DE2462264C2 - Ventil - Google Patents

Description

dem höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten auf der vom Ventilsitz 9 abgewendeten Seite angebracht sein, so daß das Ventil dann, wenn die Scheibe auf Zimmertemperatur ist, normalerweise geschlossen ist, während sie bei einer über ihrer Auslösetemperatur liegenden Temperatur über eine Mittellage zum öffnen des Ventils umschnappt Die Bimetallplatte verbleibt in ihrer Öffnungsstellung, solange sie eine über ihrer Rückstelltemperatur liegende Temperatur hat (& h. eine Temperatur, bei der sie in ihre geschlossene Position zurückkehrt). Als andere Möglichkeit kann die Schicht mit der höheren Wärmeausdehnung auf der gegen den Ventilsitz 9 gerichteten Seite der Bimetallplatte 13 angebracht sein, so daß das Ventil dann, wenn die Platte eine unter ihrer Auslösetemperatur liegende Temperatur hat, normalerweise geöffnet ist, während die Bimetallplatte 13 beim Oberschreiten ihrer Auslösetemperatur über eine Mittellage zum Sperren der Verbindung zwischen den öffnungen 5 und 7 umschnapptl

Eine Feder- oder Wellenscheibe 15 ist in der Kapsel zwischen einer Stirnfläche (beispielsweise der unteren Stirnfläche) und der Bimetallplatte 13 so angebracht, daß die Platte in Eingriff mit dem Ventilsitz 9 vorgespannt wird, wenn sie sich in der geschlossenen Position befindet, so daß eine ausreichende Kraft auf sie ausgeübt wird, um sie dicht gegen den Ventilsitz zu halten.

Das Ventil 1 enthält ferner ein elektrisches Heizelement 17, das in einer Wärmeaustauschbeziehung mit der Einlaßfläche der Kapsel 3 verbunden ist, so daß das Heizelement, wenn es elektrisch erregt wird, die Birnetallplatte 13 auf eine vorbestimmte Umschnappternperatur erwärmt, bei der sie ihre Krümmung schnell von einer Position in die andere umkehrt Das Heizelement 17 besteht aus einem pillen- oder scheibenförmigen Element aus einem elektrischen Widerstandsmaterial, und zwar einem Material mit einem steiien positiven Teftiperaiurkoeffizienten (PTC-Material) wie gewisse dotierte Bariumtitanate. Der Widerstand dieses Materials zeigt über eher Übergangstemperatur innerhalb eines relativ schmalen Temperaturbereichs einen scharfen Anstieg.

Nach einer Erregung des Heizelements 17 steigt somit seine Temperatur schnell an, während es sich in seinem niederohmigen wärmeerzeugenden Zustand befindet, wodurch eine rasche Erwärmung der Bimetallplatte 13 auf ihre Auslösetemperatur bewirkt wird. Nachdem das Heizelement 17 seine Übergangstemperatur erreicht hat, steigt sein Widerstand bis zu dem Punkt an, an dem es relaäv wenig Wärme erzeugt Auf diese Weise stabilisiert sich das Heizelement in einem AusgieichszMStand. Die Auslösetemperatur der Bimetallplatte 13 liegt so, daß die Platte auf ihre Umschnapptemperatur erwärmt wird, während sich das Heizelement 17 in seinem stark wärmeerzeugenden Zustand befindet, und nach dem Umschnappen der Bimetallplaite 13 durch die Mittellage geht das Heizelement 17 in seinen wenig wärmeerzeugenden Zustand über, bei dem die Temperatur der Bimetallplatte 13 ijber ihrer Rückstelltemperatur gehalten wird.

Die Kapsel 3 hat eine allgemein zylindrische Form, eo und sie weist einen ersten kappenförmigen Abschnitt 15 aus Messing oder einem anderen geeigneten Material und einen Deckel 21 auf. Der Abschnitt 19 ist mit einer zylindrischen Ausnehmung 23 zur Aufnahme der Schnappscheibe 13 und einer Wellenfederscheibe 15 ausgestattet; die Einlaßöffnungen 5 sind dabei im Boden dieser Ausnehmung angebracht. Wie in F i g. 1 bis 3 dargestellt ist, ist in der Mitte des Deckeis 21 ein Loch 24 angebracht, das die Auslaßöffnung 7 bildet; ferner ist ein von Schultern 25 gebildeter Umfangssteg vorgesehen, der nach innen in die Ausnehmung 23 ragt und als ein im Abstand vom Umfang der Bimetallplatte 13 liegendes Widerlager dient, wenn sich die Platte in ihrer ersten, geschlossenen Position (F i g. 1) befindet und gegen das die Scheibenränder wirken, wenn diese über eine Mittellage umschnappt, damit sie sich in ihre zweite, geöffnete Position bewegt Der Durchmesser der Bimetallplatte 13 ist geringfügig größer, als der Durchmesser der Ausnehmung 23, und nach F i g. 3 sind die Schultern 25 mit Kerben 27 versehen, damit Strömungswege von den öffnungen 5 zu den Öffnungen 7 gebildet werden (siehe Pfeile in F i g. 2). Der Deckel 21 ist allgemein flach, und er ist dicht an dem kappenförmigen Abschnitt 19 befestigt, in dem ein Teil des Abschnitts 19 um die Außenränder des Deckels zur Bildung eines Flansches 28 umgebogen ist

Wie in Fig. 1 und 2 dargestellt ist, wird der Ventilsitz von einem das Loch 24 umgebenden kAiisförmigen Rükken 29 an der Unterseite des Deckels 21 gebildet, und die Absperrvorrichtung 11 enthält ein elastisches flexibles rundes Polster 30 aus einem geeigneten, geringfügig elastischen Material, wie synthetischem Gummi, das an die A<fslaßöffnung 9 angrenzend an der Fläche der Bimetallplatte 13 befestigt ist Das Polster wird mit Hilfe eines Knopfs 31 an der Bimetallplatte 13 an seiner Stelle gehalten, der durch ein Loch 32 in der Bimetallplatte 13 einschiebbar ist Dieser Knopf ist einteilig mit dem Polster 30 verbunden, und er kann zunächst mit einer (nicht dargestellten) länglichen Lasche versehen sein, die einfach durch das Loch 32 gesteckt und dann so gedehnt werden kann, daß der Knopf 31 durch das Loch gezogen wird. Nachdem der Knopf durch das Loch 32 geschoben worden ist, kann die Lasche von dem Knopf abgeschnitten werden. -. ■

Eine andere Ausführungsform der Absperrvorrichtung 11 ist in Fig.4 dargestellt, wo eine Öse ZJ, aus federndem elastischen Material, beispielsweise einem geeigneten künstlichem oder natürlichem Elastomer in das Loch 24 im Deckel 21 geschoben ist Eine Fläche 34 dieser öse dient als Ventilsitz. Die Bimetallplatte f3 kann mit der ösenfläche 34 in Eingriff gebracht werden, wenn sich die Platte in ihrer ersten, geschlossenen Position befindet, wodurch die Verbindung durch die Kapsel gesperrt wird.

Die Kapsel 3 ist zweckmäßigerweise in einem von vielen Gehäusen 35 zum Anschluß an ein Strömungsmittelsystem angebracht. Insbesondere enthält das Gehäuse 35 zwei gleich« Gehäusehälften 37a, 37b, die vorzugsweise aus einem isolierenden Material (beispielsweise Kunstharz) bestehen. Jede Gehäusehälfte 37a, 37b ist mk etaer entsprechenden Ausnehmung 39a bzw. 39b zur Aufnahme eines Abschnitts der Kapsel 3 sowie mit einem Anschlußstutzen 41a bzw. 41 ύ zum Anschließen an eine Strömungsmittelquelle oder an andere Bestandteile eines Strömungsmittelsystems versehen. Jede Gehäusehälfte enthalt einen Außenflansch 43a bzw. 436, die abdichtend mit dem Flansch 28 der Kapsel 3 in Eingriff gebracht werden können. Somit kann ein Strömungsmittel (beispielsweise Luft) nur von der Ausnehmung in einer der Gehäusehälften in die Ausnehmung in der anderen Gehäusehälfte über die öffnungen 5 und 7 der Kapsel 3 strömei. Jede Gehäusehälfte ist mit einer elektrischen Anschlußklemme 45a bzw. 45b versehen, die mit Hilfe von Nieten 49a, 49b daran befestigt sind, wobei ein Kontaktarm 47b in der Ausnehmung 39b auf das Heizelement 17 und ein Kontaktarm 47a in der Aus-

nehmung 39a auf der. Deckel 23 einwirken kann, wodurch ein elektrischer Stromkreis zur Erregung des Heizelements 17 geschlossen wird. Wenn die Gehäusehälften 37a, 376 zusammengefügt und die Kapsel in den Ausnehmungen 39a, 396 aufgenommen ist, befindet sich der kapperiförmige Abschnitt 19 in der Ausnehmung 396, die eine mit der Einlaßöffnung 35 in Verbindung stehende Einlaßdurchführung bildet, während der Dekkel 23 von der Ausnehmung 39a aufgenommen ist, der eine mit der Auslaßöffnung 7 in Verbindung stehende Auslaßdurchführung bildet. Natürlich kann die Kapsel 3 in den gleichen Gehäusehälften auch in umgekehrter Position angebracht sein.

Die Bimctallplatte 13 ist eine thermostatische Bimetallscheibe, die plötzlich über eine Mittellage aus ihrer in F i g. 2 dargestellten Krümmungsposition umschnappen kann, wenn sie auf eine vorbestimmte hohe Temperatur (d. h. ihre Auslöseternperaiar) erwärmt wird.

Das Ventil 1 kann als Zeitverzögerungsventil arbeiten, bei dem zwischen dem Einschalten (oder dem Ab- schalten) des Heizelements 17 und der Betätigung der Birnetallplatte 13 zum öffnen oder Sperren der Verbindung zwischen den öffnungen 5 und 7 ein Zeitverzögerungsintervall auftritt Das tatsächliche Zeitverzögerungsintervall des Ventils 1 hängt von mehreren Funk- tionen und Bedingungen ab, etwa von den Erwärmungseigenschaften des Heizelements 17, von den dem Heizelement zugeführten Strom- und Spannungswerten, von den Umgebungstemperaturbedingungen, von der Wärmeübertragung vom Heizelement zur Bimetallplatte 13 und von der Erwärmungs- oder Abkühlwirkung des die Kapsel 3 durchfließenden Strömungsmittels.

Bei einem Ventil 1 mit einer Bimetallplatte 13, die sich bei Zimmertemperatur in ihrer zweiten, vom Ventilsitz 9 gelösten Position (nach F i g. 2) befindet, und die bei einer vorbsstimmten erhöhten Auslösetemperatur plötzlich über eine Mittellage umschnappen kann, tritt zwischen dem Zeitpunkt, an dem das Heizelement 17 eingeschaltet wird und dem Zeitpunkt, an dem die Bimetallplatte 13 ihre Auslösetemperatur erreicht, eine erste Zeitverzögerung auf. Eine zweite Zeitverzögerung tritt zwischen dem Zeitpunkt, an dem das Heizelement 17 abgeschaltet wird, und dem Zeitpunkt, an dem sich die Bimetallplatte 13 unter ihre Rückstelltemperatur abkühlt, auf; jede der erwähnten Zeitverzögerungen hängt von den Umgebungstemperaturbedingungen ab.

Bei einem Ventil, das seine Bimetaliplatte auf ihre Auslösetemperatur zum Sperren der Auslaßöffnung 7 erwärmen kann und bei dem das Heizelement gegebene Eigenschaften aufwebs und mit einer konstanten Spannung versorgt wird, kann sich beispielsweise die zum Erwärmen der Platte auf ihre Auslösetemperatur erforderliche Zeit entsprechend der Kurve von Fig.5 mit der Umgebungstemperatur ändern. Es ist zu erkennen, daß die Platte bei einer Umgebungstemperatur von 21 °C (70° F) ihre Auslösetemperatur fast augenblicklich erreicht, während sie bei —18° C (0°F) etwa 25 Sekunden braucht, bis sie sich auf ihre Auslösetemperatur erwärmt. Ferner ist zu erkennen, daß das hier beschriebene Ventil 1 so betrieben werden kann, daß es auf das Abschalten des Heizelements 17 verzögert anspricht, wodurch sich die auf eine vorbestimmte Temperatur stabilisierte Bimetaliplatte in einer Zeit auf ihre Rückstelltemperatur abkühlt die von den Umgebungstemperaturbedingungen abhängt Die Bimetallplatte 13 kann auch auf einer geringfügig über ihrer Rückstelltemperatur liegenden Temperatur in ihrer geöffneten Position (nach Fig.2) gehalten werden, worauf eine Zunahme der Luftströmung durch das Ventil eine Abkühlung der Platte unter ihre Rückstelltemperatur und somit ein Schließen des Ventils bewirkt. Das hier beschriebene Ventil dient somit dazu, eine Kühlwirkung oder eine Änderung der Umgebungstemperatur festzustellen und darauf anzusprechen. Ferner eignet sich das Ventil besonders für eine elektrische Betätigung von einem entfernten Ort aus.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1 2

gelöst Im erfindungsgemäßen Ventil ergänzen sich das

Patentanspruch: selbstregelnde elektrische Widerstandsheizelement und

die schalenförmige Bimetallplatte in vorteilhafter Weise

Ventil mit einem auf Wärmewirkung ansprechen- bei der Lösung.der gestellten Aufgabe. Die als Schnappden, zwischen einer Ventilöffnungsstellung und einer 5 glied wirkende Bimetallplatte ergibt als Ventilver-Ventilschließstellung beweglichen thermostatischen schlußteil nicht nur eine Beschleunigung der Ventilbe-Ventilverschlußteil und einem an das Ventilver- wegung nach Erreichen der Auslösetemperatur, sonschlußteil angrenzenden, selbstregelnden, elektri- dem erleichtert es auch, das Ventilverschlußteil'in seiner sehen Widerstandsheizelement mit positivem Tem- über der Auslösetemperatur sich einstellenden Stellung peraturkoeffizienten, das unterhalb einer vorbe- 10 sicher und mit ausreichender Dichtkraft zu halten, weil stimmten Obergangstemperatur einen niederohmi- durch die Schnappwirkung des Ventüverschlußteils dem gen Zustand hat, in dem es eine große Wärmemenge gesamten hochohmigen, wie auch dem gesamten nieabgibt und das thermostatische Ventiiverschlußteil derohmigen Temperaturbereich des Heizelements jerasch erwärmt, und das unter steilen Anstieg seines weils nur eine bestimmte, weitgehend gleichbleibende Widerstandes in einen hochohmigen Zustand über- 15 Ventilstellung zugeordnet ist

geht, in dem es eine geringe Wärmemenge abgibt Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung bei-

und das thermostatische Ventilverschlußteil in einer spielshalber erläutert Es zeigt

Endstellung hält, wenn es sich selbst über die Über- F i g. 1 einen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen

gangstemperatur erwärmt hat, dadurch ge- Ventils mit einer eine Schnappscheibe bildenden schakennzeich??t, daß das thermostatische Ventil- 20 lenförmigen Bimetallplatte in einer ersten Stellung, in verschlußteil eine schalenförmige Bimetallplatte (13) der die Verbindung zwischen der Einlaßöffnung und der ist die, während sie auf eine vorbestimmte Auslöse- Auslaßöffnung gesperrt ist

temperatur erwärmt wird, in einer Endstellung ver- F i g. 2 einen ähnlichen Schnitt wie in F i g. 1, bei dem

harrt und die bei dieser Auslösetemperatur, die nied- die Bimetallplatte in einer zweiten, vom Ventilsitz gelöriger als die Obergangstemperatur des Heizelemen- 25 sten Stellung dargestellt ist

tes (17) gewählt ist zur Erzielung ihrer Bewegung F i g. 3 einen Horizontgjschnitt längs der Linie 3-3 von

zwischen ihren beiden Stellungen ihre Krümmung Fig. 1, wobei der Deutlichkeit halber einige Teile wegplötzlich umkehrt gelassen sind,

F i g. 4 einen vergrößerten Teilschnitt einer weiteren

30 Ausführungsform der Erfindung und

F i g. 5 ein Diagramm zur Veranschaulichung der zeitverzögerten Arbeitsweise des Ventils in Abhängigkeit

Die Erfindung bezieht sich au·; ein Ventil gemäß dem von der Umgebungstemperatur.

Oberbegriff des Patentanspruchs. In der Zeichnung ist ein Ventil 1 dargestellt das eine

Ein solches Ventil ist aus der DE-OS 18 14 223 be- 35 vorzugsweise aus einem elektrisch leitenden und wärkannt Bei diesem bekannten Ventil wird das Ventiiver- meieitenden Metaü bestehende Kapsel 3 enthält, die in schlußteil von einer Kolbenstange zwischen der Off- einer Stirnfläche (beispielsweise in der unteren Stirnflänungsstellung und der Schließstellung bewegt an der ehe nach den Ansichten von F i g. i und F i g. 2) eine ein Kolben angebracht ist, der mit einem sich durch oder mehrere Einlaßöffnungen S und m der anderen Wärmeeinwirkung ausdehnenden Material in Verbin- 40 Stirnfläche eine Auslaßöffnung 7 aufweist wobei innerdung steht Je nach der Temperatur dieses Materials, die halb der Kapsel eine (in F i g. 2 durch Pfeile angegebeunter Verwendung des Widerstandsheizelements verän- ne) Verbindung zwischen den Öffnungen besteht. An dert werden kann, verschiebt sich der das Ventilver- der Auslaßöffnung 7 ist ein Ventilsitz 9 geformt. Innerschlußteil bewegende Kolben, da die Stellung des KoI- halb der Kapsel ist eine Absperrvorrichtung 11 vorgesebens ausschließlich von der Temperatur des ausdehnba- 45 hen, die mit dem Ventilsitz 9 in Eingriff und von diesem ren Materials abhängt, die auch die Kraft festlegt, mit wieder gelöst werden kann, wodurch die Verbindung der das Ventilverschlußteil in der Ventilschließstellung zwischen den Einlaß- und Auslaßöffnungen wahlweise gehalten wird. Geringfügige Temperaturänderungen gesperrt wird. Es ist zu erkennen, daß die Begriffe »Einhaben unmittelbare Änderungen der Stellung des KoI- la^« und »Auslaß« für die öffnungen 5 und 7 für das bens und damit der auf das Ventilverschlußteil einwir- 50 dargestellte Ventil nur beispielhaft sind und daß ein kenden Kraft zur Folge. Die zum Verschieben des Ven- Strömungsmittel auch über die öffnung 7 in das Ventil tilverschlußteils in die Schließstellung notwendige War- einströmen und über die öffnung 5 ausströmen könnte, mezufuhr muß auch nach dem Betätigungsvorgang bei- Die Absperrvorrichtung 11 enthält als Ventilverbehalten werden, damit die erforderliche Dichtkraft auf- schlußteil eine allgemein kreisrunde, schalenförmige, rechterhalten bleibt. 55 thermostatische Bimetallplatte 13, die als Schnappschei-

Aus der US-PS 37 04 697 ist ein schalenförmiges be wirkt und abhängig von Temperaturänderungen ihre Schnappglied bekannt, das im Ansaugsystem eines Mo- Krümmung plötzlich zwischen einer ersten geschlossetors in Zuordnung zum Vergaser und in Wärmeübertra- nen Position (nach F i g. 1), in der sie gegen den Ventilgungsbeziehung mit dem Kühlwasserkreislauf so ange- sitz 9 gebogen ist und zum Sperren der Verbindung bracht ist, daß es zur Beeinflussung des ZUndzeitpunkts eo zwischen den Öffnungen 5 und 7 mit dem Ventilsitz in in Abhängigkeit von der Motortemperatur Ansauglei- Eingriff steht, und einer zweiten, geöffneten Position tungen öffnet oder verschließt. (nach F i g. 2) ändert, in der sie vom Ventilsitz weggebo-

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gen ist, damit ein Strömungsmittel zwischen den öffschnelle Ventilbetätigung zu erhalten, ohne die zur nungen 5 und 7 fließen kann. Die Bimetallplatte 13 entschnellen Betätigung erforderliche starke Wärmezufuhr 65 hält zwei Metallschichten, die Rücken an Rücken mitnach dem Betätigungsvorgang beibehalten zu müssen. einander verklebt sind, wobei eine der Schichten einen Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit den im Kenn- höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten als die andezeichen des Patentanspruchs angegebenen Merkmalen re hat. Wie in F i g. 1 dargestellt ist, kann die Schicht mit