DE2810211A1

DE2810211A1 - Heizwassersteuerventil fuer eine kraftfahrzeug-heizungsanlage

Info

Publication number: DE2810211A1
Application number: DE19782810211
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Hertfelder; Erich Junginger; Ernst Dipl Ing Linder
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1978-03-09
Filing date: 1978-03-09
Publication date: 1979-09-20
Also published as: US4270726A; FR2419189A1; IT7920709A0; FR2419189B1; IT1110136B; DE2810211C2

Description

Robert Bosch GmbH 28. Februar 1978

7000 Stuttgart 1

Heizwassersteuerventil für eine Kraftfahrzeug-Heizungsanlage

Die Erfindung bezieht sich auf ein Heizwassersteuerventil für eine Kraftfahrzeug-Heizungsanlage, dos in den Heizungszulauf zu einem Heizwärmetauscher schaltbar und dessen Stellantrieb von einer Temperaturregeleinrichtung steuerbar ist, wobei das Steuerventil innerhalb eines geschlossenen, mit Zulauf-und Ablaufstutzen versehenen Gehäuses ein bewegliches Schließglied aufweist, an dem an einem Ende ein die Durchströmöffnung zwischen Zulauf- und Ablaufraum beherrschendes Ventilverschlußglied und in Abstand von letzterem eine Membran befestigt ist, die randseitig dicht im Gehäuse gehalten ist und dort auf der dem Ventilverschlußglied abgewandten Membranseite einen Steuerraum von dem Zulauf- und Ablaufraum abteilt, und wobei der Stellantrieb als Elektromagnet ausgebildet ist, der auf ein bewegliches HMfssteuergJied im Steuerraum derart arbeitet, daß zum Verschließen der Durchströmöffnung ein höherer Druck im Steuerraum als im Ablaufraum und zur Freigabe der Durchströmöffnung ein geringerer Druck im Steuerraum als im Zulaufraum erzeugbar ist.

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Ein bekanntes Heizwassersteuerventil dieser Art ( DE-OS 25 31 015) arbeitet mit Unterdruck als Servokraft. Zu diesem Zweck besteht das Hilfssteuerglied aus einer Blattfeder, die vom Elektromagneten beaufschlagt wird. Die Blattfeder sitzt im Steuerraum. Sie verschließt mit ihrem ausfederbaren Ende bei nicht erregtem Elektromagneten und bei geschlossener Durchströmöffnung eine in den Steuerraum von außen einmündende, an die Maschine des Kraftfahrzeuges angeschlossene Unterdruckleitung. Soll die Durchströmöffnung freigegeben, das Ventil also geöffnet werden, so wird der Elektromagnet erregt. Er zieht dann die Blattfeder an, die sodann die Öffnung der Unterdruckleitung in den Steuerraum hinein freigibt und statt dessen eine andere Öffnung verschließt, über die der Steuerraum sonst mit dem atmosphärischen Umgebungsdruck in Verbindung steht. Durch diesen Vorgang beim Öffnen wird der Steuerraum evakuiert. Dadurch kann das Ventilverschlußglied gegen die Wirkung einer Schließfeder von der Durchströmöffnung abheben, das Ventil also in die geöffnete Stellung überführt werden, in der das Heizwasser das Ventil passieren und in den Heizwärmetauscher fließen kann. Dieses Heizwassersteuerventil ist somit in seiner Schließstellung stromlos. Hingegen liegt in der geöffneten Ventilstellung am Elektromagneten dauernd die Erregung an, was bekanntermaßen als Nachteil anzusehen ist. Von Nach? il ist ferner, daß der Übergang vom Schließen zum Öffnen von der Größe des Unterdruckes abhängig ist. Letzterer kann je nach Betriebszustand des Kraftfahrzeuges mitunter nicht ausreichend sein, um zuverlässig immer eine Ventilöffnung zu gewährleisten. So ist z.B. bei abgasentgifteten Fahrzeugen in einigen extremen Vollastbereichen der Unterdruck nicht ausreichend, um die Öffnungsbewegung des Ventils zu ermöglichen. Dieser Nachteil tritt z.B. auch bei Diesel-Fahrzeugen auf. Ein weiterer Nachteil liegt darin, daß die Funktionsfähigkeit des Steuerventil es im Öffnungssinne dann fehlt, wenn die von außen zum Steuerventil führende Unterdruckleitung ein Leck haben sollte oder versehentlich abgelöst ist. Die Funktionssicherheit ist ferner dadurch gefährdet, daß bei einem Leck der Membran, z.B. infolge Verschleißes, Zerstörung od. dgl. , dann möglicherweise ein Wasserverlust durch das Steuerventil nach außen hin droht, der zur Funktionsunfähigkeit

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der Heizungsanlage, vor allem möglicherweise zu Schaden im gesamten Kühlsystem und somit an der Maschine des Fahrzeuges führen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Heizwassersteuervenil der eingangs genannten Art so auszubilden, daß es in der geöffneten Ventilstellung stromlos ist, wobei ebenfalls der Energiebedarf des Elektromagneten für eine möglichst preisgünstige Auslegung der Temperaturregeleinrichtung sehr gering ist, daß es vor allem ohne in den Steuerraum von außen einzuleitenden und zu steuernden Unterdruck und somit unabhängig von betriebsbedingten Schwankungen eines solchen äußeren, zugeführten Unterdruckes, gleichwohl aber mit Servounterstützung, arbeitet, daß die Gefahr von Undichtigkeiten und möglicherweise einhergehender, überraschender und für das gesamte Kühlsystem schädlicher Lecks mit Wasserverlust zuverlässig gebannt ist und daß es eine kompakte, preisgünstige Baueinheit geringen Gewichts und hoher Funkionssicherheit bildet.

Die Aufgabe ist bei einem Heizwassersteuerventil der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Elektromagnet einen innerhalb der Magnetspule und gegen die Wirkung einer Öffnungsfeder verschiebbaren Tauchanker aufweist und innerhalb des Gehäuses vom im Steuerraum befindlichen Wasser umströmt ist, daß an dem Tauchanker eine zur Durchströmöffnung koaxiale und diese durchsetzende Schubstange befestigt ist, daß das Ventilverschlußglied mitsamt der daran festen Membran an einer Schiebehüise befestigt ist, die verschiebbar auf der Schubstange unter Belassung eines zwischen Schubstange und Schiebehülse gebildeten, radialen und in Axialrichtung einerseits in den Steuerraum und andererseits in den Zulauf- und Ablaufraum einmündenden Ringraumes gehalten ist, dessen in den Steuerraum einmündendes Ende einen H ilfsventilsitz bildet, daß das Hilfssteuerglied an der Schubstange auf deren sich zwischen dem Tauchanker und der Schiebehülse befindlichem Längenabschnitt fest und derart angeordnet ist, daß das Hilfssteuerglied mit dem Hilfsventilsitz zusammen wirkt, und daß die Membran eine Drossel öffnung aufweist, die den Steuerraum mit dem Zu-

Iaufraum verbindet und im Querschnitt derart bemessen ist, daß beim Verschließen der Durchströmöffnung ein ausreichend schneller Wasserausgleich zwischen

Steuerraum und Zulaufraum und bei Freigabe der Durchströmöffnung ein in Bezug auf die durch den Ringraum hindurch zum Ablaufraum hin erfolgende Öffnung des Steuerraumes verzögerter Ausgleich zwischen Zuiaufraum und Steuerraum erfolgt.

Das erfindungsgemäße Heizwassersteuerventil befindet sich bei nicht erregtem Elektromagneten in seiner Öffnungsstellung, in der es selbst für den Notfall, daß die Öffnungsfeder brechen solIte,gehalten wird. Soll die Durchströmöffnung geschlossen werden, wird der Elektromagnet erregt. Es folgt dann eine schnelle Schließbewegung, die dadurch eingeleitet wird, daß der Tauchanker mitsamt Schubstange zunächst eine Bewegung in Schließrichtung vollführt. Bei dieser Bewegung bewegt sich zunächst die Membran mitsamt Schiebehülse und Ventil Verschlußglied nicht in Schließrichtung. Vielmehr gelangt infolge der Verschiebebewegung des Tauchankers mit Schubstange in Schließrichtung das auf der Schubstange befestigte Hilfssteuergiied in seine Schließposition, in der dieses Hilfssteuergiied auf dem zugeordneten Hilfsventilsitz aufsitzt und somit die Verbindung des Steuerraumes über den Ringraum zum Ablaufraum hin sperrt. Im Steuerraum bleibt somit das Durckniveau im wesentlichen erhalten, welches zugleich im Zulaufraum herrscht. Dieses Druckniveau ist höher als irn Ablaufraum, da sich letzteres bei eingeleiteter Schließbewegung verringert. Durch die Drossel Öffnung kann ein schneller Wasser- und Druckausgleich zwischen Zulaufraum und Steuerraum erfolgen. Dies kommt einer schnellen Schließbewegung mit Kraftunterstützung durch den Wasservorlauf zugute. Der Energiebedarf des Elektromagneten zum Schließen des Ventiles ist daher sehr gering. Die Temperaturregeleinrichtung kann somit preisgünstig in der Endstufe ihrer Elektronik ausgelegt werden. Es hat sich gezeigt, daß zum Schließen ein Strom von kleiner 1 A ausreichend ist. Bei dieser Schließbewegung wird die Öffnungsfeder infolge des in die Magnetspule hineingezogenen Tauchankers zusammengedrückt. Sobald das Hilfssteuergiied auf

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seinem Hilfsventilsitz der Schiebehülse aufsitzt, wird die Schiebehülse mitsamt der Membran und dem Ventilverschlußglied bei weiterer Verschiebung des Tauchankers mit Schubstange in Schließrichtung mitbewegt, so daß das Ventilverschlußglied die Durchströmöffnung verschließt. Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist das Hilfssteuerglied aus einem elastischen Material, insbesondere aus Gummi, gebildet. Von Vorteil ist es dabei, wenn das Hilfssteuerglied zusammen mit dem Hilfsventilsitz als Zentriervorrichtung der Schiebehülse und des Ventilverschlußgliedes ausgebildet ist. Das Hilfssteuerglied kann z.B. als Kegelstopfen ausgebildet sein, mittels dessen bei Verschließen des Hilfsventilsitzes an der Schiebehülse letztere mitsamt dem Ventilverschlußglied auf der Schubstange zugleich zentrierbar ist. Soll das Ventil in Öffnungsstellung gebracht werden, so wird die Erregung des Elektromagneten ausgeschaltet. Dabei werden zunächst der Tauchanker und zusammen mit diesem die Schubstange mit Hilfssteuerglied durch die sich entspannende Öffnungsfeder in Öffnungsrichtung verschoben. Dabei hebt das Hilfssteuerglied von seinem Hilfsventilsitz ab. Dadurch wird der Steuerraum durch den Ringraum hindurch mit dem Ablaufraum verbunden, somit auf das dortige geringere Druckniveau entlüftet. Das sich im Steuerraum befindliche Wasser kann somit relativ schnell durch den freigegebenen Ringraum hindurch in den Ablaufraum ablaufen. Durch die Bemessung der Drosselöffnung geschieht dies schneller, als durch die Drosselöffnung hindurch vom Zulaufraum Wasser höheren Drucks in den Steuerraum einfließen kann. Infolge des Druckgefälles vom Zulaufraum zum Steuerraum, also des auf die Membran in diesem Bereich wirkenden höheren Druckes, wird die Membran in Öffnungsrichtung belastet und verschoben. Dadurch wird zusammen mit der Membran die daran feste Schiebehülse und das Ventilverschlußglied in Öffnungsrichtung angehoben, wobei eine Relativverschiebung zwischen Schiebehülse und Schubstange erfolgt. Durch den beim Öffnen an der Drossel öffnung entstehenden Druckabfall wird somit auch das Öffnen des Ventiles durch den Vorlaufdruck im Vorlaufraum, der auf der Membran ansteht, unterstützt. Die Drossel öffnung in der Membran ist so abgestimmt, daß eine ausreichende Servowirkung beim Öffnen einerseits und ein entsprechend schneller Wasser-

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ausgleich beim Schließen des Ventiles andererseits erreicht wird. In der geöffneten Stellung wird das Ventil einerseits durch die Öffnungsfeder gehalten, die auf den Tauchanker in Offnungsrichtung einwirkt. Zum anderen aber wirkt auf die Membran der Wasserdruck im Zulauf- und Ablaufraum, wodurch das Ventil ebenfalls in der Offnungsstellung gehalten wird, selbst dann, wenn die Öffnungsfeder unvorhergesehen brechen sollte. Dadurch ist die Funktionssicherheit erhöht. Das Steuerventil ist in seiner Offnungsstellung stromlos. Dabei erfordert der Elektromagnet ebenfalls einen geringen Energiebedarf, um das Ventil in die Schließstellung zu bewegen. Von Vorteil ist ferner, daß in den Steuerraum kein von außen her mit betriebsabhängigem Druck zugeführtes Steuermedium eingeleitet wird, also kein Unterdruck wie bei dem bekannten Heizwassersteuerventil. Die Funktion des Heizwassersteuerventil es ist somit unabhängig vom jeweiligen Betriebszustand des Fahrzeuges, insbesondere der Belastung der Maschine. Gleichwohl arbeitet es in Schließ- und Offnungsrichtung jeweils mit der Hilfskraft des Druckes im Vorlaufraum. Es ist also servounterstützt. Da das gesamte Gehäuse nach außen hin gänzlich abgeschlossen ist, bedeutet ein Leck oder eine Zerstörung der Membran noch nicht, daß durch das Steuerventil hindurch ein stärkerer Wasserverlust erfolgt, der Schaden im System nach sich zieht. Ohnehin ist die Gefahr von Leckverlusten gebannt. Das Steuerventil bildet eine kompakte, preisgünstige Baueinheit mit geringem Gewicht und vor allem mit hoher Funkrionssicherheit.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, daß auf der Schiebehülse in radialem Abstand von dieser und axial zwischen dem Ventilverschlußglied einerseits und der Membran andererseits ein vorzugsweise zylinderhülsenförmiges Sieb gehalfen ist, mittels dessen um die Schiebehülse zwischen letzterer und Sieb ein ringförmiger Siebraum gebildet ist, dessen axiale Enden einerseits durch das Ventilverschlußglied und andererseits durch die Membran verschlossen sind, und daß die Drosselöffnung innerhalb des Radialbereiches des Siebraumes und in letzteren einmündend angeordnet 1st. Hierdurch ist erreicht, daß in den Steuerraum jenseits des Zulauf- und Ablaufraumes immer nur solches Wasser vom Vorlauf raum her eingeleitet wird,

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das somit von im Heizwasserzulauf mitgeführten Fremdstoffen, wie Sand und sonstigen Verunreinigungen,freigehalten ist. Der Steuerraum und alle damit kommunizierenden, abgeschlossenen Räume und darin enthaltenen Teile kommen also nicht mit im Heizwasserzulauf mitgeführten Fremdstoffen in Berührung. Dies erhöht die Funktionssicherheit, vor allem auch hinsichtlich des Tauchankers; denn die Axialführung in Schließ- und Offnungsrichtung für den Tauchanker wird dadurch nicht mit Fremdstoffen verunreinigt, die eine leichtgängige Axialverschiebung des Tauchankers möglicherweise behindern könnten.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, daß das Gehäuse zwischen Tauchanker und Membran einen Einsatz aufweist, der von der Schubstange mit Radialspiel durchsetzt ist und ein Widerlager für das eine Ende der Offnungsfeder bildet, deren anderes Ende am Tauchanker abgestützt ist. Die Offnungsfeder kann als zylindrische Schraubenfeder ausgebildet sein, die die Schubstange umgibt und mit einem Ende in eine ringförmige Axialausnehmung des Tauchankers eingreift. Dadurch können die Abmessungen in Axialrichtung der Schubstange möglichst klein gehalten werden. Von Vorteil kann es ferner sein, wenn der Einsatz auf der dem Tauchanker zugewandten Seite eine etwa kegel stumpf förmige, sich zur Membran hin verjüngende Eintiefung aufweist, die über den von der Schubstange durchsetzten, dieser gegenüber im Durchmesser größeren Axialdurchlaß mit dem Sfeuerraum verbunden ist. In entsprechender Zuordnung kann der Tauchanker an seinem zur Eintiefung weisenden Ende etwa kegelstumpfförmig und entsprechend der Eintiefung verjüngt sein. Der Axialdurchlaß des Einsatzes dient nicht zur Führung der Schubstange. Die Schubstange ist vielmehr in Verschieberichtung über den Tauchanker geführt. Die Axialdurchlaßöffnung ermöglicht einen ausreichenden Wasserzufluß in den Bereich zwischen Einsatz und Tauchanker und ebenfalls einen guten und schnellen Rückfluß. Durch die Eintiefung im Einsatz und die entsprechende Kegelstumpfform des Tauchankers wird mit hydrodynamischen Mitteln eine feine Wasserdosierung erreicht und ein möglichst schnelles Schließen des Ventiles gefördert, da beim Schließen durch diese kegelstumpfförmige Verjüngung sehr schnell ein Wasserausgleich um den Tauchanker herum

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erreichbar ist, und zwar einerseits durch den Axialdurchlass zum Steuerraum hin und andererseits zur abgewandten Seite des Tauchankers hin. Ferner ist dadurch erreicht, daß das Ventil langsam öffnet.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, daß der Tauchanker auf seiner äußeren Umfangsfläche, mit der er in einer koaxialen Gehäuseführung geführt ist, axial durchlaufende Vertiefungen in Form von Rillen, Nuten od. dgl. aufweist, zwischen denen und der Gehäuseführung hindurch Wasser vom einen zum anderen Ende des Tauchankers führbar ist. Die Vertiefungen können in gleichen Winkelabständen voneinander und rings um die Umfangsfläche des Tauchankers gruppiert sein. Dadurch ist erreicht, daß die Oberfläche des Tauchankers, die mit der Führungsfläche der Gehäuseführung in Berührung steht, möglichst klein gehalten ist. Die Reibung zwischen der Außenfläche des Tauchankers und der damit in Berührung stehenden Fläche der Gehäuseführung ist somit so klein wie möglich gehalten. Ferner wird die Axialverschiebung des Tauchankers durch eine Quasischmierung noch erleichtert, die durch das Wasser gegeben ist, das im Steuerraum, Axialdurchlaß, in der Vertiefung des Einsatzes und im Raum beidendig des Tauchankers und zwischen dessen Vertiefungen und der Gehäuseführung vorhanden ist. Der der Axialverschiebung des Tauchankers entgegengesetzte Reibungswiderstand ist also so klein wie möglich gehalten. Die axial durchlaufenden Vertiefungen auf der äußeren Umfangsfläche des Tauchankers haben ferner den Vorteil, daß evtl. , trotz des Siebes doch zusammen mit dem Wasser hineingelangte Schmutzpartikel durch die Vertiefungen hindurch mit der dadurch erreichten Wasserströmung wieder abgeleitet werden, also nicht auf der Gleitfläche zwischen Tauchanker und Gehäuseführung haften bleiben und dort sonst die Reibung erhöhen. Ein Verklemmen des Tauchankers ist völlig ausgeschaltet.

Die Schubstange kann an ihrem freien Ende einen Verschiebeanschlag für die SchiebhülsB mit Ventilverschlußglied tragen, der mit Radialöffnungen versehen ist, über die das zugewandte Ende des Ringraumes in den Zulauf- und Ablaufraum ausmündet. Der Verschiebeanschlag kann aus einem Nur-

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ring bestehen. Er dient beim Öffnen des Ventiles als Axialmitnahme, da er von unten her am Ventilverschlußglied angreift und letzteres zusammen mit der Schiebehülse mitnehmen kann. Auch dabei bleibt infolge der Radialöffnungen dieses Verschiebeanschlages der Ringraum zwischen Schubstange und Schiebehülse zum Ablaufraum hin geöffnet.

Von Vorteil kann es sein, wenn der Tauchanker und der Einsatz innerhalb des Gehäuses in einer in letzteres eingesetzten, kappenförmigen und nach außen hin abgeschlossenen Buchse angeordnet sind, die mit ihrer Innenfläche die koaxiale Gehäuseführung des Tauchankers bildet und im Inneren das im Steuerraum befindliche Wasser enthält und von diesem durchströmt ist. In vorteilhafter Weiterbildung kann die Buchse an ihrem zur Membran weisenden Ende einen Ringflansch tragen, der gegen einen Ringrand der Membran unter druckdichter Einspannung letzterer angepreßt ist. Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, daß die Buchse an ihrem der Membran zugewandten Rohrende eine radial überstehende Ringschulter aufweist, die Träger einer Druckplatte ist, und daß axial zwischen einem Gehäuseabsatz und der Druckplatte eine Axialdruckfeder, insbesondere eine We 11 feder, angeordnet ist, mittels der die Buchse mit ihrem Ringflansch gegen den Ringrand der Membran angepreßt ist unter fester und druckdichter Einspannung der Membran im Gehäuse und unter gleichzeitigem druckdichtem Abschluß des von der Buchse und der Membran umschlossenen, wasserdurchflossenen Innenraumes. Hierdurch ist erreicht, daß der letztgenannte Innenraum, der vom Wasser durchströmt ist, sicher nach außen hin abgedichtet ist, so daß ein besonderes, bewegliches Dichtelement dafür entbehrlich ist. Diese Abdichtung des genannten Innenraumes erfolgt also ebenfalls unter Zuhilfenahme der Membran, die somit diese weitere Funktion erfüllt.

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Es versteht sich, daß das erfindungsgemäße Heizwassersteuerventil in seiner Anwendung nicht auf eine Kraftfahrzeug-Heizungsanlage beschränkt ist, sondern auch für vielfältige andere Steueraufgaben eingesetzt werden kann.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen axialen Längsschnitt eines Heizwasser

steuerventil es in der geöffneten Ventilstellung,

Fig. 2 eine Draufsicht allein des Tauchankers des

Heizwassersteuerventil es in Richtung des Pfeiles II in Fig. 1.

Das gezeigte Heizwassersteuerventil eignet sich insbesondere für den Einbau in eine Kraftfahrzeug-Heizungsanlage gemäß DE-OS 25 31 015. Es wird dabei in den Heizungszulauf zu einem nicht gezeigten Heizwärmetauscher geschaltet. Sein als Elektromagnet 10 ausgebildeter Stellantrieb wird dann von einer Temperaturregeleinrichtung der Heizungsanlage gesteuert.

Das Steuerventil weist ein allseitig geschlossenes Gehäuse 11 mit angeformtem Zulaufstutzen 12 und Ablaufstutzen 13 auf, zwischen deren Zulaufraum 14 bzw. Ablaufraum 15 eine zu steuernde Durchströmöffnung gebildet ist. Im Inneren des Gehäuses 11 befindet sich ein bewegliches Schließglied mit einem kegelförmigen Ventilverschlußglied 17 und einer flexiblen Membran 18 in Abstand von letzterem. Die Membran 18 ist

randseitig dicht im Gehäuse Π gehalten. Sie teilt auf der dem Ventilverschlußglied 17 abgewandten Seite einen Steuerraum 19 von dem Zulauf-und Ablaufraum 14, 15 ab.

Der Elektromagnet 10 weist eine Magnetspule 20 und einen dazu koaxialen Tauchanker 21 auf, der axial in Schließrichtung gemäß Pfeil 22 gegen die Wirkung einer als zylindrische Schraubenfeder ausgebildeten Öffnungsfeder

23 verschiebbar ist und innerhalb des Gehäuses 11 allseitig vom im Steuerraum 19 befindlichen Wasser umströmt ist. Fest mit dem Tauchanker 21 ist eine zur Durchströmöffnung 16 koaxiale und letztere durchsetzende Schubstange 24 verbunden, die über die Axialführung des Tauchankers 21 im wesentlichen koaxial zur Durchsfrömöffnung 16 geführt ist.

Das Ventilverschlußglied 17 und die Membran 18 sind beide an einer Schiebehülse 25 befestigt. Letztere ist verschiebbar auf der Schubstange

24 und dabei so gehalten, daß zwischen der Schubstange 24 und der Schiebehülse 25 ein radialer Ringraum 26 gebildet ist. Der Ringraum 26 mündet mit seinem in Fig. 1 oberen Ende in Axialrichtung gesehen in den Steuerraum 19 und mit seinem in Fig. 1 unteren Ende in den Zulauf- und Ablaufraum 14, 15 ein. Dabei bildet das in den Sfeuerraum 19 einmündende Ende des Ringraumes 26 dort einen erweiterten Hilfsventilsitz 27 für ein Hilfssteuerglied 28, das als Kegelstopfen ausgebildet ist und aus elastischem Material, z.B. Gummi,besteht. Das Hilfssteuerglied 28 sitzt fest auf der Schubstange 24, und zwar auf deren Längenabschnitt zwischen dem Tauchanker 21 und der Schiebehülse 25. Es wirkt mit dem Hilfsventilsitz 27 zur Steuerung des Ringraumes 26 zusammen.

Die Membran 18 v/eist eine Drosselöffnung 29 auf, die den Steuerraum 19 mit dem Zulaufraum 14 verbindet und im Querschnitt so bemessen ist, daß beim Verschließen der Durchströmöffnung 16 ein ausreichend schneller Wasserausgleich vom Steuerraum 19 zum Zulaufraum 14 erfolgt und daß bei Freigabe der Durchströmöffnung 16 ein in Bezug auf die

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durch den Ringraum 26 hindurch zum Ablaufraum 15 hin erfolgende Öffnung des Steuerraumes 19 verzögerter Ausgleich zwischen Zulauf raum 14 und Steuerraum 19 erfolgt.

Auf der Schiebehülse 25 ist in radialem Abstand von dieser ein zylinderhülsenförmiges Sieb 30 gehalten, das axial zwischen dem Ventilverschlußglied 17 einerseits und der Membran 18 andererseits fest verankert ist. Mittels des Siebes 30 ist um die Schiebehülse 25 herum zwischen letzterer und Sieb 30 ein ringförmiger Siebraum 31 gebildet, dessen beide axiale Enden einerseits durch das Ventilverschlußglied 17 und andererseits durch die Membran 18 verschlossen sind. Die Drossel öffnung 29 ist innerhalb des Radialbereiches des Siebraumes 31 und so angeordnet, daß sie in letzteren einmündet. An ihrem freien Ende trägt die Schubstange 24 einen als Nutring ausgebildeten Verschiebeanschlag 32 für die Schiebehülse 25 mit Ventilverschlußglied 17. Durch diese Gestaltung als Nutring hat der Verschiebeanschlag 32 Radial öffnungen 33, über die das zugewandte Ende des Ringraumes 26 dauernd mit dem Zulaufraum 14 und Ablaufraum 15 in Verbindung steht.

Das Gehäuse 11 ist im Bereich des Tauchankers 21 nach außen hin und um den Tauchanker 21 herum durch eine hutförmige, buchsenartige Kappe 34 aus Messing abgeschlossen. Zur äußeren Abdichtung zwischen dem Gehäusedeckel 35 und der herausragenden Kappe 34 ist der dort umlaufende Spalt z.B. mit Silikonkautschuk zusätzlich abgedichtet.

im Inneren der Kappe 34 des Gehäuses 11 ist zwischen dem Tauchanker 21 und der Membran 18 ein Einsatz 36 befestigt. Letzterer weist auf der dem Tauchanker 21 zugewandten Seite eine etwa kegelstumpfförmige Eintiefung 37 auf, die sich in Richtung zur Membran 18 hin verjüngt und über den von der Schubstange 24 durchsetzten, gegenüber letzterer im Durchmesser größeren Axialdurchlass 38 mit dem Steuerraum 19 in Verbindung steht. Der Einsatz 36 ist im Bereich des Axialdurchlasses 38 mit Radialspiel von der Schubstange 24 durchsetzt und bildet am in Fig. 1 unteren

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Ende seiner Eintiefung 37 ein Widerlager für das in Fig. 1 untere Ende der Öffnungsfeder 23. Letztere umgibt die Schubstange 24 und greift mit ihrem anderen, in Fig. 1 oberen Ende in eine ringförmige Axialausnehmung 39 des Tauchankers 21 ein.

Der Tauchanker 21 ist an seinem zur Eintiefung 37 des Einsatzes 36 weisenden Ende entsprechend dieser Eintiefung 37 etwa kegelstumpfförmig verjüngt. Der kegelstumpfförmige Endabsatz ist mit 40 bezeichnet. Auf seiner äußeren Umfangsfläche oberhalb des Endabsatzes 40 ist der Tauchanker 21 in einer dazu koaxialen Gehäuseführung verschiebbar geführt, die durch die innere Umfangsfläche der Kappe 34 gebildet ist. Im Bereich dieser äußeren Umfangsfläche weist der Tauchanker 21 axial durchlaufende Vertiefungen 41, z.B. Rillen, Nuten od. dgl.,auf, zwischen denen und der Kappe 34 hindurch Wasser vom in Fig. 1 unteren zum oberen Ende des Tauchankers 21 und umgekehrt führbar ist. Die Vertiefungen 41 sind in gleichen Winkelabständen voneinander und rings um die Umfangsfläche des Tauchankers 21 gruppiert.

Wie erkennbar, dient die Kappe 34 der Aufnahme des Tauchankers 21 und des darunter befindlichen Einsatzes 36 innerhalb des Gehäuses. Die Kappe 34 hat etwa Hutform und ist nach außen hin abgeschlossen. Sie bildet auf ihrer rohrförmigen Innenfläche im Bereich des Tauchankers 21 die koaxiale Gehäuseführung für letzteren. Sie enthält im Inneren Wasser und ist von diesem durchströmt. An ihrem in Fig. 1 unteren, zur Membran 18 hinweisenden Ende trägt die rohrförmige Kappe 34 einen Ringflansch 46, der gegen einen Ringrand 47 der

Membran 18 unter druckdichter Einspannung letzterer angepreßt ist. In Abstand von diesem Ringflansch 46 weist die Kappe 34 eine radial überstehende Ringschulter 44 auf. Auf letzterer stützt sich eine Druckplatte 43 ab. Axial zwischen einem zugeordneten Gehäuseabsatz und der Druckplatte 43 sitzt eine Axialdruckfeder 42, die als Wellfeder ausgebildet ist. Mittels letzterer ist die Kappe 34 mit ihrem Ringflansch 46 gegen den Ringrand 47 der Membran 18 angepreßt unter fester und

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druckdichter Einspannung der Membran 18 im Gehäuse 11 und unter gleichzeitigem druckdichtem Abschluß des wasserdurchflossenen Innenraumes, der von der Kappe 34 und der Membran 18 abgeschlossen ist.

Soll das in Fig. 1 in der Öffnungsstellung gezeigte Heizwassersteuerventil geschlossen werden, so wird dazu die Magnetspule 20 erregt. Dies führt dazu, daß der Tauchanker 21 mitsamt der Schubstange 24 und dem Hilfssteuerglied 28 in Pfeilrichtung 22 zunächst für sich allein und relativ zur Schiebehülse 25 so weit verschoben wird, daß das Hilfssteuerglied 28 den Hilfsventilsitz 27 verschließt, wodurch die bis dahin offene Verbindung zwischen dem Steuerraum 19 über den Ringraum 26 mit dem Zulaufraum 14 und dem Ablaufraum 15 verschlossen wird. Bei dieser Axialverschiebung des Tauchankers 21 wird die sich im Raum zwischen dem Endabsatz 40 und der Eintiefung 37 befindliche Wassermenge in den Raum zwischen dem oberen Ende des Tauchankers 21 und der Kappe 34 verdrängt, in den das Wasser dadurch gelangt, daß es zwischen der äußeren, mit Vertiefungen 41 versehenen Umfangsfläche des Tauchankers 21 und der letzteren führenden inneren Umfangsfläche der Kappe 34 hindurch nach oben strömt. Die Vertiefungen 41 erleichtern dieses Hindurchströmen. Sitzt das Hilfssteuerglied 28 auf dem Hilfsventilsitz 27 auf, so führt eine weitere Axialverschiebung des Tauchankers 21 mit Schubstange 24 in Schließrichtung gemäß Pfeil 22 dazu, daß die Schiebehülse 25 in Schließrichtung mitgenommen wird unter entsprechender elastischer Verformung der Membran 18. Schließlich sitzt das Ventilverschlußglied 17 auf der Durchströmöffnung 16, letztere abschließend, auf. Bei diesem Schließ Vorgang erfolgt durch die Drosselöffnung 29 ein schneller Wasserausgleich zwischen dem Steuerraum 19 einerseits und dem Zulauf- und Ablaufraum 14, 15 andererseits. Der Wasservorlaufdruck unterstützt somit das Schließen des Ventiles. Beim Schließen wird die Öffnungsfeder 23 zwischen dem Einsatz 36 und dem Tauchanker 21 zusammengedrückt. Soll das Ventil geöffnet werden, dann wird die Magnetspule 20 entregt. Über die sich

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entspannende Öffnungsfeder 23 erfolgt dann zunächst eine Verschiebung des Tauchankers 21 mit Schubstange 24 und Hilfssteuerglied 28 entgegen dem Pfeil 22, also in Öffnungsrichtung. Das Hilfssfeuerglied 28 hebt dabei vom Hilfsventilsitz 27 ab. Dadurch wird die Verbindung zwischen dem Steuerraum 19 einerseits und dem Ablaufraum 15 niedrigeren Druckes andererseits durch den Ringraum 26 freigegeben. Das Druckniveau des Steuerraumes 19 wird dadurch herabgesetzt, so daß das Wasser im Zuiaufraum 14 mit höherem Druck von dieser Seite her auf die Membran 18 im Öffnungssinne drückt, wodurch zusammen mit der Membran 18 die Schiebehülse 25 mit Sieb 30 und Ventilverschlußglied 17 in Öffnungsrichtung bewegt wird und die Durchströmöffnung 16 freigegeben wird. Die Drosselöffnung 29 ist so bemessen, daß bei Abheben des Hilfssteuergliedes 28 vom Hilfsventilsitz 27 der Druckabbau im Steuerraum 19 schneller erfolgt als ein Druckaufbau im Steuerraum 19 durch die Drossel öffnung 29 hindurch auf den Druck im Zulaufraum 14.

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Claims

Robert Bosch GmbH 28. Februar 1978 Stuttgart 1 Patentansprüche

1./ Heizwassersteuerventil für eine Kraftfahrzeug-Heizungsanlage, das in den Heizungszulauf zu einem Heizwärmetauscher schaltbar und dessen Stellantrieb von einer Temperaturregeleinrichtung steuerbar ist, wobei das Steuerventil innerhalb eines geschlossenen, mit Zulauf- und Ablaufstutzen versehenen Gehäuses ein bewegliches Schließglied aufweist, an dem an einem Ende ein die Durchströmöffnung zwischen Zulauf- und Ablauf raum beherrschendes Ventil Verschlußglied und in Abstand von letzterem eine Membran befestigt ist, die randsei tig dicht im Gehäuse gehalten ist und dort auf der dem Ventilverschlußglied abgewandten Membranseite einen Steuerraum von dem Zulauf- und Ablaufraum abteilt, und wobei der Stellantrieb als Elektromagnet ausgebildet ist, der auf ein bewegliches Hilfssteuerglied im Steuerraum derart arbeitet, daß zum Verschließen der Durchströmöffnung ein höherer Druck im Steuerraum als im Ablaufraum und zur Freigabe der Durchströmöffnung ein geringerer Druck im Steuerraum als im Zulaufraum erzeugbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromagnet ( 10 ) einen innerhalb der Magnetspule ( 20 ) und gegen die Wirkung einer Öffnungsfeder ( 23 ) verschiebbaren Tauchanker ( 21 ) aufweist und innerhalb des Gehäuses ( 11 ) vom im Steuerraum ( 19 ) befindlichen Wasser umströmt ist, daß an dem Tauchanker ( 21 ) eine zur Durchströmöffnung ( 16 ) koaxiale und diese durchsetzende Schubstange (24 ) befestigt ist, daß das Ventilverschlußglied ( 17 ) mitsamt der daran festen Membran ( 18 ) an einer Schiebehülse ( 25 ) befestigt ist, die verschiebbar auf der Schubstange ( 24 ) unter Belassung eines zv/ischen Schubstange ( 24 ) und Schiebehülse ( 25 ) gebildeten, radialen und

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in Axialrichtung einerseits in den Steuerraum ( 19 ) und andererseits in den Zulauf und Ablaufraum (14, 15 ) einmündenden Ringraumes ( 26 ) gehalten ist, dessen in den Steuerraum ( 19 ) einmündendes Ende einen Hilfsventilsitz ( 27 ) bildet, daß das Hilfssteuerglied ( 28 ) an der Schubstange ( 24 ) auf deren sich zwischen dem Tauchanker ( 21 ) und der Schiebehülse ( 25 ) befindlichem Längenabschnitt fest und derart angeordnet ist, daß das Hilfssteuerglied ( 28 ) mit dem Hilfsventilsitz ( 27 ) zusammenwirkt,und daß die Membran ( 18 ) eine Drosselöffnung ( 29 ) aufweist, die den Steuerraum ( 19 ) mit dem Zulaufraum ( 14 ) verbindet und im Querschnitt derart bemessen ist, daß beim Versdi ließen der Durchströmöffnung ( 16 ) ein ausreichend schneller Wasserausgleich zwischen Steuerraum ( 19 ) und Zulaufraum ( 14 ) und bei Freigabe der Durchströmöffnung ( 16 ) ein in Bezug auf die durch den Ringraum ( 26 ) hindurch zum Ablaufraum (15 ) hin erfolgende Öffnung des Steuerraumes (19) verzögerter Ausgleich zwischen Zulaufraum ( 14 ) und Steuerraum ( 19 ) erfolgt.

2. Heizwassersteuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Schiebehülse ( 25 ) in radialem Abstand von dieser und axial zwischen dem Ventilverschlußglied ( 17 ) einerseits und der Membran ( 18 ) andererseits ein vorzugsweise zylinderhülsenförmiges Sieb ( 30 ) gehalten ist, mittels dessen um die Schiebehülse ( 25 ) zwischen letzterer und Sieb ( 30 ) ein ringförmiger Siebraum ( 31 ) gebildet ist, dessen axiale Enden einerseits durch das Ventilverschlußglied ( 17 ) und andererseits durch die Membran ( 18 ) verschlossen sind,und daß die Drosselöffnung ( 29 ) innerhalb des Radialbereiches des Siebraumes ( 31 ) und in letzteren einmündend angeordnet ist.

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3. Heizwassersteuerventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfssteuerglied ( 28 ) aus elastischem Material, insbesondere aus Gummi, gebildet ist.

4. Heizwassersteuerventil nach einem der Ansprüche 1 -3, dadurch

gekennzeichnet, daß das Hilfssteuerglied ( 28 ) zusammen mit dem Hilfsventifsitz ( 27 ) als Zentriervorrichtung der Schiebehülse ( 25 ) und des Ventilverschlußgliedes ( 17 ) ausgebildet ist.

5. Heizwassersteuerventil nach einem der Ansprüche 1 -4, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfssteuerglied ( 28 ) als Kegelstopfen ausgebildet ist, mittels dessen bei Verschließen des Hilfsventilsltzes ( 27 ) an der Schiebehülse ( 25 ) letztere mitsamt dem Ventilverschlußglied ( 17 ) auf der Schubstange ( 24 ) zugleich zentrierbar ist.

6. Heizwassersteuerventif nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse ( 11 ) zwischen Tauchanker ( 21 ) und Membran ( 18 ) einen Einsatz ( 36 ) aufweist, der von der Schubstange ( 24 ) mit Radialspiel durchsetzt ist und ein Widerlager für das eine Ende der Öffnungsfeder ( 23 ) bildet, deren anderes Ende am Tauchanker (21 ) abgestützt ist,

7. Heizwassersteuerventil nach einem dec Ansprüche 1 -6, dadurch gekennzeichnet, dcß die Öffnungsfeder ( 23 ) als zylindrische Schraubenfeder ausgebildet ist, die die Schubstange ( 24 ) umgibt und mit einem Ende in eine ringförmige Axia!ausnehmung ( 39 } des Tauchankers ( 2T ); eingreift.

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8. Heizwassersteuerventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz ( 36 ) auf der dem Tauchanker ( 21 ) zugewandten Seite eine etwa kegelstumpfförmige, sich in Richtung zur Membran ( 18 ) hin verjüngende Eintiefung ( 37 ) aufweist, die über den von der Schubstange ( 24 ) durchsetzten, dieser gegenüber im Durchmesser größeren Axialdurchlass ( 38 ) mit dem Steuerraum ( 19 ) verbunden ist.

9. Heizwassersteuerventil nach Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Tauchanker (21 ) an seinem zur Eintiefung ( 37 ) weisenden Ende etwa kegelstumpfförmig und entsprechend der Eintiefung ( 37 ) verjüngt ist.

10. Heizwassersteuerventil nach einem der Ansprüche 1 -9, dadurch gekennzeichnet, daß der Tauchanker ( 21 ) auf seiner äußeren Umfangsfläche, mit der er in einer koaxialen Gehäuseführung ( 34 ) geführt ist, axial durchlaufende Vertiefungen (41 ) in Form von Rillen, Nuten od. dgl. aufweist, zwischen denen und der Gehäuseführung ( 34 ) hindurch Wasser vom einen zum anderen Ende des Tauchankers ( 21 ) führbar ist.

11. Heizwassersteuerventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (41 ) in gleichen Winkelabständen voneinander und rings um die Umfangsfläche des Tauchankers ( 21 ) gruppiert sind.

12. Heizwassersteuerventil nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schubstange ( 24 ) an ihrem freien Ende einen Verschiebeanschlag ( 32 ) für die Schiebehülse ( 25 ) mit Ventilverschiußglied ( 17 ) trägt, der mit Radialöffnungen ( 33 ) versehen ist, über die das zugewandte Ende des Ringraumes ( 26 ) in den Zulauf- und Ablaufraum (14, 15 ) ausmündet.

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13. Heizwassersteuerventil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschiebeanschlag ( 32 ) aus einem Nutring besteht.

14. Heizwassersteuerventil nach einem der Ansprüche 1 - 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Tauchanker ( 21 ) und der Einsatz ( 36 ) innerhalb des Gehäuses (11 ) in einer in letzteres eingesetzten,kappenförmigen und nach außen hin abgeschlossenen Buchse ( 34 ) angeordnet sind, die mit ihrer Innenfläche die koaxiale Gehäuseführung des Tauchankers ( 21 ) bildet und im Inneren das im Steuerraum ( 19 ) befindliche Wasser enthält und von diesem durchströmt ist.

15. Heizwassersteuerventil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse ( 34 ) an ihrem zur Membran ( 18 ) weisenden Ende einen Ringflansch ( 46 ) trägt, der

gegen einen Ringrand ( 47 ) der Membran ( 18 ) unter druckdichter Einspannung letzterer angepreßt ist.

16. Heizwassersteuerventil nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse ( 34 ) an ihrem der Membran ( 18 ) zugewandten Rohrende eine radial überstehende Ringschulter ( 44 ) aufweist, die Träger einer Druckplatte ( 43 ) ist, und daß axial zwischen einem Gehäuseabsatz und der Druckplatte ( 43 ) eine Axial druckfeder ( 42 ), insbesondere eine Wellfeder, angeordnet ist, mittels der die Buchse ( 34 ) mit ihrem Ringflansch ( 46 ) gegen den Ringrand ( 47 ) der Membran ( 18 ) angepreßt ist unter fester und druckdichter Einspannung der Membran ( 18 ) im Gehäuse ( 11 ) und unter gleichzeitigem druckdichtem Abschluß des von der Buchse ( 34 ) und der Membran ( 18 ) umschlossenen, wasserdurchflossenen Innenraumes.

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