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Schwingschieberventil
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Schwingschieberventil entsprechend
dem Oberbegriff des Anspruches 1. Hierbei geht die Erfindung von einem Schwingschieberventil
aus, wie es durch die DE-OS 21 11 354 bekannt wurde.
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Derartige Schwingschieberventile steuern den Durchfluß des Kühlmittels
einer Brennkraftmaschine in der Weise, daß entweder das Kühlmittel über einen Kühler
oder über einen diesen Kühler umgehenden Bypaß geleitet wird.
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Der Schwingschieber wird von einem vom Durchflußmedium beaufschlagten
temperaturabhängigen Arbeitselement betätigt, wobei die Ansprechtemperatur des Arbeitselementes
durch die thermischen Verhältnisse des Motors vorgegeben ist. Solche bekannten Schwingschieberventile
mit einem temperaturabhängigen Arbeitselement versagen jedoch, wenn eine Brennkraftmaschine
in unterschiedlichen Betriebsweisen, die unterschiedliche Kühlmitteltemperaturen
erfordern, arbeitet. Solche unterschiedlichen Betriebsweisen können sich insbesondere
bei mit Schweröl betriebenen Schiffsmotoren ergeben, die-im Teillastbereich und
im Volllastbereich gefahren werden. Hierbei wird als Optimum angestrebt, daß man
bei Vollast und auch bei Teillast mit derselben Motortemperatur fährt, um die Verbrennung
von Schweröl auch im Teillastbetrieb zu ermöglichen bzw. zu verbessern. Da der Motor
im Vollastbetrieb mehr und im Teillastbetrieb weniger Wärme abgibt, muß man bei
Volllast eine relativ niedrige Kühlmitteltemperatur einhalten, bei Teillast dagegen
kann man eine höhere Kühlmitteltemperatur zulassen.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Schwingschieberventil der
eingangs genannten Art zu schaffen, das die Regelung der Temperatur eines Durchflußmediums
auf mindestens zwei verschiedenen Werten erlaubt, wobei die Einstellung dieser Werte
jederzeit von außen durch ein geeignetes Signal möglich sein soll. Insbesondere
ist es Aufgabe der Erfindung, ein Schwingschieberventil der eingangs genannten Art
dahingehend zu verbessern, daß die Kühlmitteltemperatur für eine mit Schweröl betriebene
Brennkraftmaschine auf zwei verschiedenen Werten eingehalten werden kann, wobei
sich diese verschiedenen Werte durch die Umschaltung von Teillast auf Volllast ergeben
und am Schwingschieberventil eingestellt werden sollen. Die Lösung dieser Aufgabe
ergibt sich aus den Merkmalen der vorstehenden Ansprüche 1 - 6.
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Gemäß Anspruch 1 ist mindestens ein weiteres temperaturabhängiges
Arbeitselement vorgesehen, dessen gehäuseseitiges Widerlager durch ein außerhalb
des Gehäuses angeordnetes Betätigungsorgan derart zurückgezogen werden kann, daß
dieses Arbeitselement außer Funktion gesetzt wird und dann nur noch das andere Arbeitselement
wirksam ist. Das Arbeitselement mit dem verschiebbaren Widerlager inform einer gleitend
im-Gehäuse angeordneten Hülse muß stets die niedrigere Ansprechtemperatur von beiden
Arbeitselementen haben. Dadurch wird gewährleistet, daß dieses Arbeitselement im
Bereich der höheren Temperatur des Durchflußmediums, also beispielsweise des Kühlmittels,
ausgeschaltet ist.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß durch einfache
konstruktive Änderungen eines bestehenden Schwingschieberventiles den Erfordernissen
eines mit Schweröl betriebenen Schiffsmotors mit unterschiedlichen Kühlmitteltemperaturen
Rechnung getragen und damit ein Schwerölbetrieb in Teillast-und Vollastbereich ermöglicht
werden kann.
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Gemäß Anspruch 2 sind beide Arbeitselemente mit unterschiedlichen
Ansprechtemperaturen in einem Doppel-Widerlager auf der Seite des Schwenkschiebers
auf genommen. Hieraus ergibt sich als Vorteil, daß nur eine relativ einfache Änderung
auf der Seite des Schwingschiebers notwendig ist, um die neue Aufgabe zu erfüllen.
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Gemäß Anspruch 3 sind die beiden Kolben der Arbeitselemente gegenüber
dem Ventilgehäuse bzw gegenüber der verschiebbaren
Hülse federnd
abgestützt. Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß jeweils der Kolben des nicht in
Funktion befindlichen Arbeitselementes seine Anlage gegenüber seinem gehäuseseitigen
Widerlager behält und sich nicht frei im Durchflußquerschnitt befindet, was zu Schwingungen
dieses nicht in Funktion befindlichen Kolbens führen würde.
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Gemäß Anspruch 4 sind die Kolben der Arbeitselemente in Widerlagern
geführt, die sich ihrerseits über Druckfedern gegenüber dem Gehäuse bzw. der verschiebbaren
Hülse abstützen. Der Vorteil dieser Ausführung ist ebenfalls darin zu sehen, daß
die Kolben auch dann noch in ihren Widerlagern geführt sind, wenn die zugehörigen
Arbeitselemente außer Funktion sind. Dann führt die jeweilige Druckfeder das gleitend
angeordnete Widerlager dem sich zurückbewegenden Kolben nach.
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Gemäß Anspruch 5 ist das Betätigungsorgan als Arbeitszylinder ausgebildet,
dessen Kolbenstange in eine entsprechende Gewindebohrung der verschiebbaren Hülse
eingeschraubt und mit einer Kontermutter gesichert ist. Damit ist erstens eine Zug-
und Druckverbindung zwischen Kolbenstange und Hülse hergestellt und zweitens eine
einfache Justiermöglichkeit für das entsprechende Arbeitselement gegeben.
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Gemäß Anspruch 6 ist der Arbeitszylinder über ein Joch und mehrere
Zuganker fest mit dem Ventilgehäuse verbunden, so daß sich für die Kolbenstange
und die mit ihr verbundene verschiebbare Hülse eine saubere Führung sowie eine exakte
Justiermöglichkeit ergibt.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgenden näher-erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 einen vertikalen Längsschnitt durch das Ventilgehäuse,
Fig. 2 einen vertikalen um 900 gegenüber Fig. 1 versetzten Längs schnitt durch das
Ventilgehäuse und Fig. 3 einen horizontalen Querschnitt durch das Ventilgehäuse.
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Die Figuren 1, 2 und 3 zeigen dasselbe Ventilgehäuse in verschiedenen
Schnitten, die gleichen Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Fig. 1 zeigt
einen Längsschnitt durch das Ventilgehäuse (1), wobei dieser Schnitt durch die Mittelebene
des zusätzlichen Arbeitselementes (14) gelegt ist. Das Ventilgehäuse (1) weist eine
Einlaßöffnung (5) auf, durch die das Durchflußmedium, in diesem Fall das Kühlmittel
einer Brennkraftmaschine eintritt. In der Auslaßöffnung (6) des Ventilgehäuses (1)
ist ein sogenannter Reglereinsatz (7) angeordnet, der mit dem Verteileraufsatz (2)
verschraubt ist.
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Der mit dem Ventilgehäuse (1) über einen Flansch verschraubte Verteileraufsatz
(2) bildet mit dem Reglereinsatz (8) zwei Strömungskanäle (8, 9), durch die das
Kühlmittel über die Auslaßöffnung (4) zum Kühler bzw. über die Auslaßöffnung (3)
zum Motor über einen Bypaß geleitet wird. Die beiden Strömungskanäle (8, 9) werden
je nach Stellung des Schwingschiebers (10) verschlossen oder freigegeben, oder teilweise
verschlossen bzw. freigegeben. Somit wird das Kühlmittel entweder nur über den Kühler,
oder nur über den Bypaß, oder über Kühler und Bypaß geleitet. Die Steuerung des
Schwingschiebers (10) erfolgt durch die Temperatur des über die Eintrittöffnung
(5) in das Ventilgehäuse (1) eintretetenden Kühlmittels, das die temperaturabhängigen
Arbeitselemente (13, 14) beaufschlagt. Diese Arbeitselemente (13, 14) sind vorzugsweise
als Dehnstoffelemente ausgebildet, die mit einem Wachs oder einer Wachsmischung
gefüllt sind und bei denen eine Temperaturänderung am Fühlteil ein Ein- bzw.
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Ausfahren ihrer Arbeitskolben bewirkt. Die beiden temperaturabhängigen
Arbeitselemente (13, 14) stützen sich gegenüber dem Schwingschieber (10) in einem
Doppelwiderlager (12) ab, welches über die Zapfen (30, 31) drehbar gegenüber dem
Schwingschieber (10) gelagert ist. Der Schwingschieber (10) ist auf der gehäusefest
angeordneten Achse (11) schwenkbar gelagert, wobei die Achse (11) in den mit dem
Reglereinsatz (7) verschraubten Seitenteilen (28, 29) aufgenommen ist.
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Das Arbeitselement (14) stützt sich mit seinem Kolben (15) gegen eine
konkav ausgebildete Fläche des Widerlagers (19) ab. Dieses Widerlager (19) ist gleitend
in der Aufnahmeöffnung (18) einer verschiebbaren Hülse (17) angeordnet und weist
einen
zapfenförmigen Ansatz (19') auf, mit dem das Widerlager (19) auf dem Grund der Aufnahmeöffnung
(18) zum Anschlag kommt. Zwischen dem Grund der Aufnahmeöffnung (18) und dem Widerlager
(19) ist eine Druckfeder (20) angeordnet, die für eine stetige Anlage zwischen der
konkaven Fläche des Widerlagers (19) und der entsprechend konvex ausgebildeten Endfläche
des Kolbens (15) sorgt. Die Hülse (17) ist gleitend in einer Bohrung eines Gehäuseeinsatzes
(16) aufgenommen, der seinerseits mit dem Ventilgehåuse (1) verschraubt ist. Zwischen
der in axialer Richtung verschiebbaren Hülse (17) und der zylindrischen Innenfläche
des Gehäuseeinsatzes (16) ist zur Abdichtung ein Dichtungsring inform eines O-Ringes
angeordnet, der in einer entsprechenden Nut des Gehäuseeinsatzes (16) aufgenommen
ist. Diese verschiebbare Hülse (17) weist an ihrem der Aufnahmeöffnung (18) gegenüberliegenden
Ende eine Gewindesacklochbohrung auf, in die das Ende (21) der Kolbenstange eines
Arbeitszylinders (22) eingeschraubt und mit einer Kontermutter (23) gesichert ist.
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Der Arbeitszylinder (22) ist fest mit einem Joch (24) verbunden, welches
über Zuganker (25, 26) bzw. weitere nicht in der Zeichnung dargestellte Zuganker
starr mit der Wand des Ventilgehäuses (1) verbunden ist. Die Bewegung der Kolbenstange
(21) des Arbeitszylinders (22) kann somit spielfrei auf die verschiebbare Hülse
(17) übertragen werden.
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Fig. 3 zeigt nun deutlich,wie die beiden Arbeitselemente (13, 14)
einerseits am Schwingschieber (10) und andererseits gegenüber der Gehäuseseite abgestützt
sind. Dabei sind beide Arbeitselemente (13,14) in dem Doppelwiderlager (12) nebeneinander
aufgenommen. Das erste Arbeitselement (13), das die höhere Ansprechtemperatur, beispielsweise
90°, aufweist, stützt sich mit seinem Arbeitskolben (32) gegen die konkav ausgebildete
Fläche des Widerlagers (37) ab, das in einer als Sackloch ausgebildeten Aufnahmeöffnung
(36) gleitend gelagert ist. Das Widerlager (37) weist ebenso wie das Widerlager
(19) für das andere Arbeitselement einen zapfenförmigen Ansatz (37') auf, der das
Widerlager (37) auf dem Grund der Aufnahmeöffnung (36) zum Anschlag bringt. In gleicher
Weise
ist zwischen dem Wiöer?acjetr (37) ltnõ. dem Grund der Aufnahmeöffnung
(36) eine Druckfeder (38) angeordnet, die für eine stetige Anlage zwischen Widerlager
(37) und Kolben (32) sorgt.
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Im Gegensatz zu der zuvor beschrieben axial verschiebbaren Hülse (17),
ist die Aufnahmeöffnung (36) in einem fest in das Ventilgehäuse (1) eingeschraubten
und mit der Kontermutter (34) bzw. dem Sicherungsblech (35) gesicherten Gewindebolzen
(33) angeordnet, so daß das Widerlager (37 bzw. 37') stets einen gehäusefesten Anschlag
findet. Das ArbeiEselement (14), das die niedrigere Ansprechtemperatur, beispielsweise
700, aufweist, arbeitet wie erwähnt mit seinem Kolben (15) gegen das in der verschiebbaren
Hülse (17) aufgenommene Widerlager (19 bzw. 19'). Durch Betätigung des Arbeitszylinders
(22) wird die Kolbenstange aus ihrer in Fig. 1 + 3 dargestellten Stellung und mit
der Kolbenstange (21) die verschiebbare Hülse (17) in Richtung aus dem Ventilgehäuse
heraus verschoben, etwa so weit, daß der am Ende der Hülse (17) angeordnete Bund
an der Stirnfläche des Gehäuseseinsatzes (16) zum Anschlag kommt.
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Das erfindungsgemäße Schwingschieberventil mit zwei temperaturabhängigen
Arbeitselementen (13, 14) unterschiedlicher Ansprechtemperatur arbeitet in der folgenden
Weise: Das vorstehend beschriebene Schwingschieberventil wird vorzugsweise für den
Kühlmittelkreislauf einer mit Schweröl betriebenen Brennkraftmaschine eingesetzt,
die in unterschiedlichen Betriebsweisen, also im Vollast- und Teillastbereich fährt,
wie dies bei Schiffsmotoren insbesondere üblich ist. Bei derartigen Motoren ist
im Vollastbereich eine niedrigere Rühlmitteltemperatur, beispielsweise 800C erwünscht,
weil bei Vollast eine größere Wärmemenge vom Motor an das Kühlmittel abgeführt werden
muß. Im Teillastbereich kann man mit einer höheren Kühlmitteltemperatur, beispielsweise
mit 1000C, fahren, weil hier weniger Wärme vom Motor an das Kühlmittel abzuführen
ist und daher eine höhere Kühlmitteltemperatur z-ulässig und für den Schwerölbetrieb
vorteilhaft ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel, d.h.
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in den Stellungen der verschiebbaren Hülse (17) gemäß den Fig.
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1 + 3 arbeitet die Brennkraftmaschine im Vollastbereich, d.h. mit
einer
niedrigeren Kühlmitteltemperatur. Dies bedeutet, daß das
Arbeitselement mit der niedrigeren Ansprechtemperatur in Funktion, das andere dagegen
mit der höheren Ansprechtemperatur außer Funktion sein muß. Das Arbeitselement (14)
hat eine Ansprechtemperatur von 700C, bei der es den in Fig. 1 noch verschlossenen
Strömungskanal (8) zum Kühler hin zu öffnen beginnt. Wenn eine Temperatur von 800C
des in das Ventilgehäuse (1) eintretenden Kühlmittels erreicht ist, hat der Kolben
(15) des Arbeitselementes (14) seinen maximalen Hub erreicht und der Strömungskanal
(9) zum Bypaß ist vollständig verschlossen. Während dieses Temperaturbereiches zwischen
70 und 80°C spricht das andere Arbeitselement (13) nicht an, da es die höhere Ansprechtemperatur,
näml. 900C aufweist. Es wird also bei der Schwenkbewegung des Schwingschiebers (10)
mitgenommen, jedoch sorgt die Druckfeder (38) dafür, daß das Widerlager (37) dem
Kolben (32) nachgeführt wird und dieser nicht zu Schwingungen durch das durchfließende
Kühlmittel angeregt wird.
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Wenn nun die Brennkraftmaschine, d.h. der Schiffsmotor von Vollast-
auf Teillastbetrieb umgeschaltet wird, so wird gleichzeitig mit diesem Schaltvorgang
der Arbeitszylinder (22) betätigt und damit die Kolbenstange (21) bzw. dieverschiebbare
Hülse (17) zurückgezogen. Somit arbeitet der Kolben (15) des Arbeitselements (14)
nicht mehr gegen einen festen Anschlag, sondern nur noch gegen die Druckfeder (20).
Der Schwingschieber (10) wird jetzt durch eine nicht in der Zeichnung dargestellte
Rückholfeder in seine in Fig. 1 dargestellte Stellung zurückgeschwenkt, so-daß der
Strömungskanal (8) zum Kühler verschlossen wird. Dabei wird infolge des Stromes
des Kühlmittels über die Bypaßleitung das Kühlmittel schnell erwärmt, so daß seine
Temperatur wie gewünscht ansteigt. Das Arbeitselement (14) hat seinen Kolben (15)
zwar noch in der maximal ausgefahrenen Stellung, jedoch bewirkt dies keine Veränderung
der Stellung des Schwingschiebers (10); vielmehr tritt erst dann eine Veränderung
der Stellung des Schwingschiebers (10) ein, wenn die Ansprechtemperatur, d.h. 900C
des ersten Arbeitselements (13) erreicht werden. Jetzt tritt das Arbeitselement
(13)
in Funktion, indem es bei weiterem Ansteigen der Kühlmitteltemperatur den Schwingschieber
(10) zunehmend in Fig. 1 nach rechts verschwenkt, so daß der Strömungskanal (8)
zum Kühler langsam geöffnet und der Strömungskanal (9) zum Bypaß langsam verschlossen
wird. Wenn eine Kühlmitteltemperatur von 100°C erreicht ist, hat der Kolben (32)
des Arbeitselementes (13) seinen maximalen Hub erreicht, und der Schwenkschieber
(10) hat den Strömungskanal (9) zum Bypaß vollständig verschlossen, d.h. die gesamte
Kühlmittelmenge fließt durch den Strömmungskanal (8) über den Kühler, womit die
maximale Kühlung gewährleistet ist.
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Soll jetzt die Brennkraftmaschine vom Teillast- wieder zum Vollastbetrieb,
d.h. mit niedrigerer Kühlmitteltemperatur umgeschaltet werden, so wird gleichzeitig
mit diesem Schaltvorgang der Arbeitszylinder (22) wiederum betätigt, allerdings
wird jetzt die Kolbenstange (21) und mit ihr die verschiebbare Hülse (17) in Richtung
in das Ventilgehäuse hinein bewegt, d.h.
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in die in Fig. 1 bzw. 3 gezeichnete Stellung. Der Kolben (15), der
infolge der höheren Kühlmitteltemperatur vom Teillastbetrieb seine maximal ausgefahrene
Stellung einnimmt, arbeitet jetzt wieder gegen ein festes Widerlager (19). Dies
bedeutet, daß der Schwingschieber (10) zunächst in seiner rechten, d.h.
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den Strömungskanal (9) zum Bypaß verschließenden Stellung verbleibt,
so daß das Kühlmittel über den Kühler geleitet wird und somit seine Temperatur langsam
absinkt. Damit wird der Kolben (32) des Arbeitselementes (13) langsam zurückgezogen,
und der Schwingschieber (10) wird durch das Arbeitselement (14), das jetzt den niedrigeren
Temperaturbereich abdeckt, zunächst noch in seiner rechten Stellung gehalten. Erst
wenn die Kühlmitteltemperatur unter 800C zu sinken beginnt, zieht sich auch der
Kolben (15) des Arbeitselementes (14) zurück, so daß der Schwingschieber (10) durch
die Rückstellfeder in seine linke Stellung verschwenkt wird und damit den Kühlmittelstrom
über den Kühler vermindert und gleichzeitig einen Kühlmittelstrom über den Bypaß
ermöglicht.
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Die vorstehend geschilderte Kühlmittelregelung der Brennkraftmaschine
mittels des erfindungsgemäßen. Schwingschieberventils hat den Vorteil, daß ein Schwerölbetrieb
im Teillastbereich möglich bzw. mit verbessertem Wirkungsgrad möglich wird.
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Durch die höhere Kühlmitteltemperatur im Teillastbereich kann eine
bessere Einspritzung und wirksame Vetbrennung des zähflüssigen Schweröles erfolgen.
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Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt.
Vielmehr können in analoger Weise mehrere zusätzliche Arbeitselemente mit unterschiedlichen
Ansprechtemperaturen vorgesehen werden, die ebenfalls gegen verschiebbare, mechanisch
von außen einstellbare Hülsen arbeiten, so daß nacheinander ein Arbeitselement nach
dem anderen unwirksam und das nächstfolgende wirksam gemacht wird. Ebenso ist es
denkbar und möglich, statt des Arbeitszylinders zur Verschiebung der Hülse ein beliebiges
Gestänge zu verwenden, das mit dem Maschinenhebel "Volle Fahrt / Halbe Fahrt" gekoppelt
ist.
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L e e r s e i t e