DE2810211C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Heizwassersteuerventil für eine
Kraftfahrzeug-Heizungsanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein bekanntes Heizwassersteuerventil dieser Art (DE-OS 25 31 015)
arbeitet mit Unterdruck als Servokraft. Zu diesem Zweck besteht das
Hilfssteuerglied aus einer Blattfeder, die vom Elektromagneten beaufschlagt
wird. Die Blattfeder sitzt im Steuerraum. Sie verschließt mit ihrem aus
federbaren Ende bei nicht erregtem Elektromagneten und bei geschlossener
Durchströmöffnung eine in den Steuerraum von außen einmündende, an
die Maschine des Kraftfahrzeuges angeschlossene Unterdruckleitung. Soll
die Durchströmöffnung freigegeben, das Ventil also geöffnet werden, so
wird der Elektromagnet erregt. Er zieht dann die Blattfeder an, die sodann
die Öffnung der Unterdruckleitung in den Steuerraum hinein freigibt und
statt dessen eine andere Öffnung verschließt, über die der Steuerraum
sonst mit dem atmosphärischen Umgebungsdruck in Verbindung steht.
Durch diesen Vorgang beim Öffnen wird der Steuerraum evakuiert. Da
durch kann das Ventilglied gegen die Wirkung einer Schließfeder
von der Durchströmöffnung abheben, das Ventil also in die geöffnete
Stellung überführt werden, in der das Heizwasser das Ventil passieren und
in den Heizwärmetauscher fließen kann. Dieses Heizwassersteuerventil ist
somit in seiner Schließstellung stromlos. Hingegen liegt in der geöffneten
Ventilstellung am Elektromagneten dauernd die Erregung an, was bekann
termaßen als Nachteil anzusehen ist. Von Nachteil ist ferner, daß der
Übergang vom Schließen zum Öffnen von der Größe des Unterdruckes
abhängig ist. Letzterer kann je nach Betriebzustand des Kraftfahrzeuges
mitunter nicht ausreichend sein, um zuverlässig immer eine Ventilöffnung
zu gewährleisten. So ist z. B. bei abgasentgifteten Fahrzeugen in einigen
extremen Vollastbereichen der Unterdruck nicht ausreichend, um die
Öffnungsbewegungen des Ventils zu ermöglichen. Dieser Nachteil tritt z. B.
auch bei Diesel-Fahrzeugen auf. Ein weiterer Nachteil liegt darin, daß
die Funktionsfähigkeit des Steuerventiles im Öffnungssinne dann fehlt, wenn
die von außen zum Steuerventil führende Unterdruckleitung ein Leck haben
sollte oder versehentlich abgelöst ist. Die Funktionssicherheit ist ferner
dadurch gefährdet, daß bei einem Leck der Membran, z. B. infolge Ver
schleißes, Zerstörung od. dgl., dann möglicherweise ein Wasserverlust
durch das Steuerventil nach außen hin droht, der zur Funktionsunfähigkeit
der Heizungsanlage, vor allem möglicherweise zu Schäden im gesamten
Kühlsystem und somit an der Maschine des Fahrzeuges führen kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Heizwassersteuerventil
der eingangs genannten Art so auszubilden, daß es in der geöffneten
Ventilstellung stromlos ist, wobei der Energiebedarf des Elektro
magneten für eine möglichst preisgünstige Auslegung der Temperatur
regeleinrichtung sehr gering ist, daß es vor allem ohne in den
Steuerraum von außen einzuleitenden und zu steuernden Unterdruck und
somit unabhängig von betriebsbedingten Schwankungen eines solchen,
gleichwohl aber mit Servounterstützung, arbeitet, daß die Gefahr von
Undichtigkeiten und möglicherweise einhergehender, überraschender
und für das gesamte Kühlsystem schädlicher Lecks mit Wasserverlust
zuverlässig gebannt ist und daß es eine kompakte, preisgünstige Bau
einheit geringen Gewichts und hoher Funktionssicherheit bildet.
Die Aufgabe ist bei einem Heizwassersteuerventil der eingangs
genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1
gelöst.
Das erfindungsgemäße Heizwassersteuerventil befindet sich bei nicht
erregtem Elektromagneten in seiner Öffnungsstellung, in der es
selbst für den Notfall, daß die Öffnungsfeder brechen sollte, gehal
ten wird. Soll die Durchströmöffnung geschlossen werden, wird der
Elektromagnet erregt. Es folgt dann eine schnelle Schließbewegung,
die dadurch eingeleitet wird, daß der Tauchanker mitsamt Schubstange
zunächst eine Bewegung in Schließrichtung vollführt. Bei dieser
Bewegung bewegt sich zunächst die Membran mitsamt Schiebehülse und
Ventilglied nicht in Schließrichtung. Vielmehr gelangt in
folge der Verschiebebewegung des Tauchankers mit Schubstange in
Schließrichtung das auf der Schubstange befestigte Hilfssteuerglied
in seine Schließposition, in der dieses Hilfssteuerglied auf dem
zugeordneten Hilfsventilsitz aufsitzt und somit die Verbindung des
Steuerraumes über den Ringraum zum Ablaufraum hin sperrt. Im Steuer
raum bleibt somit das Druckniveau im wesentlichen erhalten, welches
zugleich im Zulaufraum herrscht. Dieses Druckniveau ist höher als im
Ablaufraum, da sich letzteres bei eingeleiteter Schließbewegung ver
ringert. Durch die Drosselöffnung kann ein schneller Wasser- und
Druckausgleich zwischen Zulaufraum und Steuerraum erfolgen. Dies
kommt einer schnellen Schließbewegung mit Kraftunterstützung durch
den Wasservorlauf zugute. Der Energiebedarf des Elektromagneten zum
Schließen des Ventiles ist daher sehr gering. Die Temperaturregel
einrichtung kann somit preisgünstig in der Endstufe ihrer Elektronik
ausgelegt werden. Es hat sich gezeigt, daß zum Schließen ein Strom
von kleiner 1 A ausreichend ist. Bei dieser Schließbewegung wird die
Öffnungsfeder infolge des in die Magnetspule hineingezogenen
Tauchankers zusammengedrückt. Sobald das Hilfssteuerglied auf
seinem Hilfsventilsitz der Schiebehülse aufsitzt, wird die Schiebehülse mit
samt der Membran und dem Ventilglied bei weiterer Verschiebung
des Tauchankers mit Schubstange in Schließrichtung mitbewegt, so daß das
Ventilglied die Durchströmöffnung verschließt.
Bei einer vorteil
haften Weiterbildung ist das Hilfssteuerglied aus einem elastischen Material,
insbesondere aus Gummi, gebildet. Von Vorteil ist es dabei, wenn das
Hilfssteuerglied zusammen mit dem Hilfsventilsitz als Zentriervorrichtung
der Schiebehülse und des Ventilgliedes ausgebildet ist. Das Hilfs
steuerglied kann z. B. als Kegelstopfen ausgebildet sein, mittels dessen bei
Verschließen des Hilfsventilsitzes an der Schiebehülse letztere mitsamt dem
Ventilglied auf der Schubstange zugleich zentrierbar ist. Soll das
Ventil in Öffnungsstellung gebracht werden, so wird die Erregung des Elektro
magneten ausgeschaltet. Dabei werden zunächst der Tauchanker und zusammen
mit diesem die Schubstange mit Hilfssteuerglied durch die sich entspannende
Öffnungsfeder in Öffnungsrichtung verschoben. Dabei hebt das Hilfssteuer
glied von seinem Hilfsventilsitz ab. Dadurch wird der Steuerraum durch den
Ringraum hindurch mit dem Ablaufraum verbunden, somit auf das dortige
geringere Druckniveau entlüftet. Das sich im Steuerraum befindliche Wasser
kann somit relativ schnell durch den freigegebenen Ringraum hindurch in
den Ablaufraum ablaufen. Durch die Bemessung der Drosselöffnung geschieht
dies schneller, als durch die Drosselöffnung hindurch vom Zulaufraum Wasser
höheren Drucks in den Steuerraum einfließen kann. Infolge des Druckgefälles
vom Zulaufraum zum Steuerraum, also des auf die Membran in diesem Be
reich wirkenden höheren Druckes, wird die Membran in Öffnungsrichtung
belastet und verschoben. Dadurch wird zusammen mit der Membran die
daran feste Schiebehülse und das Ventilglied in Öffnungsrichtung
angehoben, wobei eine Relativverschiebung zwischen Schiebehülse und Schub
stange erfolgt. Durch den beim Öffnen an der Drosselöffnung entstehenden
Druckabfall wird somit auch das Öffnen des Ventiles durch den Vorlauf
druck im Vorlaufraum, der auf der Membran ansteht, unterstützt. Die
Drosselöffnung in der Membran ist so abgestimmt, daß eine ausreichende
Servowirkung beim Öffnen einerseits und ein entsprechend schneller Wasser
ausgleich beim Schließen des Ventiles andererseits erreicht wird. In der
geöffneten Stellung wird das Ventil einerseits durch die Öffnungsfeder ge
halten, die auf den Tauchanker in Öffnungsrichtung einwirkt. Zum anderen
aber wirkt auf die Membran der Wasserdruck im Zulauf- und Ablaufraum,
wodurch das Ventil ebenfalls in der Öffnungsstellung gehalten wird, selbst
dann, wenn die Öffnungsfeder unvorhergesehen brechen sollte. Dadurch ist
die Funktionssicherheit erhöht. Das Steuerventil ist in seiner Öffnungsstellung
stromlos. Dabei erfordert der Elektromagnet ebenfalls einen geringen Energie
bedarf, um das Ventil in die Schließstellung zu bewegen. Von Vorteil ist
ferner, daß in den Steuerraum kein von außen her mit betriebsabhängigem
Druck zugeführtes Steuermedium eingeleitet wird, also kein Unterdruck wie
bei dem bekannten Heizwassersteuerventil. Die Funktion des Heizwasser
steuerventiles ist somit unabhängig vom jeweiligen Betriebszustand des Fahr
zeuges, insbesondere der Belastung der Maschine. Gleichwohl arbeitet es
in Schließ- und Öffnungsrichtung jeweils mit der Hilfskraft des Druckes im
Vorlaufraum. Es ist also servounterstützt. Da das gesamte Gehäuse nach
außen hin gänzlich abgeschlossen ist, bedeutet ein Leck oder eine Zer
störung der Membran noch nicht, daß durch das Steuerventil hindurch ein
stärkerer Wasserverlust erfolgt, der Schäden im System nach sich zieht.
Ohnehin ist die Gefahr von Leckverlusten gebannt. Das Steuerventil bildet
eine kompakte, preisgünstige Baueinheit mit geringem Gewicht und vor allem
mit hoher Funktionssicherheit.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, daß auf der Schiebe
hülse in radialem Abstand von dieser und axial zwischen dem Ventil
glied einerseits und der Membran andererseits ein vorzugsweise
zylinderhülsenförmiges Sieb gehalten ist, mittels dessen um die Schiebehülse
zwischen letzterer und Sieb ein ringförmiger Siebraum gebildet ist, dessen
axiale Enden einerseits durch das Ventilglied und andererseits durch
die Membran verschlossen sind, und daß die Drosselöffnung innerhalb des
Radialbereiches des Siebraumes und in letzteren einmündend angeordnet ist.
Hierdurch ist erreicht, daß in den Steuerraum jenseits des Zulauf- und Ab
laufraumes immer nur solches Wasser vom Vorlaufraum her eingeleitet wird,
das somit von im Heizwasserzulauf mitgeführten Fremdstoffen, wie Sand und
sonstigen Verunreinigungen, freigehalten ist. Der Steuerraum und alle damit
kommunizierenden, abgeschlossenen Räume und darin enthaltenen Teile kommen
also nicht mit im Heizwasserzulauf mitgeführten Fremdstoffen in Berührung.
Dies erhöht die Funktionssicherheit, vor allem auch hinsichtlich des
Tauchankers; denn die Axialführung in Schließ- und Öffnungsrichtung
für den Tauchanker wird dadurch nicht mit Fremdstoffen verunreinigt,
die eine leichtgängige Axialverschiebung des Tauchankers möglicherweise
behindern könnten.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, daß das Gehäuse
zwischen Tauchanker und Membran einen Einsatz aufweist, der von der
Schubstange mit Radialspiel durchsetzt ist und ein Widerlager für das eine
Ende der Öffnungsfeder bildet, deren anderes Ende am Tauchanker abge
stützt ist. Die Öffnungsfeder kann als zylindrische Schraubenfeder ausge
bildet sein, die die Schubstange umgibt und mit einem Ende in eine ring
förmige Axialausnehmung des Tauchankers eingreift. Dadurch können die
Abmessungen in Axialrichtung der Schubstange möglichst klein gehalten
werden. Von Vorteil kann es ferner sein, wenn der Einsatz auf der dem
Tauchanker zugewandten Seite eine etwa kegelstumpfförmige, sich zur
Membran hin verjüngende Eintiefung aufweist, die über den von der
Schubstange durchsetzten, dieser gegenüber im Durchmesser größeren
Axialdurchlaß mit dem Steuerraum verbunden ist. In entsprechender Zu
ordnung kann der Tauchanker an seinem zur Eintiefung weisenden Ende
etwa kegelstumpfförmig und entsprechend der Eintiefung verjüngt sein.
Der Axialdurchlaß des Einsatzes dient nicht zur Führung der Schubstange.
Die Schubstange ist vielmehr in Verschieberichtung über den Tauchanker
geführt. Die Axialdurchlaßöffnung ermöglicht einen ausreichenden Wasser
zufluß in den Bereich zwischen Einsatz und Tauchanker und ebenfalls
einen guten und schnellen Rückfluß. Durch die Eintiefung im Einsatz und
die entsprechende Kegelstumpfform des Tauchankers wird mit hydrodynami
schen Mitteln eine feine Wasserdosierung erreicht und ein möglichst schnelles
Schließen des Ventiles gefördert, da beim Schließen durch diese kegelstumpf
förmige Verjüngung sehr schnell ein Wasserausgleich um den Tauchanker herum
erreichbar ist, und zwar einerseits durch den Axialdurchlaß zum Steuerraum
hin und andererseits zur abgewandten Seite des Tauchankers hin. Ferner
ist dadurch erreicht, daß das Ventil langsam öffnet.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, daß der Tauchanker
auf seiner äußeren Umfangsfläche, mit der er in einer koaxialen Gehäuse
führung geführt ist, axial durchlaufende Vertiefungen in Form von Rillen,
Nuten od. dgl. aufweist, zwischen denen und der Gehäuseführung hin
durch Wasser vom einen zum anderen Ende des Tauchankers führbar ist.
Die Vertiefungen können in gleichen Winkelabständen voneinander und
rings um die Umfangsfläche des Tauchankers gruppiert sein. Dadurch ist
erreicht, daß die Oberfläche des Tauchankers, die mit der Führungsfläche
der Gehäuseführung in Berührung steht, möglichst klein gehalten ist. Die
Reibung zwischen der Außenfläche des Tauchankers und der damit in Be
rührung stehenden Fläche der Gehäuseführung ist somit klein wie mög
lich gehalten. Ferner wird die Axialverschiebung des Tauchankers durch
eine Quasischmierung noch erleichtert, die durch das Wasser gegeben ist,
das im Steuerraum, Axialdurchlaß, in der Vertiefung des Einsatzes und im
Raum beidendig des Tauchankers und zwischen dessen Vertiefungen und
der Gehäuseführung vorhanden ist. Der der Axialverschiebung des Tauch
ankers entgegengesetzte Reibungswiderstand ist also so klein wie möglich
gehalten. Die axial durchlaufenden Vertiefungen auf der äußeren Umfangs
fläche des Tauchankers haben ferner den Vorteil, daß evtl., trotz des
Siebes doch zusammen mit dem Wasser hineingelangte Schmutzpartikel
durch die Vertiefungen hindurch mit der dadurch erreichten Wasserströmung
wieder abgeleitet werden, also nicht auf der Gleitfläche zwischen Tauch
anker und Gehäuseführung haften bleiben und dort sonst die Reibung er
höhen. Ein Verklemmen des Tauchankers ist völlig ausgeschaltet.
Die Schubstange kann an ihrem freien Ende einen Verschiebeanschlag für
die Schiebhülse mit Ventilglied tragen, der mit Radialöffnungen
versehen ist, über die das zugewandte Ende des Ringraumes in den Zulauf-
und Ablaufraum ausmündet. Der Verschiebeanschlag kann aus einem Nut
ring bestehen. Er dient beim Öffnen des Ventiles als Axialmitnahme, da
er von unten her am Ventilglied angreift und letzteres zusammen
mit der Schiebehülse mitnehmen kann. Auch dabei bleibt infolge der
Radialöffnungen dieses Verschiebeanschlages der Ringraum zwischen Schub
stange und Schiebehülse zum Ablaufraum hin geöffnet.
Von Vorteil kann es sein, wenn der Tauchanker und der Einsatz innerhalb
des Gehäuses in einer in letzteres eingesetzten, kappenförmigen und nach
außen hin abgeschlossenen Buchse angeordnet sind, die mit ihrer Innen
fläche die koaxiale Gehäuseführung des Tauchankers bildet und im Inneren
das im Steuerraum befindliche Wasser enthält und von diesem durchströmt
ist. In vorteilhafter Weiterbildung kann die Buchse an ihrem zur Membran
weisenden Ende einen Ringflansch tragen, der
gegen einen Ringrand der Membran unter druckdichter Einspannung letzterer
angepreßt ist. Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, daß die
Buchse an ihrem der Membran zugewandten Rohrende eine radial überstehen
de Ringschulter aufweist, die Träger einer Druckplatte ist, und daß axial
zwischen einem Gehäuseabsatz und der Druckplatte eine Axialdruckfeder,
insbesondere eine Wellfeder, angeordnet ist, mittels der die Buchse mit
ihrem Ringflansch gegen den Ringrand der Membran angepreßt ist unter
fester und druckdichter Einspannung der Membran im Gehäuse und unter
gleichzeitigem druckdichtem Abschluß des von der Buchse und der Membran
umschlossenen, wasserdurchflossenen Innenraumes. Hierdurch ist erreicht,
daß der letztgenannte Innenraum, der vom Wasser durchströmt ist, sicher
nach außen hin abgedichtet ist, so daß ein besonderes, bewegliches Dicht
element dafür entbehrlich ist. Diese Abdichtung des genannten Innenraumes
erfolgt also ebenfalls unter Zuhilfenahme der Membran, die somit diese
weitere Funktion erfüllt.
Das gezeigte Heizwassersteuerventil eignet sich insbesondere für den Ein
bau in eine Kraftfahrzeug-Heizungsanlage, wie sie z. B. die DE-OS 25 31 015 zeigt. Es
wird dabei in den Heizungszulauf zu einem nicht gezeigten Heizwärme
tauscher geschaltet. Sein als Elektromagnet ausgebildeter Stellantrieb
wird dann von einer Temperaturregeleinrichtung der Heizungsanlage ge
steuert.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung gezeigten
Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 einen axialen Längsschnitt eines Heizwasser
steuerventiles in der geöffneten Ventilstellung,
Fig. 2 eine Draufsicht allein des Tauchankers des
Heizwassersteuerventiles in Richtung des
Pfeiles II in Fig. 1.
Das Steuerventil weist ein allseitig geschlossenes Gehäuse 11 mit ange
formtem Zulaufstutzen 12 und Ablaufstutzen 13 auf, zwischen deren Zu
laufraum 14 bzw. Ablaufraum 15 eine zu steuernde Durchströmöffnung 16
gebildet ist. Im Inneren des Gehäuses 11 befindet sich ein bewegliches
Schließglied mit einem kegelförmigen Ventilglied 17 und einer
flexiblen Membran 18 in Abstand von letzterem. Die Membran 18 ist
randseitig dicht im Gehäuse 11 gehalten. Sie teilt auf der dem Ventil
glied 17 abgewandten Seite einen Steuerraum 19 von dem Zu
lauf- und Ablaufraum 14, 15 ab.
Der Elektromagnet 10 weist eine Magnetspule 20 und einen dazu koaxialen
Tauchanker 21 auf, der axial in Schließrichtung gemäß Pfeil 22 gegen die
Wirkung einer als zylindrische Schraubenfeder ausgebildeten Öffnungsfeder
23 verschiebbar ist und innerhalb des Gehäuses 11 allseitig vom im Steuer
raum 19 befindlichen Wasser umströmt ist. Fest mit dem Tauchanker 21
ist eine die Durchströmöffnung 16 durchsetzende
Schubstange 24 verbunden, die über die Axialführung des Tauchankers
21 im wesentlichen koaxial zur Durchströmöffnung 16 geführt ist.
Das Ventilglied 17 und die Membran 18 sind beide an einer
Schiebehülse 25 befestigt. Letztere ist verschiebbar auf der Schubstange
24 und dabei so gehalten, daß zwischen der Schubstange 24 und der
Schiebehülse 25 ein radialer Ringraum 26 gebildet ist. Der Ringraum 26
mündet mit seinem in Fig. 1 oberen Ende in Axialrichtung gesehen in
den Steuerraum 19 und mit seinem in Fig. 1 unteren Ende in den Zulauf-
und Ablaufraum 14, 15 ein. Dabei bildet das in den Steuerraum 19 ein
mündende Ende des Ringraumes 26 dort einen erweiterten Hilfsventilsitz
27 für ein Hilfssteuerglied 28, das als Kegelstopfen ausgebildet ist und
aus elastischem Material, z. B. Gummi, besteht. Das Hilfssteuerglied 28
sitzt fest auf der Schubstange 24, und zwar auf deren Längenabschnitt
zwischen dem Tauchanker 21 und der Schiebehülse 25. Es wirkt mit dem
Hilfsventilsitz 27 zur Steuerung des Ringraumes 26 zusammen.
Die Membran 18 weist eine Drosselöffnung 29 auf, die den Steuerraum
19 mit dem Zulaufraum 14 verbindet und im Querschnitt so bemessen
ist, daß beim Verschließen der Durchströmöffnung 16 ein ausreichend
schneller Wasserausgleich vom Steuerraum 19 zum Zulaufraum 14 erfolgt
und daß bei Freigabe der Durchströmöffnung 16 ein in bezug auf die
durch den Ringraum 26 hindurch zum Ablaufraum 15 hin erfolgende Öffnung
des Steuerraumes 19 verzögerter Ausgleich zwischen Zulaufraum 14 und
Steuerraum 19 erfolgt.
Auf der Schiebehülse 25 ist in radialem Abstand von dieser ein zylinder
hülsenförmiges Sieb 30 gehalten, das axial zwischen dem Ventil
glied 17 einerseits und der Membran 18 andererseits fest verankert ist.
Mittels des Siebes 30 ist um die Schiebehülse 25 herum zwischen letzterer
und Sieb 30 ein ringförmiger Siebraum 31 gebildet, dessen beide axiale
Enden einerseits durch das Ventilglied 17 und andererseits durch
die Membran 18 verschlossen sind. Die Drosselöffnung 29 ist innerhalb
des Radialbereiches des Siebraumes 31 und so angeordnet, daß sie in
letzteren einmündet. An ihrem freien Ende trägt die Schubstange 24
einen als Nutring ausgebildeten Verschiebeanschlag 32 für die Schiebe
hülse 25 mit Ventilglied 17. Durch diese Gestaltung als Nutring
hat der Verschiebeanschlag 32 Radialöffnungen 33, über die das zugewandte
Ende des Ringraumes 26 dauernd mit dem Zulaufraum 14 und Ablaufraum
15 in Verbindung steht.
Das Gehäuse 11 ist im Bereich des Tauchankers 21 nach außen hin und um den
Tauchanker 21 herum durch eine hutförmige, buchsenartige Kappe 34 aus Messing
abgeschlossen. Zur äußeren Abdichtung zwischen dem Gehäusedeckel 35 und
der herausragenden Kappe 34 ist der dort umlaufende Spalt z. B. mit
Silikonkautschuk zusätzlich abgedichtet.
Im Inneren der Kappe 34 des Gehäuses 11 ist zwischen dem Tauchanker
21 und der Membran 18 ein Einsatz 36 befestigt. Letzterer weist auf der
dem Tauchanker 21 zugewandten Seite eine etwa kegelstumpfförmige Ein
tiefung 37 auf, die sich in Richtung zur Membran 18 hin verjüngt und
über den von der Schubstange 24 durchsetzten, gegenüber letzterer im
Durchmesser größeren Axialdurchlaß 38 mit dem Steuerraum 19 in Verbindung
steht. Der Einsatz 36 ist im Bereich des Axialdurchlasses 38 mit Radial
spiel von der Schubstange 24 durchsetzt und bildet am in Fig. 1 unteren
Ende seiner Eintiefung 37 ein Widerlager für das in Fig. 1 untere Ende
der Öffnungsfeder 23. Letztere umgibt die Schubstange 24 und greift mit
ihrem anderen, in Fig. 1 oberen Ende in eine ringförmige Axialausnehmung
39 des Tauchankers 21 ein.
Der Tauchanker 21 ist an seinem zur Eintiefung 37 des Einsatzes 36 wei
senden Ende entsprechend dieser Eintiefung 37 etwa kegelstumpfförmig ver
jüngt. Der kegelstumpfförmige Endabsatz ist mit 40 bezeichnet. Auf seiner
äußeren Umfangsfläche oberhalb des Endabsatzes 40 ist der Tauchanker
21 in einer dazu koaxialen Gehäuseführung verschiebbar geführt, die
durch die innere Umfangsfläche der Kappe 34 gebildet ist. Im Bereich
dieser äußeren Umfangsfläche weist der Tauchanker 21 axial durchlaufende
Vertiefungen 41, z. B. Rillen, Nuten od. dgl., auf, zwischen denen und
der Kappe 34 hindurch Wasser vom in Fig. 1 unteren zum oberen Ende
des Tauchankers 21 und umgekehrt führbar ist. Die Vertiefungen 41 sind
in gleichen Winkelabständen voneinander und rings um die Umfangsfläche
des Tauchankers 21 gruppiert.
Wie erkennbar, dient die Kappe 34 der Aufnahme des Tauchankers 21 und
des darunter befindlichen Einsatzes 36 innerhalb des Gehäuses. Die Kappe
34 hat etwa Hutform und ist nach außen hin abgeschlossen. Sie bildet
auf ihrer rohrförmigen Innenfläche im Bereich des Tauchankers 21 die
koaxiale Gehäuseführung für letzteren. Sie enthält im Inneren Wasser
und ist von diesem durchströmt. An ihrem in Fig. 1 unteren, zur Membran
18 hinweisenden Ende trägt die rohrförmige Kappe 34 einen Ringflansch
46, der gegen einen Ringrand 47 der
Membran 18 unter druckdichter Einspannung letzterer angepreßt ist.
In Abstand von diesem Ringflansch 46 weist die Kappe 34 eine radial
überstehende Ringschulter 44 auf. Auf letzterer stützt sich eine Druck
platte 43 ab. Axial zwischen einem zugeordneten Gehäuseabsatz und
der Druckplatte 43 sitzt eine Axialdruckfeder 42, die als Wellfeder aus
gebildet ist. Mittels letzterer ist die Kappe 34 mit ihrem Ringflansch
46 gegen den Ringrand 47 der Membran 18 angepreßt unter fester und
druckdichter Einspannung der Membran 18 im Gehäuse 11 und unter gleich
zeitigem druckdichtem Abschluß des wasserdurchflossenen Innenraumes, der
von der Kappe 34 und der Membran 18 abgeschlossen ist.
Soll das in Fig. 1 in der Öffnungsstellung gezeigte Heizwassersteuerventil
geschlossen werden, so wird dazu die Magnetspule 20 erregt. Dies führt
dazu, daß der Tauchanker 21 mitsamt der Schubstange 24 und dem Hilfs
steuerglied 28 in Pfeilrichtung 22 zunächst für sich allein und relativ
zur Schiebehülse 25 so weit verschoben wird, daß das Hilfssteuerglied
28 den Hilfsventilsitz 27 verschließt, wodurch die bis dahin offene Ver
bindung zwischen dem Steuerraum 19 über den Ringraum 26 mit dem
Zulaufraum 14 und dem Ablaufraum 15 verschlossen wird. Bei dieser
Axialverschiebung des Tauchankers 21 wird die sich im Raum zwischen
dem Endabsatz 40 und der Eintiefung 37 befindliche Wassermenge
in den Raum zwischen dem oberen Ende des Tauchankers 21 und der
Kappe 34 verdrängt, in den das Wasser dadurch gelangt, daß es zwi
schen der äußeren, mit Vertiefungen 41 versehenen Umfangsfläche
des Tauchankers 21 und der letzteren führenden inneren Umfangsfläche
der Kappe 34 hindurch nach oben strömt. Die Vertiefungen 41 erleichtern
dieses Hindurchströmen. Sitzt das Hilfssteuerglied 28 auf dem Hilfsventilsitz
27 auf, so führt eine weitere Axialverschiebung des Tauchankers 21 mit
Schubstange 24 in Schließrichtung gemäß Pfeil 22 dazu, daß die Schiebe
hülse 25 in Schließrichtung mitgenommen wird unter entsprechender elasti
scher Verformung der Membran 18. Schließlich sitzt das Ventilglied
17 auf der Durchströmöffnung 16, letztere abschließend, auf. Bei diesem
Schließvorgang erfolgt durch die Drosselöffnung 29 ein schneller Wasseraus
gleich zwischen dem Steuerraum 19 einerseits und dem Zulauf- und Ablauf
raum 14, 15 andererseits. Der Wasservorlaufdruck unterstützt somit das
Schließen des Ventiles. Beim Schließen wird die Öffnungsfeder 23 zwischen
dem Einsatz 36 und dem Tauchanker 21 zusammengedrückt. Soll das Ventil
geöffnet werden, dann wird die Magnetspule 20 entregt. Über die sich
entspannende Öffnungsfeder 23 erfolgt dann zunächst eine Verschiebung
des Tauchankers 21 mit Schubstange 24 und Hilfssteuerglied 28 entgegen
dem Pfeil 22, also in Öffnungsrichtung. Das Hilfssteuerglied 28 hebt dabei
vom Hilfsventilsitz 27 ab. Dadurch wird die Verbindung zwischen dem
Steuerraum 19 einerseits und dem Ablaufraum 15 niedrigeren Druckes ande
rerseits durch den Ringraum 26 freigegeben. Das Druckniveau des Steuer
raumes 19 wird dadurch herabgesetzt, so daß das Wasser im Zulaufraum
14 mit höherem Druck von dieser Seite her auf die Membran 18 im Öff
nungssinne drückt, wodurch zusammen mit der Membran 18 die Schiebe
hülse 25 mit Sieb 30 und Ventilglied 17 in Öffnungsrichtung be
wegt wird und die Durchströmöffnung 16 freigegeben wird. Die Drossel
öffnung 29 ist so bemessen, daß bei Abheben des Hilfssteuergliedes 28 vom
Hilfsventilsitz 27 der Druckabbau im Steuerraum 19 schneller erfolgt als
ein Druckaufbau im Steuerraum 19 durch die Drosselöffnung 29 hindurch
auf den Druck im Zulaufraum 14.
Claims (16)
1. Heizwassersteuerventil für eine Kraftfahrzeug-Heizungsanlage, mit
einem Stellantrieb, das innerhalb eines geschlossenen, mit Zu
lauf- und Ablaufstutzen versehenen Gehäuses ein bewegliches Schließ
glied aufweist, an dem an einem Ende ein die Durchströmöffnung
zwischen Zulauf- und Ablaufraum steuerndes Ventilglied und in Ab
stand von letzterem eine Membran befestigt ist, die randseitig dicht
im Gehäuse gehalten ist und dort auf der vom Ventilglied
abgewandten Membranseite einen Steuerraum abteilt, und wobei der
Stellantrieb als im Steuerraum angeordneter, vom Wärmeträgermedium, insbesondere
wasserumspülter Elektromagnet ausgebildet ist, dessen Tauchanker gegen
Federwirkung verschiebbar ist und der auf ein bewegliches Hilfs
steuerglied im Steuerraum derart arbeitet, daß zum Verschließen der
Durchströmöffnung ein höherer Druck im Steuerraum als im Ablaufraum
und zur Freigabe der Durchströmöffnung ein geringerer Druck im
Steuerraum als im Zulaufraum erzeugbar ist, dadurch gekennzeichnet,
daß an dem Tauchanker (21) eine zur Durchströmöffnung (16) koaxiale
und diese durchsetzende Schubstange (24) befestigt ist, daß das
Ventilglied (17) mitsamt der daran festen Membran (18) an einer
Schiebehülse (25) befestigt ist, die verschiebbar auf der Schub
stange (24) unter Belassung eines zwischen Schubstange (24) und
Schiebehülse (25) gebildeten, radialen und in Axialrichtung einer
seits in den Steuerraum (19) und andererseits in den Zulauf- und
Ablaufraum (14, 15) einmündenden Ringraumes (26) gehalten ist,
dessen in den Steuerraum (19) einmündendes Ende einen Hilfsventil
sitz (27) für das Hilfssteuerglied (28) bildet, welches an der
Schubstange (24) auf deren sich zwischen dem Tauchanker (21) und der
Schiebehülse (25) befindlichem Längsabschnitt fest angeordnet ist,
und daß die Membran (18) eine Drosselöffnung (29) aufweist, die den
Steuerraum (19) mit dem Zulaufraum (14) verbindet.
2. Heizwassersteuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß auf der Schiebehülse (25) in radialem Abstand von dieser
und axial zwischen dem Ventilglied (17) einerseits und der
Membran (18) andererseits ein vorzugsweise zylinderhülsenförmiges
Sieb (30) gehalten ist, mittels dessen um die Schiebehülse (25)
zwischen letzterer und Sieb (30) ein ringförmiger Siebraum (31)
gebildet ist, dessen axiale Enden einerseits durch das Ventil
glied (17) und andererseits durch die Membran (18) verschlossen
sind, und daß die Drosselöffnung (29) innerhalb des Radialbereiches
des Siebraumes (31) und in letzteren einmündend angeordnet ist.
3. Heizwassersteuerventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Hilfssteuerglied (28) aus elastischem Material,
insbesondere aus Gummi, besteht.
4. Heizwassersteuerventil nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch
gekennzeichnet, daß das Hilfssteuerglied (28) zusammen mit
dem Hilfsventilsitz (27) als Zentriervorrichtung der Schiebehülse (25)
und des Ventilgliedes (17) ausgebildet ist.
5. Heizwassersteuerventil nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch
gekennzeichnet, daß das Hilfssteuerglied (28) als Kegelstopfen
ausgebildet ist, mittels dessen bei Verschließen des Hilfsventilsitzes
(27) an der Schiebehülse (25) letztere mitsamt dem Ventil
glied (17) auf der Schubstange (24) zugleich zentrierbar ist.
6. Heizwassersteuerventil nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch
gekennzeichnet, daß das Gehäuse (11) zwischen Tauchanker
(21) und Membran (18) einen Einsatz (36) aufweist, der von
der Schubstange (24) mit Radialspiel durchsetzt ist und ein Wider
lager für das eine Ende einer Öffnungsfeder (23) bildet, deren anderes
Ende am Tauchanker (21) abgestützt ist.
7. Heizwassersteuerventil nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch
gekennzeichnet, daß die Öffnungsfeder (23) als zylindrische
Schraubenfeder ausgebildet ist, die die Schubstange (24) umgibt
und mit einem Ende in eine ringförmige Axialausnehmung (39) des
Tauchankers (21) eingreift.
8. Heizwassersteuerventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß der Einsatz (36) auf der dem Tauchanker (21) zugewandten Seite
eine etwa kegelstumpfförmige, sich in Richtung zur Membran (18) hin
verjüngende Eintiefung (37) aufweist, die über einen von der Schubstange
(24) durchsetzten, dieser gegenüber im Durchmesser größeren Axial
durchlaß (38) mit dem Steuerraum (19) verbunden ist.
9. Heizwassersteuerventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß der Tauchanker (21) an seinem zur Eintiefung (37) weisenden
Ende etwa kegelstumpfförmig und entsprechend der Eintiefung (37)
verjüngt ist.
10. Heizwassersteuerventil nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch
gekennzeichnet, daß der Tauchanker (21) auf seiner äußeren
Umfangsfläche, mit der er in einer koaxialen Gehäuseführung (34)
geführt ist, axial durchlaufende Vertiefungen (41) in Form von
Rillen, Nuten od. dgl. aufweist, zwischen denen und der Gehäuse
führung (34) hindurch Wasser vom einen zum anderen Ende des
Tauchankers (21) führbar ist.
11. Heizwassersteuerventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die Vertiefungen (41) in gleichen Winkelabständen voneinander
und rings um die Umfangsfläche des Tauchankers (21) gruppiert sind.
12. Heizwassersteuerventil nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch
gekennzeichnet, daß die Schubstange (24) an ihrem freien
Ende einen Verschiebeanschlag (32) für die Schiebehülse (25) mit
Ventilglied (17) trägt, der mit Radialöffnungen (33)
versehen ist, über die das zugewandte Ende des Ringraumes (26) in
den Zulauf- und Ablaufraum (14, 15) ausmündet.
13. Heizwassersteuerventil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß der Verschiebeanschlag (32) aus einem Nutring besteht.
14. Heizwassersteuerventil nach einem der Ansprüche 1-13, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Tauchanker (21) und der Einsatz (36) inner
halb des Gehäuses (11) in einer in letzteres eingesetzten, kappenförmigen
und nach außen hin abgeschlossenen Buchse (34) angeordnet sind, die
mit ihrer Innenfläche die koaxiale Gehäuseführung des Tauchankers (21)
bildet und im Inneren das im Steuerraum (19) befindliche Wasser ent
hält und von diesem durchströmt ist.
15. Heizwassersteuerventil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,
daß die Buchse (34) an ihrem zur Membran (18) weisenden Ende
einen Ringflansch (46) trägt, der
gegen einen Ringrand (47) der Membran (18) unter druckdichter
Einspannung letzterer angepaßt ist.
16. Heizwassersteuerventil nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,
daß die Buchse (34) an ihrem der Membran (18) zugewandten Rohrende
eine radial überstehende Ringschulter (44) aufweist, die Träger einer
Druckplatte (43) ist, und daß axial zwischen einem Gehäuseabsatz
und der Druckplatte (43) eine Axialdruckfeder (42), insbesondere
eine Wellfeder, angeordnet ist, mittels der die Buchse (34) mit
ihrem Ringflansch (46) gegen den Ringrand (47) der Membran (18)
angepreßt ist unter fester und druckdichter Einspannung der Membran
(18) im Gehäuse (11) und unter gleichzeitigem druckdichtem Ab
schluß des von der Buchse (34) und der Membran (18) umschlossenen,
wasserdurchflossenen Innenraumes.
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