DE1675521B - Steuerventil für Heizflüssigkeitskreisläufe in Kraftfahrzeugen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Steuerventil für Heizfiüssigkeitskreisläufe in Kraftfahrzeugen in Form eines Flachschieber, zur Steuerung der Durchflußmenge der Heizflüssigkeit mit einem in einem Ge-

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häuse verschwenkbaren, in Form einer Kurvenscheibe ausgebildeten Verschlußstück, wobei die Kurvenscheibe derartige Konturen aufweist, daß die in einem zugehörigen Wärmetauscher abgegegebene Wärmemenge proportional zur Verstellung eines Bedienungshebels ist.

Bei Kraftfahrzeug-Heizeinrichtungen mit flüssigkeitserhitzten Wärmetauschern kann die Temperaturregelung entweder durch Einstellung der Wassermenge durch den Heizkörper (wasserseitige Regulierung) oder durch Zumischung kalter Frischluft zur angewärmten Luft (luftseitige Regulierung) geregelt werden. Bei derartigen Kraftfahrzeug-Warmwasserheizungen ist die Dosierung der Heizung jedoch schwierig einzustellen. Die Dosierung hängt von der Art des Regulierventils ab und von den Wärmeübertragungsverhältnissen im Wärmetauscher. Bei normaler Wassergeschwindigkeit kann die Wärmedurchgangszahl im Austauscher im Prinzip nur auf der Luftseite beeinflußt werden. Die sogenannte wasserseitige Regulierung erfolgt durch Regulierung der Durchflußmenge, während die luftseitige Regulierung durch Aufteilung der Luft vor dem Heizkörper erfolgt und sehr feinfühlig is... Es hat sich gezeigt, daß eine Änderung der durchfließenden Wassermenge um etwa 90 % zunächst praktisch noch keinen Einfluß auf die vom Heizkörper abgegebene Wärmemenge ausübt und erst die letzten 10% sich fühlbar auswirken. Die Einstellung ist daher außerordentlich schwierig.

Es ist bereits ein Drosselhahn für die Regelung des Heißwasserdurchlaufs bei flüssigkeitserhitzten Wärmetauschern von Kraftfahrzeug-Heizeinrichtungen bekannt, der vorzugsweise in der vom Wärmeaustauscher kommenden Rückflußleitung angeordnet ist und über einen Bowdenzug mit einem in Reichweite des Fahrers angeordneten ßetätigungsglied gesteuert wird, bei dem der Drosselhahn mit einem unten offenen Hahnküken ausgestattet ist, in welchem sich auf dem gleichen Durchmesser zwei größere Durchflußquerschnitte einander gegenüberliegen, von denen als Vorauslaß in Öffnungsrichtung kleine Querschnittsausnehmungen abzweigen, und wobei ferner die Ouerschnittsausnehmungen durch einen die Kükenwand durchsetzenden feinen Säge- oder Frässpalt gebildet werden. Das zylindrisch durchbohrte Küken mit dem Anlaufschlitz muß ebenso wie die Hahnoberfläche fein bearbeitet und in ihren Durchmessern klein toleriert sein. Der Anlaufschlitz dient zur Kennlinien-Verbesserung. Dieser bekannte Drosselhahn hat jedoch den Nachteil, daß die Kennlinie nicht für eine dem Verstellweg proportionale Wärmeleistungsregelung geeignet ist und ferner den Nachteil eines zu großen und nicht von der ßinbauzeit unabhängigen Drehmomentes.

Es ist ferner ein Ventil zur Steuerung von Warmwasserkreisläufen, insbesondere für die Innenraumbeheizung von Kraftfahrzeugen bekannt, bestehend aus einem Gehäuse mit Ventilsitz und einem über einen am Ventilgehäuse gelagerten Stellhebel bewegbaren Ventilkörper, wobei der mit einer ebenen Ringfläche als Ventilsitz zusammenwirkende Ventilkörper als quer zur Strömungsrichtung verschwenkbarer Schieber ausgebildet ist, dem an der Einströmseite eine unter Federkraft stehende und dem Anpreßdruck für die Abdichtung erzeugende Hülse zugeordnet ist. Auch dieses Ventil weist flieht die für die jeweils gewünschte Wärme notwendige Kennliniencharakteristik auf.

Es sind auch für andere Zwecke Flachschieberven- Durch den Erfindungsgegenstand wird eine streng

tile bekannt, bei denen in einem Gehäuse ein in Form proportionale Wärmeleistungsregelung bei konstan-

einer Kurvenscheibe ausgebildetes Verschlußstück tem Pumpendruck des Systems erreicht. Bei Vollast

verschwenkbar angeordnet ist. Diesen Ventilen ist der Heizung durchströmt die dann erforderliche

gemeinsam, daß das Verschlußglied eine tropfenför- 5 maximale Wassermenge druckverlustlos das Ventil,

mige Kontur aufweist, wobei der Zentriwinkel etwa Bei den bekannten Regelventilen ist jedoch ein rela-

45° beträgt und der Drehpunkt im Bereich des klein- tiv großer Druckabfall im Ventil zur Erreichung der

sten Krümmungskreises liegt. In einem bekannten erforderlichen Kennlinie nötig.

Ventil dieser Art ist die Verschlußscheibe zwar dünn, Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nach-

noer steif. Eine Lasche anliegend der Kurvenscheibe io folgend an Hand der Zeichnungen näher erläutert.

unter der Wirkung des Differenzdruckes zwischen der Es zeigt

Zufluß- und der Abflußleitung mit einer ebenen Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein erfindungs-

Dichtfläche gegen die Austrittsöffnung ist somit weder gemäß ausgebildetes Steuerventil,

vorgesehen noch möglich. F i g. 2 einen Querschnitt durch das Steuerventil

Fin weiteres bekanntes Ventil dient zur einmaligen 15 nach Fig. 1,

Einstellung, wobei nach der Einstellung die Ver- F i g. 3 eine erfindungsgemäß ausgebildete Kurven-

schlußscheibe mit Hilfe von Befestigungsschrauben scheibe,

fcMgeklemmt wird. Eine unregelmäßige und wahl- Fig. 4 das Ventilgehäuse in Zuström richtung ge-

vdse Verstellung der Kurvenscheibr ist bei diesem sehen und

Ventil nicht möglich. ₂₀ F i g. 5 die Regelcharakterstik bezüglich der durch-

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein fließenden Wassermenge.

Steuerventil für Heizflüssigkeitskreisläufe in Kraft- Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbei-

i'ahrzeugen der eingangs erwähnten Art zu schaffen, spiel wird das Steuerventil durch ein aus zwei Ge-

Λν.-lches unter Vermeidung der Nachteile der bekann- häusehälften 1 und 2 bestehendes Gehäuse gebildet,

ten Einrichtungen eine streng proportionale Wärme- 25 wobei an dem Gehäuse eine Flüssigkeitszuführung 3

leistungsregelung ermöglicht und dabei eine Abdich- und eine Flüssigkeitsabführung 4 angebracht sind. In

tang mit Bauelementen ohne kleine Meßtoleranzen dem Gehäuse ist eine Kurvenscheibe 5 mit Antriebs-

und ein gleichbleibendes, hinreichend kleines Dreh- welle 6 verschwenkbar gelagert. In einem Gehäuse-

moment für manuelle oder automatische Verstellung vorsprung 7 ist zur Abdichtung ein O-Ring 8 vorge-

erreicht werden. ₃₀ sehen und im Gehäusevorsprung 9 ein Lager 10. Fer-

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung bei einem ner ist im Gehäuse auch noch ein Lager 11 für eine

Steuerventil der eingangs beschriebenen Art gelöst Achse 12 angeordnet, die ein Zahnrad 13 trägt, wel-

durch die Kombination der Merkmale, daß die Kur- ches mit einem auf der Achse 6 befestigten Zahnrad

venscheibe in an sich bekannter Weise unmittelbar 14 kämmt.

zwischen Ein- und Austrittsöffnung des Schiebers an- 35 Dabei ist die Achse 12 bzw. das Zahnrad 13 mit geordnet ist, daß die Kurvenscheibe in der Verschluß- einem Hebel 15 für einen Bowdenzug oder dgl verstellung einen kreisförmigen Endteil aufweist, der sehen. Die elastische dünne Kurvenscheibe 5 legt sich größer als die Ein- und Austrittsöffnung des Ventils an die Innenwand der Gehäusehälfte 2. Im Durchist, daß die Kurvenscheibe eine derartige Kontur auf- flußquerschnitt der Flüssigkeitszuführung 3 und der weist, daß, ausgehend von der Verschlußstellung bis 40 Flüssigkeitsabführung 4 ist ein Ventilsitz 16 ange-50⁰O der Öffnungsstellung, ein linearer Anstieg der bracht, der in zweckmäßiger Weise eine Kerbe 17 durchfließenden Menge der Heizflüssigkeit von 0 bis aufweist. Die beiden Gehäusehälften 1 und 2 sind 2% und ab 50% bis nahezu 100% der öffnungs- mittels Schrauben 18 miteinander verbunden. Auf der stellung ein etwa exponentialer Anstieg der durch- Welle 6 ist ein Federelement, beispielsweise eine fließenden Menge der Heizflüssigkeit ab 2 % bis etwa 45 Druckfeder 19, angeordnet, welche die Kurven-100% erfolgt und ferner in an sich bekannter Weise scheibe 5 in ihrem zentralen Teil gegen die Gehäuseaus sehr dünnem, jedoch elastischem Material be- innenwand des Gehäuseteils 2 drückt und dadurch steht sowie eine ebene Dichtfläche aufweist, die gegen eine Abdichtung bewirkt.

einen an der Austrittsöffnung befindlichen Dichtsitz F i g. 2 zeigt das Steuerventil in Blickrichtung entgedrückt wird. 50 gegengesetzt zur Strömungsrichtung. Dabei ist der

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist es Ventilsitz 16 mit der Kerbe 17 deutlich sichtbar,

zweckmäßig, wenn im Ventilsitz eine Kerbe vorge- Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß die Kurvenscheibe3

sehen ist. Durch diese Kerbe werden bei kleinen Ven- eine erfindungsgemäß ausgebildete Kurvenkontur 20

tilöffnungen klar definierte geometrische Verhältnisse aufweist sowie einen kreisförmigen Scheibenteil 21,

geschaffen. 55 dessen Fläche größer ist als der Querschnitt der Flüs-

Zur Verstellung der Kurvenscheibe ist zweckmäßi- sigkeitszu- bzw. abführung.

gerweise ein manuell bedienbarer oder selbsttätig Der Kurvenverlauf 20 der Kurveascheibe. S, also

wirkender Schwenkantrieb vorgesehen. die Steigung als Funktion vom Drehwinkel der An-

Eine konstruktiv besonders vorteilhafte Form er- triebswelle ist an sich berechenbar, so daß jede beliegibt sich dann, wenn das Gehäuse etwa in der Ebene 60 bige Kennlinie dem Steuerventil zugeordnet werden

der Kurvenscheibe geteilt ausgebildet und die Hälften kann. Dadurch ergibt sich auch eine eindeutige Re-

mittels Schraube» oder dgl. verbunden sind. produzierbarkeit des Mengenstromes, insbesondere

Zur Erhöhung der Abdichtung ist es zweckmäßig, der kleinen Durchflußmengen im Teillastgebiet der im Gehäuseinneren auf der Welle der Kurvenscheibe Heizung.

ein federndes Element, insbesondere eine Spiraldruck- 6s Die Absperrung des Flüssigkeitsstromes erfolgt mit feder, anzuordnen, welche die elastische Kurven- dem kreisförmigen Scheibenteil 21, der durch den

scheibe dichtend gegen eine Gehäusewand bzw. den herrschenden Differenzdruck vor und hinter der Ktir-

Ventilsitz andrückt. venscheibe 5 fest an die die Flüssigkeitsabführung 4

umgebende ebene Fläche bzw. den Ventilsitz 16 gepreßt wird. Die Flüssigkeitsabsperrung erfolgt daher mit einer Leckwassermenge, die um so kleiner ist, je größer der Differenzdruck ist.

Wird der Ventilsitz 16 ohne Kerbe 17 ausgebildet, dann ergibt sich bei kleineren Öffnungsverhältnissen ein sichelförmiger Durchflußquerschnitt. Dieser sichelförmige Durchflußquerschnitt bewirkt jedoch, daß schon kleinere Toleranzen der Kurvenscheibe große Änderungen des Durehflußquerschnittes und damit der durchfließenden Wassermenge ergeben. Durch die Kerbe 17 werden insbesondere bei kleinen Ventilöffnungen klar definierte geometrische Verhältnisse geschaffen, so daß auch bei Toleranzen der Kurvenscheibe nur geringfügige Änderungen der eingestellten durchfließenden Wassermenge auftreten können.

In F i g. 4 ist die Ansicht des Steuerventils in Strömungsrichtung dargestellt. Dabei ist strichliert eine Kurvenscheibe S eingezeichnet, und zwar in der Schließstellung.

In F i g. 5 sind zwei Kennlinien 22 und 23 dargestellt, die die durchfließende Wassermenge in Abhängigkeit vom Öffnungsweg am Bedienungshebel wiedergeben. Beim erfindungsgemäß ausgebildeten Steuerventil, entsprechend der Kennlinie 22, erwirkt eine Verschiebung des Bedienungshebels um 50% eine Änderung der durchfließenden Wassermenge um nur 2 %, während die letzten 98 % der durchfließenden Wassermenge auf 50% des Bedienungsweges reguliert werden. Die Änderung der Durchflußmenge um etwa 2»/o ergibt auf Grund der Wärmeübergangsverhältnisse im Heizkörper eine Änderung der Wärmeleistung um etwa 50°/o. Dies bedeutet, daß sich die Wärmeleistung der Heizungsanlage proportional und linear mit dem Verstellweg am Bedienungshebel ändert. Somit läßt sich die gewünschte Wärmemenge feinfühlig einstellen. Der nichtlineare Zusammenhang zwischen abgegebener Wärmemenge und durchfließender Wassermenge ist durch die besondere Form der Kurvenkontur 20 berücksichtigt. Die bekannten Ventile weisen eine Kennlinie, entsprechend der Kurve 23 auf, wonach die durchfließende Wassermenge nahezu proportional zum Öffnungsweg am Bedienungshebel ist. Dadurch ist es nicht möglich, die gewünschte Wärmemenge durch eine etwa lineare Bewegung des Bedienungshebels einzustellen. Dieser nichtlineare und nicht proportionale Zusammenhang

zwischen Wärmemenge und Bedienungsweg führt zu erheblichen Schwierigkeiten bei der Einregulierung der gewünschten Heizleistung. Diese Schwierigkeiten wirken sich in zweifacher Hinsicht negativ auf die Fahrsieherheit aus. Dutch die schwierige Einregulte-

rung ist es dem Fahrzeuglenker nur in den seltensten Fällen möglich, eine für ihn optimale Raumtemperatur einzuregulieren. Dadurch wird seine Konzentrationsfähigkeit und die Aufmerksamkeit für das Verkehrrgischehen negativ beeinflußt. Durch die schwie-

»5 rige Einregulierung, die während der Fahrt vorgenommen werden muß, wird der Fahrzeuglenker außerdem vom Verkehrsgeschehen abgelenkt, was sich ebenfalls nachteilig awt die Verkehrssicherheit auswirkt.

Die Erfindung ist nicht ausschließlich bei Kraftfahrzeugheizungen anwendbar, sondern auch in gleich vorteilhafter Weise für die stationäre Heizungs- und Luftungstechnik und auch für den chemischen Apparatebau.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

I 675 Patentansprüche:

1. Steuerventil für Heizflüssigkeitskreisläufe in Kraftfahrzeugen, in Form eines Flachschiebers zur Steuerung der Durchflußmenge der Heizflüssigkeit mit einem in einem Gehäuse verschwenkbaren, in Form einer Kurvenscheibe ausgebildeten Verschlußstück, wobei die Kurvenscheibe eine derartige Kontur aufweist, daß die in einem zugehörigen Wärmetauscher abgegegebene Wärmemenge proportional zur Verstellung eines Bedienungshebels ist, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

a) Die Kurvenscheibe ist in an sich bekannter Weise unmittelbar zwischen Ein- und Austrittsöffnung des Schiebers angeordnet,

b) die Kurvenscheibe weist in der Verschlußstellung einen kreisförmigen Endteil auf, der größer als die Ein- und Austrittsöffnung des Ventils ist,

c) die Kurvenscheibe weist eine derartige Kontur auf, daß, ausgehend von der Verschlußstellung bis 50% der Öffnungsstellung ein linearer Anstieg der durchfließenden Menge der Heizflüssigkeit von 0 bis 2% und ab 50 ⁰Zo bis nahezu 100% der Öffnungsstellung ein etwa exponentialer Anstieg der durchfließenden Menge der Heizflüssigkeit ab 2% bis etwa 100% erfolgt,

d) die Kurvenscheibe besteht in an sich bekannter Weise aus sehr dünnem, jedoch elastischem Material, und

e) die elastische Kurvenscheibe weist eine ebene Dichtfläche auf, die gegen einen an der Austrittsöffnung befindlichen Dichtsitz gedrückt wird.

2. Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Ventilsitz eine Kerbe vorgesehen ist.

3. Steuerventil nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen manuell bedienbaren oder selbsttätig wirkenden Schwenkantrieb für die Kurvenscheibe.

4. Steuerventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse etwa in der Ebene der Kurvenscheibe geteilt ausgebildet und die Hälften mittels Schrau-i-so ben oder dgl. verbunden sind.

5. Steuerventil nach Anspruch 1 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuseinneren auf der Welle der Kurvenscheibe ein federndes Element, insbesondere eine Spiraldruckfeder, angeordnet ist, zum Andrücken der elastischen Kurvenscheibe gegen den Dichtsitz.