DE2250335C2

DE2250335C2 - Thermisch gesteuertes Ventil für einen By-pass

Info

Publication number: DE2250335C2
Application number: DE2250335A
Authority: DE
Inventors: Ting Chang Bedford Heights Ohio Tao
Original assignee: INCOM INTERNATIONAL Inc PITTSBURGH PA US; Incom International Inc Pittsburgh Pa
Current assignee: Air Maze Corp
Priority date: 1971-11-15
Filing date: 1972-10-13
Publication date: 1985-03-07
Also published as: IT966138B; ES408360A1; CA982017A; ZA726605B; GB1373440A; SE416753B; FR2161628A5; US3754706A; BE791248A; AU4719072A; JPS4859427A; DE2250335A1

Description

Es ist bekannt, in Flüssigkeitskreisen, welche beispielsweise zu Schmiersystemen für mit hohen Drehzahlen arbeitende Getriebe gehören, einen Wärmetauscher vorzusehen, durch den das Schmiermittel bei einer Erhitzung über eine Maximaltemperatur hindurchgeschickt wird, um das Schmiermittel abzukühlen. Der Wärmetauscher liegt in einem den Hauptkreis teilweise überbrückenden Nebenkreis and für die Umschaltung des .Schmiermittelstromes auf den Nebenkreis bzw. wieder auf den Hauptkreis bedarf man eines By-pass-Ventiles.

Durch Verstopfungen in dem Wärmetauscher oder aus anderen Gründen können in dem Flüssigkeitskreis übermäßig hohe Drücke auftreten, was verhindert werden muli.

Die US-Patentschrift 33 00 135 zeigt ein By-pass-Vcntil, das diesen Forderungen gerecht wird und beispielsweise für einen .Schmiermittelkreis mit in einem Nebenkreis liegendem Wärmetauscher bestimmt ist. Es handelt sich dabei um ein thermisch gesteuertes Ventil zwischen dem Zulauf und dem Ablauf des Flüssigkeitskreises mit einem in einem Gehäuse angeordneten, gegenüber seinem Ventilsitz in Schließ- und in öffnungsrichtung verschiebbaren Ventilverschlußteil, wobei der Ventilverschlußteil in der Schließrichtung durch von der Flüssigkeitstemperatur beeinflußte Elemente und in der Öffnungsrichtung durch eine Rückzugsfeder bewegbar ist und ein den Ventilverschlußteil und den Ventilschaft durchsetzender Kanal zu der Stirnfläche eines Druckausgleichskolbcns führt, der mit dem Ventilschaft verbunden und in einem Zylinder angeordnet ist, und wobei die Stirnfläche- des Druckausglcichskolbens und der Durchlaß des thermisch gesteuerten By-passes flächengleich sintl und ein im Schließsinne federbelastetes Überdruckventil angeordnet ist.

Dieses bekannte Ventil ist so ausgebildet, daß bei einem Druckanstieg der auf die Verschlußglieder des By-pass-Ventilcs und des Übcrdruekvenliles wirkende Druck den Druck auf den Diuckausglcichskolben und außerdem die Kraft einer Belastungsfeder des Druckausgleichsventils überwinden muß. damit sich das Bypass-Ventil öffnet und so eine Druckentlastung eintritt. Cas ist aber nur möglich, wenn das Überdruckventil gegenüber dem temperaturgesteuerien By-pass Ventil einen größeren Absperrquerschnitt hat. wodurch die ganze Ventilanordnung verhältnismäßig aufwendig wird.

Die Erfindung hat die Aufgabe, die zum Ansprechen

!0 des Überdruckventils erforderliche Größe des Absperrquerschnittes und damit die Abmessungen der ganzen Ventilanordnung zu verringern.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß das Überdruckventil dem Druckausgleichskolben zugeordnet ist und den Zylinder des Druckausgleichskolbons bei Überschreitung eines Maximaldruckes mit dem Flüssigkeitskreis verbindet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung soll unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung erläutcri »orden. Es zeigt

Fig. 1 eine Teilschnittansicht, bei der das Ventil in einer oifenen Stellung gezeigt ist. und

F i g. 2 eine Schnittansicht, genommen längs der Linie A-A der Fig. 1.

Ein Ventil 10 weist ein mit mehrerer. Kammern ausgerüstetes Ventilgehäuse 12 auf. Dieses Gehäuse 12 weist eine Ventilbaugruppen-Montageöffnung 13 auf. d>e durch eine Gewindekappe 14 abgeschlossen ist. welche integral mit einer Halterung 16 für eine Veniilbeuitigungseinrichtung ausgebildet ist. Eine Abdichtung am Gehäuse erfolgt mittels einer Beilagscheibe 18. Das Ventilgehäuse weist eine zweiteilige Ventilkammer 20 auf, die zwei Paare von entgegengesetzt gerichteten Einlaß- und Auslaßöffnungen 22 und 24 und 28 und 26 aufweist. Der Auslaß 26 und der Einlaß 22 sind über die Leitungen 30 und 32 mit dem Wärmeaustauscher verbunden, und der Einlaß 28 und der Auslaß 24 sind über Leitungen 34 und 36 mit einem nicht dargestellten Schmiersystem verbunden. Die Vcntilkamnicr 20 ist durch eine innere Trennwandung 38 unterteilt, die eine mittlere öffnung 42 aufweist, welche einen Ventilsit/ 40 bildet. Wenn die öffnung 42 offen ist. ström ι ein l'luidcs Medium durch diese öffnung hindurch und /.war /wischen einem hinteren Abschnitt 44 der Ventilkammer 20 und einem vorderen Abschnitt 46 dieser Vcntilkamnicr und dadurch wird eine direkte Verbindung /wischen dem Einlaß 28 und dem Auslaß 24 hergestellt.

Wenn die Öffnung 42 geschlossen ist. strömt Flüssigkeit vom Einlaß 28 durch den Kammerabschnitt 44 hindurch und durch den Auslaß 26 und dann in den Wärmeaustauscher und von dort durch den Einlaß 23 in den Kammerabschnitt 46 zum Auslaß 24. Ein Vcntilkopf 48 ist am Gehäuse 12 montiert und zwar in fluchtender Lage mit der öffnung 42 im Kamnierabschnitt 46 und bei hohen Temperaturen des fluiden Mediums im Kammerabschnitt 46 wird dieser Ventilkopf 48 elastisch in Dichtungsanlage mit dem Sitz 40 gehalten und /war durch eine Serie von Bimetallscheiben 50. Fin hohler Ventilschaft 52 sitzt am Ventilkopf 48 und erstreckt sich

M) koaxial durch diesen hindurch und ferner durch den Ventilkammetabschnitt 46 und eine Buchse 54 hindurch. die in der Kappe 14 montiert ist. Der Ventilschaft 52 erstreckt sich axial durch einen Kolben 56. der seinem Ende in der Nähe der Kappe 14 montiert isi. wobei

b5 dieser Kolben 56 ein Kolbenende 57 aufweist, welches sich in eine Kolbenkammer 58 hinein erstreckt, in der dieses Ende axial glcitbar aufgenommen wird, wobei diese Kolbcnkammcr 58 in der Halleruni; lh aiisgehil-

dot ist. Die Büchse 54 weist einen radial sich erstreckenden Flansch auf. der zwischen einer Schulter des Trägers 16 und eineoi Halterungsring 60 angeordnet ist Der Kolben 56 wird an einem Ende des Ventilschaftes 52 durch einen Halierungsring 62 gehalten, der den Kolben gegen eine Schulter hält, die aw. einem Ende des Ventilschaftes 52 ausgebildet ist Der Ventilkopf 48 sitzt mittels Preßsitz am Ende des Ventilschaftes 52 gegenüber dem Sitz 40. Die Querschnittsfläche der öffnung 42 ist im wesentlichen gleich der Fläche des Kolbenendes 57. so daß wenn gleich Drucke auf den Ventilkopf 48 und das Kolbenende 57 aufgebracht werden, der Ventilschaft 52 sowohl in Schließ- als auch in öffnungsrichtung abgeglichenen Flüssigkeitskräften ausgesetzt ist. Fine Schraubenfeder 66. die den Ventilschaft 52 umgibt, ist /wischen dem Kolben 56 und der Buchse 54 angeordnet, um normalerweise den Kolben 56 bei der Darstellung in I⁷ i g. 1 nach links vorzuspannen, so daß der Ventilkopf 48 vom Sitz abgehoben wird und eine Verbindung /wischen dem hinteren Kammerabschnitt 44 und dem vorderen Kammerabschnitt 46 durch die Öffnung 42 hindurch hergestellt ist. wodurch der Wärmeaustauscher umgangen wird. Dieser Zustand wird so lange aufrechterhalten, als die Temperatur im Kammerabschnitt 46 unterhalb eines vorbestimmten Wertes verbleibt.

Der Kolben 56 weist eine zylindrische, exzentrisch angeordnete Bohrung 68 auf, in der mittels Preßsitz ein Rückschlagventil 70 sitzt. Dieses Rückschlagventil 70 weist eine hohle, zylindrische Hülse 72 auf, welch? an einem Ende eine öffnung hat, die normalerweise durch eine Kugel 74 geschlossen ist, die elastisch in ihre Schließstellung vorgespannt ist und zwar mittels einer Kompressionsfeder 76, die innerhalb der Hülse 72 angeordnet ist. Wenn der Ventilkopf 48 sich in seiner Sitzlage befindet, sind das Kolbenende 57 und ein Teil der Oberfläche der Kugel 74 dem gleichen Druck ausgesetzt, wie er im hinteren Abschnitt 44 der Kammer 20 herrscht.

Eine Reihe von abwechselnd entgegengesetzt gerichteten, kegelstumpfförmigen Bimetallscheiben 50 ist um den Ventilschaft 52 herum zwischen dem Ventilkopf 48 und der Buchse 54 angeordnet Eine Distanzscheibe 78 isi gleitbar am Schaft 52 gelagert und zwischen Gruppen von Bimetallscheiben angeordnet, um die gestapelten Binietallscheiben auszurichten und festzuziehen.

Wenn im Betrieb die Temperatur der Flüssigkeit ansteigt, so wirkt \lic Ausdehnungskraft der Bimetallscheiben 50 der Kraft der Schraubenfeder 66 entgegen, die normalerweise den Ventilkopf 48 vom Sitz 40 fortdrückt Bei einer vorbestimmten Temperatur wird die Feder überwunden und der Ventilkopf 48 legt sich in Schließanlage gegen den Sitz 40 an. Es sei bemerkt, daß Bimetalle von verschiedenen Zusammensetzungen für verschiedene Betriebstemperaturen verwendet werden können. Der Wärmeaustauscher 80 ist über die Leitung 30 mit dem Auslaß 26 des Ventiles 10 verbunden und das Auslaßende des Wärmeaustauschers ist über die Leitung 32 mit dem Einlaß 22 des Ventiles 10 verbunden.

Unter normalen Betriebsbedingungen tritt Schmiermittel aus einem nicht dargestellten System in das thermische Bypass-Ventil 10 durch die Einlaßöffnung 28 an tier Leitung 34 ein und strömt in den hinteren Abschnitt 44 tier Ventilkamnier 20. Wenn das Schmiermittel verhältnismäßig kalt ist. strömt es durch die Leitung 34 hindurch und dann durch die Öffnung 42, am Kopf 48 und an den ßimciallschciben 50 vorbei und dann aus der Öffnung 24 in die Leitung 36. Da der Druckabfall am Wärmeaustauscher 80 größer ist als derjenige am Ventil 10, strömt lediglich ein geringer Bruchteil der Stromungsmenge durch den Wärmeaustauscher, wenn das Ventil offen ist Wenn jedoch die Temperatur des Schmiermittels über einen vorbestimmten Temperaturwen ansteigt, dehnen sich die Scheiben aus und der Ventilkopf 48 schließt die Öffnung 42. wodurch die Flüssigkeit gezwungen wird, durch den Wärmeaustauscher 80 hindurch zu strömen. Wenn umgekehrt die Temperatur des Öles in ausreichender Weise abfällt, wird das Ventil wieder geöffnet und dadurch wird eine Bypass-Leitung für den Wärmeaustauscher geöffnet.

Wenn das Schmiermittel eine vorbestimmte Temperatur erreicht, dehnen sich die Bimetallstreifen 50 zwischen dem Ventilkopf 48 und der Buchse 54 aus und dadurch wird die Feder 66 mit dem Ergebnis zusammengedrückt, daß der Kolben 56; der Ventilschaft 52 und der Ventilkopf 48 aus ihren in Fig. 1 dargestellten Lagen nach rechts verschoben werden, bis sich der Ventilkopf 48 gegen den Ventilsitz 40 anlegt, wodurch die Öffnung 42 geschlossen wird und die Verbindung /wischen dem hinteren Kammerabschnitt 44 und dem vorderen Kammerabschnitt 46 durch die Öffnung 42 hindurch unterbrochen wird.

Wenn die Öffnung 42 geschlossen ist. wird das heiße Schmiermittel durch die hintere Ventilkammer 44 hindurchgeführt und durch den Auslaß 26 abgegeben und gelangt über die Leitung 30 in den Wärmeaustauscher 80. Von hier strömt die Flüssigkeit zurück durch die Leitung 32 in die Eingangsöffnung 42 und von dort in die vordere Ventilkammer 46 und zwar an den Bimetallscheiben 50 vorbei und dann durch die Öffnung 24 in die Leitung 36. Wenn die Temperatur des Schmiermittels in ausreichender Weise abgenommen hat. ziehen sich die wärmeempfindlichen Bimetallstreifen 50. die dauernd in Kontakt mit der Flüssigkeit stehen, zusammen und dadurch kann sich die Feder 66 ausdehnen, mit dem Ergebnis, daß der Kolben 56. der Ventilschaft 52 und der Ventilkopf 48 nach links verschoben werden und /war vom Sitz 40 fort, um wieder eine direkte Verbindung zwischen dem hinteren Kanimerabschniu 44 und dem vorderen Kammerabschnitt 46 der Ventilkamnier 20 herzustellen. Das Ventil 10 ist gegen Strömungsratenänderungen sowohl in der geöffneten als auch in der geschlossenen Stellung unempfindlich, da die auf das Ende des Ventilkopfes 48 einwirkende hydraulische Kraft im wesentlichen durch die etwa gleich große entgegengesetzte Kraft abgeglichen wird, die am Ende 57 des Kolbens 56 erzeugt wird, wobei dieser Kraftabgleich durch eine Verbindung am Ende 57 hin über den hohlen Vcntilschaft 52 ermöglicht wird.

Es sei wiederum angenommen, da" der Ventilkopf 48 gegen die öffnung 42 sitzt. Wenn sich ein Druckdifferential aufbaut, wie es der Fall ist, wenn ein Kanal im Wärmeaustauscher 80 verstopft wird, so baut sich der Druck im Kammerabschnitt 44 in ausreichender Weise derart auf, daß die Hydraulikkraft, die auf den freiliegenden Oberflächenabschnitt der Kugel 74 ausgeübt wird, die Kraft der Feder 76 überwindet, wodurch sich das Rückschlagventil öffnet und Flüssigkeit zum Kammerabschnitt 46 über den Entspannungskanal 82 abläßt, der in der Halterung 16 ausgebildet ist. Diese Entlastung vermindert augenblicklich den Druck am Kolbencnde 57 Wenn dieser Druck vermindert ist, besteht eine Differentialkraft zwischen dem Kolbenende 57 und dem

b5 gegenüberliegenden Ende des Veniilkopfes 48. Diese Differentialkraft überwindet die Expansionskrall der Bimetallscheiben 50 und drückt den Ventilkopf 48 aus der Dichtungsanlage mit dem Sitz 40 heraus, wodurch es

möglich ist. daß Schmiermittel durch die Ventilöffnung 42 hindurch und durch die Öffnung 24 zur Leitung 36 strömen kann, wobei der Wärmeaustauscher 80 umgangen wird.

Zusammenfassend kann gesagt werden, daß das Ventil 10 normalerweise wirksam ist, um Flüssigkeit, deren Temperatur sich oberhalb eines vorbestimmten Temperalurpcgels befindet, durch den Wärmeaustauscher 80 hindurch zu leiten. Wenn jedoch die Flüssigkeit ebenfalls einen vorbestimmten Sicherheitsdifferentialdruckpegel übersteigt, wird das Ventil 10 wirksam, um die Flüssigkeit mit erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck durch die Ventilkammeröffnung 42 hindurch zu führe», wodurch der Wärmeaustauscher 80 umgangen wird. f:in /u hoher Druck der Flüssigkeit bewirkt, daß sich das Rückschlagventil 70 öffnet, um den Druck zu erniedrigen, der auf das Kolbenende 47 einwirkt, welches bei geschlossenem Rückschlagventil 70 dem gleichcn Druckpegcl ausgesetzt ist. wie dem, der im Kammerabschnitt 44 herrscht. Dadurch wird eine Different!- alkrafi zwischen dem Kolben 56 und dem Ventilkopf 48 wirksam, die mit der Kraft der Feder 66 zusammenarbeitet, um die Expansionskrafi der Bimetallscheiben zu überwinden und um den Ventilkopf 48 abzuheben. Wenn der Überdruckzustand beendet ist, schließt sich das Rückschlagventil 70 wieder und der Ventilkopf 48 setzt sich wieder auf den Sitz 40, wenn die Scheiben noch einer Temperatur ausgesetzt sind, die hoch genug ist. um deren thermische Expansion hervorzurufen.

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Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentanspruch:

Thermisch gesteuertes Ventil für einen By-pass zwischen dem Zulauf und dem Ablauf eines Flüssigkeilskreises mit einem in einem Gehäuse angeordneten, gegenüber seinem Ventilsitz in Schließ- und Öffnungsrichtung verschiebbaren Ventilverschlußteil, wobei der Ventilverschlußteil in der Schließrichtung durch von der Flüssigkeitstemperatur beeinflußte Elemente und in der Öffnungsrichtung durch eine ROckzugfeder bewegbar ist und ein den Ventilverschlußteil und den Ventilschaft durchsetzender Kanal zu der Stirnfläche eines Druckausgleichskolbens führt, der mit dem Ventilschaft verbunden und in einem Zylinder angeordnet ist und wobei die Stirnflächen des Druckausgleichskolbens und der Durchlaß des thermisch gesteuerten By-passes flächengieich sind und ein im Schließsinne federbelastetes Überdruckventil angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Überdruckventil (74) dem Druckausgleichskolben (56) zugeordnet ist und den Zylinder des Druckausgleichskolbens bei Überschreitung eines Maximaldruckes mit dem Flüssigkeitskreis verbindet.