auf, so daß die Kraft, die auf die freiliegende Stirnfläche des Ventiltellers 46 durch die Durchbohrung 40 ausgeübt wird, die Kraft der Bimetall-Tellerfedersäule 48 überwindet und den Ventilteller 46 nach links bewegt. Das bedeutet, daß das Schmiermittel dann durch die Durchbohrung 40 und durch die Kammeröffnung 22 direkt in die Rückleitung 34 strömen kann, wodurch der Wärmeaustauscher umgangen wird. Der Druck, der auf den Ventilteller 46 einwirkt und der den Druck übersteigt, der in der zweiten Kammer 44 der Ventilkammer 18 auf den Ventilteller 46 sowie durch den Druck der Bimetallscheiben 48 ausgeübt wird, arbeitet mit der Regelfeder 66 zusammen, um den Ventilteller 46 nach links zu bewegen, wodurch die Durchbohrung 40 geöffnet wird.

Zusammenfassend kann gesagt werden, daß das Bypaßventil 10 auf unabgeglichene Kräfte anspricht, die auf verschiedene Teile ausgeübt werden. Wenn die Summe der Kräfte, die auf die Stirnfläche 62 des Ventiltellers 46 und auf den Kolben 54 durch die Regelfeder 66 nach links ausgeübt werden, die Summe der Kräfte überwindet, die nach rechts gerichtet sind, so ist die Durchbohrung 40 offen und das Schmiermitte! kann an dem Wärmetauscher vorbeiströmen. Wenn umgekehrt die Summe der Kräfte, die durch die sich ausdehnende Bimetall-Tellerfedersäule 48 und den Flüssigkeitsdruck, der auf die Stirnfläche 64 des Kolbens 54 ausgeübt wird und die nach rechts gerichtet ist, die Summe der Kräfte übersteigt, die nach links gerichtet sind, so wird die Durchbohrung 40 geschlossen und die Flüssigkeit wird durch den Wärmeaustauscher hindurchgeführt, wie es im vorstehenden beschrieben wurde.

Wenn das Bypaßventil 10 derart ausgelegt ist, daß sich der Ventilteller 46 gegen den Ventilsitz 38 bei einer Temperatur im Bereich von etwa 82⁰C bis zu etwa 88° C anlegt, so hebt die Flüssigkeit mit einer Temperatur von etwa 90⁰C den Ventilteller 46 von der Durchbohrung 40 bei einem Druck von etwa 4 kg/cm² bis zu etwa 6,5 kg/cm² ab und die Flüssigkeit strömt von der ersten Kammer 42 der Ventilkammer 18 durch die Durchbohrung 40 in die zweite Kammer 44 und durch die öffnung 22 in die Rücklaufleitung 34, wodurch der Wärmetauscher umgangen wird. Obwohl das Bypaßventil 10 normalerweise derart funktioniert, daß Flüssigkeit oberhalb eines vorbestimmten Temperaturpegels durch den Wärmeaustauscher hindurchgeführt wird, kann, wenn der Druck in der Flüssigkeit einen vorbestimmten Wert übersteigt, das Bypaß"entil 10 wirksam werden, um die Flüssigkeit mit erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck durch die Ventilkammer 18 hindurchzuleiten, wodurch der Wärmeaustauscher kurzgeschlossen wird.

Um die Beschreibung der in den Fig. 2 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiele zu vereinfachen, wurden die gleichen Bezugsziffern mit einem Zusatzbuchstaben verwendet, um gleiche Teile zu kennzeichnen. Das in Fig. 1 dargestellte Bypaßventil 10 ist beispielsweise in Fig. 2 mit 10a und in Fig. 3 mit 10Zj

ίο sowie in Fig. 4 mit 10c bezeichnet. Da die in den Fig. 2 bis 4 dargestellten Bypaßventile in der gleichen Weise arbeiten wie das in F i g. 1 dargestellte Bypaßventil, sollen lediglich die Unterschiede zwischen diesen Bypaßventilen beschrieben werden. Bei der Ausfüh-

!5 rungsform in Fig. 2 ist die Buchse 14a in das Gehäuse 12a hineingesetzt und sie wird mittels eines Halteringes 72 gehalten. Ein O-Ring 74 ist in eine Nut 76 der Buchse 14a eingesetzt und sichert eine Abdichtung zwischen der Buchse 14a und dem Gehäuse 12a. Das in F i g. 2 dargestellte Bypaßventil arbeitet normalerweise derart, daß eine Flüssigkeit am Wärmeaustauscher vorbeigeführt wird, wenn deren Temperatur unterhalb von etwa 66° C liegt. Falls die Temperatur etwa 66° C erreicht, dehnt sich die Bimetall-Tellerfedersäule 48a aus und bewirkt, daß der Ventilteller 46a die Durchbohrung 40a schließt. Dadurch wird die Flüssigkeit dem Wärmeaustauscher zugeleitet, wie es oben bereits beschrieben wurde. Der Ventilteller 46a wird geöffnet und nach links verschoben, um die Durchbohrung 40a freizugeben, wenn das Schmiermittel mit einer Temperatur von etwa 170° C unter einem Differentialdruck von etwa 1,8 kg/ cm² ± 0,35 kg/cm² steht. Unter diesen Bedingungen wird die Schmiermittelflüssigkeit wiederum am Wärmeaustauscher vorbeigeführt, wie es im vorstehenden beschrieben wurde. Das in F i g. 3 dargestellte Bypaßventil 10Z? entspricht dem in F i g. 1 dargestellten Bypaßventil. Bei dieser Ausführungsform ist jedoch der Kolben 54Zj mit Preßsitz auf die Kolbenstange 50Zj aufgesetzt und die Hülse 52Zj ist mit Preßsitz in die

-so Buchse 14Zj eingesetzt, um hier ebenfalls als gehäusefester Anschlag zu dienen. Der Ventilteller 46Zj verschließt die Öffnung 40Zj, wenn die Flüssigkeit eine Temperatur von etwa 54° C aufweist. Der Ventilteller 46Zj wird jedoch, wie vorher beschrieben, nach links bewegt, wenn sich in der Flüssigkeit bei einer Temperatur von etwa 60° C ein Druckdifferential von 3,5 kg/cm² ausbildet. Das in Fig.4 dargestellte Bypaßventil 10c entspricht im wesentlichen dem in F i g. 1 dargestellten Bypaßventil. Das Bypaßventil 10c ist jedoch derart ausgelegt, daß der Ventilteller 46c die Durchbohrung 40c bei einer Temperatur von etwa 82° C schließt. Der Ventilteller 46c wird jedoch nach links verschoben und dadurch wird die Durchbohrung 40c geöffnet, wenn die Flüssigkeit bei einer Temperatur von 88° C bis zu 93° C einen Differentialdruck von 34 kg/cm² bis zu 42 kg/cm² ausbildet Es sei bemerkt, daß der Ventilteller 46c einen verbreiterten Flansch 80 aufweist der die Oberfläche des Ventiltellers vergrößert, um eine größere Beweglichkeit des Tellers bei geringem Druckunterschied zu ermöglichen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Ventil mit einer Durchbohrung zwischen einer ersten und einer zweiten Kammer, die mit einem einen Wärmetauscher enthaltenden Primärkreis und einem als Bypaß dienenden Sekundärkreis verbunden sind, einem mit der Durchbohrung zusammenwirkenden, mit einer Kolbenstange und einem Kolben versehenen Absperrelement, das axial durchbohrt ist und den Flüssigkeitsdruck der mit ι ο dem Einlaß des Wärmetauschers verbundenen ersten Kammer auf die von dieser ersten Kammer abgewandte Seite des gegenüber der Durchbohrung im Durchmesser kleineren Kolbens leitet, einer bei Temperaturerhöhung sich ausdehnenden Bimetall-Tellerfedersäule, die das Absperrelement in Schließlage drängt, und einer in entgegengesetzter Richtung wirkenden Regelfeder, dadurch gekennzeichnet, daß als Absperrelement nur ein einziger Ventilteller (46) vorhanden ist und als federnde Elemente nur die Bimetall-Tellerfedersäule (48) und die Regelfeder (66) dienen, die einerseits an einem gehäusefesten Anschlag (52) anliegen, während sich das andere Ende der Bimetall-Tellerfedersäule (48) am Ventilteller (46) und das andere Ende der Regelfeder (66) am Kolben (54) abstützen, so daß der Ventilteller (46) auf Grund seines Flächenüberschusses gegenüber dem Kolben (54) und im Zusammenwirken mit der Durchbohrung (40) zwischen den beiden Kammern (42, 44) und mit der Bimetall-Tellerfedersäule (48) als Schließfeder auch als Überdruckventil wirkt.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als gehäusefester Anschlag für die Bimetall-Tellerfedersäule (48) und die Regelfeder (66) eine Buchse (52) fest am offenen Ende einer nach innen weisenden Aussparung zur Führung der Kolbenstange (50) montiert ist.

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die auf Wärme ansprechenden <to Tellerfedern (48) von der Kolbenstange (50) getragen werden.