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Die
Erfindung betrifft ein als Stellmotor dienendes thermostatisches
Arbeitselement mit einem Gehäuse,
das einen Dehnstoff enthält
und in das ein einem zu betätigenden
Element zugeordneter Arbeitskolben hineinragt, dessen Position von
dem temperaturabhängigen
Volumen des Dehnstoffes bestimmt ist.
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Derartige
thermostatische Arbeitselemente werden umfangreich als lineare Stellmotore
eingesetzt. Bei den bekannten thermostatischen Arbeitselementen
(
DE 1958563 A ,
DE 19827886 A )
fährt der Arbeitskolben
mit steigender Temperatur aus dem Gehäuse aus und führt dabei
eine Stellbewegung oder Schaltbewegung odgl. aus. Wenn der Arbeitskolben
bei seinem Ausfahren eine Druckkraft ausüben und eine Druckbewegung
ausführen
muss, so kann er mit dem zu verstellenden Teil der betreffenden
Einrichtung direkt verbunden werden. Wenn dagegen der Arbeitskolben
bei dem Ausfahren eine Zugkraft ausüben und eine Zugbewegung durchführen soll,
so müssen
teilweise relativ aufwendige Übertragungselemente
zwischen dem Arbeitskolben und dem zu verstellenden Teil vorgesehen
werden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein thermostatisches Arbeitselement
der eingangs genannten Art so auszubilden, dass einfache Übertragungselementen
eingesetzt werden können,
wenn bei steigender Temperatur eine Zugkraft ausgeübt werden
soll.
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Diese
Aufgabe wird dadurch gelöst,
dass der Arbeitskolben in dem in dem Gehäuse befindlichen Bereich eine
Querschnittsvergrößerung besitzt,
die auf der der Ausfahrrichtung des Arbeitskolbens zugewandten Seite
eine quer zur Längsachse
des Arbeitskolbens verlaufende Fläche bildet, die dem Dehnstoff ausgesetzt
ist und die größer als
der Querschnitt des Arbeitskolbens ist.
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Bei
der erfindungsgemäßen Ausbildung
des thermostatischen Arbeitselementes führt eine durch eine Temperaturerhöhung bewirkte
Ausdehnung des Dehnstoffes dazu, dass der Arbeitskolben sich entgegen
der Ausfahrrichtung in das Gehäuse
hineinbewegt. Der Arbeitskolben kann somit unmittelbar eine durch
das Ausdehnen des Dehnstoffs bewirkte Zugkraft ausüben.
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In
Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, dass der Arbeitskolben
mit dem Bereich seiner Querschnittsvergrößerung gegenüber dem
den Dehnstoff enthaltenden Innenraum des Gehäuses abgetrennt ist. Bei einer
vorteilhaften Ausführungsform
wird vorgesehen, dass der Bereich der Querschnittsvergrößerung des
Arbeitskolbens kolbenartig gestaltet und in einem Führungseinsatz
des Gehäuses
geführt
ist. In vorteilhafter Ausgestaltung wird dabei weiter vorgesehen,
dass die kolbenartige Querschnittsvergrößerung des Arbeitskolbens auf
der dem Arbeitskolben gegenüberliegenden
Seite aus dem Gehäuse
heraus ragt. Ein derartiges thermostatische Arbeitselement lässt sich
somit sowohl als ein eine Zugkraft ausübendes Element als auch als
ein Druckkraft ausübendes
Arbeitselement abhängig
von seiner Einbaurichtung einsetzen.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen
und den Unteransprüchen.
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1 zeigt
einen Axialschnitt durch ein erfindungsgemäßes thermostatisches Arbeitselement,
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2 einen
Axialschnitt durch eine Ausführungsform ähnlich 1 mit
einer inneren Rückstellfeder,
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3 eine
Ausführungsform
eines thermostatischen Arbeitselementes ähnlich 1 mit einer als
Gasfeder ausgebildeten Rückstellfeder,
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4 einen
Axialschnitt durch eine abgewandelte Ausführungsform eines Zugkräfte ausübenden thermostatischen
Arbeitselementes,
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5 einen
Axialschnitt durch ein Arbeitselement ähnlich 4 mit einer
inneren Rückstellfeder
und
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6 einen
Axialschnitt durch eine Ausführungsform ähnlich 4 mit
einer äußeren Rückstellfeder
für den
Arbeitskolben.
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Das
in 1 dargestellte thermostatische Arbeitselement
besitzt ein metallisches Gehäuse 10, das
einen vorzugsweise zylindrischen Querschnitt aufweist. In das Gehäuse 10 ragt
ein Arbeitskolben 11 hinein. Der Innenraum des Gehäuses 10 ist
mit einem Dehnstoff 13 befüllt, beispielsweise einer Wachsmischung.
Der Arbeitskolben 11 ist in einem Führungseinsatz 14 geführt, der
den Innenraum des Gehäuses 10 dichtend
nach außen
verschließt.
Bei dem Ausführungsbeispiel
ist der Führungseinsatz 14 mit
zwei Dichtungsringen 15 versehen, die sich an den Arbeitskolben 11 anlegen.
Das im Gehäuse 10 befindliche
Ende des Arbeitskolbens 11 ist mit einer kolbenartigen
Querschnittsvergrößerung 16 versehen,
die in einem Führungseinsatz 17 geführt ist.
Der Führungs einsatz 17 ist
in das Gehäuse 10 eingesetzt,
beispielsweise eingepresst. Die kolbenartige Querschnittsvergrößerung 16 ist
in dem Führungseinsatz 17 dichtend
geführt.
Bei dem Ausführungsbeispiel
trägt die
kolbenartige Querschnittsvergrößerung 16 zwei
Dichtungsringe 18, die in Ringnuten untergebracht sind
und an dem Innenumfang des Führungseinsatzes 17 anliegen.
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Das
thermostatische Arbeitselement der 1 ist in
kaltem Zustand gezeigt, d. h. in einem Zustand, in welchem der Dehnstoff
(Wachsmischung) sein minimales Volumen eingenommen hat. Bei einer Temperaturerhöhung dehnt
sich der Dehnstoff 13 aus, insbesondere wenn er seinen
Aggregatzustand ändert.
Eine Ausdehnung des Dehnstoffes 13 führt dazu, dass die kolbenartige
Querschnittsvergrößerung 16 von
der Innenseite des Gehäuses 10 her
mit erhöhtem
Druck belastet wird und somit derart in dem Führungseinsatz 17 verschoben
wird, dass der Arbeitskolben 11 in das Gehäuse 10 hineingezogen wird.
Das thermostatische Arbeitselement der 1 kann somit
dazu benutzt werden, eine Zugkraft auf ein zu betätigendes
Element auszuüben,
das direkt mit dem Arbeitskolben 11 verbunden wird.
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Das
thermostatische Arbeitselement der 2 entspricht
in seinem Grundaufbau der Ausführungsform
nach 1, so dass auf die dortige Beschreibung verwiesen
wird. Zusätzlich
ist vorgesehen, dass der Führungseinsatz 17 mit
Anschlägen 19 versehen
ist, die den Weg der kolbenartigen Querschnittsvergrößerung 16 und
damit auch des Arbeitskolbens 11 begrenzen, so dass der
Arbeitskolben 11 nur bis zu der in 2 dargestellten
Maximalposition aus dem Gehäuses 10 ausfahren
kann. Im Inneren des Gehäuses 10 innerhalb
des Dehnstoffes 13 ist eine Rückstellfeder 20 angeordnet.
Die Rückstellfeder 20,
die als kegelige Schraubenfeder gestaltet ist und auf einen vorgegebenen
Druck vorgespannt ist, stützt
sich mit einem Ende an dem Führungseinsatz 17 und
mit ihrem anderen Ende an einem Ring 21 ab, der an dem
Arbeitskolben 11 angebracht ist. Der Ring 21 kann
einteilig mit dem Arbeitskolben hergestellt sein oder als getrennt
hergestelltes Bauteil an dem Arbeitskolben befestigt sein. Das thermostatische
Arbeitselement nach 2 ist autonom, d. h. es benötigt keine
von außen
an den Arbeitskolben 11 angreifende Rückstellkraft.
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Auch
das Arbeitselement nach 3 ist im Prinzip entsprechend
dem Arbeitselement nach 1 aufgebaut. Es ist ebenfalls
ein autonomes Element, das eine Rückstellfeder enthält. Diese
Rückstellfeder
ist bei diesem Ausführungsbeispiel
als eine Gasdruckfeder ausgebildet. Hierzu ist der Führungseinsatz 17 mit
einem Abschluss 22 versehen, so dass der Raum zwischen
der kolbenartigen Querschnittsvergrößerung 16 und dem
Abschluss 22 als Gasdruckfeder ausgebildet ist. Das Gas,
beispielsweise Luft, wird in diesen Raum über ein einfaches Rückschlagventil
unter Überdruck
eingebracht, um eine Vorspannung zu erhalten.
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Das
Arbeitselement nach 4 besitzt ein metallische Gehäuse 30,
dessen Innenraum mit einem Dehnstoff 31 befüllt ist.
In das Gehäuse 31 ragt ein
Arbeitskolben 32 hinein, der einen Abschnitt 33 mit
kleinerem Durchmesser und einen Abschnitt 34 mit größerem Durchmesser
aufweist, die jeweils aus gegenüberliegenden
Seiten des vorzugsweise zylindrischen Gehäuses 30 herausragen.
Der Abschnitt 33 ist in einem Führungseinsatz 35 geführt, der
mit sich an den Abschnitt 33 anlegenden Dichtungsringen 36 versehen
ist. Der im Durchmesser größere Abschnitt 34 des
Arbeitskolbens 32 ist ebenfalls in einem Führungseinsatz 37 geführt, der
auf dieser Seite in das Gehäuse 30 eingesetzt
ist. Der Führungseinsatz 37 ist
mit Dichtungsringen 38 versehen, die sich an den im Durchmesser
größeren Abschnitt 34 des Arbeitskolbens 32 dichtend
anlegen und damit den Innenraum des Gehäuses 30, der den Dehnstoff 31 enthält, nach
außen
abdichten.
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Wenn
der Dehnstoff 31 ausgehend von dem in 4 dargestellten
Zustand aufgrund einer Temperaturerhöhung sein Volumen vergrößert, so
wird der Arbeitskolben 32 verschoben. Der Abschnitt 33 mit
geringerem Querschnitt wird dann in das Gehäuse 30 hineingezogen,
d. h. er kann eine Zugkraft auf ein zu betätigendes oder zu verstellendes
Element ausüben.
Der Abschnitt 34 dagegen fährt aus dem Gehäuse 31 heraus,
so dass es möglich
ist, das Arbeitselement nach 2 sowohl
als einen eine Zugkraft aufbringenden als auch als einen eine Druckkraft
aufbringenden Stellantrieb eingesetzt werden kann. Die Einbaulage
des Arbeitselementes muss dann nur um 180° verdreht werden.
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Das
Arbeitselement nach 5 entspricht in seinem Grundaufbau
dem Arbeitselement nach 4. An dem Führungseinsatz sind Anschläge 39 vorgesehen,
an die sich der Arbeitskolben 32 mit dem im Durchmesser
größeren Abschnitt 34 anlegt, so
dass seine Ausgangsposition definiert ist. Des weiteren ist eine
Rückstellfeder 40 vorgesehen,
die bei dem Ausführungsbeispiel
als ein Tellerfederpaket ausgebildet ist. Die Rückstellfeder 40 stützt sich
an dem Führungseinsatz 37 und
an einem Ringbund 41 des im Durchmesser kleineren Abschnittes 33 des Arbeitskolbens 32 ab.
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Auch
die Ausführungsform
nach 6 entspricht im Wesentlichen der Ausführungsform
nach 4. Ergänzend
ist bei dieser Ausführungsform vorgesehen,
dass der Führungseinsatz 37 Anschläge 39 für den im
Durchmesser größeren Abschnitt 34 des
Arbeitskolbens 32 aufweist. Der Arbeitskolben 32 wird
mittels einer Rückstellfeder 42 in
die Ausgangsposition gebracht, die außerhalb des Gehäuses 30 angeordnet
ist. Die Rückstellfeder 42,
die als eine zylindrisch gewickelte Druckfeder ausgebildet ist,
umgibt den Abschnitt 33 des Arbeitskolbens. Sie stützt sich
auf dem Gehäuse 30 und
an einem Ringbund 43 des Abschnittes 33 des Arbeitskolbens 32 ab.
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Beispielsweise
könnte
bei dem Ausführungsbeispiel
nach 1 oder 2 an der kolbenartigen Querschnittsvergrößerung 16 ein
Stempel odgl. angebracht werden, so dass auch dieses Arbeitselement
als ein eine Druckkraft aufbringendes Arbeitselement eingesetzt
werden kann. Ebenso ist es möglich,
bei dem Ausführungsbeispiel
nach 2 ein Tellerfederpakt entsprechend 5 oder
bei dem Ausführungsbeispiel
nach 5 eine kegelförmig
gewickelte Druckfeder vorzusehen. Des weiteren ist es möglich, bei
dem Ausführungsbeispiel
nach 1 die in 6 dargestellte
Anordnung einer Rückstellfeder 42 zu
wählen.
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Bei
einer abgewandelten Ausführungsform wird
zur Abdichtung des Innenraums des Gehäuses des Arbeitselementes ein
Gummieinsatz vorgesehen. Wenn der Gummieinsatz auf der dem Arbeitskolben
abgewandten Seite der Querschnittsvergrößerung vorgesehen wird, so
kann diese Seite so mit dem Gummieinsatz verbunden werden, dass
kein Dehnstoff zwischen den Gummieinsatz und diese Seite gelangt.
Der Gummieinsatz ist beispielsweise mit dieser Seite verklebt oder
an diese Seite anvulkanisiert. Der Gummieinsatz kann sich mit dem
Arbeitskolben in eine Aussparung des Gehäuses hinein bewegen.