DE2427528A1

DE2427528A1 - Drosselventil, insbesondere fuer einen kraftfahrzeug-kuehlwasserkreislauf

Info

Publication number: DE2427528A1
Application number: DE19742427528
Authority: DE
Inventors: Eugene Edward Stratynski
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1973-06-08
Filing date: 1974-06-07
Publication date: 1975-01-02
Also published as: FR2232709B3; IT1014878B; FR2232709A1; JPS5032528A; CA1026736A; US3929314A

Description

Patentanwälte Dipl.- Ing. W. Scherrmann Dr.- Ing. R. Roger

7300 Csslingen (Neckar), Fabrikstraße 24, Postfach 348

6. Juni 1974 PA 117 bescho

Telefon

Stuttgart (0711)356539 3'jül) 19

Telegramme Patentschutz Esshnijunneckar

Eaton Corporation, 100 Erieview Plaza, Cleveland_/ Ohio 44114/USA

Drosselventil, insbesondere für einen Kraftfahrzeug-Kühlwasserkreislauf

Die Erfindung betrifft ein Drosselventil, insbesondere für einen Kraftfahrzeug-Kühlwasserkreislauf, mit einem eine durchgehende Öffnung aufweisenden Ventilgehäuse und einer den Strömungsquerschnitt der Öffnung verändernden Drosselklappe, sowie mit einer Betätigungseinrichtung und mit einer die lineare Bewegung der Betätigungseinrichtung in eine Drehbewegung der Drosselklappe umwandelnden Übertragungseinrichtung. Solche Drosselventile, die beispielsweise vakuumbetätigt sind, können in Kraftfahrzeugen verwendetowerden, um den Kühlwasserzustrom zu einer Wärmequelle, beispielsweise dem Kühlmantel des Motors, zu steuern. Es ist aber ersichtlich, daß sie genauso gut für andere Verwendungszwecke eingesetzt und auf andere Weise, z, B. elektromagnetisch oder mit einem Dehnstoffthermostat, betätigt werden können.

Es ist ein zum Steuern des Kühlwasserkreislaufes von Kraftfahrzeugen verwendetes Drosselventil bekannt, dessen Betätigungseinrichtung aus einem durch Unterdruck

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bewegten Hubkolbenantrieb oder -motor besteht. Die Kolbenstange der Betätigungseinrichtung ist mit der Drosselklappe des Drosselventils durch ein starres Bindeglied gekuppelt, das die lineare hin- und hergehende Bewegung der Kolbenstange in eine Drehbewegung der Drosselklappe umwandelt. Durch die jeweilige Winkellage der Drosselklappe wird die durch das Drosselventil strömende Kühlmittelmenge gesteuert. Nachteilig ist bei dem bekannten Drosselventil, daß wenn die Betätigungseinrichtung den zulässigen Bereich ihres Hubweges überschreitet, die Überschreitung wegen der starren Ausbildung des Bindegliedes auf die Drosselklappe übertragen wird und diese dabei zwangsweise weitergedreht und an die sie umgebende Kammerwandung des Drosselventils angepreßt und eingeklemmt wird. Dieses übermäßige Verdrehen der Drosselklappe führt zu einer frühzeitigen Abnützung ihres elastischen Dichtungswerkstoffes und damit nach kurzer Betriebsdauer zu Undichtheit des Drosselventils. Da gewisse Überschreitungen des Hubbereiches der Betätigungseinrichtung bei Auslegung des Drosselventils wegen möglicher Druckschwankungen in der Vakuumquelle oder in den Vakuumleitungen berücksichtigt werden müssen, ist es schwierig die erforderlichen Herstellungstoleranzen für das Drosselventil einzuhalten. Dies führt u.a. zu einer teuren Konstruktion der bekannten Drosselventile.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Drosselventil zu schaffen, das eine lange Lebensdauer aufweist und bei welchem auch nach langer Betriebszeit die Lecks in Schließstellung auf ein unvermeidbares Minimum reduziert sind.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Übertragungseinrichtung zumindest ein nachgiebiges

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Element enthält.

Bei einem derartigen Drosselventil mit einem eine längliche, endseitig offene Kammer umschließenden Ventilgehäuse, in dem die Drosselklappe drehbar gelagert ist und mit einer an dem Ventilgehäuse befestigten, eine herausragende Kolbenstange aufweisenden Betätigungseinrichtung, die durch die Übertragungseinrichtung mit der Drosselklappe gekoppelt ist, enthält in bevorzugter Weiterbildung der Erfindung die übertragungseinrichtung ein im wesentlichen U-förmig gestaltetes Bindeglied, das aus einem an der Drosselklappe befestigten ersten Schenkel, einem mit der Kolbenstange gelenkig verbundenen zweiten Schenkel und einem zu dem ersten und dem zweiten Schenkel etwa senkrecht verlaufenden elastischen Verbindungsstück mit flachem rechteckigem Querschnitt besteht.

Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 3 bis 7" gekennzeichnet.

Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, daß das nachgiebige Element der Übertragungseinrichtung durch elastisches Einfedern das Übertragen einer Hubüberschreitung der Betätigungseinrichtung auf die Drosselklappe, verhindert, andererseits aber doch eine ausreichende Steifigkeit besitzt, um die Drosselklappe zuverlässig zu betätigen. In der bevorzugten Ausführungsform ist das nachgiebige Element als blattfederartiges Verbindungsstück eines U-förmigen Bindegliedes ausgebildet.

Die Elastizität und Anpassungsfähigkeit der Übertragung der Bewegung von der Betätigungseinrichtung auf die Drosselklappe ist noch größer bei einer weiteren Ausführung

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der Erfindung, bei der auch die Kolbenstange ein nachgiebiges Element enthält, das bei einem überschreiten des Hubweges der Betätigungseinrichtung zusammen mit dem elastischen Zwischenstück des Bindegliedes federnd nachgibt. Für bestimmte Anwendungszwecke genügt es auch, allein an der Kolbenstange ein nachgiebiges Element vorzusehen.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Drosselventiles liegt darin, daß wegen der Nachgiebigkeit der übertragungseinrichtung es einfacher als bei bekannten Drosselventilen ist, die Drosselklappe einzuregulieren. Aus demselben Grunde ist auch die Herstellung der Einzelteile und der Zusammenbau des Drosselventiles mit weniger Aufwand möglich. Außerdem können die Herstellungstoleranzen größer gewählt werden.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 ein Drosselventil gemäß der Erfindung in Vorderansicht,

Fig. 2 das Drosselventil nach Fig. 1 in einer Schnittansicht entsprechend der Linie 2-2 von Fig. 1,

Fig. 3 das Drosselventil nach Fig. 1 in einer Schnittansicht entsprechend der Linie 3-3 von Fig. 1,

Fig. 4 das Drosselventil nach Fig. 1 in einer Schnittansicht entsprechend der Linie 4-4 von Fig. 1 und

Fig. 5 ein anderes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Drosselventils im Aufriß.

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Ein Drosselventil 10 (Fig. 1) enthält ein Ventilgehäuse 12, eine Betätigungseinrichtung 14, die an dem Ventilgehäuse 12 befestigt ist, und ein als U mit unterschiedlich langen Schenkeln geformtes Bindeglied 16, das sich von dem Ventilgehäuse 12 bis zu der Betätigungseinrichtung 14 erstreckt.

Das Ventilgehäuse 12 (vgl. Fig. 3) ist durch Spritzgießen aus Kunststoff hergestellt und weist eine abgesetzte, im wesentlichen zylindrische Form auf. Es besteht aus einem zylindrischen Teil 17, das in den kleineren Durchmesser eines kegeistumpfförmigen Teiles 18 übergeht, das sich an seinem größeren Durchmesser in einem zweiten zylindrischen Teil 19 fortsetzt. Die Ventilgehäuse-Teile 17,18 und 19 umschließen eine ähnlich gestaltete durchgehende Kammer 20, die an ihren beiden Enden offen ist. Da das dargestellte Drosselventil dafür vorgesehen ist, in eine Kühlmittelleitung eingebaut und von einem Kühlmittel durchströmt zu werden, ist das freie Ende 22 des zylindrischen Gehäuseteils 17 so ausgebildet, daß es in einen nicht dargestellten Schlauch eingeschoben und mittels einer ebenfalls nicht dargestellten Schlauchklemme befestigt werden kann. Das entgegengesetzte Ende 23 des Ventilgehäuses 12 ist mit einem Rohrverbindungsstück 27 versehen, das ähnlich wie das Ende 22 ausgebildet und zum Einschieben in einen zweiten, nicht dargestellten Kühlmittelschlauch geeignet ist.

Das Rohrverbindungsstück 27 ist mit dem Ende 23 des Ventilgehäuses 12 in üblicher Weise verbunden. Das Ende 23 ist zu diesem Zweck mit einem radialen Flansch versehen, der eine Ringnut 24 aufweist, die der Aufnahme eines O-Rings 25 dient. Das Rohrverbindungsstück 27 ist mit einem entsprechenden radialen Flansch 28 versehen, der an das Ende 23 angedrückt und um dessen Umfang mit

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einem Rand 29 herumgelegt ist. Es können aber auch andere Rohrverbindungselemente verwendet werden, beispielsweise ein an dem Kühlmittelmantel eines Motors befestigtes und durch Gewinde mit dem Ventilgehäuse 12 verschraubtes Verbindungsstück.

An einer Seite des Ventilgehäuses 12 ist ein endseitig offenes topfförmiges Gehäuse 40 angeformt, das an seinem von der Ventil-Kammer 20 entfernten Ende mit einem Flansch 41 versehen ist (Fig. 2). Das Gehäuse 40 stellt den ersten zylindrischen Gehäuseteil der Betätigungseinrichtung 14 für das Drosselventil dar, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel als unterdruckbetätigter Hubkolbenmotor ausgebildet ist. Ein zweites zylindertopfförmiges Gehäuseteil 43 liegt mit einem Flansch 44 an dem Flansch 41 des Gehäuseteils AO an. In dem Flansch 41 ist eine Ringnut 46 vorgesehen, die einen entsprechend geformten Umfangsteil 47 einer Membran 48 aufnimmt. Der äußere Rand des Flansches 44 des Gehäuseteils 43 ist um den Flansch 41 des Gehäuseteils 40 herumgebogen und ergibt somit einen druckdichten Verschluß des Betätigungsglieds 14.

Im Innern der Gehäuseteile 40 und 43 ist ein topfförmiges Verstärkungsglied 50 enthalten, das an einer Oberfläche der Membran 48 anliegt. Die Membran 48 weist eine zum Umfassen des Verstärkungsgliedes 50 ausreichende Flächenausdehnung auf. Das Verstärkungsglied 50 dient seinerseits als Federsitz, an dem ein Ende einer Druckfeder anliegt. Das andere Ende der Feder 51 stützt sich an dem Boden 52 des zweiten Gehäuseteils 43 ab, an dem ein Stutzen 53 für den Unterdruckanschluß angeformt ist. An der äußeren, d.h. mit der Atmosphäre verbundenen Seite der Membran 4 8 liegt eine kreisförmige Platte 55 an,

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die durch eine durchgesteckte Niete 56 druckdicht mit dem Membran 4 8 und dem Verstärkungsglied 50 verbunden ist. Durch die Niete 56 ist außerdem eine neuartig ausgebildete Kolbenstange 58 mit der Platte 55 verbunden, die in Axialrichtung durch eine öffnung 59 in dem Gehäuseteil 40 herausragt.

Wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich, weist die Kolbenstange 58 ein erstes Endstück 60, ein zweites Endstück und ein die beiden Endstücke verbindendes Zwischenstück 61 auf. Das erste Endstück 60 ist mit der Längsachse der Betätigungseinrichtung 14 fluchtend angeordnet, das zweite, mit der Niete 56 befestigte Endstück 62 ist gegenüber dem ersten Endstück 60 seitlich versetzt und zu diesem parallel angeordnet. Das Zwischenstück 61 verbindet die Endstücke 60 und 62 in elastischer Weise miteinander, worauf weiter unten noch eingegangen wird.

Wie aus den Fig. 3 und 4 ersichtlich, sind an dem zweiten zylindrischen Teilstück 19 des Ventilgehäuses 12 zwei sich diametral gegenüberliegende Augen 33 und 34 angeformt. Eine erste Bohrung 3 5 erstreckt sich durch das Auge 33 hindurch und eine mit der ersten Bohrung 35 fluchtende zweite Bohrung 36 ragt teilweise in das Auge 34. Die Bohrung 35 ist außerdem auf der Außenseite des Gehäuses durch eine erste und eine zweite koaxiale Ansenkung 37 bzw. 38 erweitert.

In den Bohrungen 35 und 36 ist ein erster Schenkel 68 des Bindegliedes 16 aufgenommen und gelagert. Der Schenkel 68 ragt auf einer Seite aus dem Ventilgehäuse 12 heraus und ist an seinem Durchtritt durch eine in die erste Ansenkung 37 eingefügte Dichtung 74 druckdicht gegenüber der Ventilgehäuse-Kammer 20 verschlossen.

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Die Dichtung 74 ist in ihrer Stellung durch eine in die Ansenkung 38 eingeklemmte federnde Zahnscheibe 75 gehalten. Eine Drosselklappe 79 herkömmlicher Bauart ist im Innern der Kammer 20 angeordnet und an dem ersten Schenkel 68 des Bindegliedes 16 durch Widerstandsschweißung befestigt. Vorzugsweise ist die ümfangskante der Drosselklappe 79 mit einem Ring 80 aus elastischem Werkstoff versehen, um in bekannter Weise ein Lecken der Flüssigkeit durch die Kammer 20 hindurch zu verhindern, wenn sich die Drosselklappe 79 in Schließstellung befindet (Fig. 4) .

Wie am besten aus Fig. 2 ersichtlich, weist das Bindeglied 16 ferner ein im rechten Winkel an den ersten Schenkel 68 anschließendes elastisches Verbindungsstück und einen an das Verbindungsstück im rechten Winkel anschließenden zweiten Schenkel 70 auf. Der zweite, rechtwinklig umgebogene Schenkel 70 des Bindegliedes 16 ist mit dem ersten Endstück 60 der Kolbenstange 58 gelenkig verbunden und durch eine Zahnscheibe 73 gesichert. Das Verbindungsstück 69 des Bindegliedes 16 ist im Vergleich mit den beiden Schenkeln 68 und 70 ziemlich dünn und weist einen rechteckigen Querschnitt auf, woraus sich eine blattfederartige Nachgiebigkeit und Elastizität ergibt. Das Verbindungsstück 69 kann beispielsweise so hergestellt werden, daß eine Stange kreisförmigen Querschnitts in ihrem mittleren Bereich flachgeschlagen oder -gehämmert wird und dann die Stange an ihren beiden Enden unter Bildung der beschriebenen Schenkel 68 und 70 umgebogen wird. Die Querschnittsfläche des so hergestellten Zwischenstücks 69 entspricht in etwa der Querschnittsfläche der beiden Schenkel 68 und 70.

Um die vorbeschriebene übertragungseinrichtung, d.h. die

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Kolbenstange 68 und das Bindeglied 16 zu schützen, sind an dem Ventilgehäuse 12 sich nach außen erstreckende Wände 82 angeformt (Fig. 1 und 3). Diese Wände bilden eine zweite Kammer 83, die die übertragungseinrichtung einschließt und an ihrem offenen Ende mit einer Abdeckplatte 84 verschließbar ist.

Zur Betätigung des Drosselventils wirkt ein von einer Unterdruckquelle, beispielsweise dem Ansaugrohr eines Kraftfahrzeugmotors gelieferter Unterdruck auf die Membran ein und bewegt sie und damit auch die Kolbenstange 58 in Richtung auf das Gehäuseteil 43 der Betätigungseinrichtung 14. Die Stellung der Drosselklappe 79 in Bezug auf den ersten Schenkel 68 des Bindeglieds 16 kann so gewählt werden, daß sie bei Betätigen des Hubkolbenmotors 14 entweder in Schließ- oder in Durchlaß-Stellung verbracht wird. In Fig. 1 ist die Kolbenstange in Grundstellung, d.h. ohne daß ein Unterdruck anliegt, dargestellt. Im folgenden wird angenommen, daß diese Grundstellung der Schließstellung des Drosselventils entspricht. Mit gestrichelten Linien ist eine Stellung eingezeichnet, die das Bindeglied 16 (und die Kolbenstange 58) beispielsweise aufgrund von Fertigungstoleranzen einnehmen könnten und die ein Überschreiten des üblicherweise zulässigen Hubweges bedeutet. Dabei würde die Drosselklappe 79 um einen entsprechenden Winkelbetrag weiter in der Kammer 20 verdreht werden. Dieses Überdrehen würde den elastischen Dichtungsring 80 der Drosselklappe 79 gegen die Wandung der Ventilkammer 20 anpressen und zu einer verstärkten Abnutzung des Dichtungswerkstoffes führen, was wiederum vorzeitig Lecks und Undichtheiten bei in Schließstellung befindlicher Drosselklappe 79 zur Folge hätte. Bei dem erfindungsaeinäßen Drosselventil ist nun die Kolbenstange 58 in der Laqe, die erwähnte, den

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zulässigen Hubweg überschreitende Stellung einzunehmen, wobei aber wegen der elastischen Verformung des Verbindungsstücks 69 des Bindegliedes 16 der nachgiebige Werkstoff des Dichtungsrings 80 nicht unzulässig hoch belastet wird. Zusätzlich kann auch das Zwischenstück der Kolbenstange 58 bei Überschreiten des zulässigen Hubwegs des Kolbenmotors einen Teil der elastischen Verformung aufbringen. Bei Bedarf kann auch die gesamte erforderliche elastische Verformung in der Kolbenstange 58 aufgenommen werden. Im Fall, daß die Betätigungseinrichtung wegen Überlastung eine bleibende Verformung erfährt, wird die Einstellung des Drosselventils 10 dadurch nicht beeinträchtigt, da auch dann noch eine Verschiebung der Betätigungseinrichtung 14 immer ein öffnen der Drosselklappe 79 zur Folge hat.

Ähnliche Verhältnisse ergeben sich, wenn die Drosselklappe 79 so an dem Bindeglied 16 befestigt ist, daß sie sich bei anliegendem Unterdruck in Schließstellung befindet und bei Nachlassen des Unterdrucks in Richtung auf die Durchlaßstellung des Drosselventils bewegt. Unter diesen Bedingungen führt eine Abwärtsbewegung der Kolbenstange 58 zu einem Verdrehen der Drosselklappe 79 in Richtung auf die Schließstellung. Unterschiedliche Veränderungen des zur Verfügung stehenden Unterdruckniveaus und/oder Herstellungstoleranzen können auch hier zu einer unzulässigen Überschreitung des Hubweges führen, was eine Längsausdehnung der Kolbenstange 58 und/oder eine Verformung des Bindegliedes 16 zur Folge hat.

In Fig. 5 ist ein anderes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Drosselventils dargestellt, wobei die Teile, die denen des Ausführungsbeispieles von Fig. l bis 5 entsprechen, mit den gleichen, aber mit

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einem (') versehenen Bezugszeichen bekommen haben. Die Betätigungseinrichtung 14' für das Drosselventil IO' entspricht genau der oben beschriebenen Betätigungseinrichtung 14, mit Ausnahme des Kolbenstange-Zwischenstücks 61', das hier zickzackförmig ausgebildet ist. Diese zickzackförmige Gestalt verleiht der Kolbenstange durch akkordeonartiges Zusammendrücken oder Strecken des Zwischenstücks 61 eine größere Nachgiebigkeit in dem Fall, daß die Betätigungseinrichtung 14 den zulässigen Hubweg überschreitet.

- Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

1. Drosselventil, insbesondere für einen Kraftfahrzeug-Kühlwasserkreislauf, mit einem eine durchgehende öffnung aufweisenden Ventilgehäuse und einer den Strömungsquerschnitt der Öffnung verändernden Drosselklappe, sowie mit einer Betätigungseinrichtung und mit einer die lineare Bewegung der Betätigungseinrichtung in eine Drehbewegung der Drosselklappe umwandelnden Übertragungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die übertragungseinrichtung (58;16) zumindest ein nachgiebiges Element (69) enthält.

2. Drosselventil nach Anspruch 1, mit einem eine längliche, endseitig offene Kammer umschließenden Ventilgehäuse, in dem die Drosselklappe drehbar gelagert ist und mit einer an dem Ventilgehäuse befestigten, eine herausragende Kolbenstange aufweisenden Betätigungseinrichtung, die durch die übertragungseinrichtung mit der Drosselklappe gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die übertragungseinrichtung ein im wesentliches U-förmige Gestalt aufweisendes Bindeglied (16) enthält, das aus einem an der Drosselklappe (79) befestigten ersten Schenkel (68),einem mit der Kolbenstange (58) gelenkig verbundenen zweiten Schenkel (70) und einem zu dem ersten und dem zweiten Schenkel (68 bzw. 70) etwa senkrecht verlaufenden elastischen Verbindungsstück (69) mit flachem rechteckigem Querschnitt besteht.

3. Drosselventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (58) aus einem mit dem Bindeglied (16) gelenkig verbundenen ersten Endstück (60), aus einem an der Betätigungseinrichtung (14) befestigten,

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zu dem ersten Endstück. (60) parallel und versetzt angeordneten zweiten Endstück (62) und aus einem die beiden Endstücke (60,62) verbindenden elastischen Zwischenstück (61) besteht.

4. Drosselventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsstück (69) etwa die gleiche Querschnittsfläche aufweist wie die Schenkel (68,70) des Bindegliedes (16).

5. Drosselventil nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilgehäuse (12) als Spritzgußteil aus Kunststoff ausgebildet ist und einen sich seitlich erstreckenden, auf der dem Ventilgehäuse (12) abgewandten Seite offenen topfförmigen Gehäuseteil (40) , sowie seitlich von dem Ventilgehäuse (12) und dem topfförmigen Gehäuseteil (40) abstehende Wände (82) aufweist, die eine zweite Kammer (83) bilden, welche das Bindeglied (16) und die Kolbenstange (58) umschließt und welche nach einer Seite offen aber mit einer Abdeckplatte (84) verschließbar ist.

6. Drosselventil nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Betätigungseinrichtung ein unterdruckbetätigter Kolbenmotor (14) vorgesehen ist, dessen Kolbenstange durch eine Feder (51) vorgespannt ist und daß das erste Endstück (60) der Kolbenstange (58) koaxial zu der Längsachse des Hubkolbenmotors (14) angeordnet und das zweite Endstück (62) an einer beweglichen Membran (48) des Hubkolbenmotors (14) befestigt ist.

7. Drosselventil nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Zwischenstück (61)

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der Kolbenstange (58) ζickzackförmig ausgebildet ist.

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