DE2651290A1

DE2651290A1 - Servobetaetigtes stroemungsmittelventil

Info

Publication number: DE2651290A1
Application number: DE19762651290
Authority: DE
Inventors: William L Sheppard
Original assignee: AVM Corp
Current assignee: AVM Corp
Priority date: 1975-11-11
Filing date: 1976-11-10
Publication date: 1977-05-18
Also published as: DE2651290C3; CA1047019A; DE2651290B2; FR2331728B3; GB1523688A; FR2331728A1

Description

Servobetätigtes Strömungsmittelventil

Die Erfindung betrifft ein servobetätigtes Strömungsmittelventil mit einem Gehäuse, in dem eine Ventilkammer ausgebildet ist, mit einem Einlaß- und einem Auslaßkanal, die mit der Kammer kommunizieren, mit einem Ventilküken, das in der Kammer angeordnet ist und in der Kammer um eine Achse zwischen einer Schließstellung, in welcher die Strömung vom Einlaßkanal zum Auslaßkanal blockiert ist, und einer Offenstellung, in welcher die Strömung nicht blockiert ist, drehbar ist und eine im wesentlichen hohle Form besitzt, mit einer elastomeren Dichtung, die um den Umfang des Auslaßkanals zwischen der benachbarten Wand der Kammer und dem Ventilküken angeordnet ist? mit einer Feder, welche das Ventilküken auf die Dichtung in allen Stellungen des Ventilkükens zudrückt und eine im wesentlichen flache Feder umfaßt, die zwischen dem Ventilküken und einer Wand der Kammer angeordnet ist, wobei das Ventilküken durch den Druck des Einlaßströmungsmittels in allen Stellungen gegen die Dichtung angedrückt wird, wodurch die Abdichtung

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zwischen dem Ventilküken und der Dichtung durch den Strömungsmitteldruck am Einlaßkanal verstärkt wird; mit einer Betätigungseinrichtung zum Drehen des Ventilkükens um die Achse, welche ein Betätigungsteil und eine Trägervorrichtung enthält, an welcher das Betätigungsteil befestigt ist.

Bekannte Ventile sind einzeln oder allesamt in verschiedenem Ausmaß problembehaftet: inneres Lecken verhindert, daß das Ventil den Strömungsmittelfluß vollständig in der Schließstellung bei niedrigen Stromungsmitteldrücken blockiert. Oft wird dieses Lecken auch durch Abnutzung und Fremdmaterial im Strömungsmittel hervorgerufen. Festsetzen und Verklemmen der Stellvorrichtung und im Verbindungsgestänge verhindert, daß das Ventil glatt und verläßlich betätigt wird. Komplizierte Herstell- und Zusammenbauvorgänge sind notwendig. Ein verhältnismäßig hohes Gewicht macht häufig erforderlich, daß das Ventil über eine getrennte Montageklammer am Fahrzeug befestigt wird. Die meisten Ventile können nicht über den gesamten Temperaturbereich, dem sie ausgesetzt sind, verläßlich arbeiten; häufig ist die Abdichtung zwischen der Servomembran und dem Betätigungsarm schlecht. Bei Fertigung aus relativ preiswertem Material weist das Servogehäuse häufig nicht die notwendige Stabilität auf.

Aus der DT-OS 2 331 170 ist bereits ein Ventil bekannt, das die geschilderten Nachteile in großem Ausmaß nicht mehr aufweist. Hierzu wird eine deformierbare, elastische Dichtung um die Auslaßöffnung herum angebracht, wodurch die Wand der Ventilbohrung gegen das Ventilküken abgedichtet wird. Je leichter deformierbar bzw. weicher das hierzu verwendete Material ist, desto besser ist die

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Dichtung bei niedrigen Drücken. Es hat sich jedoch gezeigt, daß das Dichtungsmaterial sich um so leichter unter hohen Drücken in die Auslaßöffnung hineinschiebt, um so weicher das Dichtungsmaterial ist. Das bekannte Ventil ist zudem aus Kunststoff hergestellt, wodurch bei Änderung von Abmessungen oder Größen, bei Verwendung von anderen Paßstücken und anderen Schlauchanordnungen neue Werkzeuge hergestellt werden müssen. Dies ist sehr kostspielig.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das aus der DT-OS 2 170 bekannte Ventil so weiterzubilden, daß es einerseits billiger mit größerer Variabilität hergestellt werden kann und andererseits die Verwendung einer hinreichend weichen Dichtung erlaubt.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 beschriebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen erläutert.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch ein servobetätigtes Ventil gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 einen waagrechten Schnitt gemäß Linie 12-12 in Fig. 1;

Fig. 3 eine Draufsicht auf das Federelement des Ventils, wie es bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform verwendet wird;

Fig. 4 eine Draufsicht auf die Ventildichtung, die in der Ausführungsform von Fig. 1 verwendet wird;

Fig. 5 einen senkrechten Schnitt gemäß Linie 15-15 in Fig.4.

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Das in den Fig. 1 und 2 dargestellte Ventil entspricht, so weit nicht nachfolgend Abweichungen beschrieben sind, demjenigen, das aus der DT-OS 2 331 170 bekannt ist. Zur Ergängzung der nachfolgenden Beschreibung wird daher auf die genannte Offenlegungsschrift Bezug genommen. Soweit die Einzelteile des hier beschriebenen Ventils mit solchen des bekannten Ventils übereinstimmen, haben sie dieselbe Bezugszahl erhalten.

Das Gehäuse 18 ist aus Blech hergestellt. Zunächst sei auf Fig. 1 Bezug genommen./Es besitzt eine mittlere Vertiefung 64, die in der Bodenwand 22 ausgearbeitet ist. Sie bildet einen inneren, radialen Rücken 66 um den Boden der Bohrung 28. Der Betätigungsmechanismus umfaßt eine Hauptwelle 62, die koaxial zur Bohrung 28 über deren Gesamtlänge hinweg verläuft. Der obere Abschnitt 63' der Welle 62 ist im Querschnitt hexagonal geformt; darunter verjüngt sich die Welle 62 allmählich zu einem zylindrisch ausgebildeten Bodenabschnitt 65'. Der Bodenabschnitt 65' der Welle 62 verläuft unter den Boden der Bohrung 28, der vom Rücken 66 definiert wird, und endet in der Vertiefung 64. Auf dem Rücken 66 ist ein Führungsteil 69' angeordnet, welches den unteren Abschnitt der Welle 62 gegen Radialbewegung bezüglich der Achse festlegt. Das Führungsteil 69' besteht aus einem flachen Teil mit einem ringförmigen Mittelabschnitt 73' und einer Vielzahl einstückiger Beine 71', die sich radial vom Mittelabschnitt 73' nach außen erstrecken. Im dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel besitzt das Führungsteil 69' drei Beine 71', die im Abstand von 120° über den Umfang verteilt sind. Die Beine 71' ruhen auf dem Rücken 66 und erstrecken sich bis zur Wand der Bohrung 28, wo sie flanschartig nach oben abbiegen. Der Durchmesser des Mittellochs 67' im Füh-

ι rungsteil 69' ist geringfügig größer als der Durchmesser des Boden-

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abschnitts 65' der Welle 62. Wenn also das Führungsteil 69' auf dem Rücken 66 angeordnet ist, paßt die Welle 62 durch das Mittelloch 67' und kann um ihre Achse frei drehen; sie kann sich aber nicht in radialer Richtung aus der koaxialen Ausrichtung auf die Bohrung 28 bewegen.

Das Ventilküken 76 paßt in die Bohrung 28 um die Welle 62; der untere Rand seiner Zylinderwand ruht auf den Beinen 71' der Führung 69';um den hexagonalen Abschnitt 63' der Welle 62 ist außerdem ein gegossenes Antriebsteil 79' gepaßt, das eine hexagonale Mittelbohrung aufweist. Diese paßt, wie dargestellt, auf die Welle 62. Das Antriebsteil 79' besitzt eine Mehrzahl von über den Umfang verteilten Keilnuten 81', die mit einer Mehrzahl von Evolventenzähnen 77 kämmen. Diese sind in Abstand auf dem Küken 26 angeordnet. Um sicherzustellen, daß die Zähne 77' am Küken 26 im Eingriff mit den Keilnuten 81" des Antriebsteils 79' bleiben, ist das Antriebsteil 79" mit einer Schulter 83' ausgebildet. Diese überlappt die Zähne 77' und verhindert so, daß das Antriebsteil 79" die Welle 62 hinabgleitet. Um außerdem zu verhindern, daß das Antriebsteil 79' sich aus der Ausrichtung auf das Küken 26 in entgegengesetzter Richtung bewegt (wenn beispielsweise das Ventil mit der Oberseite nach unten montiert wird), ist ein Abstandsstück 85' vorgesehen. Dieses ist auf die Welle 62 oberhalb des Antriebsteils 79' wie dargestellt aufgepaßt. Die axiale Länge der Keilnuten 81' ist größer als die Entfernung zwischen den Abstandsstücken 85' und der Schulter 83' des Antriebsteils 79". Auf diese Weise reicht die maximal mögliche Axialbewegung zwischen dem Antriebsteil 79' und dem Küken 26, bezogen auf die Welle 62, nicht aus, daß der Keilnutenantrieb außer Eingriff kommt. Das Spiel zwischen der Welle

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62 und dem Küken 76 verhindert eine radiale und axiale Belastung des Kükens und ermöglicht eine freie Beweglichkeit, die sich beim Dichtvorgang positiv auswirkt.

Die Bauweise der Dichtung 90 ist in den Fig. 1,2,4 und 5 dargestellt. Die beiden letzten Figuren zeigen die Dichtung 90 in entspanntem Zustand. Wie in Fig. 4 gezeigt, besitzt die Dichtung 90 im wesentlichen Ringform, wobei ihr Innendurchmesser 92 dem Durchmesser der Auslaßöffnung 50 entspricht. Die Dichtung 90 besitzt im wesentlichen flache Außenseiten und Innenseiten 95" bzw. 97'. Die radiale Dicke der Dichtung ist an der Außenfläche 95' größer als an der Innenfläche 97'.

Senkrecht von der Fläche 95' der Dichtung 90 erstrecken sich mehrere Vorsprünge 91', die in ungefähr gleichem Abstand über den Umfang verteilt sind. Beispielsweise zeigt Fig. 4 eine Dichtung90 mit acht Vorsprüngen 91', die voneinander einen Abstand von ungefähr 45° aufweisen. Wie hiernach ausführlicher erklärt wird, dienen die Vorsprünge 91', die sich von der Dichtung 90 wegerstrecken, zur Verankerung der Dichtung an ihrer Stelle.

Die Dichtung 90 ist im Ventil zwischen dem Küken 76 und der Wand der Bohrung 28 angebracht. Die VorSprünge 91' zeigen dabei vom Ventilküken 76 weg. Um die Vor Sprünge 91 ' unterzubringen, wenn die Dichtung 90 innerhalb des Ventils angebracht wird, sind mehrere entsprechende Löcher in ähnlicher Weise um den Umfang der Auslaßöffnung 50 in der Seitenwand 20 des Ventilgehäuses 18 ausgebildet. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich also ein entsprechender Satz von acht Löchern, die ebenfalls einen Abstand

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von 45° voneinander besitzen, in der Wand 20. Wie am besten aus der Fig. 2 zu ersehen ist, sind die Löcher, die um die Auslaßöffnung 50 herum ausgebildet sind, senkrecht zur rohrförmigen Seitenwand 20 des Ventilgehäuses 18 gebohrt. Auf diese Weise passen die Vorsprünge 91' eng in die Löcher, wenn die Dichtung 90 gegen die Wand der Bohrung 28 gedrückt wird. Wie ohne weiteres zu erkennen ist, ist die Dichtung 90 sehr zuverlässig befestigt, wenn sich die Vorsprünge 91' durch die Wand 20 erstrecken. Vorzugsweise haben dabei die Vorsprünge 91' unbeansprucht einen Durchmesser, der geringfügig größer als der Durchmesser des entsprechenden Lochs im Ventilkörper 18 ist. Auf diese Weise neigt die Dichtung nur wenig dazu, in die Auslaßöffnung 50 zu wandern, auch nicht unter hohem Strömungsmitteldruck. Dies wiederum gestattet, die Dichtung 90 aus verhältnismäßig weichem elastomerem Material (vorzugsweise 50 bis 60 Durometer) herzustellen, so daß sich eine wirkliche Dichtung bei niedrigen Strömungsmitteldrücken zwischen dem Küken 76 und der Dichtung 90 sowie zwischen der Dichtung 90 und der Wand der Bohrung 28 erzielen läßt. Aufgrund der Reibung dreht sich außerdem die Dichtung 90 weniger wahrscheinlich mit dem Küken 76, wenn das Ventil geöffnet und geschlossen wird.

Auch die Querschnittsform der Dichtung 90 trägt zu ihrer Funktion bei. Wie aus Fig. 5 zu erkennen ist, ist die radiale Dicke der Dichtung 90 an ihrer Innenfläche 97', wie bei 101' gezeigt, absichtlich geringer als diejenige an der Außenfläche 95'. Auf diese Weise wird keine übermäßige Reibung zwischen der Fläche 97' und dem Ventilküken 76 erzeugt, wenn das letztere gedreht wird. Es. sollte jedoch auch festgehalten werden, daß diese radiale Dicke nicht zu klein gemacht werden darf, da sonst die Dichtung "rollt",

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wenn das Ventilküken 7 6 gedreht wird. Außerdem besitzt der äußere Umfangsrand der Dichtung 90 einen im wesentlichen zylindrischen Abschnitt 103' in Nähe der Fläche 97'. Dieser wirkt als Kratzer, der verhindert, daß Abrieb zwischen das Küken 76 und 90 beim Drehen des Kükens eingebracht werden kann, der sich zwischen dem Küken 76 und der Wand der Bohrung 28 anhäufen könnte. Fremdmaterial, das sich zwischen der Dichtung und dem Küken durcharbeiten würde,

im

könnte die Dichtung nachteilig beeinflussen und Ergebnis die richtige Funktion des Ventils in Frage stellen. Von Bedeutung ist auch die spannungslose Dicke der Dichtung, die mit 99' angedeutet ist. Sie sollte so groß sein, daß Herstellungstoleranzen aufgefangen

sich

werden können und in allen Drehstellungen des Ventils zur Aufrechtergibt . erhaltung einer wirksamen Dichtung eine Kompression Die Dicke sollte jedoch nicht so groß sein, daß unnötige Reibung oder die Neigung zum Rollen erzeugt werden.

Die Ventilfeder 94, die in Fig. 3 gezeigt ist, ist ein flaches, rechteckiges Teil mit einer mittleren rechteckigen Öffnung 96, die von zwei Seitenelementen 98 und 100 begrenzt wird. Diese werden durch flache, elastische Seitenelemente 106 und 108 miteinander verbunden. Nach innen in die Mittelöffnung 96 erstrecken sich von den Seitenelementen 98 und 100 aus Lappen 105¹ und 107¹. Die Funktion dieser Lappen 105' und 107' ist am besten aus Fig. 2 zu erkennen. Wenn die Feder 94 in dem Ventil diametral gegenüber der Dichtung 90 eingebaut wird, und zwar zwischen dem Küken 76 und dem Rand der Bohrung 28,reichen die Lappen 105¹ und 107' in die Einlaßöffnung 48 und berühren die Seiten der öffnung in der dargestellten Weise. So wird verhindert, daß sich die Feder 94 bewegt, wenn das Küken 76 gedreht wird.

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Die Vorteile des erfindungsgemäßen servobetätigten Ventils sind besonders auffällig, wenn es bei einem Autoheizsystem verwendet wird. Hier wird die Strömung des Kühlmittels durch das Ventils durch ein Vakuum-Regelsignal gesteuert, welches an den Servomechanismus 14 gelegt wird. Aufgrund der Leichtigkeit des Ventils kann die übliche Befestigungsklammer erübrigt werden; das Ventil wird einfach von den Schläuchen getragen. Die verläßliche innere Ventildichtung stellt nicht nur sicher, daß kein Lecken durch das Ventil erfolgt, wenn das Ventil geschlossen ist, da die von der Feder 94 entwickelte Vorspannung die Dichtung 90 zwischen Küken 76 und der Wand der Bohrung zusammendrückt. Es wird auch die Bewegung des Kükens zwischen der Offen- und der Schließstellung nicht behindert. Aufgrund der Freiheitsgrade des Kükens 76 und aufgrund der Vorspannung durch die Feder 94 wird eine kontinuierliche strömungsmitteldichte Berührung der Dichtung 90 zwischen dem Küken und dem Ventilgehäuse sichergestellt, auch wenn sich die Teile abnutzen. Das Ventil gewährleistet auf diese Weise eine lange, störungsfreie Lebensdauer auch unter widrigen Umständen. Die Bauweise ist derart ökonomisch, daß das Ventil zur Massenherstellung in idealer Weise geeignet ist.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

1.]Servobetätigtes Strömungsmittelventil mit einem Gehäuse, in dem eine Ventilkammer ausgebildet ist; mit einem Einlaß- und einem Auslaßkanal, die mit der Kammer kommunizieren, mit einem Ventilküken, das in der Kammer angeordnet ist und um eine Achse zwischen einer Schließstellung, in welcher die Strömung vom Einlaßkanal zum Auslaßkanal blockiert ist, und einer Offenstellung, in welcher die Strömung nicht blockiert ist, drehbar ist und eine im wesentlichen hohle Form aufweist; mit einer elastomeren Dichtung, die um den Umfang des Auslaßkanals zwischen der benachbarten Wand der Kammer und dem Ventilküken angeordnet ist; mit einer Feder, welche das Ventilelement auf die Dichtung in allen Stellungen des Ventilkükens zu drückt und eine im wesentlichen flache Feder umfaßt, die zwischen dem Ventilküken und einer Wand der Kammer angeordnet ist, wobei das Ventilküken so angeordnet ist, daß es gegen die Dichtung durch den Druck des Einlaßströmungsmittels in allen Stellungen gedrückt ist, wodurch die Dichtung zwischen dem Ventilküken und der Dichtung

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durch den Strömungsmitteldruck am Einlaßkanal verstärkt wird; mit einer Betätigungseinrichtung, welche das Ventilküken um die Achse dreht und ein Betätigungsteil enthält sowie einen Träger, an dem das Betätigungsteil angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger ein längliches, spindelartiges Teil (62) umfaßt, das im wesentlichen sich entlang der Achse erstreckt und an einem Ende mit dem Betätigungsteil verbunden ist, wobei das gegenüberliegende Ende (63',65') des spindelartigen Teils (62) sich durch das Ventilküken (76) hindurcherstreckt und mit dem Gehäuse (18) so verbunden ist, daß eine Querbewegung des genannten gegenüberliegenden Endes (65') gegenüber der Achse verhindert ist; mit einer Verbindungseinrichtung (63 ' ,79 ' ,81 ' , 77^T), welche die Betätigungseinrichtung und das Ventilküken zur Drehung um die Achse miteinander verbindet und eine Querbewegung des Ventilkükens (76) relativ zur Achse auf die Dichtung (90) zu und von dieser weg ermöglicht.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Befestigungsvorrichtung (91 ') die Dichtung (90) am Gehäuse (18) rings um den Auslaßkanal (50) befestigt und verhindert, daß die elastomere Dichtung (90) in den Auslaßkanal (50) unter dem Druck des Einlaßströmungsmittels wandert.

3. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elastomere Dichtung (90) hinreichend deformierbar ist und eine Härte im Bereich zwischen ungefähr 50 und ungefähr 60 Durometer besitzt, so daß bei niedrigen Strömungsmitteldrücken das Dichtelement (90) ein Lecken von Strömungsmittel in den Auslaßkanal (50) verhindert, wenn das Ventilküken (76) in der Schließstel-

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lung ist.

4. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das flache Federteil (94) senkrecht verlaufende Lappen (105') aufweist, welche in den Einlaßkanal (48) hineinreichen und verhindern, daß sich das Federteil (94) bewegt, wenn das Ventilküken (76) bewegt wird.

5. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Einlaß- und Auslaßkanal (48,50) aus Blech hergestellt sind.

6. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungseinrichtung eine Mehrzahl von Löchern umfaßt, die entweder im Dichtelement (90) oder im Gehäuse (18) in der Nähe des Umfangs des Auslaßkanals (50) angeordnet sind, sowie eine ähnliche Anzahl komplementärer Vorsprünge (91') am jeweils anderen Element, die sich innerhalb der Löcher befinden, wobei die Kammer im wesentlichen glatte Flächen der Seitenwand (20) im Gebiet der Dichtung (90) aufweist, wodurch die Dichtung (90) an einer Relativbewegung gegenüber dem Gehäuse (18) im wesentlichen nur durch die Wechselwirkung zwischen den Vorsprüngen (91') und den Löchern sowie durch Reibung verhindert wird.

7. Ventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Löchern im Gehäuse (18) in der Nähe des Umfangs des Auslaßkanals (50) ausgebildet ist, wobei die komplementäre Anzahl von Vorsprüngen (91') einstückig mit der Dichtung (90) ausgebildet ist.

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8. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elastomere Dichtung (90) im wesentlichen ringförmig ist.

9. Ventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Breite der elastomeren Dichtung (90) an der dem Ventilküken (76) benachbarten Seite geringer ist als die radiale Breite an der gegenüberliegenden Fläche in der Nähe der Wand (20) der Kammer, wodurch die Reibung zwischen dem Ventilküken (76) und der Dichtung (90) minimalisiert wird.

10. Ventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche der elastomeren Dichtung (90), die dem Ventilküken (76) benachbart ist, einen axial verlaufenden, im wesentlichen geraden zylinderförmigen Abschnitt aufweist, der Abrieb vom Ventilküken (76) abwischt, wenn das Ventilküken (76) um seine Achse gedreht wird.

11. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die elastomere Dichtung (90) in komprimiertem Zustand befindet, wenn sie zwischen dem Ventilküken (76) und der Wand (20) der Kammer angeordnet ist.

12. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gegenüberliegende Ende des spindelartigen Teils (62) am Gehäuse befestigt ist und sich von diesem wegerstreckt.

13. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ende des spindelartigen Teils (62) am Betätigungsteil befestigt ist und sich mit diesem dreht.

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