DE2111667A1

DE2111667A1 - Thermostatisches Ventil

Info

Publication number: DE2111667A1
Application number: DE19712111667
Authority: DE
Inventors: Friedrich Schneider
Original assignee: RAU FA G
Current assignee: RAU FA G
Priority date: 1971-03-11
Filing date: 1971-03-11
Publication date: 1972-09-21
Also published as: GB1387035A; FR2129548A5; BE780391A; SE381316B; US3799432A; IT952155B; DE2111667B2

Description

Dr. - Ιπσ. Her tod Noser

Anmelderin: G-. iiau, Pforzheim."

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Thermostatisches Ventil

Die Erfindung betrifft ein thermostatisches Ventil vorzugsweise zur Kühlmitteldurchflußregelung bei Verbrennungskraftmas chinen.

Thermostatische Ventile zur Kühlmitteldurchflußregelung bei Verbrennungskraftmaschinen sind in vielen Ausführungsformen bekannt, bei denen der Bewegungsvorgang durch ein Dehnstoffelement ausgelöst wird. Dieses Dehnstoffelement besteht aus einer gasdichten Hochdruckdose als Temperaturfühlkörper, die mit einem wachsartigen Dehnstoff gefüllt ist. Ein solcher Dehnstoff vergrößert beim Übergang von der festen in die flüssige Phase sein Volumen so erheblich, daß diese Volumenänderung auf einen Kolben übertragen werden kann, der als Verstellantrieb des Ventils wirkt. Durch eine geeignete Auswahl des Dehnstoffs lassen sich verschiedene Ansprechtemperaturen des Venlils erreichen. Bei einer weiteren Erwärmung oberhalb üer Verflüssigungstemperatur des Dehnstoffes ergibt sich eine dem Temperaturverlauf annähernd.proportionale Erweiterung bzw. Verringerung des Durchtritts-Querschnittes,

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so daß sich bei derartigen vorbekannten Ventilen eine Proportionalcharakteristik abschnittsweise erreichen läßt. Die mit dieser Ausführungsform verbundenen Nachteile liegen im wesentlichen in Abdichtschwierigkeiten der mit Dehnstoff gefüllten Hochdruckdose insbesondere an der Kolbenführung. Ein weiterer Nachteil bildet der dadurch gegebene hohe i'ertigungs- und Kostenaufwand.

Thermobimetall-Elemente sind zur Steuerung von thermostatischen Ventilen ebenfalls in vielen Ausführungsformen bekannt. Dabei handelt es sich jedoch um eine vom -Thermobimetall kontinuierlich abgegebene Arbeitsleistung, die in einigen Fällen linear zur Temperaturänderung erfolgt.

Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, ein bei einer definierten Ansprechtemperatur betätigtes thermostatisches Ventil zu schaffen, welches einen besonders einfachen Aufbau aufweist und als G-rundelement für die verschiedensten zusätzlichen Ventilausbildungen benutzt werden kann. Das Kennzeichnende der Erfindung ist darin zu sehen, daß der Verstellantrieb des bewegbaren Ventilteils mindestens ein Thermobimütall-Schnappelement ist. iJurch die Verwendung des Thermobimetall-Schnappelementes ergibt sich ein einfacher und kostensparender Aufbau ohne zusätzliche Abdichtungen, bei dem große Ventilkräfte erzeugt werden können. Dabei kann der Versteilantrieb entweuer vorteilhaft mit dem bewegbaren Ventilteil verbunden sein, oder der Ventilteil wird selbst als Thermobimetall-Schnappelemönt ausgebildet, so daß Verstellantrieb und bewegbarer Veritil-

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teil ein Bauelement bilden.·

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann es zweckmäßig sein, daß der bewegbare Ventilteil mit einem kontinuierlich wirkenden Thermobimetall-Element als zusätzlichem Verstellantrieb verbunden ist. Dies ermöglicht eine kontinuierliche Ventilsteuerung oberhalb oder unterhalb der eigentlichen Ansprechtemperatur des Ventils.

Das Thermobimetall-Schnappelement kann zweckmäßig eine Thermobimetall-Schnappscheibe oder ein entsprechender "Schnappstreifen sein. Die Anwendung der Scheibe erscheint besonders zweckmäßig, da der Kraftaustausch über die Üandbereiche bzw. im Mittelbereich in einfachem, kontruktivem Aufbau möglich ist.

Damit ein derartiges thermostatisches Ventil in der Schließendlage bei einer weiteren TemperaturabSenkung bzw. Temperaturerhöhung keine unerwünschten, zusätzlichen Kräfte zwischen dem bewegbaren und dem gehäusefesten Ventilteil aufnehmen muß, kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, daß zwischen dem bewegbaren Ventilteil und dem gehäusefesten Ventilteil ein Federausgleichselement eingeschaltet ist. Derartige Federausgleichselemente sind bei thermobimetall-gesteuerten Ventilen mit kontinuierlicher Arbeitsleistung bereits bekannt. Eine zweckmäßige Verwirklichung dieses Prinzips kann so aufgebaut sein, daß die gehäusefesten Stützen der Thermobimetall-Schnappscheibe federelastisch abgestützt sind.

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Eine weitere zweckmäßige Ausführung kann so aufgebaut sein, daß das Thermobimetall-Schnappelement wenigstens in einer Endlage gegen eine einstellbare Vorspannungsbegrenzung anliegt. Dadurch läßt sich in einer oder in beiden Endlagen eine gewünschte Vorspannung und damit die Schließkraft des Ventils festlegen.

Zur Erzielung einer hinreichenden Schließkraft kann es ferner vorteilhaft sein, daß die Ansprechtemperatur des Thermobimetall-Schnappelementes höher gewählt ist als die fc gewünschte Ansprechtemperatur des Ventils, und daß diese Ansprechtemperatur durch eine entsprechende Vorspannungseinstellung fixiert wird. Hierdurch lassen sich große Schließkräfte verwirklichen.

Bei der Verwendung eines derartigen thermostatischen Ventils zur Kühlmitteldurchflußregelung bei Verbrennungskraftmaschinen erscheint es zweckmäßig, einen solchen Aufbau zu wählen, bei dem bei Ansprechtemperatur schlagartig eine relativ große freie Durchlaßfläche des Ventils gebildet werden kann. Hierzu wird das thermostatische Ventil " zweckmäßig als Ringventil ausgebildet, bei dem im bewegbaren und im gehäusefesten Ventilteil gegeneinander radial versetzte, kreisbogenförmig begrenzte Schlitzausnehmungen vorgesehen sind. Bei einer anderen zweckmäßigen Ausführung können in der Winkellage versetzte iiadial schlitze in Parallel- oder Sektorform vorgesehen sein. Eine zweckmäßige Ausführungsform eines thermostatischen Ventils kann derart aufgebaut sein, daß die Thermobimetall-Schnappscheibe im Bereich ihres ilandes mehrfach in einer Keilausnehmung gehäusefester Teile gehaltert ist und in ihrem Mittelbereich einen Führungsbolzen trägt, welcher mit dem bewegbaren

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Ventilteil verbunden und in einer Führungsausnehmung des Gehäuseventilteiles geführt istj wobei die Verbindung zwischen dem drehbar gelagerten Führungsbolzen und dem bewegbaren Ventilteil in einem Gewindeabschnitt besteht. Der Führungsbolzen dient dabei als Vorspannungseinstellelement zur Festlegung der entsprechenden federelastischen Kraft. In v/eiterer vorteilhafter Ausbildung dieser Konstruktion kann gegebenenfalls ein zusätzliches Vorspannungseinstellelement für die andere Auslenklage der Thermobimetallscheibe vorgesehen sein.

Eine zweckmäßige Kombination einer Thermobimetall-Schnappscheibe mit einem weiteren Thermobimetall-Schnappelement oder mit einem kontinuierlich wirkenden Thermobimetallantrieb kann dadurch erreicht werden, daß die Thermobimetall-Schnappscheibe mit dem Halter verbunden ist, welcher eine kontinuierlich oder plötzlich wirkende Thermobimetallscheibe trägt, die mit dem bewegbaren Ventilteil über einen Führungsbolzen in Verbindung steht. Für bestimmte Anwendungsfälle kann auch die umgekehrte Reihenfolge der Thermobimetall-Elemente zweckmäßig sein. "

Eine weitere zweckmäßige Ausführungsform kann derart ausgebildet sein, daß auf einem im Ventilgehäuse einstellbar, längsverschiebbar gelagerten Führungsbolzen mindestens eine kontinuierlich wirkende Thermobimetall-Tellerfeder gegen die Thermobimetall-Schnappscheibe abgestützt ist, und daß diese auf dem Führungsbolzen frei verschiebbaren Thermobimetall-Elemente gegen eine Schraubendruckfeder abgestützt ' sind, wobei der bewegbare Ventil teil an der Thermobimetall-

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Schnappscheibe aufgehängt ist. Je nach der gewählten Reihenfolge der Tellerfedern und der Schnappscheibe sowie deren Arbeitstemperatüren und Vorspannungen ergibt sich somit eine Ventilcharakteristik, bei der entweder zunächst eine schlagartige Öffnung und daran anschließend eine proportionale Veränderung des Durchlasses eintritt oder bei der eine proportionale Spaltöffnung vor der schlagartigen Öffnung des Durchflußquerschnittes freigegeben wird. Eine solche Charakteristik ist insbesondere auch bei Ventilen zur Kühlmitteldurchflußregelung für Verbrennungskraftmaschinen zweckmäßig, wenn vor dem vollständigen Öffnen des Ventiles die Bildung einer Spaltöffnung zur Vermeidung eines plötzlichen Eindringens einer größeren Menge von kaltem Kühlwasser in den Motorblock gewünrcht wird.

Bei Anwendung der Merkmale der Erfindung kann ein thermostatisches Ventil aufgebaut werden, welches als Massenartikel mit geringen Herstellungskosten bei guter Betriebssicherheit für verschiedene Anwendungszwecke vorteilhaft erscheint.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung schematisch dargestellt; es zeigen:

Figur 1 eine geschnittene Seitenansicht

eines thermostatischen Ventils gemäß der Erfindung in Schließendlage,

Figur 2 eine Seitenansicht des Ventils nach Figur 1 in Öffnungsendlage,

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Figur 3 eine geschnittene Seitenansicht eines Ventils mit zusätzlichem Vorspannungseinstellelement in der Schließendlage,

Figur 4 eine Seitenansicht eines Ventils nach Figur 3 in der üffmmgs endlage,

Figur 5 eine geschnittene Seitenansicht eines

Ventils mit zusätzlichem 'Thermobimetall-Element in der Schließendlage,

Figur 6 eine Seitenansicht eines Ventils nach Figur 5 in der Öffnungslage,

Figur 7 eine Seitenansicht eines Ventils mit

Thermobimetall-Tellerfedern in der Schließendlage ,

Figur 8 eine Seitenansicht des Ventils nach Figur 7 in der Ofinungslage,

Figur 9 eine Seitenansicht eines Ventils nach

Figur 7 mit einer alternativen Anordnung der Thermobimetall-Tellerfeaern.

In den Figuren 1 und 2 ist ein thermostatisches Ventil für die Kühlmitteldurchflußregelung bei Verbrennungskraftmaschinen dargestellt, bei dem in einem bewegbaren Ventilteil 1 und in einem gehäusefesten Ventilteil 2 jeweils gegeneinander in radialer Richtung versetzte, kreisbogenförmig begrenzte

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Schlitzausnehmungen 3,4 angeordnet sind. Der bewegbare Ventilteil 1 ist an einem Gewindeteil 5 eines Führungsbolzens 6 befestigt, der in einer Führungsausnehmung 7 eines Ansatzteils 8 längsverschiebbar geführt ist. Der Führungsbolzen 6 ist außerdem im Zentrum einer Thermobimetall-Schnappscheibe 9 drehbar gelagert, so daß über einen Einstellschlitz 10 die Vorspannung der Thermobimetallscheibe 9 und damit die Schließkraft des bewegbaren Ventilteils 1 gegenüber dem gehäusefesten Ventilteil 2 eingestellt werden kann. Die Thermobimetall-Schnappscheibe 9 ist im Bereich ihres Randes in Keilausnehmungen 11 in drei um 120 .am Umfang versetzten gehäusefesten Stützen 12 gelagert. Figur 1 zeigt die Schließendlage, während Figur die Öffnungsendlage des gleichen Ventils darstellt.

Bei der Ausführungsform der Figuren 3 und 4 entsprechen die nicht näher erläuterten Teile denen der Figuren 1 und Zusätzlich sind jedoch Stützen 13 mit Anschlagteilen 14 gegen Druckfedern 15.verschiebbar gelagert, wobei diese Druckfedern 15 einseitig am gehäusefesten Ventilteil 2 und an einem verstellbaren Auflagestück 16 anliegen. Es ist ferner ein Bügelstück 17 vorgesehen mit einer als zusätzliches Vorspannungseinstellelement dienenden Madenschraube 18, die in der in Figur 4 dargestellten öffnungsendlage gegen ein Endstück 19 des Führungsbolzens 6 anliegt und damit eine zusätzliche Einstellung der Vorspannung der Thermobimetall-Schnappscheibe in der üffnungsendlage ermöglicht.

In der Ausführungsform der Figuren b und 6 wird die Kombination einer Thermobimetall-Schnappsclieibe 9 mit einer kontinuierlich wirkenden Thermobimetallsclieibe 20 dargestellt. Der gehäusefeste Ventilteil 2 weist ebenfalls drei

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am Umfang verteilt angeordnete gehäusefeste Stützen 12 auf, in deren Keilausnehmungeri 11 der Hand der Thermo birne tall-Schnappscheibe 9 eingesetzt ist. Im Mittelbereich der Thermobimetall-Schnappscheibe 9 ist ein Halter 21 vorgesehen, welcher die kontinuierlich wirkende Thermobimetallscheibe 20 an zwei, oder mehreren Punkten des Umfangs haltert. Im mittleren Bereich dieser kontinuierlich wirkenden Thermobimetallscheibe 20 ist der Führungsbolzen 6 in bekannter Weise drehbar eingesetzt. Die Befestigung des bewegbaren \fentilteils 1 am Führungsbolzen 6 erfolgt " in dem Gewindeteil 5, so daß durch Einstellen am Einstellschlitz 10 ebenfalls eine /orspannungseinstellung möglich ist. Figur 5 zeigt die Schließendlage, während in- Figur 6 die Öffnungslage dargestellt ist, die jedoch bei weiterer T_emperatursteigerung gegenüber der Ansprechtemperatur der Thermobimetall-Schnappscheibe durch die kontinuierlich v/irkende Thermobimetallscheibe weiter vergrößert werden kann. Der gehäusefeste Ventilte.il 2 trägt entsprechende Ventilausnehmungen 22 zum Durchtritt des strömenden Mediums. Das bewegbare Ventilelement 1 ist bei diesem Ausführungsbei- M spiel als massiver Ventilteller mit einer ringscheibenförmigen Auflagedichtung 23 ausgebildet. Ersetzt man die kontinuierlich wirkende Thermobimetallscheibe 20 durch eine v/eitere Thermobimetall-Schnappscheibe, so lassen sich bei zwei verschiedenen Ansprechtemperaturen unterschiedliche Üffnungsstellurigen des Ventils unmittelbar erreichen. Die kontinuierlich wirkende Thermobimetallecheibe 20 kann ferner derart dimensioniert v/erden, daß bereits vor der Ansprechtemperatur der Thermobimetall-Schnappscheibe ein kontinuierliches, spaltförmiges Öffnen des Ventils einsetzt, und daß das Ventil beim Erreichen einer bestimmten Temperatur

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durch die Wirkung der Thermobimetall-Schnappscheibe 9 mit großem Durchlaß geöffnet wird. Diese Wirkungen lassen sich in der angegebenen Art je nach dem gewünschten Anwendungszweck vorteilhaft kombinieren.

In den Figuren 7 und 8 ist eine alternative Form des Ventils mit einem gehäusefesten Ventilteil 24 dargestellt, der mit einem Deckelteil 25 abgedeckt ist. Im Deckelteil befindet sich ein in einem G-ewindeabschnitt 26 längsverstellbarer Führungsstift 27_f welcher ein Teilstück geringeren Durchmessers 28aufweist. Auf diesem Teilstück geringeren Durchmessers ist eine Schrauuendruckfeder 33, ein Zwischenstück 31 sowie die Thermübimetall-Schnappscheibe 9, ein Zwischenring 32 und zwei Thermobimetall-Tellerfedern 29, 30 freiverschiebbar. Den Abschluß dieser Aufreihung bildet ein verstellbarer Anschlag 34, der mit dem Führungsstift 27 verbunden ist. Die Thermobimetall-Schnappscheibe 9 trägt an entsprechenden Stellen ihres Umfanges eine Ventilplatte 36 eines Ventilstückes 35, die in der in Figur 7 gezeigten Schließendlage- am äußeren, oberen .Rand einer Mi ttelausnehmung 37 des gehäusefesten Ventilteils 24 anliegt. Auch hier ist durch eine entsprechende Wahl der Ansprechtemperaturen für die kontinuierlich wirkenden 'Thermobimetall-Tellerfedern 29, 30 und die Thermobimetall-Schnappscheibe 9 sowie durch die Beeinflussungsmöglichkeiten der Vorspannung eine beliebige Kombination von Sprung- und Proportionalcharakteristik erreichbar. Die Schraubendruckfeder 33 verhindert eine unerwünschte Kraftausübung bei weiteren gleichsinnigen Temperaturänderungen in der Schließ-

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endlage. Figur 7 zeigt die Schließendlage, während in Figur 8 die Öffnungslage dargestellt ist.

Schließlich zeigt Figur 9 eine umgekehrte .Reihenschaltung der Thermobimetall-Tellerfeder 29, 30 mit der Thermobimetall-Schnappscheibe 9. Die nicht näher erläuterten Teile entsprechen denen der Figuren 8 und 9.

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Claims

Ansprüche

(1.)Thermostatisches Ventil, vorzugsweise zur Kühlmitteldurchflußregelung bei Verbrennungskraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstellantrieb des bewegbaren Ventilteils (1,36) mindestens ein Thermobimetall-Schnappelement 0) ist.

2. Thermostatisches Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegbare Ventilteil (1,36) mit einem kontinuierlich v/irkenden Thermobimetall-Element (20, 29, 30) als zusätzlichem Verstellantrieb verbunden ist.

3. Thermostatisches Ventil nach Anspruch 1 oder 2, d a durch gekennzeichnet, daß das Thermobimetall-Schnappelement eine Thermobimetall-Schnappscheibe (9·) ist.

4. Thermostatisches Ventil nach einem der Ansprüche 1

bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem bewegbaren Ventilteil (1,36) und dem gehäusefesten Ventilteil (2) ein Federausgleichselement (15,33) eingeschaltet ist.

5. Thermostatisches Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Thermobimetall-Schnappelement wenigstens in einer Endlage gegen eine einstellbare Vorspannungsbegrenzung anliegt.

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6. Thermostatisches Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennz eichne t, daß die Ansprechtemperatur des Thermobimetall-Schnappelementes höher gewählt ist als die gewünschte Ansprechtemperatur des Ventils, und daß diese Ansprechtemperatur durch eine entsprechende Vorspannungseinstellung (10) fixiert wird.

7. Thermostatisches Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil für eine Kühlmitteldurchflußregelung bei Verbrennungskraftmaschinen als Ringventil ausgebildet ist, bei dem im bewegbaren und im gehäusefesten Ventil teil (1,2) gegeneinander radial versetzte, kreisbogenförmig begrenzte Ausnehmungen (3,4) vorgesehen sind.

8. Thermostatisches Ventil nach Anspruch 1, 3 und 5, d adurch gekennzeichnet, daß die Thermobimetall-Schnappscheibe (9) im Bereich ihres Bandes mehrfach in einer Keilausriehmung (11) gehäusefester Teile (12,13) gehaltert ist und in ihrem Mittelbereich einen Führungsbolzen-(6) trägt, welcher mit dem bewegbaren Ventilteil (1) verbunden und in einer Führungsausnehmung (7) des gehäusefesten Ventilteiles (2) geführt ist, wobei die Verbindung zwischen dem drehbar gelagerten Führungsbolzen (6) und dem bewegbaren Ventilteil (1) in einem Gewinde teil (5) besteht.

'■j, Thermostatisches Ventil nach Anspruch 2 und 8, d a durch gekennzeichnet, daß die ge-

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häusefesten Stützen (13) der Thermobimetall-Schnappscheibe (9) federelastisch abgestützt sind.

10. Thermostatisches Ventil nach Anspruch 5 und 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzliches Vorspannungseinstellelement (18) angeordnet ist.

11. Thermostatisches Ventil nach Anspruch 1 und 3, d a ^ durch gekennzeichnet, daß die Thermobimetall-Schnappscheibe (9) mit einem Halter (21) verbunden ist, welcher eine kontinuierlich oder plötzlich wirkende Thermobimetallscheibe (20) trägt, die mit dem bewegbaren Ventilteil (1) über den Führungsbolzen (6) in Verbindung steht.

12. Thermostatisches Ventil nach Anspruch 1 und 3, d a durch gekennzeichnet, daß auf einem im Ventilgehäuse (24) einstellbar, längsverschiebbar gelagerten Führungsstift (27) mindestens eine

W . kontinuierlich wirkende Thermobimetall-Tellerfeder (22,30) gegen die Thermobimetall-Schnappscheibe (9) abgestützt ist, und daß diese auf dem Führungsstift (27) frei verschiebbaren Thermobirnetall-Elemente gegen eine Schraubendruckfeder (33) abgestützt sind, wobei der bewegbare Ventilteil (36) an der Thermobimetall-Schnappscheibe (9) aufgehängt ist.