WILLERS, Eike (Kräherstrasse 2, Stuttgart, 70469, DE)
Patentansprüche
1. Thermostatisches Arbeitselement mit einem Gehäuse, dessen Innenraum, der zur Aufnahme von Dehnstoff dient, mit einem Führungsteil nach außen verschlossen ist, in welchem ein Arbeitskolben in einer Axialführung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Axialführung (16), die zum Innenraum (14) des Gehäuses (10) offen ist, eine Abdichtung nach außen vorgesehen ist und dass das Führungsteil (15) einen in den Innenraum (14) des Gehäuses (10) hineinragenden, vorzugsweise sich bis in die Nähe des Bodens des Gehäuses erstreckenden Ansatz (20) aufweist, der die Axialführung (16) enthält.
2. Arbeitselement nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in Verlängerung des Arbeitskolbens (17) zwischen diesem und dem Innenraum (14) des Gehäuses (10) ein sich mit dem Arbeitskolben (17) mitbewegender Dichtungspfropfen (18) angeordnet ist, der mit seinem Außenumfang dichtend in der Axialführung (16) geführt ist.
3. Arbeitselement nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtungspfropfen (18) aus einem gleitfähigen Kunststoff besteht.
4. Arbeitselement nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Arbeitskolben (17) und der Axialführung (16) wenigstens ein Dichtungselement vorgesehen ist.
5. Arbeitselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialführung (16) mit einem im Durchmes- ser verringerten Abschnitt (19) zu dem Innenraum (14) des Gehäuses (10) hin offen ist.
6. Arbeitselement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialführung (16), der Arbeitskolben (17) und der Dichtungspfropfen (18) einen Durchmesser von maximal 3mm aufweisen.
7. Thermostatventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungsteil (15) gegenüber dem Innenraum (14) des Gehäuses (10) mittels Materialverformung, insbesondere des Randes des Gehäuses, abgedichtet ist.
8. Arbeitselement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungsteil (15) mit dem Gehäuse (10) dichtend verschweißt oder verlötet ist.
9. Arbeitselement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Innenraum (14) des Gehäuses (10) ein elektrisches Heizelement (21) angeordnet ist, das mit elektrischen Anschlüssen (22, 23) verbunden ist, die durch einen den Boden des Gehäuses (10) bildenden Einsatz (11 ) hindurchgeführt sind.
10. Arbeitselement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (21 ) im Wesentlichen die Form eines Hohl- zylinders aufweist und in den Ringspalt zwischen der Gehäuseinnenwand und dem Ansatz (20) des Führungsteils (15) angeordnet ist.
11. Arbeitselement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Ansatz (20) des Führungsteils (15) und dem Heizelement (21 ) ein Ring aus isolierendem Material angeordnet - -
ist, der sich wenigstens teilweise über die axiale Länge des Ansatzes erstreckt. |
Beschreibung Thermostatisches Arbeitselement
Die Erfindung betrifft ein thermostatisches Arbeitselement mit einem Gehäuse, dessen Innenraum, der zur Aufnahme von Dehnstoff dient, mit einem Führungsteil nach außen verschlossen ist, in welchem ein Arbeitskolben in einer Axialführung angeordnet ist.
Bei thermostatischen Arbeitselementen der eingangs genannten Art ist es bekannt, den Innenraum des Gehäuses mittels einer Membran abzudichten, die von dem Führungseinsatz und dem Gehäuse gehalten wird. Bei einem temperaturabhängigen Ausdehnen des Dehnstoffes wird die Membran in die Axialführung des Arbeitskolbens hinein ausgedehnt, so dass der Arbeitskolben ausgetrieben wird.
Bei einer anderen bekannten Bauart der eingangs genannten Art ist ein sackartiges Element aus elastischem Material vorgesehen, das zwischen dem Führungsteil und dem Gehäuse gehalten ist und das in den Innenraum des Gehäuses hineinragt. In dieses sackartige Element ist der Arbeitskolben eingesteckt, der bevorzugt in diesem Bereich eine kegelförmige Gestalt aufweist.
Es ist auch bekannt, bei einem thermostatischen Arbeitselement der eingangs genannten Art zwischen dem Kolben und der Axialführung ein oder mehrere Dichtungselemente vorzusehen, die an dem Arbeitskolben anliegen und in diesem Bereich ein Austreten von Dehnstoff verhindern sollen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein möglichst einfach aufgebautes thermostatisches Arbeitselement der eingangs genannten Art zu schaffen, dass eine möglichst kurze Ansprechzeit besitzt.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass in der Axialführung, die zum Innenraum des Gehäuses offen ist, eine Abdichtung nach außen vorgesehen ist und dass das Führungsteil einen in den Innenraum des Gehäuses hineinragenden, sich vorzugsweise bis in die Nähe des Bodens des Gehäuses erstreckenden Ansatz aufweist, der die Axialführung enthält. Aufgrund dieser Ausbildung ist des möglich, die Menge an Dehnstoff zu reduzieren, die in dem Innenraum des Gehäuses aufgenommen wird. Dadurch wird erreicht, dass der Dehnstoff relativ schnell Temperaturänderungen annimmt, d.h. dass das thermostatische Arbeitselement schnell reagiert.
Bei einer Ausführungsform ist in axialer Verlängerung des Arbeitskolbens zwischen diesem und dem Innenraum des Gehäuses ein sich mit dem Arbeitskolben mitbewegender Dichtungspfropfen angeordnet, der mit seinem Außenumfang dichtend in der Axialführung geführt ist.
Dieses erfindungsgemäße thermostatische Arbeitselement verzichtet auf ein membranartiges oder sackartiges Dichtungselement, das während der Arbeitsbewegung des Arbeitskolbens elastisch verformt wird. Der Arbeitskolben muss außerdem keine Dichtungsfunktion übernehmen, so dass seine Abmessungen und die Abmessung der Axialführung relativ unkritisch sind.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, dass der Dichtungspfropfen aus einem gleitfähigen Kunststoff besteht. Als geeignet haben sich Kunststoffe erwiesen, wie sie unter den Marken Teflon oder Viton bekannt sind.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, dass die Axialführung mit einem im Durchmesser verringerten Abschnitt zu dem Innenraum des Gehäuses hin offen ist. Dieser verringerte Abschnitt dient
insbesondere als Montagehilfe bei dem Zusammenbau eines derartigen thermostatischen Arbeitselementes.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, dass die Axialführung, der Arbeitskolben und der Dichtungspfropfen einen Durchmesser von weniger als 3mm aufweisen. Thermostatische Arbeitselemente mit derart kleinen Abmessungen des Arbeitskolbens waren bisher in der Praxis nahezu nicht realisierbar. Mittels eines im Durchmesser kleinen Arbeitskolbens und Dichtungspfropfens ist es möglich, auch bei einer geringen Menge an Dehnstoff relativ große Verstellwege zu realisieren, wobei insbesondere auch der Vorteil der schnellen Reaktionszeit gegeben ist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist in dem Innenraum des Gehäuses ein elektrisches Heizelement angeordnet, das mit elektrischen Anschlüssen verbunden ist, die durch einen den Boden des Gehäuses bildenden Einsatz hindurchgeführt sind. Mittels des elektrischen Heizelementes ist es möglich, das thermostatische Arbeitselement als ein Schaltelement einzusetzen, das aufgrund einer Bestromung des Heizelementes den Arbeitskolben ausfährt. Ein derartiges thermostatisches Arbeitselement ist insbesondere in Verbindung mit einer Thermostatventilregelung der Temperatur von mit Flüssigkeit gekühlten Kraftfahrzeugmotoren vorteilhaft. Durch Bestromen des elektrischen Heizelements lässt sich insbesondere der Strömungsquerschnitt des Thermostatventils von einem Kühler zu dem Motor vergrößern und damit bei Bedarf die Kühlleistung erhöhen. Auch hierbei ist die geringe Menge an Dehnstoff von Vorteil, da eine kurze Ansprechzeit möglich ist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, dass das elektrische Heizelement im Wesentlichen die Form eines Hohlzylinders aufweist und in dem Ringspalt zwischen Gehäuseinnenwand und dem Ansatz des Führungsteils angeordnet ist. Bei dieser Ausgestaltung wird
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erreicht, dass nahezu der gesamte in dem Gehäuse befindliche Dehnstoff unmittelbar von dem elektrischen Heizelement erreicht wird, so dass eine sehr schnelle Verstellgeschwindigkeit des thermostatischen Arbeitselementes erreicht wird.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform.
Die Zeichnung zeigt einen Axialschnitt durch ein erfindungsgemäßes thermostatisches Arbeitselement.
Das in der Zeichnung dargestellte thermostatische Arbeitselement weist ein vorzugsweise aus einem gut wärmeleitenden Metall hergestelltes Gehäuse 10 auf, dessen Boden von einem Einsatz 11 aus nichtleitendem Material gebildet wird, insbesondere aus einem Kunststoffmaterial. Der Einsatz 11 , der in das Gehäuse 10 eingepresst ist, besitzt eine Ringnut 12, die eine Ringdichtung 13 aufnimmt, insbesondere einen O- Ring.
Der Innenraum 14 des Gehäuses 10 dient zur Aufnahme eines Dehnstoffes, insbesondere einer Wachsmischung. Dieser Dehnstoff ist so ausgelegt, dass er temperaturabhängig sein Volumen ändert und insbesondere bei einer eingestellten Temperatur seinen Aggregatzustand ändert.
Das Gehäuse 10 ist mittels eines Führungsteils 15 verschlossen, das eine Axialbohrung 16 besitzt, die zur Führung eines Arbeitskolbens 17 dient. Der Arbeitskolben 17 ist in der Axialführung 16 geführt, ohne dass er eine Dichtungsfunktion zu dem Innenraum 14 des Gehäuses 10 hin ausüben muss. In axialer Verlängerung des Arbeitskolbens 17 ist in der Axialführung 16 auf der dem Innenraum zugewandten Seite 14 ein Dich-
tungspfropfen 18 angeordnet. Dieser Dichtungspfropfen 18 besteht aus einem Kunststoff mit Gleiteigenschaften gegenüber dem Führungsteil 15, das bevorzugt aus einem Metall besteht. Der zylindrische Dichtungspfropfen 18 wird in die Axialbohrung 16 mit einem Presssitz einge- presst, vorzugsweise mit einem leichten Presssitz, das bedeutet, dass der Dichtungspfropfen 18 gegenüber der Axialbohrung 16 ein leichtes übermaß besitzt. Bei dem Einpressen in die Axialbohrung 16 wird sein Außendurchmesser an den Innendurchmesser der Axialbohrung 16 an- gepasst. Bevorzugt hat der Dichtungspfropfen 18 eine Länge, die wenigstens dem dreifachen seines Durchmessers entspricht. Die Axialbohrung 16, die zu dem Innenraum 14 des Gehäuses 10 offen ist, endet in dem Innenraum 14 mit einem Abschnitt 19 mit verringertem Durchmesser, so dass ein Anschlag für den Dichtungspfropfen 18 vorhanden ist. Bei einer temperaturbedingten Ausdehnung des Dehnstoffs wird der Dichtungspfropfen 18 zusammen mit dem Arbeitskolben ausgefahren. Bei einem Abkühlen und einer damit verbundenen Reduzierung des Volumens des Dehnstoffes wurden Arbeitskolben 17 und Dichtungspfropfen 18 wieder in die Axialführung hinein gedrückt.
Das Führungsteil 15 ist mit einem Ansatz 20 versehen, der in den Innenraum 14 des Gehäuses 10 hineinragt und der sich bis in die Nähe des von dem Einsatz 11 gebildeten Boden erstreckt. Dadurch wird erreicht, dass das Volumen des Innenraums 14 relativ gering ist und mithin die darin aufzunehmende Menge an Dehnstoff. Die geringe Menge an Dehnstoff erlaubt eine Verkürzung der Reaktionszeit.
Bei dem Ausführungsbeispiel ist zwischen dem Ende des Gehäuses 10 und dem Führungsteil eine Abdichtung vorgesehen, die mittels Materialverformung des offenen Endes des Gehäuses 10 erreicht wird. Bei einer anderen Ausführungsform wird vorgesehen, dass der Rand des Gehäuses 10 nur umgebördelt wird, um das Führungsteil 15 zu halten. In diesem Fall wird dann ein Dichtungselement eingesetzt, das eine Abdich-
tung zwischen dem Gehäuse 10 und dem Führungsteil 15 bewirkt. Bei einer anderen Ausführungsform wird vorgesehen, dass das Gehäuse 10 mit dem Führungsteil dichtend verschweißt oder dichtend verlötet ist.
Bei der dargestellten Ausführungsform ist in dem Innenraum 14 des Gehäuses ein elektrisches Heizelement 21 angeordnet. Bei der dargestellten Ausführungsform besitzt das Heizelement 21 eine zylindrische Gestalt und ist in nicht näherer Weise in dem Einsatz 11 verankert. In dem Einsatz 11 sind elektrische Anschlussleitungen 22, 23 zu dem Heizelement 21 verlegt, die als Steckerelement aus dem Einsatz 11 herausragen. Das Heizelement 21 besitzt eine hohlzylindrische Gestalt und erstreckt sich in den Spalt zwischen dem Ansatz 20 des Führungsteils 15 und der Innenwand des Gehäuses 10. Dadurch erstreckt sich das elektrische Heizelement praktisch über den gesamten Bereich, in welchem sich Dehnstoff befindet. Es ist somit möglich, den Dehnstoff sehr schnell aufzuheizen, so dass eine hohe Ansprechgeschwindigkeit erhalten wird.
Der Arbeitskolben 17, der bei kaltem thermostatischem Arbeitselement bündig mit der Außenseite des Führungsteils 15 abschließt oder geringfügig darüber übersteht, besitzt einen relativ kleinen Durchmesser. Entsprechend klein ist auch der Durchmesser der Axialbohrung 16 und des Dichtungspfropfens 18. Trotz der geringen Menge an Dehnstoff wird ein relativ großer Stellweg erhalten. Der Durchmesser des Arbeitskolbens und der zugehörigen Elemente beträgt nicht mehr als 3mm.
Bei einer abgewandelten Ausführungsform ist kein elektrisches Heizelement vorgesehen. In diesem Fall ist das Gehäuse 10 einteilig mit einem geschlossenen Boden ausgebildet, bis zu dem der Ansatz 20 des Führungsteils 15 relativ nahe herangeführt ist. Es ergibt sich dann ein sehr kompaktes thermostatisches Arbeitselement mit kleinen Abmessungen. Ein derartiges thermostatisches Arbeitselement lässt sich beispielsweise innerhalb eines konventionellen Thermostatventils für die
Regelung der Motortemperatur eines Kraftfahrzeuges einsetzen. In diesem Fall wird an dem Boden des Gehäuses 10 beispielsweise ein Stehbolzen angebracht, auf dem ein Kurzschlussventilteller geführt ist.
Das thermostatische Arbeitselement mit dem elektrischen Heizelement 21 kann vorteilhaft als ein Schalter eingesetzt werden, der schnell und vor allem geräuschfrei schaltet. Die Dehnstoffmenge und damit die Schaltzeit lässt sich weiter dadurch reduzieren, dass zwischen dem Ansatz 20 des Führungsteils 15 und dem Heizelement 21 ein Ring oder eine Hülse aus isolierendem Material, beispielsweise aus Kunststoff angeordnet ist, der den Ansatz 20 ganz oder teilweise abdeckt und den Raum zwischen Ansatz 20 und Heizelement 21 ausfüllt.
Bei einer anderen abgewandelten Ausführungsform ist der Arbeitskolben 17 mittels einer oder mehrerer Ringdichtungen in der Axialführung 16 abgedichtet, so dass der Dichtungspfropfen 18 entfallen kann.