DE2903561A1

DE2903561A1 - Vorrichtung zum betaetigen eines thermo-zeitventils bzw. -schalters

Info

Publication number: DE2903561A1
Application number: DE19792903561
Authority: DE
Inventors: Rolf Dohrmann; Ulrich Ing Grad Henke; Wojciech Dipl Ing Marusiak
Original assignee: Pierburg GmbH
Current assignee: Pierburg GmbH
Priority date: 1979-01-31
Filing date: 1979-01-31
Publication date: 1980-12-18
Also published as: IT1146105B; US4318070A; GB2041520B; JPS55104039A; FR2448219A1; GB2041520A; DE2903561C2; FR2448219B1; IT8047746A0

Description

Dn.-lng. Reirnan Kenig üipj.-ln.g. Klaus Bergen

Cecilienallee 76 4 Düsseldorf 3D Telefon 45SODB Patentanwälte

29. Januar 1979 32 441 B

Pierburg GmbH & Co. KG, Leuschstraße 1, 4040 Neuss

"Vorrichtung zum Betätigen eines Thermo-Zeitventils bzw.

-schalters"

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betätigen eines elektrisch beheizten Thermo-Zeitventils bzw. -schalters mit einer umklappbaren, umfangsseitig eingespannten Bimetallscheibe, deren umklappbarer zentraler Teil ein temperaturabhängiges Steuerglied, insbesondere das Ventilverschlußglied eines Strömungsdurchgangs oder das Betätigungs glied eines Schalters, z.B. eines Faden-Schalters, bildet und die mit ihrer einen Hauptfläche mit einem Strömungsmedium und mit ihrer anderen Hauptfläche mit einer durch" ein anliegendes PTC-Element aufzuheizende Trägerplatte aus Metall in Wärmekontakt steht.

Eine Vorrichtung dieser Art ist im Prinzip aus der DE-OS 2 453 757 bekannt, die sich auf ein Ventil für Brennkraftmaschinen bezieht. Mit dem bekannten Thermo-Zeitventil kann eine bestimmte Punktion für eine vorgegebene Zeitdauer erfüllt werden, woraufhin ein Abschalten erfolgt. Beispielsweise finden solche Ventile in Kraftfahrzeugen Verwendung. Dort geht es insbesondere darum, für eine bestimmte Zeitdauer nach dem Einschalten der Zündung eine Warmlaufanreicherung des Kraftstoff-Luft-Gemisches zu bewirken. Diese Kraftstoffanreicherung kann durch

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ein unterdruckbetätigtes Thermo-Zeitventil erfolgen, dessen Punktionsdauer durch eine PTC-beheizte Bimetallscheibe vorgegeben ist.

Die bisher bekannten Ventilausführungen dieser Art weisen den Wachteil auf, daß sich zwischen der Bimetallscheibe und dem PTC-Heiζelement bzw. einer zwischengeschalteten Trägerplatte ein Luftspalt veränderlicher Größe befindet, durch den hindurch die Bimetallsch.eibe durch Wärmestrahlung beheizt wird. Die Unterschiede in der Luftspaltbreite haben erhebliche Abweichungen der erreichten Punktionsdauern bzw. Werte von den gewünschten Beträgen zur Folge.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung eingangs genannter Art so zu verbessern, daß sich in bezug auf die Funktionsdauern der Thermo-Zeitventile bzw. -schalter reproduzierbare und vorbestimmt definierte Werte einstellen lassen. Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß die Trägerplatte im wesentlichen in Richtung ihrer Flächennormale auf einer, vorzugsweise durch Anschläge begrenzten Strecke innerhalb eines das Strömungsmedium aufnehmenden Gehäuses frei verschiebbar gelagert ist, daß das PTC-Element fest mit der Trägerplatte verbunden ist und daß mindestens eine das PTC-Element elektrisch kontaktierende Feder die Trägerplatte in Richtung auf die Bimetallscheibe belastet. (Ein PTC-Element ist ein Halbleiterbauelement mit positiven Temperaturkoeffizienten bzw. ein sogenannter Kaltleiter; PTC - positive temperature control).

Durch die Erfindung wird erreicht, daß stets ein definierter metallischer Kontakt zwischen dem PTC-Element und der Bimetallscheibe besteht. Wegen dieses metallischen

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Kontakts können sehr genau reproduzierbare Funktionen mit der Vorrichtung erzielt werden. Im Prinzip kann es hierzu genügen, wenn die Bimetallscheibe die Trägerplatte stets, d.h. auf dem gesamten von der Trägerplatte zurückzulegenden Weg, in mindestens einem Punkt berührt.

Der erfindungsgemäß zu erzielende Effekt wird noch verbessert, wenn nicht nur auf die Trägerplatte eine Federkraft in Richtung auf die Bimetallscheibe wirkt, sondern auch letztere mit Hilfe mindestens einer Feder in Richtung auf die Trägerplatte belastet ist. Die Feder bzw. die verwendeten Federn und die gegebenenfalls die Bewegung der Trägerplatte begrenzenden Anschläge im Gehäuse werden vorzugsweise so auf die Characteristik der Bimetallscheibe abgestimmt, daß die Trägerplatte direkt vor dem Umschnappen der Bimetallscheibe auf einen der Anschläge auftrifft. Diese Abstimmung ist zweckmäßig, weil dann die Federn weder zu schwach sind, um bis zum Umschnappen der Bimetallscheibe für den metallischen Kontakt zu sorgen, noch so stark sind, daß sie etwa den Zeitpunkt des Umschnappens der Bimetallscheibe mechanisch beschleunigen oder verzögern können.

Anhand der schematischen Darstellung von Ausführungsbeispielen werden weitere Einzelheiten der Erfindung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Thermo-Zeitventil im Querschnitt; und Fig. 2 einen Thermo-Zeitschalter im Querschnitt.

Das in Fig. 1 schematisch dargestellte Thermo-Zeitventil

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kann in einem pneumatischen System Anwendung finden. Im Ausführungsbeispiel ist das insbesondere als Kunststoff-Spritzgußteil ausgeführte Gehäuseoberteil 1 dicht und fest mit dem ebenfalls zweckmäßig als Kunststoff-Spritzgußteil ausgeführten Gehäuseunterteil 2 verbunden. Das Gehäuseoberteil 1 und das Gehäuseunterteil 2 schließen einen Raum 3 ein. Vorzugsweise sind im Gehäuseoberteil 1 die notwendigen Teile oder Anschlüsse 4 und 5 zum elektrischen Kontaktieren sowie beispielsweise eine Aufnahme 6 für einen Steckanschluß bereits eingespritzt. Demgegenüber kann das Gehäuseunterteil 2 pneumatische Anschlüsse 7 und 8 zum Zu- und Ableiten eines strömenden Mediums aufweisen.

In dem durch das Gehäuseoberteil 1 und das Gehäuseunterteil 2 gebildeten Raum 3 befindet sich eine in axialer Richtung bzw. in Richtung ihrer Flächennormale frei verschiebbar angeordnete metallische Trägerplatte 9, auf welcher ein PTC-Heizelement 10 befestigt ist. Dieses PTC-Element 10 steht über Federkontakte bzw. elektrisch leitende Federn 11 mit einem elektrischen Anschluß 4 in Verbindung.

Da die Trägerplatte 9 erfindungsgemäß in Richtung ihrer Flächennormalen verschiebbar in dem Raum 3 des Gehäuses gelagert ist, wird durch das Kontaktieren des PTC-Heizelements 10 mit Hilfe von Federn 11 ein entsprechend axiales Verschieben der Trägerplatte 9 zusammen mit dem PTC-Element 10 ohne Beeinträchtigung oder Trennung der Kontakte möglich.

Gemäß der Zeichnung befindet sich unterhalb der Träger-

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platte 9 eine Bimetallscheibe 12. Diese ist vorzugsweise so ausgelegt, daß sie in einem ersten Arbeitsbereich bzw. Temperaturbereich auf ihrem Außenumfang an der Trägerplatte 9 und wegen ihrer Durchwölbung innen dichtend auf einem Dichtring 13 aufliegt, so daß in diesem Zustand die Verbindung zwischen den pneumatischen Anschlüssen 7 und 8 gesperrt ist. Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Bimetallscheibe 12 auch in dem nach unten in Richtung auf den Dichtring 13 gewölbten Zustand mit Hilfe mindestens einer, sich zwischen dem Gehäuseunterteil 2 und der Scheibe 12 abstützenden Feder 14 ständig auf die Trägerplatte 9 gedruckt wird. Das bedeutet, daß ständig ein flächiger metallischer Kontakt zwischen der Bimetallscheibe 12 und der Trägerplatte 9 besteht.

Die Punktion des Thermo-Zeitventils gemäß Fig. 1 ist folgende:

Die Verbindung vom Anschluß 7, an dem Unterdruck anliegt, über den Raum 3 zum Anschluß 8 ist im Ausgangszustand mit Hilfe der durchwölbten, dichtend auf den Dichtring 13 aufliegenden Bimetallscheibe 12 verschlossen. Gleichzeitig sorgt die Feder 14 für eine ständige Anlage der Bimetallscheibe 12 an der Trägerplatte 9, die erfindungsgemäß in vertikaler Richtung zwischen vorgegebenen Anschlägen bzw. Verschiebungsbegrenzungen des Gehäuses in dem durch das Gehäuseoberteil 1 und das Gehäuseunterteil 2 gebildeten Raum 3 frei verschiebbar angeordnet ist.

Wird die elektrische Versorgung in Betrieb gesetzt, z.B. durch Einschalten der Zündung in einem Kraftfahrzeug,

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so wird das PTC-Element 10 aufgeheizt - damit gleichzeitig die mit dem Element 10 verbundene Trägerplatte 9 - und im geringen Maße auch die im Raum 3 befindliche Atmosphäre erwärmt. In erster Linie durch metallischen Kontakt (Wärmeleitung) mit der Trägerplatte 9 - daneben aber auch durch die Wärmeübertragung durch die Atmosphäre des Raums 3 - wird die Bimetallscheibe 12 aufgeheizt, bis sie aufgrund der einseitig verstärkten Ausdehnung umschnappt und dadurch die Verbindung zwischen den beiden Anschlüssen 7 und 8 freigibt. Zum Reduzieren störender Wärmeleitung zwischen Trägerplatte 9 und den Gehäuseteilen 1 bzw. 2 kann die Trägerplatte vorzugsweise mit mehreren Aussparungen versehen sein.

Infolge der erfindungsgemäßen definierten Begrenzung der axialen Verschiebung der Trägerplatte 9 ist gewährleistet, daß beim Umspringen die Bimetallscheibe 12 von den Federkräften entlastet ist. Dies hat vorteilhaft zur Folge, daß die erforderliche Zeitspanne zwischen dem Einschalten eines elektrischen Versorgungskreises, z.B. der Zündung eines Kraftwagens, bis zum Umschnappen der Bimetallscheibe 12 praktisch ohne Toleranz zu reproduzieren ist„ Durch das Erwärmen der Bimetallscheibe 12 über die Atmosphäre des Raums 3 wird die Schaltdauer zusätzlich in erwünschtem Maß beeinflußt. Der wesentliche Vorteil dieses erfindungsgemäßen Thermo-Zeitventils gegenüber bekannten Vorrichtungen dieser Art besteht darin, daß zwischen Bimetallscheibe 12 und Trägerplatte 9 "zx keiner Zeit ein Undefinierter Luftspalt mit entsprechend Undefinierter Wärmeübertragung besteht.

In Fig. 2, die einen Thermo-Zeitschalter im Querschnitt

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zeigt, ist eine von der Grundfunktion her mit Fig. 1 übereinstimmende Vorrichtung dargestellt. Wesentliche Abweichungen zwischen der Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Fig. 1 und 2 bestehen praktisch nur im Bereich unterhalb der Bimetallscheibe 12. In der Fig. 2 sind daher - soweit zutreffend - dieselben Bezugszeichen wie in Fig„ 1 verwendet worden.

In dem Thermo-Zeitschalter nach Fig. 2 betätigt die Bim-etallscheibe 12 einen Stift 16, der in einer durch das Gehäuseunterteil 2 gebildeten Führung 17 verschiebbar gelagert ist und sich mit dem der Bimetallscheibe 12 abgewandten Ende auf dem Federschenkel 18 eines an sich bekannten Federschalters mit den Kontakten 19 und 20 abstützt. Die Führung 17 ist ähnlich aufgebaut wie der pneumatische Anschluß 7 von Fig. 1. Der pneumatische Anschluß 8 von Fig. 1 fehlt in Fig. 2.

Beim Umschnappen des zentralen Bereichs der Bimetallscheibe 12 wird der Stift 16 um einen zusätzlichen, dem Umschnappen entsprechenden Betrag nach oben verschoben, so daß der Federschenkel 18 mit seinem Kontaktende 19 gegen den ortsfesten Kontakt 20 stößt und damit den Federschalter schließt.

Sowohl bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 als auch bei demjenigen gemäß Fig. 2 kann durch umgekehrten ,Einbau der Bimetallscheibe 12 eine direkt umgekehrte Funktion erzielt werden-

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Claims

- ar-

Pierburg GmbH & Co., Leuschstraße 1, 4040 Meuss

Patentansprüche:

/ 1. Vorrichtung zum Betätigen eines elektrisch beheizten

V^/Thermo-Zeitventils bzw. -schalters mit einer umklappbaren, umfangsseitig eingespannten Bimetallscheibe, deren umklappbarer, zentraler Teil ein temperaturabhängiges Steuerglied, insbesondere das VentilverBohlußglied eines Strömungsdurchgangs oder das Betätigungsglied eines Schalters, z.B. eines Faden-Schalters, bildet und die mit ihrer einen Hauptfläche mit einem Strömungsmedium und mit ihrer anderen Hauptfläche mit einer durch ein anliegendes PTC-Element aufzuheizende Trägerplatte aus Metall in Wärmekontakt steht, dadurch gekennzeichnet , daß die Trägerplatte (9) in Richtung ihrer Flächennormalen auf einer, vorzugsweise durch Anschläge begrenzten Strecke innerhalb eines das Strömungsmedium aufnehmenden Gehäuse (1, 2) frei verschiebbar gelagert ist,.daß das PTC-Element (10) fest mit der Trägerplatte (9) verbunden ist und daß mindestens eine das PTC-Element (10) elektrisch kontaktierende Feder (11) die Trägerplatte (9) in Richtung auf die Bimetallscheibe (12) belastet»
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Bimetallscheibe (12) die Trägerplatte (9) stets an mindestens einem Punkt berührt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bimetallscheibe

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(12) mit Hilfe mindestens einer Feder (14) in Richtung auf die Trägerplatte (9) belastet ist.
4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet , daß die Feder bzw. Federn (11, 14) und die gegebenenfalls die Bewegung der Trägerplatte (9) begrenzenden Anschläge so auf die Charakteristik der Bimetallscheibe (12) abgestimmt sind, daß die Trägerplatte direkt vor dem Umschnappen der Bimetallscheibe auf einen Anschlag auftrifft.
5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet , daß die Trägerplatte (9) Aussparungen zum Reduzieren des radialen Wärmeflusses aufweist.
6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet , daß ein zweiteiliges Gehäuse mit einem Gehäuseoberteil (1) und einem Gehäuseunterteil (2) aus gespritztem Kunststoff zur Aufnahme von Trägerplatte (9), PTC-Element (10) und Bimetallscheibe (12) vorgesehen ist und daß die elektrischen Kontaktteile (4, 5, 6) der eingeschlossenen Bauelemente in das Gehäuseoberteil (1) dicht und fest eingespritzt sind.
7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bimetallscheibe (12) als Thermo-Zeitventil einer Zu- oder Ableitung für Gase oder Flüssigkeiten ausgebildet ist. (Fig. 1).

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8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch

eine einen Schalter unmittelbar mechanisch betätigende Bimetallscheibe (12) (Fig. 2).
9 fu

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