-
Vorrichtung zum wärmeempfindlichen Steuern von Absperrgliedern o.
dgl. in Luft-oder flüssigkeitsdurchströmten Anlagen mit einem Druckgefälle, z. B.
Kühlanlagen, insbesondere von Flugzeugen Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zum wärmeempfindlichen Steuern von Absperrgliedern o. dgl. in Luft- oder flüssigkeitsdurchströmten
Anlagen mit einemDruckgefälle, z. B. Kühlanlagen, insbesondere von Flugzeugen. Bei
Anlagen dieser Art, für die die neue Vorrichtung bestimmt ist, ist die Wesensart
des wärmeempfindlichen Gliedes zu berücksichtigen. Derartige Glieder, in weiterem
kurz Thermostaten genannt, sind im allgemeinen nur in der Lage, kleine Hübe auszuführen
und geringe Kräfte abzugeben. Benötigt werden aber oft große Ausschläge und starke
Kräfte. Mittelbare Steuerungen, die zur Verstärkung der Hübe und Kräfte dienen,
haben meistens den Nachteil eines verwickelten Aufbaus und einer großen Empfindlichkeit
gegen rauhe Beanspruchung.
-
Mit der Erfindung wird demgegenüber eine Vorrichtung vorgeschlagen,
die die gewünschte Verstärkung mit einfachen und daher auch kräftig beanspruchbaren
Mitteln ermöglicht. Aus diesem Grunde ist die Vorrichtung auch besonders für Luft-
oder flüssigkeitsdurchströmte Anlagen in Flugzeugen geeignet. Sie zeichnet sich
besonders dadurch aus, daß eine mittelbare Steuerung im eigentlichen Sinne nicht
verwendet wird, sondern daß der Ausschlag des Thermostaten durch Ausnutzung der
Druckunterschiede in der Flüssigkeit, von deren Temperatur der Thermostat beeinflußt
wird, selbst verstärkt wird. Voraussetzung ist daher aber, daß bei der Anlage ein
Druckgefälle zur Verfügung steht.
-
Handelt es sich z. B. um die Aufgabe, den Grad der Kühlung für die
Kühl- oder Schmierflüssigkeit des Motors in Abhängigkeit von der Temperatur dieser
Flüssigkeit zu steuern, also z. B. bei kalter Flüssigkeit zu verringern, damit der
Kühler nicht durch
beispielsweise dickflüssiges Öl verstopft wird
und die Flüssigkeit nicht erstarrt; oder bei heißer Flüssigkeit zu vergrößern, so
ist dieses Druckgefälle in der Leitung vor und hinter dem Kühler vorhanden.
-
Eine ähnliche Aufgabe liegt dann vor, wenn bei kaltem Kühlöl das Öl
überhaupt nicht erst in den Kühler geleitet werden soll, damit sich der Kühler mit
dem zähflüssigen Öl nicht festsetzt, sondern unmittelbar zum Speicher zurückgeleitet
werden soll. In diesem Fall soll die Strömungsrichtung des Kühlöls durch ein oder
mehrere Absperrglieder umgeschaltet werden. Vor und hinter diesem Umschaltglied
ist dann ebenfalls ein solches Druckgefälle vorhanden oder durch entsprechende Drosselung
beliebig zu erzeugen.
-
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch einen Stufenkolben,
eine stufenförmig abgestützte Membran oder einen Balg, dessen abgestufte Seite von
dem höheren und dessen kleine Stufe von dem niedrigeren Druck beaufschlagt ist,
während die große Stufe dadurch mit dem höheren oder niedrigeren Druck beaufschlagt
wird, daß zwischen der kleinen Stufe mit niedrigerem Druck und der Zuleitung mit
höherem Druck eine Verbindung besteht, in deren Zuge das vom wärmeempfindlichen
Glied gesteuerte Absperrglied und eine Drosselöffnung liegen. Wird das vom Thermostaten
gesteuerte Ventil geöffnet, so wird auf der Seite des Stufenkolbens mit größtem
Durchmesser ein Überdruck erzeugt, der den Stufenkolben 'oder Balgen in entsprechender
Richtung verschiebt. Ist dagegen das vom Thermostaten gesteuerte Ventil geschlossen,
so findet eine Bewegung in umgekehrter Richtung statt, weil sich durch die Drosselöffnung
der Druck auf der Seite des Kolbens mit größtem Durchmesser ausgleicht und der höhere
Druck auf der abgestuften Seite zur Wirkung gelangt: Hierbei ist vorausgesetzt,
daß das vom Thermostaten gesteuerte Ventil in der Zuleitung mit höherem Druck liegt
und die Drosselöffnung zwischen der Seite des Stufenkolbens mit größtem Durchmesser
und der Seite mit niedrigerem Druck angeordnet ist, wobei diese Drosselöffnung am
Boden des Kolbens, also im Raum beweglich, oder in einer festen Verbindungsleitung,
also im Raum unbeweglich, angeordnet sein kann. Es kann aber auch das vom Thermostaten
gesteuerte Ventil in der Verbindungsleitung zwischen den entsprechenden Kolbenseiten
liegen und die Drosselöffnung in der Zuleitung mit höherem Druck angeordnet sein.
-
Hat die Drosselöffnung eine unveränderliche Größe, so wird der Stufenkolben
oder Balgen von einer Endstellung ohne Zwischenstellung in die andere Endstellung
wandern, sobald die vom Thermostaten gesteuerte Ventilöffnung im Verhältnis zur
Drosselöffnung sich so weit vergrößert hat, daß durch die von-dem thermostatisch
gesteuerten Ventil zur Drosselöffnung strömende Flüssigkeit der zur Bewegung des
Stufenkolbens oder Balgens erforderliche Druck auf der Seite des größten Durchmessers
erzeugt wird. Damit auch Zwischenstellungen beliebig erreicht werden können, ist
in weiterer Ausbildung des Erfindungsgedankens am Kolben oder Balgen oder am Gehäuse
ein Zapfen von in seiner Längsrichtung verschiedenem Durchmesser angeordnet, der
in die Drosselöffnung hineinragt. Die Drosselöffnung besteht dann aus einem Ringquerschnitt,
dessen Größe sich mit der Stellung des Kolbens oder Balgens verändert. Das Verhältnis
der Größe der vom Thermostaten gesteuerten Ventilöffnung zu der Größe der Drosselöffnung
kann so gestaltet werden, daß bei einer kleinen Teilöffnung des vom Thermostaten
gesteuerten Ventils der Stufenkolben oder Balgen vor Erreichen seiner Endlage zur
Ruhe kommt, weil die Drosselöffnung zu dem in sie hineinragenden Zapfen in eine
solche Stellung gekommen ist, daß die Größe ihres kingquerschnittes gegenüber dem
Öffnungsspalt des vom Thermostaten gesteuerten Hilfsventils zu groß geworden ist,
als daß der zur Bewegung des Kolbens oder Balgens erforderliche Druckanstieg noch
erhalten bliebe. Eine weitere Bewegung des Kolbens oder Balgens wird dadurch eingeleitet,
daß der Thermostat bei weiterem Temperaturanstieg einen größeren Ventilquerschnitt
freigibt.
-
Die Drosselöffnung muß für volle Ausschläge der Vorrichtung wesentlich
kleiner sein als die vom Thermostaten gesteuerte Öffnung. Da letztere aber möglichst
klein sein soll, um vom Thermostaten nicht allzu große Kräfte zu beanspruchen, so
wird die Drosselöffnung unter Umständen so klein, daß eine starke Verzögerung in
der Wirkung der Vorrichtung insofern eintritt, als während der Kolbenbewegung eine
dem Hubinhalt entsprechende Flüssigkeitsmenge durch diese Drosselöffnung hindurchfließen
muß. In diesen Fällen ist es daher in weiterer Ausbildung des Erfindungsgedankens
zweckmäßig, das mit der neuen Vorrichtung gesteuerte Absperrorgan zum Steuern einer
gleichgearteten Vorrichtung zu verwenden. In diesem Fall kann für den Stufenkolben
ein ganz .kleiner Kolben verwendet werden, bei dem durch die Drosselöffnung nur
ganz geringe Druckmittelmengen bewegt werden müssen, um mit der durch diesen Stufenkolben
bereits vergrößerten Kraft ein größeres Ventil zu bewegen, das die Aufgabe des vom
Thermostaten gesteuerten
Ventils übernimmt. Wegen der einfachen
Bauart des Stufenkolbens bleibt auch in diesem Fall die Vorrichtung einfach.
-
Selbstverständlich kann auch der Stufenkolben oder Balgen an eine
besondere Druckleitung angeschlossen sein. Das ist insbesondere dann zweckmäßig,
wenn der Druckunterschied in der Leitung des zu steuernden Betriebsmittels nicht
groß genug ist. Allerdings werden dann zwei Stopfbüchsen notwendig, weil das Betriebsmittel
der besonderen Druckleitung im allgemeinen nicht mit dein der Hauptbetriebsleitung
vermischt werden darf. Sollte die Reibung durch diese Stopfbüchsen zu groß werden,
so ist die obenerwähnte Verwendung des gesteuerten Ab-
sperrorgans zum Steuern
einer gleichgearteten Vorrichtung besonders zweckmäßig.
-
Mit dem soeben gezeigten Fall ist erläutert, daß das erforderliche
Druckgefälle dadurch erzeugt werden kann, daß für den höheren Druck eine besondere
Druckleitung. herangezogen wird. Ebenso kann aber gemäß weiterer Ausbildung des
Erfindungsgedankens auch der niedrigere Druck aus einer beliebigen anderen Quelle
entnommen werden. Hierfür steht z. B. die Ansaugeleitung der Pumpe oder in ganz
einfacher Form sogar der. äußere Luftdruck zur Verfügung. In dem letzten Fall wäre
also in der eigentlichen Hauptdruckmittelleitung nur ein einfacher Überdruck gegenüber
dem Luftdruck notwendig. Die Heranziehung der Ansaugeleitung für den niedrigeren
Druck ermöglicht ein besonders großes Druckgefälle. Wird die äußere Luft als Quelle
für den niedrigeren Druck verwendet, so ergibt sich eine besonders einfache Ausführung
der Vorrichtung dadurch, daß die Stufe, die mit dem niedrigeren Druck beaufschlagt
wird, zu einer Spindel verlängert ist, die ins Freie ragt, während die andere Seite
des Kolbens durch eine Drosselöffnung mit der freien Luft verbunden ist.
-
In weiterer Ausbildung des Erfindungsgedankens kann der Stufenkolben
selbst als Absperrglied ausgebildet oder es können am Balgen oder Kolben ein oder
mehrere Ventilteller angeordnet sein. Dieser Fall tritt bei der obenerwähnten Aufgabe
ein, bei der ein Absperrglied in Abhängigkeit von der Temperatur gesteuert werden
soll. In diesem Fall ist die Seite des Stufenkolbens, an der sich der Gehäusesitz
des Absperrgliedes befindet, mit der Leitung des höheren Druckes verbunden. Es ergibt
sich oft die Aufgabe, daß diese Leitung vor zu hohem Druck geschützt werden muß.
Hierfür ist gemäß weiterer Ausbildung des Erfindungsgedankens der Gehäusesitz des
Absperrgliedes gleichzeitig als Überdruckventil ausgebildet.
-
Dieses Mittel gibt eine Möglichkeit an die Hand, den obenerwähnten
Anschluß an eine besondere Druckleitung zu verbessern. Geinäß weiterer Erfindung
wird nämlich die eine Stufe des Stufenkolbens zu einer Ventilspindel verlängert,
dessen zweckmäßig entlastetes Doppelsitzventil von dem Druck der besonderen Druckleitung
beaufschlagt wird.
-
Der Thermostat kann auch nach zwei Seiten, und zwar abwechselnd oder
gleichzeitig, arbeiten, so daß es möglich wird, ihn dort auf je eine gleichartige
Vorrichtung gemäß der Erfindung wirken zu lassen. Dieser Fall liegt, wenn man das
obenerwähnte Ausführungsbeispiel berücksichtigt, z. B. dann vor, wenn bei zu heißem
Schmieröl nicht nur die Lenkung des Schmieröles durch den Kühler durch Umschalten
gewünscht wird, sondern auch der Grad der Kühlung vergrößert werden soll.
-
Der weiteren Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe,
nämlich den Thermostaten von großen Kräften zu entlasten, dient noch ein letzter
Vorschlag der Erfindung, nämlich das Steuerorgan des Thermostaten als Rohr, durch
das das Druckmittel zugeführt wird, mit zweckmäßig scharfen Dichtungsschneiden,
welche mit dem Außendurchmesser des Rohres zusammenfallen, auszubilden. Hiermit
kann eine völlige Entlastung des Steuerorgans des Thermostaten von Druckkräften
erreicht werden.
-
Ausführungsbeispiele des Erfindungsgedankens sind in der Zeichnung
dargestellt.
-
In Abb. i ist die Erfindung in Anwendung auf eine wärmeempfindliche
Steuerung von Kühlerklappen in Abhängigkeit von der Temperatur der Kühlflüssigkeit
planmäßig dargestellt. Die Kühlflüssigkeit wird von der Pumpe i dem Motor 2 zugeleitet
und fließt dann durch die Leitung 3 zum Kühler q. und von dort durch die Leitung
5 wieder zurück zur Pumpe i. Mit 6 ist ein von einem Thermostaten gesteuertes Ventil
bezeichnet, das den Zufluß zu einer Leitung 7 steuert, die den Raum 8 auf der einen
Seite des Kolbens 9 mit der Leitung 3 verbindet oder von ihr trennt. Auf der anderen
Seite des Stufenkolbens 9 ist der Raum xo durch eine Leitung i i mit der Leitung
3 verbunden und der Raum i2 durch eine Leitung 13 mit der Leitung 5. Der Stufenkolben
9 ist über eine Stange 1q. und Seilzug 15 mit den Kühlerklappen 16 verbünden.
-
In der Leitung 3 herrscht der höhere Druck p1, in der Leitung 5 der
niedrigere Druck p2. Ist das Ventil 6 durch den Thermostaten geöffnet, dann herrscht
im Raum 8 der Druck p1 und wirkt auf die Fläche F1. Im 'Raum io herrscht ebenfalls
der Druck p1, im Raum 12 dagegen der Druck p2. Durch eine
Kraft
F2 # (p1- p2) wird der Stufenkolben nach rechts gedruckt. Ist dagegen das Ventil
6 geschlossen, dann gleicht sich der Druck im Raum 8 durch die Drosselöffnung 17
zu dem im Raum 12 befindlichen Druck p2 aus. Nunmehr wird der Stufenkolben durch
eine Kraft (F1 - F2) # (p1 - p2) nach links verschoben.
-
Bei der in Abb. i beschriebenen Ausführung muß während der Kolbenbewegung
eine große Druckmittelmenge durch die kleine Drosselöffnung 17 fließen. Nach Abb.
2 wird diese Schwierigkeit dadurch beseitigt, daß der Stufenkolben g sehr klein
ausgebildet ist, so daß durch die Drosselöffnung 17' nur sehr wenig Druckmittel
fließt. Die Kraft, die an der Spindel i4.' erzeugt wird, ist allerdings noch nicht
genügend groß, so daß an ihrem Ende das Ventil 6" angeordnet ist, das dieselbe
Wirkung hat wie das Ventil 6 des Thermostaten. Durch dieses Ventil6" wird die gleichartige
Vorrichtung gesteuert, die jedoch größere Abmessungen besitzt. Das ist deshalb möglich,
weil das Ventil 6" größer ausgebildet sein kann als das Ventil 6. Damit kann auch
die Drosselöffnung 17" größer sein.
-
Gleichzeitig ist bei dem in Abb. 2 dargestellten Fall angenommen,
daß der Druckunterschied in den Leitungen 3 und 5 nicht genügend groß ist, so daß
die neue Vorrichtung an eine besondere Druckmittelleitung 18 angeschlossen ist.
Eine solche besondere Druckmittelleitung kann auch dann verwendet werden, wenn die
Hilfsvorrichtung g' bis 1q.' fehlt und das Ventil 6" mit dem Ventil 6 zusammenfällt.
-
In Abb. 3 sind dieselben Verhältnisse wie in Abb. 2 dargestellt, wobei
gleiche Bezugszeichen gleiche Teile darstellen. Der Unterschied gegenüber Abb. 2
besteht jedoch darin, daß die eine Stufe des Stufenkolbens zu der Ventilspindel
1,4' verlängert ist, die von dem Druck p3 der besonderen Druckleitung 18 beaufschlagt
wird. Die Druckleitung 18 ist in diesem Fall der Druckleitung i i' gleich. Das Ventil
6" ist dabei derart entlastet, daß der Drucke p3 nur auf den Querschnitt
F2 der Spindel i4.' im Öffnungssinne wirkt. Das Verhältnis der Flächen F1 und F2
muß dabei den Drücken p1 und p3 entsprechend so ausgebildet sein, daß bei geöffnetem
Ventil 6 mit der Kraft p1 # F1 eine Bewegung auf das Ventil 6" in schließendem
Sinne erzielt werden kann. ' In Abb. 4. ist ein Beispiel dafür gezeigt, daß der
Stufenkolben g selbst als Absperrglied ausgebildet sein kann. Es handelt sich hier
um die Umschaltung des Druckölflusses, der durch die Leitung 1g vom Motor kommt
und entweder durch die Leitung 20 zum Speieher oder durch die Leitung 2 i zum Kühler
geführt werden soll. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Teile.
-
Cs ist angenommen, daß die Flüssigkeit so kalt ist, daß sie nicht
durch den Kühler, sonderen unmittelbar zum Speicher geleitet werden soll. Durch
den Thermostaten 22 wird daher das Ventil 6 vor den Eintritt der Leitung 7 gedrückt.
In dem Raum 8 wird sich daher durch die Drosselöffnung 17 der Druck p2 aus dem Raum
12 ausgleichen. In dem Raum io wird dagegen der Druck p1 durch die Leitung i i wegen
seiner Verbindung mit der Leitung 1g herrschen. Der Stufenkolben g wird durch eine
Kraft (p1 - p2) # (F1 - F2) nach links gedrückt.
-
Auf der linken Seite ist dagegen die Öffnung 7"" durch das Ventil
6"' geöffnet. Infolgedessen wird der Stufenkolben g"' durch eine Kraft F2 # (p1
- p2) nach links gedrückt.
-
Beide Stufenkolben g und 9... sind gleichzeitig als Ventile
mit den Dichtflächen 23 und z3"' ausgebildet. Infolgedessen ist das rechte Ventil
offen, das linke geschlossen. Der Kühlälstrom, der durch die Leitung i g eintritt,
wird bei 2o unmittelbar zum Speicher geleitet. Die umgekehrten Verhältnisse treten
ein, wenn der Thermostat 22 mit dem Ventil 6 öffnet und das Ventil 6'@' schließt.
Dann wird das linke Ventil öffnen und das rechte Schließen. Der Kühlölstrom wird
jetzt durch die Leitung 2i zum Kühler fließen. Bei 2q. tritt dann das Kühlöl vom
Kühler zurück in die Leitung 2o zum Speicher.
-
Der Gehäusesitz 25 für die Dichtflächen 23 ist gleichzeitig als Überdruckventil
ausgebildet. Er wird durch eine Feder 26 bei 27 gegen das Gehäuse gepreßt. Steigt
der Druck p, zu sehr, dann öffnet das Überdruckventil 25.
-
In Abb. 5 ist gezeigt, daß die Ausführung nach Abh. q. statt mit Stufenkolben
durch einen entsprechenden Balgen verwirklicht werden kann. Das gilt grundsätzlich
für alle bisher gezeigten Ausführungsbeispiele.
-
Auch hier bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile. Gegenüber
Abb. 4 unterscheidet sich diese Ausführung dadurch, daß auf ein besonderes Steuerglied
zum Abschalten der Verbindung zwischen der Leitung 1g und der Leitung 21 verzichtet
ist. Diese Anordnung geht von dein Gedanken aus, daß in dem Kühler der Widerstand
so groß ist, daß beim Öffnen der Verbindung zwischen der Leitung 1g und der Leitung
2o das Druckmittel ohne weiteres in die Leitung 2o fließt.
-
Bei geöffnetem Ventil 6 stellt sich ini Raum 8 der Druck p1 ein und
wirkt auf die große Fläche F1. In dem Raum io wirkt infolge der Verbindung durch
den Kanal i i der Druck p1, jedoch nur auf die Fläche
F1 - F2. Auf
die Fläche F2 wirkt im Raum 12 der Druck p2. Der Balgen 9, von dem ein Teil gleichzeitig
als Absperrventil ausgebildet ist, und zwar im Bereich der Fläche F2, wird infolgedessen
durch eine Kraft F2 # (pi - p2) auf den Gehäusering 25 gepreßt. Ist dagegen
das -Ventil 6 geschlossen, so findet zwischen dein Raum i2 mit dem Druck p2 und
dem Raum 8 Druckausgleich durch die Drosselöffnung 17 statt. Der Balgen 9 wird durch
eine Kraft (F1 - F2) # (p1 - p2) von dem Gehäusesitz 25 abgehoben.
-
Ein weiterer Unterschied gegenüber den bisherigen Beispielen besteht
.darin, daß das Ventil 6 als Rohr ausgebildet ist, durch das das Betriebsmittel
zugeführt wird, und mit scharfen Dichtungsschneiden, die mit dem Außendurchmesser
des Rohres zusammenfallen, versehen ist, so daß es vom Druck des Betriebsmittels
entlastet ist. Weiter ist wesentlich, daß in die Drosselöffnung 17 ein Zapfen 28
hineinragt, der sich in der Längsrichtung konisch oder stufenförmig verjüngt. Öffnet
das Ventil 6 nur wenig, dann wird der Balgen 9 nur soweit nach oben gedrückt, bis
der im Raum 8 auf den Balgen 9 wirkende Druck mit den von den Räumen io und 12 aus
auf den Balgen 9 wirkenden Drücken im Gleichgewicht ist. In dieser Stellung bleibt
der Balgen 9 stehen. Es wird ein Teil durch die Leitung 21, ein anderer Teil durch
die Leitung 2o fließen.
-
In Abb. 6 ist in der Leitung 3, in der das Druckmittel vom Motor in
Pfeilrichtung ankommt, ein Thermostat 29 angeordnet, der zwei Ventile
30 und 31 gleichzeitig beeinflußt, und zwar derart, daß, wenn das Ventil
30 geöffnet ist, das Ventil 31 sich schließt, z. B. wenn das Öl kalt
ist. Die zum Speicher gehende Umführungsleitung 2o wird dann geöffnet. Die Kühlwirkung
des Kühlers 4 wird gleichzeitig durch das Ventil 30 in der beschriebenen
Weise gedrosselt.