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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Feder für Ventilanordnungen
in Verschlüssen von Öffnungen druckgeregelter
oder druckbeaufschlagter Behälter, insbesondere Kraftfahrzeugkühler,
oder in Druckleitungen, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus
beispielsweise der
EP
1 264 087 B1 ist es bei einem Verschlussdeckel für Öffnungen
an Behältern, insbesondere an Kraftfahrzeugkühlern
bekannt, für die einzelnen hin- und herbewegbaren Ventilkörpern
der Ventilanordnung zylindrisch oder spiralig gewickelte Wendelfedern
zu verwenden. Derartige Wendelfedern haben eine relativ große
axiale Bauform und relativ große Toleranz- und Hystereseschwankungen.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Feder für Ventilanordnungen
der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei ihrem Einsatz in
Ventilanordnungen der genannten Art weniger Bauraum in Anspruch
nimmt und die ein genaueres Hystereseverhalten besitzt.
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Zur
Lösung dieser Aufgabe sind bei einer Feder für
Ventilanordnungen der eingangs genannten Art die im Anspruch 1 angegebenen
Merkmale vorgesehen.
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Die
Ausgestaltung derartiger Federn als Blattfedern ergibt in vorteilhafter
Weise weniger Materialaufwand und damit weniger Platzbedarf. Außerdem
ergeben sich kleinere Fertigungstoleranzen sowie kleinere Toleranzen
und besseres Hystereseverhalten bei der Druckregulierung. Des Weiteren
ist bei der Herstellung der Ausschuss wesentlich reduziert und der
Preis stark verringert. Eine derartige Blattfeder kann sowohl für Überdruckventile
als auch für Unterdruckventile eingesetzt werden. Neben
vollflächigen oder streifenförmigen Blattfedern
sind solche bevorzugt, deren ortsfest fixierbarer Federbereich mit Federzungen
versehen ist.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen ergeben sich aus den Merkmalen eines oder mehrerer
der Ansprüche 2 bis 6, wonach die Federzungen in unterschiedlicher
Weise je nach Anwendung gerichtet sein können.
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Gemäß den
Merkmalen eines oder mehrerer der Ansprüche 7 bis 9 können
die Federzungen ganz oder teilweise entweder in einer Ebene mit
dem fixierbaren Federbereich oder in diesem nach einer oder beiden
Seiten axial beabstandet angeordnet sein.
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Gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung
sind die Merkmale nach Anspruch 10 vorgesehen. Damit ist in besonders
vorteilhafter Weise erreicht, dass die Blattfeder gleichzeitig an
zwei Ventilkörpern eingesetzt werden kann, beispielsweise
an einem Überdruckventilkörper und an einem Unterdruckventilkörper.
Damit ist eine weitere Verringerung der Bauform sowie eine weitere Preisreduzierung
erreicht. Dabei können die Merkmale nach Anspruch 11 oder
diejenigen nach Anspruch 12 vorgesehen sein, je nachdem ob die Ventilkörper
bezüglich des fixierbaren Federbereichs radial innen und/oder
radial außen angreifen.
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In
weiterer Ausgestaltung sind die Merkmale gemäß Anspruch
13 vorgesehen.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf eine Ventilanordnung
eines Verschlusses von Öffnungen druckgeregelter oder druckbeaufschlagter Behälter,
insbesondere Kraftfahrzeugkühler, bei der der hin- und herbewegbare
Ventilkörper mit einer derartigen Blattfeder bestückt
ist entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 14.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen hierzu ergeben sich aus den Merkmalen eines oder
mehrerer der Ansprüche 15 bis 21.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf einen Verschlussdeckel
für Öffnungen druckgeregelter oder druckbeaufschlagter
Behälter, insbesondere Kraftfahrzeugkühler gemäß den
Merkmalen nach Anspruch 22, mit einer Ventilanordnung nach Anspruch
14 und gegebenenfalls einem der folgenden, die mit einer Blattfeder
nach Anspruch 1 und gegebenenfalls einem der folgende bestückt
ist.
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Weitere
Einzelheiten der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen,
in der die Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele
näher beschrieben und erläutert ist. Es zeigen:
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1A bis 1D in
Draufsicht eine Blattfeder mit mehreren einheitlichen Federzungen
gemäß vier Ausführungsbeispielen vorliegender
Erfindung,
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2A bis 2C jeweils
in Draufsicht und Seitenansicht eine Blattfeder mit mehreren Federzungen
unterschiedlicher Ausgestaltung gemäß dreier Ausführungsbeispiele
vorliegender Erfindung,
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3A und 3B jeweils
im Längsschnitt eine Ventilanordnung mit einer vollflächigen
Blattfeder oder einer Blattfeder nach den 1A bis 1D und
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4A bis 4E jeweils
im Längsschnitt eine Ventilanordnung gemäß fünf
Ausführungsbeispielen und die zugeordneten Blattfedern
in Draufsicht.
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Die
in den 1 und 2 dargestellten
Blattfedern 10 und 20 dienen zum Einsatz bei Ventilanordnungen,
wie sie in Verschlüssen von Öffnungen druckgeregelter
oder druckbeaufschlagter Behälter, wie beispielsweise Kraftfahrzeugkühler
eingesetzt werden. Die Blattfedern 10 und 20 sind
aus einem Federstahlband beispielsweise gestanzt oder erodiert,
wobei das Federstahlband beispielsweise aus einem Chromnickelstahl
hergestellt ist. Es versteht sich, dass auch anderes federhartes
Material Verwendung finden kann.
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Eine
Blattfeder 10 kann in nicht dargestellter einfachster Weise
aus einer Scheibe mit oder ohne zentrischer Durchbrechung oder aus
einem Streifen mit oder ohne zentrischer Durchbrechung ausgebildet
sein. In diesem Falle ist entweder der Außenrand oder das
Zentrum der Blattfeder in der Ventilanordnung ortsfest gehalten
oder eingespannt.
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Für
eine bestimmbare charakteristische Federeigenschaft sind die Blattfedern 10A bis 10D in unterschiedlicher
Ausgestaltung der Zungen 11 vorgesehen. Die Federeigenschaften
sind dabei von der Dicke der Blattfedern 10 und von der
Länge und Breite der einzelnen Federzungen 11 abhängig.
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Die
Blattfeder 10A gemäß 1A hat
die Gestalt einer Scheibe, deren Außenumfang den einspannbaren
beziehungsweise ortsfest gehaltenen Federbereich 13A bestimmt
und die derart mit über ihre Fläche gleichmäßig
verteilt angeordneten sechs birnenförmigen Aussparungen 12A,
die in der Mitte zusammenlaufen, versehen ist, dass sich sechs radial
nach innen gerichtete Federzungen 11A ergeben, deren freie
Enden 14A federnd beweglich und damit aus der Ebene der
Scheibe der Blattfeder 10A auslenkbar sind. An die freien
Enden 14A der Federzungen 11A kann in nicht dargestellter
Weise ein axial hin- und herbewegbarer Ventilkörper angreifen.
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Die
Blattfeder 10B gemäß 1B besitzt eine ähnliche
scheibenartige Grundform mit langgestreckten Aussparungen 12B und
Federzungen 11B, wobei jedoch zusätzlich zu den
inneren Aussparungen 12B zum Bilden von Federzungen 11B vom
Außenumfang her eingearbeitete radiale Einschnitte 15B vorgesehen
sind. Auch ist der hier unterbrochene Umfangsbereich als ortsfest
gehaltener Federbereich 13B vorgesehen, während
ein hin- und herbeweglicher Ventilkörper an den freien
Enden 14B der Federzungen 11B angreifen kann.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind über den Umfang
gleichmäßig verteilt angeordnet insgesamt acht
Federzungen 11B vorgesehen.
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Die
Blattfeder 10C gemäß 1C ist
in Weiterführung der Blattfeder 10B gemäß 1B mit
vom Außenumfang der Scheibe her eingebrachten tieferen
radialen Einschnitten 15C versehen, die die Federzungen 11C in
Draufsicht U-förmig gestalten. Dabei sind hier lediglich
sechs Federzungen 11C vorgesehen. Die inneren Aussparungen 12C sind ähnlich denjenigen
der Blattfeder 10B etwa trapezförmig, wobei auch
hier der unterbrochene Außenrand als ortsfest gehaltener
Federbereich 13C betrachtet wird, während die
freien Enden 14C der radial nach innen gerichteten Federzungen 11C am
nicht dargestellten Ventilkörper anliegen können.
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1D zeigt
eine Blattfeder 10D, die als Kombination aus den Blattfedern 10B und 10C in Draufsicht
gesehen etwa sternförmig ausgebildet ist, wobei acht Federzungen 11D vorgesehen
sind, die entweder als radial nach innen gerichtet oder als radial
nach außen gerichtet anzusehen sind, je nachdem ob der
unterbrochene Außenumfangsrand als ortsfest gehaltener
Federbereich 13D oder der unterbrochene Innenumfangsrand
als ortsfest gehaltener Federbereich 13D zu betrachten
ist Insoweit ist dann der hin- und herbewegliche Ventilkörper
entweder mit den außenumfangsseitigen freien Enden oder
mit den innenumfangsseitigen freien Enden der Federzungen 11D anliegend
in Verbindung.
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Bei
allen vorgenannten Ausführungsbeispielen der Blattfedern 10A bis 10D ist
in der Anwendung beziehungsweise im Einbauzustand und im Ruhezustand
eine Vorspannung der Federzungen 11A bis 11D gegenüber
dem ortsfest gehaltenen Federbereich 13A bis 13D vorgesehen.
Bei allen Blattfedern 10A bis 10D liegen die Federzungen 11A bis 11D in derselben
Ebene wie die ortsfest gehaltenen Federbereiche 13A bis 13D.
Es versteht sich, dass es auch möglich ist, die Federzungen 11A bis 11D gegenüber den
Federbereichen 13A bis 13D aus der betreffenden
Ebene abzubiegen, zu kröpfen oder dergleichen zu formen.
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In
den 2A, 2B und 2C sind Blattfedern 20A, 20B beziehungsweise 20C dargestellt,
die jeweils zwei Typen von mehreren Federzungen 21 und 22 in
einer Baueinheit besitzen, die unterschiedlichen Ventilkörpern,
beispielsweise einem Überdruckventilkörper und
einem Unterdruckventilkörper zugeordnet werden können.
Die Blattfeder 20A nach 2A, die
scheibenförmig ausgestaltet ist, besitzt einen außenumfangsseitigen
Kreisring 24A, der als ortsfest gehaltener Federbereich
dient. Von diesem Kreisring 24A einstückig radial
abstehend sind hier sechs Federzungen 21 und zwei Federzungen 22 vorgesehen.
Die sechs Federzungen 21 sind in Paare von drei einander
gegenüberliegenden und untereinander gleichen Abstand aufweisenden
Federzungen 21A unterteilt, während die beiden diametral
einander gegenüberliegenden Federzungen 22A jeweils
zwischen den beiden Paaren dreier Federzungen 21A angeordnet
sind. Die beiden Federzungen 22A sind radial länger
als die untereinander gleich langen Federzungen 21A. Mit
anderen Worten, die freien Enden 26A der beiden diametral einander
gegenüberliegenden Federzungen 22A besitzen einen
geringeren Abstand als die freien Enden 23A der einander
gegenüberliegenden Paare dreier Federzungen 21,
die etwas breiter sind als die Federzungen 22A. Wie der
Seitenansicht zu entnehmen ist, liegen die Federzungen 21A und 22A in
derselben Ebene wie der ortsfest gehaltene Federbereich 24A beziehungsweise
Kreisring. Auf diese Weise können die Paare von drei kürzeren
Federzungen 21A einem anderen Ventilkörper zugeordnet
sein als die beiden einander gegenüberliegenden zwei längeren
Federzungen 22A.
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Die
Blattfeder 20B besitzt ebenfalls einen als ortsfest gehaltenen
Federbereich ausgebildeten Kreisring 24B, von dessen Innenumfang
drei gleichmäßig verteilt angeordnete Federzungen 21B radial nach
innen gerichtet sind, wobei deren freie Enden 23B in einem
bestimmten Abstand voneinander erden. 2B zeigt
auch, dass sechs über den Außenumfang gleichmäßig
verteilt angeordnete Federzungen 22B vorgesehen sind, die
an ihrem einen Ende mit dem Kreisring 24B einstückig
sind und die über einen bestimmten Winkel parallel zum
Außenumfang des Kreisrings 24B verlaufen und an
ihren freien Enden 26B in einem Abstand zum angeformten
Ende der benachbarten Federzunge 22A endet. Es versteht
sich, dass die Federzungen 22B auch über den gesamten
winkligen Bereich bis zur benachbarten Federzunge 22B reichen
können.
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Wie
der Seitenansicht in 2B zu entnehmen ist, ist auch
diese Blattfeder 20B mit ihren Federzungen 21B und 22B im
Ausgangszustand in einer Ebene. In eingebautem Zustand können
die umfangsseitigen Federzungen 22B durch ortsfeste Stifte 25 eines
strichpunktiert dargestellten Bauteils 28 der Ventilanordnung
vorgespannt sein.
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Die
Blattfeder 20C gemäß 2C ist
in Draufsicht ähnlich der Blattfeder 20B nach 2B ausgebildet,
wobei die umfangsseitigen Federzungen 22C jeweils den Raum
zwischen benachbarten Federzungen 22C vollständig
ausfüllen. Unterschiedlich zum vorgenannten Ausführungsbeispiel
ist bei der Blattfeder 20C entsprechend der Seitenansicht, dass
sowohl die Federzungen 21C als auch die Federzungen 22C aus
der Ebene des ortsfest gehaltenen Federbereichs 24C herausgeformt
sind. Dabei sind die Federzungen 21C zur einen Seite und
die Federzungen 22C zur anderen Seite aus der genannten
Ebene herausgebogen. Auf diese Weise kann der Federweg vergrößert
werden. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind die
Federzungen 21C und 22C an ihren freien Enden
parallel zur Ebene des Federbereichs 24C verlaufend herausgebogen.
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Die 3A und 3B zeigen
eine Ventilanordnung 30 eines Verschlussdeckels 31 für
Kraftfahrzeugkühler. Von dem Verschlussdeckel 31 ist
in den 3A und 3B ein Deckelinnenteil 32 dargestellt,
der über einen O-Ring 33 gegen eine nicht dargestellte
Kühlerstutzenwandung abgedichtet ist. Innerhalb des Deckelinnenteils 32,
der zur Innenseite mit einem ringförmigen Ventilsitz 34 versehen
ist, ist ein erster Ventilkörper 36 angeordnet,
der Teil eines Überdruckventils ist und der an seiner Unterseite
mit einer Ringdichtung 37, die in Ruhestellung auf dem Ventilsitz 34 aufliegt,
versehen ist. Innerhalb und unterhalb des ersten Ventilkörpers 36 ist
ein zweiter Ventilkörper 38 angeordnet, der Teil
eines Unterdruckventils ist und der sich über eine übliche
Wendelfeder 39 am mit einer Öffnung 41 versehenen
Boden 42 des Deckelinnenteils 32 abstützt.
Diese Wendelfeder 39 drückt den zweiten Ventilkörper 38 mit seinem
ringförmigen Dichtsitz 43 gegen die Ringdichtung 37 des
ersten Ventilkörpers 36 und zwar innerhalb des
ringförmigen Ventilsitzes 34 des Deckelinnenteils 32 für
den ersten Ventilkörper 36.
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Bei
beiden Ausführungsbeispielen ist der erste Ventilkörper 36 mittels
einer Blattfeder 10 gegen den Ventilsitz 34 am
Deckelinnenteil 32 gedrückt.
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Gemäß 3A ist
als Blattfeder 10 eine vollflächige Blattfederscheibe
vorgesehen, die sich umfangsrandseitig in einer Nut 44 des
Deckelinnenteils 32 abstützt und in vorgespannter
Weise mittig gegen den ersten Ventilkörper 36 drückt.
Es versteht sich, dass die Blattfederscheibe 10 stattdessen
als Blattfederstreifen oder Blattfederkreuz ausgebildet sein kann.
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Beim
Ausführungsbeispiel der 3B ist eine
Blattfeder 10 nach einem der Ausführungsbeispiele
der 1A bis 1D vorgesehen,
wobei der ortsfeste Federbereich 24 gegen einen im Deckelinnenteil 32 axial
gehaltenen Federteller 45 ortsfest gehalten ist und die
Federzungen 11 in vorgespannter Weise auf einem Ringrand 46 des
ersten Ventilkörpers 36 um einen Hülsenansatz 47 drückend
angeordnet sind. Die Auflage der Federzungen 11 auf den
Ringrand 46 des ersten Ventilkörpers 36 ist
dabei derart gestaltet, dass sich beim Abhub des ersten Ventilkörpers
beziehungsweise -tellers 36 von seinem Ventilsitz 34 die
federnde Länge der Federzungen 11 nicht ändert,
so dass keine zusätzliche Kraftänderung entsteht.
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Die 4A bis 4E zeigen
weitere Anwendungen der Blattfedern 10 oder 110 und/oder 20 bei
einer Ventilanordnung 130, die wie die Ventilanordnung 30 nach
den 3A und 3B einen
ersten Ventilkörper 136 eines Überdruckventils
und einen zweiten Ventilkörper 138 eines Unterdruckventils aufweist.
Dabei weist bei der Ventilanordnung 130 anders als bei
der Ventilanordnung 30 der erste Ventilkörper 136 eine
zentrale Öffnung 151 aufweist, durch die ein mit
dem den Dichtsitz 143 aufweisendes Unterteil 153 verbundenes
Hauptteil 152 des zweiten Ventilkörpers 138 hindurchragt.
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Bei
den Ausführungsbeispielen der 4A und 4C befindet
sich ein pilzförmiger Kopf 154 des Hauptteils 152 innerhalb
eines Hülsenansatzes 147 und dem der 4B innerhalb
eines Außenrandes 148 des ersten Ventilkörpers 136.
Demgegenüber überragt bei den Ausführungsbeispielen
der 4D und 4E der
pilzförmige Kopf 154 des Hauptteils 152 des
zweiten Ventilkörpers 138 den Außenrand 148 des
keinen Hülsenansatz aufweisenden ersten Ventilkörpers 136.
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Gemäß den
Ausführungsbeispielen der 4A und 4B sind
zwei getrennte Blattfedern 10 und 110 vorgesehen,
von denen die Blattfedern 10 den ersten Ventilkörper 136 und
die Blattfedern 20 den zweiten Ventilkörper 138 beaufschlagt.
Die Blattfeder 110, die den Überdruckventilkörper
beaufschlagt, ist mit ihrem ortsfest gehaltenen Federbereich 13 an
einem ortsfesten Teil des Deckelinnenteils 132 gehalten,
während die freien Enden 14 der Federzungen 11 auf
einem Ringrand 146 des Hülsenansatzes 147 vorgespannt
aufliegen und den ersten Ventilkörper 136 mit
seiner Ringdichtung 137 auf den Ventilsitz 134 des
Deckelinnenteils 132 drücken. Die Federzungen 11 sind
durch Fixierzapfen 150 gegen Verdrehen gesichert. Beispielsweise
ist hier die Blattfeder 10 nach einem der Ausführungsbeispiele der 1A bis 1D ausgebildet.
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Die
Blattfeder 110, die hier einen ringförmigen ortsfest
gehaltenen Federbereich 113 und davon innenrandseitig abstehend
zwei diametral gegenüberliegende Federzungen 122 aufweist,
liegt mit ihrem Federbereich 113 auf einem Ringrand des
Außenrandes 148 des ersten Ventilkörpers 136 auf, während
die beiden Federzungen 122 den Hülsenansatz 147 des
ersten Ventilkörpers 136 in axialen Ausnehmungen 149 durchdringen
und den pilzförmigen Kopf 154 in vorgespannter
Weise an der Unterseite von dessen Schulter 155 beaufschlagen.
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Demgegenüber
ist beim Ausführungsbeispiel der 4B die
Blattfeder 10 mit einer zentralen Öffnung 157 versehen,
deren Rand den ortsfest gehaltenen Federbereich 13 bildet
und deren Federzungen 11 von diesem zentralen Federbereich 13 sternförmig
radial nach außen abstehen, wobei die freie Enden 14 auf
einem ringförmigen Randbereich des Außenrandes 148 des
ersten Ventilkörpers 136 vorgespannt aufliegen.
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Die
Blattfeder 110 besitzt einen ringförmigen ortsfest
gehaltenen Federbereich 113, der auf einer inneren Schulter
des Außenrandes 148 des ersten Ventilkörpers 136 ortsfest
gehalten aufliegt und dessen Federzungen 122 unter die
Schulter 155 des Kopfes 154 des zweiten Ventilkörpers 138 vorgespannt
greifen.
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Beim
in 4C dargestellten Ausführungsbeispiel
ist bei der Ventilanordnung 130 eine Blattfeder 20 gemäß 2A verwendet,
so dass die Blattfeder 20 sowohl dem ersten Ventilkörper 136 als auch
dem zweiten Ventilkörper 138 zugeordnet ist. Hieraus
ist ersichtlich, dass der gemeinsame ringförmige Federbereich 24 an
einem ortsfesten Bauteil des Deckelinnenteils 132 anliegt,
während die Federzungen 21 auf einer Außenschulter 156 des
Hülsenansatzes 147 des ersten Ventilkörpers 136 vorgespannt
aufliegen. Die Federzungen 22 dagegen durchdringen radiale
Ausnehmungen 149 des ersten Ventilkörpers 136 und
greifen unter die Schulter 155 des pilzförmigen
Kopfes 154 des zweiten Ventilkörpers 138.
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Beim
Ausführungsbeispiel der 4D ist eine
gegenüber 2C etwas abgewandelte Blattfeder 20 verwendet,
wobei der ringförmige Federbereich 24 auf dem
Ringrand des Außenrandes 148 des ersten Ventilkörpers 136 aufliegt,
während die umfangsseitigen Federzungen 21 in
Richtung zu einem ortsfesten Bauteil des Deckelinnenteils 132 geformt sind
und die Federzungen 22 bei diesem Ausführungsbeispiel
ungeformt, also in der Ebene des Federbereichs 24 verlaufend
unter die Schultern 155 des pilzförmigen Kopfes 154 des
zweiten Ventilkörpers 138 greifen.
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Beim
Ausführungsbeispiel der 4E ist
die Blattfeder 20 ähnlich dem Ausführungsbeispiel
nach 4D ausgebildet, jedoch sind dort die Federzungen 21 in
entgegengesetzter Richtung und bezüglich des Ringrandes 146 des
ersten Ventilkörpers 136 radial außen
liegend geformt. Der ortsfest gehaltene Federbereich 24 liegt
auf dem Ringrand 148 des ersten Ventilkörpers 136 auf,
während die umfangsrandseitigen Federzungen 21 vorgespannt
an einem Ringrand 146 eines mit dem ortsfesten Deckelinnenteil 132 fest
verbundenen Bauteils anliegen. Der rechte Halbschnitt der 4E zeigt
dabei die weitere Verformung der Federzungen 21 bei abgehobenem
Ventilkörper 136. Wie beim vorhergehenden Ausführungsbeispiel liegen
die Federzungen 22 unter der Schulter 155 des
pilzförmigen Kopfes 154 an.
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Wenn
auch vorstehend der Einsatz der erfindungsgemäßen
Blattfedern in Ventilanordnungen für Behälterverschlüsse
beschrieben ist, versteht es sich, dass derartige Blattfedern auch
in Ventilanordnungen von Druckleitungen eingesetzt werden können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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