DE2111667B2

DE2111667B2 - Thermostatisches Ventil

Info

Publication number: DE2111667B2
Application number: DE2111667A
Authority: DE
Inventors: Friedrich 7530 Pforzheim Schneider
Original assignee: FA G RAU 7530 PFORZHEIM
Current assignee: FA G RAU 7530 PFORZHEIM
Priority date: 1971-03-11
Filing date: 1971-03-11
Publication date: 1979-02-01
Also published as: BE780391A; FR2129548A5; GB1387035A; IT952155B; US3799432A; SE381316B; DE2111667A1

Description

Die Erfindung betrifft ein thermostatisches Ventil mit einem im Strom des zu steuernden Mediums liegenden, als Verstellantrieb dienenden Thermobimetallelement, bei dem das Thermobimetallelement als an ihrem Rand gehalterte Schnappscheibe ausgebildet ist.

Thermostatische Ventile zur Kühlmitteldurchflußregelung bei Verbrennungskraftmaschinen sind in vielen Ausführungsformen bekannt, bei denen der Bewegungsvorgang des Ventilelements durch ein Dehnstoffelement ausgelöst wird. Dieses Dehnstoffelemcnt besteht aus einer gasdichten Hochdruckdose als Temperaturfühlkörper, die mit einem wachsartigen Dehnstoff gefüllt ist. Der 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 der Dehnstoffe lassen sich verschiedene Ansprechtemperaturen des Ventils erreichen. Bei einer weiteren Erwärmung oberhalb der Verflüssigungstemperatur des Dehnstoffes ergibt sich eine dem Temperaturverlauf annähernd proportionale Erweiterung bzw. Verringerung des Ventildurchtritts-Qerschnitts, so daß sich bei derartigen vorbekannten Ventilen abschnittsweise eine Proportionalcharakteristik erreichen läßt

Die Nachteile dieser vorbekannten Ausfüht ung liegen im wesentlichen in Abdichtschwierigkeiten der mit Dehnstoff gefüllten Hochdruckdose, insbesondere an der Kolbenführung. Außerdem sind derartige Ventile nur mit hohem Fertigungs- und Kostenaufwand herstellbar.

ίο Ein thermostatisches Ventil mit einem Verstellantrieb durch eine ThermobimetaU-Schnappscheibe ist durch die US-PS 17 74 537 bereits bekannt Das Ventil eignet sich jedoch nicht zur Kühlmitteldurchflußregelung bei Verbrennungskraftmaschinen, weil in der öffnungsstellung kein hinreichender Durchflußweg freigegeben werden kann. Diese Ausführung dient daher nur als BypaBsteuerung, während der Hauptstrom der Flüssigkeit von einem Ventil bekannter Bauart und hinreichendem Durchlaß beeinflußt werden soll. Aus der DE-OS 15 23 417 ist ein stufenweise wirkender Thermostat bekannt Die einzelnen Temperaturstufen werden durch übereinanderliegende Bimetall-Schnappscheiben realisiert, welche jeweils nacheinander in die zu ihrer Wölbung entgegengesetzte Richtung umschnappen und die Bewegungskräfte auf den Verstellantrieb übertragen. Bei dieser vorbekannten Ausführung werden freie, an ihrem Rand nicht gehalterte Schnappscheiben übereinander geschichtet, wobei dieser stufenweise Verstellantrieb keine Hinwei-JO se für die Ausbildung einer angepaßten Ventilkonstruktion zur Erreichung großer Durchflußmengen erkennen läßt.

Zum Stande der Technik gehört ferner eine Ausbildung nach der US-PS 29 36 121, bei der ein Jj Bimetallschnappelement als Umschaltelement zwischen Heizungs- und Kühlungsbetrieb verwendet wird. Das Bimetallschnappelement ist aber ebenfalls nicht mit einer angepaßten Ventilausführung derart verbunden, daß eine Verwendbarkeit für die Steuerung größerer Durchflußmengen bei der Kühlmitteldurchflußregelung von Verbrennungskraftmaschinen besteht

Der Stand der Technik enthält außerdem ein Überdruckventil nach der US-PS 26 13 874. Dabei dient eine ThermobimetaU-Schnappscheibe als Steuerelement, das in der Öffnungsstellung bei einem Heißwas sertank eine geringe Durchflußmenge zuläßt.

Ein Schnappantrieb eines Membranventils mit von

der Membran getrennter Schnappfeder ist in der DE-PS 2 94 720 dargestellt. Wegen der zusätzlichen Anord nung der Schnappfeder ergibt sich eine aufwendige

Gesamtkonstruktion.

Die DE-AS 12 06 685 beschreibt ein Steuer- oder Mehrwegeventil mit Schnappwirkung, bei dem eine Blattfeder zur Auslösung der Schnappbewegung des Ventilelementes benutzt wird. Es handelt sich dabei um ein Steuerventil für ein Steuermedium, z. B. Druckluft, mit besonders schlagartigem Schaltvorgang. Für Verbrennungskraftmaschinen hinreichende Durchflußmengen sind damit nicht steuerbar.

Schließlich zeigen die DE-GM 17 47 272 und die US-PS 31 18 648 Dehnstoffkörper als Ventilantriebe, weiche gegen Überlastung beim Schließvorgang durch Federausgleichselemente geschützt sind.

Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, ein

h5 thermostatisches Ventil mit einem im Strom des zu steuernden Mediums liegenden, als Verstellantrieb dienenden Thermobimetallelemente so auszubilden, daß bei einer definierten Ansprechtemperatur in der

Öffnungsstellung eine für die Kühlmitteldurchflußregelung von Verbrennungskraftmaschinen hinreichende Durchflußmenge erreicht wird. Außerdem soll das thermostatische Ventil einfach aufgebaut sein und als Grundelement für die verschiedensten zusätzlichen Ventilausbildungen benutzt werden können. Das Kennzeichnende der Erfindung ist darin <u sehen, daß das Ventil zur Erzielung größerer Durchflußmengen bei der Kühlmitteldurchflußregelung von Verbrennungskraftmaschinen als Ringventil ausgebildet ist, bei dem im bewegbaren und im gehäusefesten Ventilteil gegeneinander radiüi versetzte Ausnehmungen vorgesehen sind.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann es zweckmäßig sein, daß mit dem durch die Schnappscheibe gebildeten, diskontinuierlichen Verstellantrieb ein Thermobimetallelement als kontinuierlicher Verstellantrieb in Reihe geschaltet ist Dies ermöglicht eine kontinuierliche Ventilsteuerung oberhalb oder unterhalb der eigentlichen Ansprechtemperatur des Ventils. Hierzu kann beispielsweise auf einem im Ventilgehäuse einstellbar, längsverschiebbar gelagerten Führungsbolzen mindestens eine kontinuierlich wirkende Thermobimetall-Tellerfeder gegen die Schnappscheibe abgestützt sein, wobei diese auf dem Führungsbolzen frei verschiebbare Tellerfeder gegen eine Schraubendruckfeder abgestützt ist Der bewegbare Ventilteil ist an der Schnappscheibe aufgehängt Je nach der Reihenfolge der Tellerfedern und der Schnappscheibe sowie deren Arbeitstemperaturen 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 r> insbesondere bei der Kühlmitteldur:hflußregelung für Verbrennungskraftmaschinen zweckmäßig, wenn vor dem vollständigen öffnen des Ventils die Bildung einer Spaltöffnung gewünscht wird, wodurch sich das plötzliche Eindringen einer größeren Menge von kaltem Kühlwasser in den Motorblock vermeiden läßt.

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 es in weiterer Ausbildung der Erfindung zweckmäßig sein, daß zwischen dem bewegbaren Ventilteil und dem gehäusefesten Ventilteil ein Federausgleictiselement eingeschaltet ist. Hierzu kann die Schnappscheibe in so gehäusefesten Stützen gelagert sein, welche gegenüber dem gehäusefesten Ventilteil federelastisch abgestützt sind. Derartige Federausgleichselemente sind bei dehnstoffgesteuerten Ventilen und thermobimetallgesteuerten Ventilen mit kontinuierlicher Steuerung bereits bekannt.

Eine weitere, gegebenenfalls vorteilhafte Ausführung kann so aufgebaut sein, daß die Schnappscheibe wenigstens in der einen Endlage gegen ein einstellbares Justierelement anliegt. Die dadurch erreichte Vorspannungsbegrenzung ermöglicht den Ausgleich herstellungsbedingter Toleranzen der Schnapptemperatur der unbelasteten Schnappscheibe und die Justierung genau definierter Werte der Schnapptemperatur. Damit ein hinreichender Justierbereich zur Verfügung steht, kann hi es ferner zweckmäßig sein, daß die Ansprechtemperatur der unbelasteten Schnappscheibe höher gewählt ist als die gewünschte Ansprechtemperatur des Ventils, und daß die gewünschte Ansprechternperatur des Ventils durch eine entsprechende Vorspannungseinstellung durch das Justierelement festgelegt wird.

Durch die Merkmale der Erfindung wird ein betriebssicheres, konstruktiv einfaches thermostatisches Ventil geschaffen, welches die Kühlmitteldurchflußregelung bei Verbrennungskraftmaschinen in verschiedener Weise ausführen kann. Das Ventil ist als Massenartikel kostengünstig herstellbar.

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

Fig. 1 eine geschnittene Seitenansicht eines thermostatischen Ventils gemäß der Erfindung in Schließendlage.

Fig.2 eine geschnittene Seitenansicht des Ventils nacii F i g. 1 in Öffnungsendlage,

F i g. 3 eine geschnittene Seitenansicht eines Ventils mit zusätzlichem Vorspannungseinstellelement in der Schließendlage,

F i g. 4 eine geschnittene Seitenansicht eines Ventils nach F i g. 3 in der Öffnungsendlage,

F i g. 5 eine geschnittene Seitenansicht eines Ventils mit zusätzlichen Thermobimetall-Element in der Schließendlage,

F i g. 6 eine geschnittene Seitenansicht eines Ventils nach F i g. 5 in der Öffnungslage,

F i g. 7 eine geschnittene Seitenansicht eines Ventils mit Thermobimetall-Tellerfedern in der Schließendlage,

F i g. 8 eine geschnittene Seitenansicht des Ventils nach F i g. 7 in der Öffnungslage,

Fig.9 eine geschnittene Seitenansicht eines Ventils nach F i g. 7 mit einer alternativen Anordnung der Thermobimetall-Tellerfedern.

In den F i g. 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, kreisbogenförmige begrenzte Schlitzausnehmungen 3,4 angeordnet sind. Der bewegbare Ventilteil 1 ist an einem Gewindeteil 5 eines Führungsbolzens 6 befestigt, der in einer Führungaausnehmung 7 eines Ansatzteils 8 längsverschiebbar geführt ist. Der Führungsbolzen 6 dient als Justierelement und ist im Zentrum einer Thermobimetall-Schnappscheibe 9 drehbar gelagert, so daß über einen Einstellschlitz 10 die Verspannung der Schnappscheibe 9 und damit die Schließkraft des bewegbaren Ventilteils 1 gegenüber dem gehäusefesten Ventilteil 2 sowie die obere Schnapptemperatur der Schnappscheibe eingestellt werden kann. Die Schnappscheibe 9 ist im Bereich ihres Randes in Keilausnehmungen 11 in drei um 120° am Umfang versetzten gehäusefesten Stützen 12 gelagert. F i g. 1 zeigt die Schließendlage, während F i g. 2 die öffnungsendlage des gleichen Ventils darstellt.

Bei der Ausführungsform der F i g. 3 und 4 entsprechen die nicht näher erläuterten Teile denen der Fig. 1 und 2. 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 vierstellbaren Auflagestück 16 anliegen. Es ist ferner ein Bügelstück 17 vorgesehen mit einer als zusätzliches Vorspannungsjustierelement dienenden Madenschraube 18, die in der in F i g. 4 dargestellten öffnungsendlage gegen ein Endstück 19 des Führungsbolzens 6 anliegt. Dadurch wird eine zusätzliche Einstellung der VorsDannune der

Thermobimetall-Schnappscheibe und somit eine Justierung der unteren Schnapptemperatur in der Öffnungsendlage ermöglicht.

In der Ausführungsform der F i g. 5 und 6 wird die Kombination einer Schnappscheibe 9 mit einer kontinuierlich wirkenden Thermobimetallscheibe 20 dargestellt. Der gehäusefeste Ventilteil 2 weist ebenfalls drei am Umfang verteilte angeordnete gehäusefeste Stützen 12 auf, in deren Keilausnehmungen 11 der Rand der Schnappscheibe 9 eingesetzt ist. Im Mittelbereich der Schnappscheibe 9 ist ein Halter 21 vorgesehen, welcher die kontinuierlich wirkende Thermobimetallscheibe 20 an zwei oder mehreren Punkten des Umfangs halten. Im mittleren Bereich dieser kontinuierlich wirkenden Thermobimetallscheibe 20 ist der Führungsbolzen 6 in bekannter Weise drehbar eingesetzt. Die Befestigung des bewegbaren Ventilteils 1 am Führungsbolzen 6 erfolgt in dem Gewindeteil 5, so daß durch Einstellen am Einstellschlitz 10 ebenfalls eine Verspannungseinstellung und somit eine Justierung der Schapptemperatur möglich ist. F i g. 5 zeigt die Schließendlage, während in F i g. 6 die Öffnungslage dargestellt ist, die jedoch bei weiterer Temperatursteigerung gegenüber der Ansprechtemperatur der Schnappscheibe durch die kontinuierlich wirkende Thermobimetallscheibe weiter vergrößert werden kann. Der gehäusefeste Ventiiteil 2 trägt entsprechende Ventilausnehmungen 22 zum Durchtritt des strömenden Mediums. Das bewegbare Ventilelement 1 ist bei diesem Ausführungsbeispiel als massiver Ventilteller mit einer ringscheibenförmigen Auflagedichtung 23 ausgebildet. Ersetzt man die kontinuierlich wirkende Thermobimetallscheibe 20 durch eine weitere Thermobimetall-Schnappscheibe, so lassen sich bei zwei verschiedenen Ansprechtemperaturen unterschiedliche Öffnungsstellungen des Ventils unmittelbar erreichen. Die kontinuierlich wirkende Thermobimetallscheibe 20 kann ferner derart dimensioniert werden, daB bereits vor der Ansprechtemperatur der Schnappscheibe ein kontinuierliches, spaltförmiges öffnen des Ventils einsetzt und daß das Ventil bein Erreichen einer bestimmten Temperatur durch die Wirkung der Thermobimetall-Schnappscheibe 9 mi großem Durchlaß geöffnet wird. Diese Wirkunger lassen sieh in der angegebenen Art je nach den gewünschten Anwendungszweck vorteilhaft kombinie ren.

In den F i g. 7 und 8 ist eine alternative Form de! Ventils mit einem gehäusefesten Ventilteil 24 darge

ίο stellt, der mit einem Deckelteil 25 abgedeckt ist. Irr Deckelteil 25 befindet sich ein in einem Gewindeab schnitt 26 längsverstellbarer Führungsstift 27, welche: ein Teilstück geringeren Durchmessers 28 aufweist. Au diesem Teilstück geringeren Durchmessers ist eim Schraubendruckfeder 35, ein Zwischenstück 31 sowi< die Schnappscheibe 9, ein Zwischenring 32 und zwe Thermobimetall-Tellerfedem 29, 30 freiverschiebbar Den Abschluß dieser Aufreihung bildet ein verstellbare! Anschlag 34, der mit dem Führungsstift 27 verbundei ist. Die Schnappscheibe 9 trägt an entsprechender Stellen ihres Umfanges eine Ventilplatte 36 eine! Ventilstückes 35, die in der F i g. 7 gezeigten Schließend lage am äußeren, oberen Rand einer Mittelausnehmunj 37 des gehäusefesten Ventilteils 24 anliegt. Auch hier is durch eine entsprechende Wahl der Ansprechtempera türen für die kontinuierlich wirkenden Thermobimetall Tellerfedern 29, 30 und die Schnappscheibe 9 sowi« durch die Beeinflussungsmöglichkeiten der Vorspan nung eine beliebige Kombination von Sprung- unc Proportionalcharakteristik erreichbar. Die Schrauben druckfeder 33 verhindert eine unerwünschte Kraftaus übung bei weiteren gleichsinnigen Temperaturänderun gen in der Schließendlage. F i g. 7 zeigt die Schließendia ge, während in F i g. 8 die Öffnungslage dargestellt ist.

Schließlich zeigt Fig.9 eine umgekehrte Reihen schaltung der Thermobimetall-Tellerfedern 29, 30 mi; der Schnappscheibe 9. Die nicht näher erläuterten Teil« entsprechen denen der F i g. 8 und 9.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

I. Thermostatisches Ventil mit einem im Strom des zu steuernden Mediums liegenden, als Verstellantrieb dienende Thermobimetallelement, bei dem das Thermobimetallelement als an ihrem Rand gehalterte Schnappscheibe ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil zur Erzielung größerer Durchflußmengen bei der Kühlmitteldurchflußregelung von Verbrennungskraftmaschinen als Ringventil ausgebildet ist, bei dem im bewegbaren und im gehäusefesten Ventilteil (1,2) gegeneinander radial versetzte Ausnehmungen (3,4) vorgesehen sind.
2. Thermostatisches Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem durch die Schnappscheibe (9) gebildeten diskontinuierlichen Verstellantrieb ein Thermobimetallelement (20) als kontinuierlicher Verstellantrieb in Reihen geschaltet ist
3. Thermostatisches Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem bewegbaren Ventilteil (1) und dem gehäusefesten Ventilteil (2) ein Federausgleichselement (15) eingeschaltet ist
4. Thermostatisches Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnappscheibe (9) wenigstens in der einen Endlage gegen ein einstellbares Justierelement (6; 18) anliegt.
5. Thermostatisches Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansprechtemperatur der unbelasteten Schappscheibe (9) höher gewählt ist als die gewünschte Ansprechtemperatur des Ventils und daß die gewünschte Ansprechtemperatur des Ventils durch eine entsprechende Vorspannungseinstellung durch das Justierelement (6; 18) festgelegt wird.
6. Thermostatisches Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schappscheibe (9) in gehäusefesten Stützen (13) gelagert ist, welche gegenüber dem gehäusefesten Ventilteil (2) federelastisch abgestützt sind.