DE3046992C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine temperaturempfindliche Ventilvorrichtung zum temperaturabhängigen Steuern von Strömungswegen in einem Ventilgehäuse, gemäß dem Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1.

Aus der DE-OS 26 24 744 ist eine temperaturempfindliche Ventilvorrichtung zum temperaturabhängigen Steuern von Strömungswegen in einem Ventilgehäuse bekannt, die eine randseitig federbeaufschlagte Bimetallscheibe mit zwei Umschnappstellungen aufweist. Bei dieser temperaturempfind­ lichen Ventilvorrichtung bewirken nach dem Erwärmen eines streifenförmigen Ventilgliedes auf eine vorbestimmte Tempe­ ratur mechanische Spannungen im Ventilglied ein plötzliches Umschnappen um die Mittellage in eine von zwei festen An­ schlagstellungen. Auf diese Weise werden zwei sich gegen­ überliegende Ventilsitze temperaturabhängig wechselweise auf- und zugesteuert. Durch die randseitige Federbeaufschla­ gung der Bimetallscheibe wird dafür gesorgt, daß diese in jeder Schnappstellung möglichst exakt positioniert ist.

Im Zuge der technischen Weiterentwicklung ist jedoch - beispielsweise im Bereich der Automobiltechnik, in dem immer leistungsfähigere Steuerungen, beispielsweise der Gemischaufbereitung erforderlich werden - das Bedürfnis entstanden, mehr als zwei Strömungswege in einem kompakten Gehäuse unabhängig voneinander und jeweils wechselweise und temperaturabhängig definiert auf- und zuzusteuern.

In diesem Zusammenhang wurde zunächst erkannt, daß zu diesem Zweck zwei Bimetallscheiben in vorteilhafter Weise einge­ setzt werden könnten, da der Umschnappvorgang dieser jewei­ ligen Scheiben den Vorteil von exakt definierten Schalt­ punkten und Schaltstellungen mit sich bringen und die Form der Bimetallscheiben die Möglichkeit eröffnen könnte, den erforderlichen Bauraum sehr klein zu halten.

Weil jedoch die beiden Bimetallscheiben in naher Nachbar­ schaft in einem Temperatur-Steuerraum angeordnet werden mußten, in dem die die Ventileinrichtungen steuernde Tempe­ ratur erfaßt werden sollte, zeigten sich zunächst Schwierig­ keiten bei der Realisierung exakter Schaltwege der jeweils anzusteuernden Ventile.

Aus der JP-GM-Anmeldung 54-26 136 (Offenlegungsdatum vom 20. Februar 1979) ist eine temperaturempfindliche Ventil­ vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bekannt. Diese Ventilvorrichtung ist zwar in der Lage, mehrere Strömungswege gestuft und zeitlich verhältnismäßig exakt auf- und zuzusteuern, wobei der benötigte Bauraum für die Ventileinrichtungen und Steuervorrichtung verhält­ nismäßig klein ist. Es hat sich jedoch gezeigt, daß bei dieser Ventilvorrichtung bei Umschnappen der einen Ventil- Bimetallscheibe die Beeinflussung der anderen Bimetallschei­ be nicht gänzlich ausgeschaltet werden konnte, mit der Folge, daß deren Schaltposition nicht in hinreichend genauer Weise definiert werden konnte. In demjenigen Betriebszustand nämlich, in dem beide Bimetallscheiben in ihre der Ventil­ einrichtung zugewandte gekrümmte Form umspringen, bewegt sich das Stützteil nach unten, weil der Randabschnitt der ersten Bimetallscheibe zwangsläufig von der zweiten Bime­ tallscheibe wegbewegt wird. Weil sich aber die zweite Bi­ metallscheibe über das Stützteil an der ersten Bimetall­ scheibe abstützt, bewegt sich diese zusammen mit dem Rand­ abschnitt der ersten Bimetallscheibe in der gleichen Rich­ tung, so daß der von der zweiten Bimetallscheibe hervor­ gerufene Ventilhub um dieses Absenkungsmaß reduziert wird. Durch diese Mechanismen kann unter ungünstigen Voraussetzun­ gen, beispielsweise bei Zusammentreffen ungünstiger Tole­ ranzmaße, der Fall auftreten, daß der Hub der zweiten Ven­ tileinrichtung unzureichend wird, mit der Folge, daß die zweite Ventileinrichtung nicht mit der erwünschten Genauig­ keit bezüglich des Ansprechverhaltens und/oder der Schließ­ funktion arbeitet.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine temperaturempfindliche Ventilvorrichtung gemäß dem Ober­ begriff des Patentanspruchs 1 derart weiterzubilden, daß unter Aufrechterhaltung des geringen benötigten Bauraums die zwei Ventileinrichtungen unabhängig voneinander und unter weitgehender Entkoppelung von der federbeaufschlagten Bimetallscheibe bei einer vorgegebenen Temperatur definiert umgesteuert werden können.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentsanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die Magneteinrichtung sorgt dafür, daß der Rand der zweiten Bimetallscheibe stets in einer genau definierten und vor­ bestimmten Position gehalten wird, und zwar unabhängig davon, welche Schnapposition die darunterliegende erste Bimetallscheibe einnimmt. Dabei wird durch die erfindungs­ gemäße Magneteinrichtung der Bauraum der temperaturempfind­ lichen Ventilvorrichtung nicht vergrößert, weil die Magnet­ einrichtung in der Lage ist, Zugkräfte auf die zweite Bi­ metallscheibe zu übertragen, so daß auf Stützfedern für den äußeren Umfangsrand der zweiten Bimetallscheibe ver­ zichtet werden kann. Durch die erfindungsgemäß vorgenommene weitestgehende Entkoppelung der beiden nach wie vor auf engstem Raum untergebrachten Bimetallscheiben werden somit exakte Schaltwege der von diesen Scheiben angesteuerten Ventileinrichtung realisiert, wodurch sich eine wesent­ lich verbesserte Schaltgenauigkeit der Ventilvorrichtung ergibt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Wenn gemäß Patentanspruch 2 vorgegangen wird, wird für eine sehr platzsparende Anordnung und Befestigung der Magnet­ einrichtung, die in vorteilhafter Weise von einem ring­ förmigen Dauermagneten gebildet wird, zusammen mit einer die Umschaltgenauigkeit weiter verbessernden Isolierein­ richtung gesorgt. Die Temperatur des gesteuerten Strömungs­ mittels kann sich auf diese Weise nur noch unwesentlich auf die Bimetallscheiben auswirken, wodurch die Schaltge­ nauigkeit weiter angehoben wird.

Zwar ist aus der US-PS 27 16 015 eine temperaturempfind­ liche Ventilvorrichtung bekannt, in der ein Permanentmagnet verwendet wird, der mit einem Stellglied des Ventils zu­ sammenwirkt. Im Gegensatz zum Erfindungsgegenstand dient der aus dieser Druckschrift bekannte Permanentmagnet jedoch dem Zweck, die Schnappwirkung des Ventils erst zu erzeugen. Eine Verwendung des Permanentmagneten im Sinne der Erfin­ dung kann diese Druckschrift nicht nahelegen.

Aus der DE-OS 28 38 105 ist ebenfalls eine thermisch an­ sprechende Vorrichtung zur Ventilbetätigung von zwei Paaren von Strömungsmittelöffnungen bekannt. Im Gegensatz zum Erfindungsgegenstand können diese Strömungsmittelöffnungen jedoch nicht bei verschiedenen Temperaturen und unabhängig voneinander auf- und zugesteuert werden, so daß das dem Erfindungsgegenstand zugrunde liegende Problem sich hier nicht stellen kann.

Schließlich ist aus der DE-AS 21 11 667 ein thermostatisches Ventil bekannt, das ein Stellglied zeigt, das durch zwei in Serie geschaltete Bimetallplatten betätigt werden kann. Die beiden Bimetallscheiben dienen dazu, den Öffnungsgrad der Ventileinrichtung nach dem Umschnappen der Haupt-Bi­ metallscheibe geringfügig temperaturabhängig zu variieren. Bedingt durch das Kopplungsglied muß jedoch das Umschnappen der Haupt-Bimetallscheibe zwangsläufig zu einer Beeinflus­ sung der Lage der anderen Bimetallscheibe führen, was beim Erfindungsgegenstand gerade ausgeschlossen werden soll. Im übrigen gelingt es mit diesem thermostatischen Ventil nicht, mehrere Ventileinrichtungen unabhängig voneinander temperaturunabhängig zu steuern.

Nachstehend wird anhand einer schematischen Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Die Figur zeigt eine temperaturempfindliche Ventilvorrichtung 10, die ein erstes Gehäuseteil 11 , das aus Kunststoff gefer­ tigt ist, sowie ein zweites Gehäuseteil 12 aufweist, das aus Metall gefertigt ist.

Die zwei Gehäuseteile 11 und 12 sind miteinander auf belie­ bige geeignete Weise verbunden, wobei eine Dichtung 13 in Form eines O-Ringes dazwischen angeordnet ist. Das erste Ge­ häuseteil 11 umfaßt einen ersten Anschluß bzw. Einlaß 14, der mit einer Unterdruckquelle wie beispielsweise dem Ansaugkrüm­ mer einer Brennkraftmaschine in Verbindung stehen kann, einen zweiten Anschluß bzw. Einlaß 15, der in Verbindung mit einer unter atmosphärischem Druck stehenden Quelle stehen kann, einen ersten Auslaß 16, der mit einer herkömmlichen Vorrichtung zum Öffnen der Starterklappe in Verbindung stehen kann, sowie einen zweiten Auslaß 17, der mit einer zusätzli­ chen Beschleunigerpumpe in Verbindung stehen kann. Die Strömungsverbindungen zwischen diesen Einlässen und Auslässen werden von Ventileinrichtungen gesteuert, die noch erläutert werden.

Zwischen dem ersten Gehäuseteil 11 und dem zweiten Gehäuse­ teil 12 ist ein Sitzteil 19 aus Kunststoff angeordnet, das eine zylindrische Verlängerung 20 aufweist. Ein Isolierteil bzw. eine Isoliereinrichtung 21 aus Kunststoff sitzt fest im Inneren der zylindrischen Verlängerung 20. Im Inneren des zweiten Gehäuseteils 12 sind auf dessen Boden eine Scheibenfeder 22, eine erste Bimetall­ scheibe 23, ein Stützteil 24 und eine zweite Bimetallscheibe 25 in genannter Reihenfolge angeordnet, wie dies in Fig. 1 erkennbar ist. Die Oberseite der zweiten Bimetallscheibe 25 steht in Berührung mit einer zylindrischen Hülse 26, die durch das Isolierteil 21 verläuft. Die Oberseite der ersten Bimetallscheibe 23 steht in Berührung mit einem Ende eines Stabes 27, der durch die Hülse 26, die zweite Bimetallschei­ be 25 und das Stützteil 24 verläuft. Gegen den Rand der er­ sten Bimetallscheibe 23 drückt die verhältnismäßig schwache Scheibenfeder 22 derart, daß der Rand der Bimetallscheibe 23 in Berührung mit der Unterseite eines umlaufenden Wulstes bzw. Randes 28 des Stützteils 24 steht. Folge daraus ist, daß die erste Bimetallscheibe 23 in einer gewünschten, vor­ bestimmten Position gehalten werden kann und in der Lage ist, umzuschnappen bzw. umzuspringen. Der Rand der zweiten Bime­ tallscheibe 25 ist zwischen der Oberseite des Randes 28 des Stützteils 24 und einem unteren Anschlag 43 des Sitzteils 19 angeordnet, wobei der Rand der Bimetallscheibe 25 gleichzei­ tig von einer Magneteinrichtung in Form eines Dauermagneten 29 angezogen und in einer ge­ wünschten, vorbestimmten Position gehalten wird. Der Dauer­ magnet 29 ist auf der Außenseite des nach unten gerichteten Abschnittes des Isolierteils 21 befestigt. Die gesamte Ven­ tilvorrichtung 10 ist beispielsweise am Wasserkühlmantel ei­ ner Brennkraftmaschine mit Hilfe eines Gewindes 10 am Gehäu­ seteil 12 aus Metall befestigt. Die beiden Bimetallscheiben 23 und 25 sprechen auf Änderungen der Kühlwassertemperatur der Brennkraftmaschine an, die durch das wärmeleitfähige Ge­ häuseteile 12 aus Metall übertragen wird, wobei sie in der Weise auf Änderungen der Temperatur ansprechen, daß sie um­ schnappen bzw. umspringen. Wenn beim beschriebenen Ausfüh­ rungsbeispiel die Kühlwassertemperatur der Brennkraftmaschine niedrig ist, nehmen beide Bimetallscheiben 23 und 25 ihre in der Figur dargestellte Stellung ein. Wenn die Kühlwassertem­ peratur der Brennkraftmaschine steigt und einen ersten, be­ stimmten Temperaturwert erreicht, springt die erste Bimetall­ scheibe 23 aus ihrer nach unten gekrümmten, in der Figur ge­ zeigten Form in ihre nach oben gekrümmte Form um. Wenn die Kühlwassertemperatur der Brennkraftmaschine einen zweiten, bestimmten Temperaturwert erreicht, der höhr als der erste Temperaturwert ist, springt die zweite Bimetallscheibe 25 aus der in der Figur dargestellten Form in ihre nach oben ge­ krümmte bzw. konvexe Form um.

Der Stab 27 ist so angeordnet, daß er durch das Sitzteil 19 hindurch verläuft. Das obere Ende des Stabes 27 ist mit ei­ ner ersten Ventileinrichtung 31 verbunden, die ein erstes Ventilelement 33, das in Berührung mit einem am ersten Ge­ häuseteil 11 ausgebildeten Ventilsitz 32 kommen kann, sowie ein zweites Ventilelement 36 umfaßt, das in Berührung mit ei­ nem Ventilsitz 35 kommen kann, der an einem Sitzteil 34 aus­ gebildet ist, das mit dem Gehäuseteil 11 mittels einer Schrau­ be oder eines Gewindes verbunden ist. Die erste Ventilein­ richtung 31 wird von einer Schraubenfeder 37 normalerweise in derjenigen Stellung gehalten, in der sich die beiden Ventil­ elemente unten in der Figur befinden. Im dargestellten Zu­ stand ist somit das Ventilelement 33 vom Ventilsitz 32 ge­ trennt, während das Ventilelement 36 in Berührung mit dem Ven­ tilsitz 35 steht. Demzufolge ermöglicht die erste Ventilein­ richtung 31 eine Strömungsverbindung zwischen dem zweiten Einlaß bzw. Anschluß 15 und dem ersten Auslaß bzw. Anschluß 16, während es die Strömungsverbindung zwischen dem zweiten Einlaß bzw. Anschluß 14 und dem ersten Auslaß bzw. Anschluß 16 sperrt. Wenn der Stab 27 aufgrund des Umspringens bzw. Um­ schnappens der ersten Bimetallscheibe 23 eine Bewegung nach oben ausführt, sperrt die erste Ventileinrichtung 32 die Strömungsverbindung zwischen den Anschlüssen 15 und 16 und öffnet sie die Strömungsverbindung zwischen den Anschlüssen 14 und 16. Da das Sitzteil 34 in Axialrichtung in das Gehäu­ seteil 11 geschraubt ist, kann die Lage des Sitzteils 34 mittels der Schraube bzw. des Gewindes des Sitzteils 34 nach oben und nach unten verändert werden, was bedeutet, daß das Sitzteil 34 relativ zum Ventilsitz 32 bewegt werden kann. Da die erste Ventileinrichtung 31 vom Stab 27 betätigt wird, der entsprechend der Stärke des Umspringens bzw. Umschnappens der Bimetallscheibe 23 verstellt wird, kann das Ausmaß der Bewegung der ersten Ventileinrichtung 31 frei innerhalb ei­ nes vorgegebenen Wertes eingestellt werden. Somit hat die er­ ste Ventileinrichtung 31 eine Einstellfunktion, die die Ar­ beitsweise der Ventilvorrichtung verbessert. Eine selbsttätige bzw. unbeabsichtigte Drehung des Sitzteils 34 wird von einem Sicherungsteil 39 mit mehre­ ren Flanschen 38 verhindert, die von unten in eine untere Ausnehmung des Sitzteils 34 ragen.

Die Hülse 26 bewegt sich auf und ab in Abhängigkeit vom Um­ springen und Umschnappen der zweiten Bimetallscheibe 25. Das obere Ende der Hülse 26 ist verbunden mit einer zweiten Ven­ tileinrichtung 40, die ein Ventilelement 42 aufweist, das in Berührung mit einem Ventilsitz 41 kommen kann, der am Sitz­ teil 19 ausgebildet ist. Das Ventilelement 42 wird normaler­ weise von der Kraft einer Schraubenfeder 44 vom Ventilsitz abgehoben gehalten, so daß eine Strömungsverbindung zwischen dem ersten Einlaß bzw. Anschluß 14 und dem zweiten Auslaß bzw. Anschluß 17 besteht. Wenn sich jedoch die Hülse 26 auf­ grund des Umschnappens der zweiten Bimetallscheibe 25 nach oben bewegt, kommt das Ventilelement 42 in Berührung mit dem Ventilsitz 41, wodurch die Strömungsverbindung zwischen den Anschlüssen 14 und 17 gesperrt wird.

In diesem Zustand trennt bzw. isoliert das Isolierteil 21 praktisch die Strömungswege, die von den beiden Ventileinrich­ tungen 31 und 40 gesteuert werden, von der Kammer, in der die beiden Bimetallscheiben 23 und 25 angeordnet sind, wobei das Isolierteil lediglich den Spalt frei läßt, durch den die Hül­ se 26 und der Stab 27 gleiten können. Folge ist, daß die Bi­ metallscheiben 23 und 25 auf Änderungen der Temperatur des Kühlwassers der Brennkraftmaschine verhältnismäßig genau an­ sprechen können, da die Temperatur des gesteuerten Strömungs­ mittels sich kaum auf die Bimetallscheiben 23 und 25 auswir­ ken kann.

Der Dauermagnet 29 zieht und hält den Rand der zweiten Bime­ tallscheibe 25 gegen den unteren Anschlag 43 der Verlängerung 20 des Sitzteils 19.

Bei der beschriebenen Ventilvorrichtung wird selbst dann, wenn beide Bimetallscheiben 23 und 25 umschnap­ pen und in ihre nach oben gekrümmte Form übergehen, der Rand der zweiten Bimetallscheibe 25 aufgrund der Anziehungskraft des Dauermagneten 29 in Berührung mit dem unteren Anschlag 43 gehalten, so daß sichergestellt ist, daß die Hülse 26 vom inneren Rand der zweiten Bimetallscheibe 25 ausreichend ange­ hoben werden kann. Dies hat zur Folge, daß die zweite Ventil­ einrichtung in gewünschter und definierter Weise arbeitet.

Wenn die einzelnen Elemente der Ventilvorrichtung 10 die dar­ gestellten Stellungen einnehmen, wird der erste Auslaß 16, an den die Vorrichtung zum Öffnen der Starterklappe angeschlos­ sen ist, mit atmosphärischem Druck aus dem zweiten Einlaß 15 gespeist, während der zweite Auslaß 17, der mit der zusätz­ lichen Beschleunigerpumpe verbunden ist, aus dem ersten Ein­ laß 14 mit Unterdruck aus dem Ansaugkrümmer gespeist wird. In diesem Zustand ist die Vorrichtung zum Öffnen der Starterklappe nicht im Betrieb, während die zusätzliche Be­ schleunigerpumpe die Kraftstoffeinspritzung in Abhängigkeit von Änderungen des Unterdrucks des Ansaugkrümmers steuert. Wenn die erste Bimetallscheibe 23 auf den ersten, bestimmten Temperaturwert anspricht, springt die Bimetallscheibe 23 aus der dargestellten Form in ihre nach oben gekrümmte Form um. Dies hat zur Folge, daß das Ventilelement 33 der ersten Ven­ tileinrichtung 31 vom Stab 27 in Berührung mit dem Ventilsitz 32 gebracht wird, während gleichzeitig das Ventilelement 36 vom Ventilsitz 35 abgehoben wird. Demzufolge wird der An­ schluß 16 vom atmosphärischen Druck getrennt und gleichzeitig aus dem ersten Einlaß 14 mit dem Unterdruck aus dem Ansaug­ krümmer gespeist, so daß die Vorrichtung zum Öffnen der Star­ terklappe betätigt wird.

Wenn die zweite Bimetallscheibe 25 auf den zweiten, bestimm­ ten Temperaturwert anspricht, der höher als der erste, be­ stimmte Temperaturwert ist, springt die Bimetallscheibe 25 aus der dargestellten Form in ihre nach oben gekrümmte bzw. konvexe Form um. Dies hat zur Folge, daß das Ventilelement 42 der zweiten Ventileinrichtung von der Hülse 26 in Berüh­ rung mit dem Ventilsitz 41 gebracht wird. Demzufolge wird der zweite Auslaß 17 vom Ansaugunterdruck getrennt, so daß die zusätzliche Beschleunigerpumpe stillgesetzt wird.

Claims (4)

1. Temperaturempfindliche Ventilvorrichtung zum tempe­ raturabhängigen Steuern von Strömungswegen in einem Ventil­ gehäuse, mit einer ersten Ventileinrichtung, die unter Einwirkung einer randseitig federbeaufschlagten Bimetall­ scheibe mit zwei Umschnappstellungen bewegbar ist, und einer weitere Strömungswege steuernden zweiten Ventilein­ richtung, die von einer zweiten Bimetallscheibe gesteuert ist, an der sich die federbeaufschlagte Bimetallscheibe über ein Stützteil randseitig abstützt, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Rand der zweiten Bimetallscheibe (25) unter Einwirkung einer Magneteinrichtung (29) mit einer Anschlagfläche (43) in ständigem Kontakt steht.

2. Ventilvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Gehäuseabschnitt, in dem die Bimetall­ scheiben (23, 25) untergebracht sind, durch eine Isolier­ einrichtung (21) von dem Gehäuseabschnitt getrennt ist, in dem die Strömungswege (14 bis 17) verlaufen, und daß die Magneteinrichtung (29) an der Isoliereinrichtung (21) befestigt ist.

3. Ventilvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Magneteinrichtung (29) im radial äußeren Bereich des den Bimetallscheiben (23, 25) zugewandten Ab­ schnitts der Isoliereinrichtung (21) befestigt ist.

4. Ventilvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Magneteinrichtung von einem Dauermagneten (29) gebildet ist.