DE2462265A1 - Auf waermeeinwirkung ansprechendes ventil - Google Patents

Description

Dipl.-lng. E. Prinz	Patentanwälte Dipl.-Chem. Dr. G. Hauser	Dipl.-lng. G. Leiser	2462265
	Ernsbergerstrasse 19 8 München 60
P 24 62 265.9		13.April	1976
Texas Instruments	Inc.
Unser Zeichen : T	1995

Auf Wärmeeinwirkung ansprechendes Ventil (Ausscheidung aus P 24 60 219.5-12)

Die Erfindung bezieht sich auf ein auf Wärmeeinwirkung ansprechendes Ventil mit einer Einlaßöffnung und einer Auslaßöffnung, einem Ventilsitz in der Verbindung zwischen der Einlaßöffnung und der Auslaßöffnung und einer thermostatischen Bimetallscheibe, die abhängig von Temperaturänderungen ihre Krümmung zwischen einer ersten Stellung, in der sie zum Ventilsitz hin gebogen ist und die Verbindung zwischen der Einlaßöffnung und der Auslaßöffnung sperrt, und einer zweiten Stellung ändert, in der sie diese Verbindung freigibt.

Bei einem solchen Ventil tritt bei Erreichen einer bestimmten Temperatur ein plötzlicher Übergang der Krümmung der Bimetallscheibe von der ersten Stellung in die zweite Stellung ein. Die Scheibe schnappt dabei praktisch zwischen ihren beiden Stellungen um. In manchen Anwendungsfällen soll zwar das Ansprechen des Ventils auf Wärmeeinwirkung beibe- ■ halten werden, doch erweist sich das plötzliche Umschnappen Schw/Ba

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der Bimetallscheibe als nachteilig.

Der Erfindung liegt die Aufgate zugrunde, ein Ventil der eingangs angegebene Art so auszugestalten, daß die Strömung sverbindung zwischen seiner Einlaßöffnung und seiner Auslaßöffnung stetig gesteuert werden kann.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in der Bimetallscheibe zur Modifizierung der bei Erwärmung auftretenden Spannungen wenigstens ein Schlitz angebracht ist.

Beim erfindungsgemäßen Ventil bewirkt der in der Bimetallscheibe angebrachte Schlitz eine solche Beeinflussung der in ihr auftretenden mechanischen Spannungen, daß der Übergang zwischen ihren beiden Stellungen nicht mehr sprunghaft, sondern stetig erfolgt. Das bei bisherigen Ventilen auftretende plötzliche Umschnappen der Bimetallscheibe tritt nicht mehr ein. Das erfindungsgemäße Ventil kann also überall dort erfolgreich eingesetzt werden, wo eine stetige Steuerung der Strömungsverbindung zwischen der Einlaßöffnung und der Auslaßöffnung erforderlich ist.

Vorteilhafterweise ist das erfindungsgemäße Ventil so ausgestaltet, daß in der Bimetallscheibe in gleichem Winkelabstand voneinander mehrere Schlitze angebracht sind, die sich vom Scheibenrand bis kurz vor die Scheibenmitte erstrecken.

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Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung beispielshalber erläutert. Es zeigen:

Pig.1 eine Seitenansicht eines auf Wärmeeinwirkung ansprechenden Ventils nach der Erfindung, wobei Teile weggebrochen sind, so daß die thermostatische Scheibe in ihrer geschlossenen Stellung in dichter Anlage an den Ventilsitz zu erkennen ist,

Fig.2 eine ähnliche Ansicht wie Fig.1, wobei sich die Scheibe in der umgekehrten Krümmungsstellung befindet, in der das Ventil offen ist,

Fig.3 einen horizontalen Schnitt längs der Linie 5-3 von Fig.2,

Fig.4 eine Draufsicht auf eine veränderliche thermostatische Scheibe, die in ein Ventil nach der Erfindung eingebaut werden kann und

Fig.5 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform eines auf Wärmeeinwirkung ansprechenden Ventils nach der Erfindung.

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Das in der Zeichnung dargestellte, auf Wärmeeinwirkung ansprechende Ventil 1 enthält einen zweiteiligen Ventilkörper 5.Der erste Teil 7 des Ventilkörpers besteht vorzugsweise aus einem einteiligen Formstück aus einem wärmehärtbaren Kunstharz. Dieser erste Teil ist mit einem allgemein axial zum Ventil verlaufenden ersten Anschlußstutzen 9 und mit einem rechtwinklig zum ersten Anschlußstutzen verlaufenden angrenzenden zweiten Anschlußstutzen 11 versehen. Diese Anordnung der Anschlußstutzen ermöglicht das einfache Anschließen von (nicht dargestellten) Schlauchstücken an die Anschlußstutzen, während gleichzeitig eine kompakte Ausführung des Ventils ermöglicht wird, bei der die Anschlußstutzen auf der gleichen Seite in den Ventilkörper hineinführen und aus ihm herausführen. Im Anschlußstutzen 9 ist eine Durchführung 13 angebracht, und im Anschlußstutzen 11 ist eine Durchführung 15 angebracht; in-

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nerhalb des Ventilgehäuses stehen die Durchführungen miteinander in Verbindung. Wie in der Darstellung zu entnehmen ist, bildet die Durchführung 13 eine Einlaßdurchführung, und die Durchführung 15 bildet eine Auslaßdurchführung, doch ist zu erkennen, daß das Strömungsmittel (beispielsweise Luft)_ in den Ventilkörper auch über die Durchführung 15 eintreten und über die Durchführung 13 wieder austreten kann. Die Durchführung 13 ist mit einem O-Ring 17 versehen, der einen Ventilsitz bildet. Dieser O-Ring besteht vorzugsweise aus einem geeigneten elastischen synthetischen oder natürlichem Gummi. Eine Absperrvorrichtung 19 kann mit dem Ventilsitz in Eingriff gebracht und aus dem Eingriff wieder gelöst werden, damit die Verbindung zwischen

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den Durchführungen wahlweise gesperrt wird.

Die Ventilvorrichtung 19 enthält insbesondere eine allgemein kreisrunde, schalenförmige thermostatische Bimetallscheibe 21, die auf Temperaturänderungen so anspricht, daß sie ihre Krümmung aus einer ersten Position (nach Pig. 2), in der die Scheibe und die Absperrvorrichtung vom Ventilsitz 17 wegbewegt sind, in eine zweite Position (nach Pig. 1) ändert, in der die Scheibe gegen den Ventilsitz gebogen ist und in der die Mitte der Scheibe abdichtend mit dem Ventilsitz in Eingriff steht. Wie in Pig. 1 dargestellt ist, ist die Scheibe 21 so angeordnet, daß sich ihre Seite mit geringerer Ausdehnung oben befindet, so daß sich die Scheibe normalerweise in ihrer geschlossenen Position befindet und daß nach einer Erwärmung der Scheibe auf eine vorbestimmte Temperatur Wärmespannungen in der Scheibe ihr plötzliches Umschnappen über eine Mi=fetellage in ihre geöffnete Position bewirken. Wenn sich die Scheibe unter eine weitere vorbestimmte Temperatur abkühlt, schnappt sie wieder in die geschlossene Position zurück. Eine dreiarmige kreuzförmige Pederscheibe 23 wirkt auf die Mitte der Scheibe ein und drückt sie gegen den Ventilsitz 17, wenn sich die Scheibe in ihrer zweiten Position, der geschlossenen Position befindet, wourch eine ausreichende Kraft ausgeübt wird, um die Scheibe dicht gegen den ventilsitz zu halten. Es ist zu erkennen, daß die Pederscheibe 23 eine ausreichende Kraft auf die Scheibe 21 ausübt, damit diese dicht gegen den O-Ring 17 gehalten wird, jedoch keine übergroßen Druckkräfte auf den O-Ring ausübt, die eine dauernde Verformung (das heißt eine dauerhafte Druckhärtung) des aus Elastomermaterial bestehenden O-Rings und ein sich daraus ergebendes Undichtwerden verursachen würden.

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Der erste Teil 7 des Ventilkörpers ist mit einer kreisförmigen Schulter 25 versehen, die die Auslaßdurchführung 15 umgibt; diese Schulter "bildet eine Rückhalteeinrichtung für den O-Ring 17. Die Schulter 25 ist im Abstand von einer zweiten kreisförmigen Schulter 27 umgeben. Diese zweite Schulter ragt gegen die Scheibe 21; sie hat einen Durchmesser, der geringfügig kleiner als der Durchmesser der Scheibe im ebenen Zustand ist, so daß der Außenrand der Scheibe gegen sie stößt, hierin die Scheibe über ihre Mittellage aus ihrer geschlossenen Position in ihre geöffnete Position umschnappt, wodurch bewirkt wird, daß sich die Mitte der Scheibe vom O-Ring löst. Somit bildet die Schulter 27 eine Widerlagervorrichtung für die Scheibe. Wie in Pig. 3 dargestellt ist, öffnet sich die Einlaßdurchführung 13 in den Raum zwischen der Schulter 25 und der Schulter 27, so daß Strömungsmittel (beispielsv/eise Luft) in der offenen Position der Scheibe 21 von der Durchführung 13 über dem O-Ring 17 in die Durchführung 15 in der Mitte des O-Rings strömen kann (diese Strömung ist in Fig. 2 durch Pfeile angegeben). Die Schulτ ter 27 ist nach l?ig.3 mit Kerben 29 versehen, damit sich der Druck auf beiden Seiten der Scheibe ausgleichen' kann, so daß ein abdichtender Eingriff der Scheibe an den Schultern 27 verhindert wird.

Der zweite Teil 31 des zweiteiligen Ventilkörpers 5 enthält ein napfförmiges Teil, das abdichtend am ersten Teil 7 des Ventilkörpers befestigt werden kann. Insbesondere enthält der zweite Teil 31 ein Glied aus wärmeleitendem Material, beispielsweise Messing, das mit einem Gewindeansatz 33 sowie mit einer Ausnehmung 35 zur Aufnahme des Ventilkörperteils 7, der Scheibe 21 und der Scheibe 23 versehen ist. Die Ausnehmung 35 enthält innen eine abgestufte Schulter 37 auf der der Bodenbereich des Ventilkörperteils 7 aufliegt, wenn die zwei Teile des Ventilkörpers

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zusammengefügt sind. Die Feder 23 ist zwischen dem Boden der Ausnehmung 35 und die Bodenfläche des Teils 7 eingefügt, wobei die Scheibe 21 von der Feder getragen wird. Der Ventilkörperteil 31 weist einen sechseckigen Abschnitt 38 auf, der ein einfaches Einfügen des Ventils 1 in ein Gewindeloch ermöglicht; ferner weist er eine relativ dünne Wand 39 auf, die von dem sechseckigen Abschnitt nach oben ragt. Zwischen dem Ventilkörperteil 7 und der Wand 39 ist ein Dichtungsring 41 (beispielsweise ein 0-Ring) angebracht, und die Wand kann über den O-Ring gebogen werden, damit die zwei Ventilteile zur Bildung des Ventilkörpers 5 dicht miteinander verbunden werden.

Der Ventilkörperteil 31 eignet sich insbesondere zum Einschrauben in einen Gegenstand, beispielsweise in den Motorblock eines ,Kraftfahrzeugs oder dergleichen, damit Wärme von dem Motorblock auf die Scheibe 21 übertragen wird, so daß sich diese entsprechend einer Temperaturerhöhung des Motorblocks erwärmt. Nach einem Abkühlen des MotorbLocks wird die Scheibe etwa auf der Temperatur des Motors gehalten.

Wenn das Ventil 1 in einem kalten Motor eingebaut ist und wenn die Scheibe 21 sich in ihrer geschlossenen Position befindet, in der eine Luftströmung von der Einlaßdurchführung 13 zur Auslaßdurchführung 15 verhindert wird, kann ein Unterdrucksystem bei einem relativ niedrigen Druck aufrechterhalten werden. Wenn sich der Motor des Kraftfahrzeugs erwärmt, wird vom Gewindeansatz 33 Wärme auf die Scheibe 21 übertragen. Wenn die Scheibe eine vorbestimmte Temperatur erreicht, schnappt sie über eine Mittellage aus ihrer geschlossenen Position in ihre offene Position um. Wenn die Scheibe über ihre Mittellage umschnappt, stößt der Umfang der Scheibe gegen die Schulter 27, was zur Folgehat, daß sich der Mittelabschnitt der Scheibe vom O-Ring

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17 entfernt. Wenn sich die Scheibe in ihrer offenen Position befindet, kann Luft in die Einlaßdurchführung 13 eindringen und in die Auslaßdurchführung 15 strömen. Diese luftströmung kann zum Entlüften des Vakuumsystems oder zur Auslösung einer Betätigung von Bauteilen in einem mit Unterdruck gesteuerten Abgasuralaufsystem in einem Automobil eingesetzt werden.

Eine Abwandlung der Bimetallscheibe 21 ist in Pig. 4 dargestellt, wobei diese modifizierte Scheibe im Unterschied zur Scheibe 21 in ihrer Gesamtheit bei 43 dargestellt ist. Wie der Darstellung zu entnehmen ist, verlaufen vom Rand der Scheibe zwei d.iametral gegenüberliegende Schlitze 45a, 45b gegen die Mitte der kuppeiförmigen Scheibe; die Schlitze enden jedoch kurz vor der Scheibenmitte. Diese Schlitze bewirken e'ine Veränderung des thermisch herbeigeführten Spannungsverlaufs in der Bimetallscheibe beim Erwärmen der Scheibe, was zur Folge hat, daß sich die Scheibe relativ stetig zwischen ihren ersten und zweiten Krümmungspositionen ändert. Insbesondere verhindern die Schlitze, daß sich die Scheibe 43 plötzlich (das heißt durch Umschnappen) über eine Mittellage ändert, so daß auf diese Weise eine allmähliche Bewegung des Mittelabschnitts der Scheibe gegen den O-Ring 1? und von diesem weg bewirkt wird, wodurch eine stetige Änderung der Strömung durch das Ventil erfolgt. Es ist zu erkennen, daß die Bewegung der Scheibe zwar nichtlinear, jedoch ohne Umschnappen über eine Mittellage erfolgt. Allgemein können Scheiben, die so ausgebildet sind, daß sie sich stetig zwischen ihren entgegengesetzten Krümmungspositionen bewegen, als veränderliche Scheiben bezeichnet werden. Wie ebenfalls zu erkennen ist, kann jede gewünschte Anzahl von Schlitzen in der Scheibe 43 angebracht werden, wobei diese Schlitze vorzugsweise in gleichen Winkelabständen um die Scheibe angeordnet sind.

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In Fig. 5 ist eine weitereAusführungsform eines Ventils 47 dargestellt. Dieses modifizierte Ventil enthält einen Ventilkörper 49 mit einem kappenförmigen Einlaßabschnitt 51 und einem dicht mit diesem verbundenen Auslaßabschnitt 53 in dem mehrere Öffnungen 55 angebracht sind; der Auslaßabschnitt 53 weist einen Anschlußstutzen 57 auf, durch den eine Durchführung 59 führt. Eine Innenwand 61 trennt den Einlaßabschnitt vom Auslaßabschnitt. In der Mitte ist diese Innenwand mit einer Öffnung 63 versehen, und sie weist einen Umfangsrand auf, der von einer in den Einlaßabschnitt 51 ragenden Schulter 65 gebildet ist. Eine thermostatische veränderliche Bimetallscheibe 67, die allgemein der Bimetallscheibe 43 gleicht, ist im Einlaßabschnitt angebracht. Die Bimetallscheibe 67 wird mit Hilfe eines wellenförmigen Federrings 69 gegen die Innenwand 61 gedrückt. Die Öffnung 63 ist von einem kreisförmigen Steg 71 umgeben, der einen Ventilsitz bildet. Die Absperrvorrichtung enthält ein federndes, flexibles Polster 73 aus einem geringfügig federnden Material wie synthetischem Gummi, das an der an die Öffnung 63 angrenzenden Fläche der Scheibe 67 befestigt ist. Dieses Polster wird mit Hilfe eines durch ein Loch 77 in der Scheibe einschiebbaren Knopfs 75 an seiner Stelle gehalten. Dieser Knopf ist einstückig mit dem Polster 73 verbunden, und es kann anfänglich mit einer (nicht dargestellten) länglichen Lasche versehen sein, die leicht durch das Loch 77 geschoben und so gedehnt wer- " den kann, daß der Knopf 75 durch das Loch gezogen v/ird. Nachdem der Knopf durch das Loch 77 geschoben ist, kann die Lasche dann von dem Knopf abgeschnitten werden. Es ist zu erkennen, daß die Arbeitsweise des Ventils 47 allgemein der Arbeitsweise des oben beschriebenen Ventils 1 gleicht, so daß es hier keiner näheren Beschreibung bedarf. Ferner ist zu erkennen, daß die Wand 61 mit ihrem Steg 71 und das Polster 73 die Absperrvorrichtung zum Blockieren der Verbin-

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dung zwischen der Einlaßdurchführung und der Auslaßdurchführung des Ventilgehäuses bilden. Diese Absperrvorrichtung kann auch in der in 3?ig. 1 dargestellten Ausführungsform anstelle des 0-Rings 17 und der Scheibe 21 verwendet werden«

Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen speziellen Ausführungsbeispiele beschränkt; es sind vielmehr im Rahmen der Erfindung auch noch weitere Abwandlungen möglich.

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Claims (1)

Patentansprüche

1. Auf Wärmeeinwirkung ansprechendes Ventil mit einer Einlaßöffnung und einer Auslaßöffnung, einem Ventilsitz in der Verbindung zwischen der Einlaßöffnung und der Auslaßöffnung und einer thermostatischen Bimetallscheibe, die abhängig von Temperaturänderungen ihre Krümmung zwischen einer ersten Stellung, in der sie zum Ventilsitz hin gebogen ist und die Verbindung zwiechen der Einlaßöffnung und der Auslaßöffnung sperrt, und einer zweiten Stellung ändert, in der sie diese Verbindung freigibt, dadurch gekennzeichnet, daß in der Bimetallscheibe zur Modifizierung der bei ihrer Erwärmung auftretenden Spannungen wenigstens ein Schlitz angebracht ist.

2, Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Bimetallscheibe in gleichem Winkelabstand voneinander mehrere Schlitze angebracht sind, die sich vom Scheibenrand bis kurz vor die Scheibenmitte erstrecken.

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