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Die Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 und einen Thermostat mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Schutzanspruchs 10.
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Dehnstoff-Arbeitselemente sind Aktoren, bei denen die Bewegung des Arbeitskolbens durch einen Dehnstoff bewirkt wird, indem dieser erwärmt wird. Der jeweils zu wählende Dehnstoff ist dabei vom Temperaturbereich, in dem gearbeitet werden soll, abhängig, gängig ist beispielsweise die Verwendung von Öl, Wachs, Hartparaffin oder für Hochtemperaturanwendungen auch von Metallen. Ein typisches Anwendungsfeld für Dehnstoff-Arbeitselemente sind Thermostate, mit denen ein Fluidkreislauf temperaturabhängig gesteuert werden kann, beispielsweise Kennfeldthermostate wie sie in der Kraftfahrzeugtechnik angewendet werden.
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Um Ansprechverhalten und Arbeitsbereiche von Dehnstoff-Arbeitselementen nach Wunsch ausgestalten zu können, ist es aus dem Stand der Technik bekannt, eine Heizvorrichtung vorzusehen. Dies kann, wie z.B. in der
DE 103 60 169 A1 offenbart, beispielsweise dadurch geschehen, dass der Arbeitskolben, der in ein einen Dehnstoff enthaltendes Gehäuse eingetaucht und an einem Ventilgehäuse unverschiebbar abgestützt ist, durch eine Heizpatrone gebildet wird. Bei Betrieb der Heizpatrone wird gemäß der Lehre der
DE 103 60 169 A1 der Dehnstoff erwärmt, sein Volumen vergrößert sich und führt eine Verschiebung des Gehäuses herbei, an dem auch das Ventilglied befestigt ist.
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Eine andere Ausgestaltung ist der
WO 02/086646 A1 zu entnehmen. Aus dieser Druckschrift ist ein beheizbares Dehnstoff-Arbeitselement bekannt, bei dem eine insbesondere an ihrer Außenseite von Dehnstoff umgebene Heizeinrichtung im Inneren eines Gehäuses angeordnet ist. Der Arbeitskolben taucht in das Gehäuse ein und wird mit seinem Endabschnitt in einen Innenraum der Heizvorrichtung aufgenommen. Bei Betrieb der Heizvorrichtung wird gemäß der Lehre der
WO 02/086646 A1 der Dehnstoff erwärmt, sein Volumen vergrößert sich und führt eine Verschiebung des Arbeitskolbens herbei, an dem auch das Ventilglied befestigt ist.
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Aus der
DE 29 23 462 A1 ist ein Thermostatventil mit einem als Temperaturstofffühler dienenden Dehnstoffelement bekannt, das durch einen PTC-Widerstand beheizt wird.
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Aus der
GB 2 114 292 A ist es bekannt, Dehnstoff mit thermisch selbst-regulierenden elektrischen Heizvorrichtungen, deren thermische Energieabgabe mit steigender Temperatur des Heizelements sinkt, zu beheizen, wobei dieses Heizelement insbesondere als thermisch ausgeführt sein kann.
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Aus der
DE 20 2006 001 145 U1 ist ein Dehnstoffarbeitselement bekannt, bei dem der Dehnstoff durch ein aus einem zumindest teilweise aus einem elektrisch leitfähigen Kunststoff bestehenden Gehäuse beheizt wird. Allerdings zeigt die Erfahrung, dass beide bekannten Systeme relativ träge reagieren, da die anfallende Heizleistung begrenzt ist und die erzeugte Wärme nicht schnell genug an den Dehnstoff abgegeben werden kann.
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Die
DE 246 1 041 A1 offenbart ein thermostatisches Dehnstoff-Arbeitselement mit einem mit einem Dehnstoff gefüllten Gehäuse und mit einem stiftförmigen, einseitig zugespitzten Arbeitskolben, der mit seinem zugespitzten Ende durch eine Öffnung im Gehäuse in dessen Innenraum hinein ragt und bei thermischer Ausdehnung des Dehnstoffs von diesem aus dem Gehäuse gedrückt wird, bei dem das Arbeitselement mittels einer auf einen Röhrchen gewickelten Heizwendel oder mittels eines des Arbeitselements umgebenden Fluidums erhitzt wird.
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Die
AT 380 571 B offenbart ein thermostatisches Dehnstoff-Arbeitselement mit einem in einem Gehäuse eingeschlossenen Dehnstoffkörper aus einem Kunststoff und einem einseitig zugespitzten Arbeitsstift, der sich verschiebbar durch eine in einer Stirnwand des Gehäuses ausgebildete Öffnung hindurch und mit seinem zugespitzten Ende in eine Bohrung in den Stoffkörper hinein erstreckt, wodurch der Arbeitsstift bei thermischer Ausdehnung des Dehnstoffkörpers aus diesem heraus verdrängt wird, bei dem die Beheizung über eine elektrische Heizwicklung erfolgt, welche auf eine Außenseite eines wie eine Hülse gebildeten Gehäuseabschnitts gewickelt ist.
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Aus der
DE 103 33 206 B4 ist eine elektrische Heizpatrone mit einer durchgängig zentralen Passbohrung zur spaltfreien Aufnahme eines zu beheizenden zylindrischen Körpers mit einem inneren und äußeren Metallmantel und mit einem Heizleiter, der als Heizdrahtwicklung in einer zwischen dem inneren und äußeren Metallmantel liegenden stirnseitig verschlossenen Ringkammer angeordnet und in einer keramischen Isoliermasse oder einem Metalloxid eingebettet ist, wobei alle Teile durch radiales Verpressen verdichtet sind und die Heizdrahtwicklung auf dem Umfang eines hohlzylindrischen , in die Ringkammer eingesetzten und von einer Isolierstoffmasse umschlossenen Wickelkörpers aufgewickelt ist, der aus einer keramischen Masse oder einem Metalloxid besteht und dessen Zylinderwand achsparallele Bohrungen aufweist, in welchen die Endungen der Heizdrahtwicklung und die mit den Enden der Heizdrahtwicklung verbundenen , elektrischen Anschlussleiter von außen eingeführt sind.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht daher in der Bereitstellung einer Heizvorrichtung mit Dehnstoff-Arbeitselement, die die Wärmeabgabe an den Dehnstoff verbessert und zu einem schnelleren Ansprechverhalten des Dehnstoff-Arbeitselements führt sowie eines Thermostaten mit verbessertem Ansprechverhalten.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Heizvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und einen Thermostaten mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.
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Die erfindungsgemäße Heizvorrichtung mit Dehnstoff-Arbeitselement weist eine innere Mantelfläche, eine äußere Mantelfläche und ein zumindest abschnittsweise zwischen innere Mantelfläche und äußerer Mantelfläche angeordnetes Heizelement mit elektrischem Anschluss auf. Die Mantelflächen können beispielsweise aus Messing oder einem anderen Metall hergestellt werden. Als Heizelement kann insbesondere ein Heizleiter mit temperaturabhängigem Widerstand verwendet werden, es sind aber auch andere Möglichkeiten denkbar.
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Der elektrische Anschluss ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung aus der Heizvorrichtung herausgeführt.
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Ferner weist die Heizvorrichtung einen Dehnstoff und einen Arbeitskolben auf, wobei der Dehnstoff so um einen Arbeitskolben herum angeordnet ist, dass eine Ausdehnung des Dehnstoffs zu einer Verschiebung des Arbeitskolbens in Erstreckungsrichtung des Arbeitskolbens führt. Dies ist bei direktem Kontakt zwischen Dehnstoff und Arbeitskolben möglich, in der Praxis hat es sich aber besonders bewährt, eine Zwischenschicht in Form eines Polymer- oder Elastomereinsatzes vorzusehen, die den Arbeitskolben umgibt.
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Erfindungswesentlich ist, dass der Dehnstoff so angeordnet ist, dass sich der Bereich des Dehnstoffs, der von der Heizvorrichtung beheizt wird, innerhalb eines durch die innere Mantelfläche begrenzten Innenraums der Heizvorrichtung befindet. Unter dem Bereich, der beheizt wird, wird dabei der Bereich, in dem Wärme der Heizvorrichtung auf Dehnstoff übertragen wird verstanden; mittelbar wird sich die zunächst lokal nur auf Abschnitte des Dehnstoffs, die erfindungsgemäß innerhalb eines durch die innere Mantelfläche begrenzten Innenraums der Heizvorrichtung liegen, übertragene Wärme natürlich über den gesamten Dehnstoff ausbreiten; Wärmeübertrag über den Bodenabschnitt ist zu vernachlässigen. Erfindungswesentlich ist es, dass der Dehnstoff bündig und spaltfrei mit der inneren Mantelfläche in Kontakt steht. Es kann zwar für manche Anwendungen zweckmäßig sein, wenn der Dehnstoff in Verschiebungsrichtung des Arbeitskolbens bei Erwärmung die Heizvorrichtung überragt, er ist aber nicht in zur Verschiebungsrichtung des Arbeitskolbens senkrechter Richtung außerhalb der äußeren Mantelfläche der Heizvorrichtung angeordnet.
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Der Erfindung liegt somit insofern eine Abkehr von den bisher verfolgten Aufbauprinzipien zu Grunde, als bislang stets eine Heizvorrichtung als Bestandteil eines Dehnstoff-Arbeitselements in dieses integriert wurde, während nunmehr die Heizvorrichtung ein in diese integriertes Dehnstoff-Arbeitselement umfasst. Dieses Aufbauprinzip ermöglicht es, Heizvorrichtungen mit höherer Leistung einzusetzen und einen großflächigen thermischen Kontakt zwischen Heizvorrichtung und Dehnstoff sicherzustellen, was sich als wesentlich für hohe Schaltgeschwindigkeiten erweist.
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In einer bevorzugten Heizvorrichtung ist das Heizelement auf einen keramischen Wickelkörper oder Wickelkörpersegmente gewickelt, wodurch eine besonders einfache, in Baugruppen aufgegliederte Fertigung ermöglicht wird.
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Vorteilhafterweise sind zumindest Teile der Oberfläche des Heizelements in eine Isolierstoffpackung, insbesondere MgO, eingebettet. Insbesondere kann die Isolierstoffpackung ganz oder teilweise verdichtet werden und/oder aus einem Pulver oder Granulat bestehen.
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Erfindungsgemäß wird die innere Mantelfläche durch ein Innenrohr und die äußere Mantelfläche durch ein Außenrohr gebildet. Der Begriff Rohr umfasst dabei nicht nur zylindrische Rohre, sondern solche mit beliebigem Durchmesser.
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Ferner sind erfindungsgemäß die innere Mantelfläche und die äußere Mantelfläche auf einer Seite durch einen Bodenabschnitt miteinander verbunden. Dies ermöglicht insbesondere eine vorteilhafte Herstellung, da das -insbesondere auf einem Trägerals Baugruppe vorgefertigte Heizelement dann zwischen innere und äußere Mantelfläche eingefügt werden kann, das Volumen durch Einstreuen von Isoliermaterial in Pulverform aufgefüllt wird, dann die gewünschte Verdichtung erfolgt und schließlich die Heizvorrichtung mit einem ring- oder scheibenförmigen Deckel verschlossen wird.
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Eine besonders effiziente Herstellung ist wegen des Wegfalls des anspruchsvollen Arbeitsschritts der dichten Verbindung von Innenrohr und Außenrohr mit dem Bodenabschnitt dann möglich, wenn Innenrohr, Außenrohr und Bodenabschnitt Abschnitte einer einzigen gezogenen Hülse sind.
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In der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Heizvorrichtung ist das Innenrohr auf der dem elektrischen Anschluss zugewandten Seite durch einen Boden verschlossen.
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Erfindungsgemäß verwendet man einen in ein Gehäuse aufgenommenen Dehnstoff. Dadurch kann die Ausdehnung bei Erwärmung des Dehnstoffs in eine gewünschte Richtung gelenkt und somit die Kraft auf den Arbeitskolben beeinflusst werden.
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Eine besonders kompakte Heizvorrichtung erhält man dadurch, dass erfindungsgemäß das Gehäuse durch das Innenrohr und den Boden gebildet wird. Ein zusätzlicher Vorteil liegt darin, dass ein separates, zwischen Innenmantel und Dehnstoff angeordnetes Gehäuse, das zu höherer thermischer Trägheit des Systems führt, vermieden werden kann.
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Der erfindungsgemäße Thermostat weist ein Thermostatgehäuse mit einem das Gehäuse durchsetzenden Kanal für ein Fluid und mindestens ein Ventil mit einem Ventilelement, das stufenlos von einer ersten Position, in der es den Kanal blockiert, in eine zweite Position, in der es den Kanal freigibt, auf, wobei erfindungswesentlich ist, dass das Ventilelement durch eine Heizvorrichtung mit Dehnstoff-Arbeitselement gemäß einer oder mehrerer der beanspruchten Ausführungsformen angetrieben wird.
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Vorteilhafterweise ist der elektrische Anschluss der Heizvorrichtung durch das Thermostatgehäuse hindurchgeführt.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1: Eine Schnittzeichnung einer nicht beanspruchten ersten Aufbauvariante der Heizvorrichtung mit entferntem Dehnstoff-Arbeitselement,
- 2: eine Schnittzeichnung einer zweiten Aufbauvariante der Heizvorrichtung mit entferntem Dehnstoff-Arbeitselement,
- 3: eine Schnittzeichnung einer dritten Aufbauvariante der Heizvorrichtung mit entferntem Dehnstoff-Arbeitselement,
- 4: eine Schnittzeichnung einer nicht beanspruchten vierten Aufbauvariante der Heizvorrichtung mit entferntem Dehnstoff-Arbeitselement,
- 5a: eine Schnittzeichnung einer nicht beanspruchten ersten Ausführungsform der Heizvorrichtung mit Dehnstoff-Arbeitselement,
- 5b: eine Schnittzeichnung eines Thermostaten mit einer Heizvorrichtung mit Dehnstoff-Arbeitselement gemäß 5a
- 6a: eine Schnittzeichnung einer erfindungsgemäßen Ausführungsform der Heizvorrichtung mit Dehnstoff-Arbeitselement,
- 6b: eine Schnittzeichnung eines Thermostaten mit einer Heizvorrichtung mit Dehnstoff-Arbeitselement gemäß 6a
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In allen Figuren werden identische Bezugszeichen für gleiche Bauelemente gleicher Ausführungsbeispiele verwendet.
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Zunächst werden in den 1 bis 4 eine Reihe möglicher Aufbauten der Heizvorrichtung dargestellt, wobei das zur Heizvorrichtung gehörende Dehnstoff-Arbeitselement im Interesse einer übersichtlichen, auf die wesentlichen Aspekte führenden Darstellung jeweils nicht dargestellt ist.
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1 zeigt eine erste, nicht beanspruchte Aufbauvariante einer Heizvorrichtung 10 mit entferntem Dehnstoff-Arbeitselement. Die Heizvorrichtung 10 besitzt eine als Zylinderrohr ausgeführte äußere Mantelfläche 1 und eine konzentrisch zur äußeren Mantelfläche 1 angeordnete, ebenso lange, als Zylinderrohr ausgeführte innere Mantelfläche 7. Die äußere Mantelfläche 1 und die innere Mantelfläche 7 sind miteinander über einen Bodenabschnitt 8 verbunden. In der dargestellten Aufbauvariante sind äußere Mantelfläche 1, innere Mantelfläche 7 und Bodenabschnitt 8 einstückig aus einer gezogenen Hülse hergestellt. Die innere Mantelfläche 7 begrenzt und definiert einen Innenraum 9 der Heizvorrichtung 10.
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Im Volumen zwischen äußerer Mantelfläche 1 und innerer Mantelfläche 7 ist ein hier beispielhaft spiralförmig ausgestaltetes Heizelement 2 angeordnet, das über aus der Heizvorrichtung 10 herausgeführte Anschlussdrähte 6 mit einem nicht dargestellten elektrischen Anschluss verbunden ist. Das verbleibende Volumen ist mit einer Isolierstoffpackung 3, hier einem MgO Pulver, befüllt und optional verdichtet. Um die Isolierstoffpackung 3 zu fixieren, ist ein Abschlussring 5 vorgesehen, der auf der Seite, auf der die Anschlussdrähte 6 aus der Heizvorrichtung 10 herausgeführt sind, einen dichten Abschluss zwischen innerer Mantelfläche 7 und äußerer Mantelfläche 1 herstellt.
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2 zeigt eine zweite Aufbauvariante einer Heizvorrichtung 20 mit entferntem Dehnstoff-Arbeitselement. Die Heizvorrichtung 20 besitzt eine als Zylinderrohr ausgeführte äußere Mantelfläche 11 und eine konzentrisch zur äußeren Mantelfläche 11 angeordnete, als Zylinderrohr ausgeführte innere Mantelfläche 17, wobei im Gegensatz zur Darstellung der 1 der die innere Mantelfläche 17 definierende Zylinder kürzer ist als der Zylinder, der die äußere Mantelfläche 11 definiert und beide Zylinder so angeordnet sind, dass an der Anschlussdrähten 16 gegenüberliegenden Seite die nicht zum jeweiligen Mantel gehörenden Deckelflächen der Zylinder in derselben Ebene liegen. Die äußere Mantelfläche 11 und die innere Mantelfläche 17 sind miteinander über einen Bodenabschnitt 18 verbunden. In der dargestellten Aufbauvariante sind äußere Mantelfläche 11, innere Mantelfläche 17 und Bodenabschnitt 18 einstückig aus einer gezogenen Hülse hergestellt. Die als Zylinderrohr ausgeführte innere Mantelfläche 17 geht in einen Boden 21 über. Innere Mantelfläche 17 und Boden 21 begrenzen und definieren einen Innenraum 19 der Heizvorrichtung 20.
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Im Volumen zwischen äußerer Mantelfläche 11 und innerer Mantelfläche 17 ist ein hier beispielhaft spiralförmig ausgestaltetes Heizelement 12 angeordnet, das über aus der Heizvorrichtung 10 herausgeführte Anschlussdrähte 16 mit einem nicht dargestellten elektrischen Anschluss verbunden ist. Das verbleibende Volumen ist mit einer Isolierstoffpackung 13, hier einem MgO Pulver, befüllt und optional verdichtet. Um die Isolierstoffpackung 13 zu fixieren, ist eine Abschlusscheibe 15 vorgesehen, der auf der Seite, auf der die Anschlussdrähte 16 aus der Heizvorrichtung 20 herausgeführt sind, einen dichten Abschluss zwischen innerer Mantelfläche 17 und äußerer Mantelfläche 11 herstellt.
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Die dritte Aufbauvariante einer Heizvorrichtung 30 mit entferntem Dehnstoff-Arbeitselement gemäß 3 unterscheidet sich von der Variante gemäß 2 nur insofern, als das Heizelement 12 auf einen Wickelkörper 14 gewickelt ist und somit eine vorkonfigurierbare Baugruppe darstellt. Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass die Abschlussscheibe 15 so dick ausgeführt ist, dass durch sie die Position des Wickelkörpers in Erstreckungsrichtung der Heizvorrichtung festgelegt wird.
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Ganz analog dazu unterscheidet sich die nicht beanspruchte vierte Aufbauvariante einer Heizvorrichtung 40 mit entferntem Dehnstoff-Arbeitselement gemäß 4 von der Variante gemäß 1 nur insofern, als das Heizelement 2 auf einen Wickelkörper 4 gewickelt ist und somit eine vorkonfigurierbare Baugruppe darstellt.
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Die 5a zeigt ein nicht beanspruchtes komplettes erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung als Schnittzeichnung. Zu erkennen ist eine Heizvorrichtung mit Dehnstoff-Arbeitselement 100, mit einer Heizvorrichtung 10 wie sie oben anhand der 1 beschrieben wurde, wobei nun auch eine erste Agsgestaltung des erfindungsgemäß vorhandenen Dehnstoff-Arbeitselements 50 dargestellt ist.
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Das Dehnstoff-Arbeitselement 50 weist einen Dehnstoff 51 auf, in den ein Arbeitskolben 52 mit einem Endabschnitt eingebettet ist. Der in den Dehnstoff 51 eingebettete Endabschnitt des Arbeitskolbens 52 ist von einem Polymer 53 umhüllt, das insbesondere einen als Dichtkörper ausgestalteten Bereich aufweisen kann.
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Erfindungswesentlich ist, dass der Bereich des Dehnstoffs 51, der beheizt wird, innerhalb des Innenraums 9 der Heizvorrichtung angeordnet ist.
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Dabei sind in der nicht beanspruchten Ausführungsform nach 5a der Dehnstoff 51, der in den Dehnstoff 51 eingebettete Endabschnitt des Arbeitskolbens 52 und das Polymer 53 in ein Gehäuse 54 aufgenommen, das vorzugsweise aus einem gut wärmeleitenden Material besteht und so dimensioniert ist, dass es durch den Dehnstoff 51, der in den Dehnstoff 51 eingebettete Endabschnitt des Arbeitskolbens 52 und das Polymer 53 sowie gegebenenfalls einen Abschnitt eines Deckels 55, in dem der Arbeitskolben 52 in seiner Erstreckungsrichtung beweglich dicht geführt ist, gefüllt ist.
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An der dem Endabschnitt des Arbeitskolbens 52 entgegengesetzten Seite ist das Gehäuse 54 mit dem Deckel 55 verschlossen, der am Gehäuse 54 fixiert ist, wobei in 5a die Fixierung durch eine Verklemmung erreicht wird. Zumindest ein Abschnitt des Gehäuses 54 ist so in den Innenraum 9 der Heizvorrichtung 10 aufgenommen, dass ein inniger, spaltfreier Flächenkontakt zwischen dem Abschnitt des Gehäuses 54 und zumindest einem Abschnitt der inneren Mantelfläche 7 hergestellt ist. Damit wird erreicht, dass der thermische Kontakt zwischen Dehnstoff 51 und Heizvorrichtung 10 über eine große Kontaktfläche erfolgt, während die Bauform kompakt bleibt und die Gesamtmenge des benötigten Dehnstoffs 51 und die gesamte benötigte Wärmemenge überschaubar bleiben.
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Bei Betrieb der Heizvorrichtung 10 wird der Dehnstoff 51 erwärmt und dehnt sich aus. Da das Volumen des Gehäuses 54 durch den fixierten Deckel 55 beschränkt ist, wird durch diese Ausdehnung eine Kraft auf den Arbeitskolben 52 ausgeübt, die diesen zumindest partiell aus dem Gehäuse 54 hinausschiebt.
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In 5b ist die Verwendung dieses nicht beanspruchten Ausführungsbeispiels der Heizvorrichtung mit Dehnstoff-Arbeitselement 100 in einem Thermostaten am Beispiel eines Kennfeldthermostaten 300 illustriert. Der Kennfeldthermostat 300 weist ein Thermostatgehäuse 301 auf, das von einem Kanal 302 durchsetzt ist und einen Ventilsitz 303 für ein Hauptventilelement 304 aufweist. Das Hauptventilelement 304 ist gegen den Anpressdruck einer Hauptfeder 305, die als Druckfeder ausgebildet ist und das Hauptventilelement gegen eine Traverse 306, die in einer Nut 307 des Gehäuses 301 fixiert ist, verspannt, verschiebbar und blockiert, wenn es auf dem Ventilsitz 303 aufliegt, den Kanal 302 für den Durchfluss von Fluid.
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Das Hauptventilelement 304 weist ferner eine Ausnehmung auf, die von einer darin verschiebbar angeordneten Heizvorrichtung mit Dehnstoff-Arbeitselement 100, deren Aufbau oben anhand der 5a bereits ausführlich erläutert wurde, ausgefüllt wird. Dabei ist, um sicherzustellen, dass die Anordnung fluiddicht ist, ein Dichtelement 308 zwischen Hauptventilelement 304 dem Außenmantel 1 der Heizvorrichtung 10 angeordnet. Die Heizvorrichtung mit Dehnstoff-Arbeitselement 100 ist mit einer Halterung 309 an einem Träger 310 befestigt, in oder an dem zweckmäßigerweise auch die Anschlussdrähte 6 der Heizvorrichtung 10 aus dem Thermostatgehäuse 301 geführt werden.
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Am Arbeitskolben 52 der Heizvorrichtung mit Dehnstoff-Arbeitselement 100 ist das Ventilelement 311 eines Bypass-Ventils angeordnet, das gegen den Druck einer als Druckfeder ausgebildeten Bypass-Feder 312 geöffnet werden kann, wenn die Heizvorrichtung 10 bestromt wird und dadurch, wie oben beschrieben der Arbeitskolben 52 bewegt wird. Wird die Heizvorrichtung 10 hingegen nicht bestromt, so dient die Traverse 306 als Ventilsitz für das Ventilelement 311.
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Die 6a zeigt ein komplettes Ausführungsbeispiel der Erfindung als Schnittzeichnung. Zu erkennen ist eine Heizvorrichtung mit Dehnstoff-Arbeitselement 200, mit einer Heizvorrichtung 20, wie sie oben anhand der 2 beschrieben wurde, wobei nun auch eine zweite Variante eines erfindungsgemäß vorhandenen Dehnstoff-Arbeitselements 60 dargestellt ist.
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Der Unterschied zwischen dem Dehnstoff-Arbeitselement 50 gemäß 5a und dem Dehnstoff-Arbeitselement 60 gemäß 6a besteht lediglich darin, dass das Gehäuse des Dehnstoff-Arbeitselement 60 durch inneren Mantel 17 und Boden 21 gebildet wird. Der Dehnstoff 61 nebst dem in ihm eingebetten Endabschnitt des Arbeitskolbens 62 und dem den eingebetteten Endabschnitt optional umgebenden Polymer 63 füllen also im Wesentlichen das durch innere Mantelfläche 17 und Boden 20 definierte Innenvolumen 19 der Heizvorrichtung 20 aus, wobei insbesondere ein direkter Kontakt zwischen Dehnstoff 61 und dem beheizten Abschnitt der inneren Mantelfläche 17 hergestellt ist. Dadurch wird die thermische Trägheit eines separaten Gehäuses eliminiert, was zu signifikant verbesserten Ansprechzeiten des Dehnstoff-Arbeitselements 60 führt.
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An der dem Endabschnitt des Arbeitskolbens 62 entgegengesetzten Seite ist ein Deckel 65 angeordnet, in dem der Arbeitskolben 62 in seiner Erstreckungsrichtung beweglich dicht geführt ist, der an der inneren Mantelfläche 17 fixiert ist, wobei in 6a die Fixierung durch eine Verklemmung erreicht wird. Es sind aber ebenso andere Möglichkeiten der Fixierung möglich wie es denkbar ist, den Deckel 65 an einer anderen Stelle als der inneren Mantelfläche 17 zu fixieren.
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Bei Betrieb der Heizvorrichtung 20 wird der Dehnstoff 61 erwärmt und dehnt sich aus. Da das Innenvolumen 19 durch den fixierten Deckel 65 beschränkt ist, wird durch diese Ausdehnung eine Kraft auf den Arbeitskolben 62 ausgeübt, die diesen zumindest partiell aus dem Gehäuse 64 hinausschiebt.
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In 6b ist die Verwendung dieses Ausführungsbeispiels der Heizvorrichtung mit Dehnstoff-Arbeitselement 200 in einem Thermostaten am Beispiel eines Kennfeldthermostaten 400 illustriert. Der Kennfeldthermostat 400 unterscheidet sich von der anhand der 5b beschriebenen Kennfeldthermostaten 300 nur dadurch, dass eine Heizvorrichtung mit Dehnstoff-Arbeitselement 200, wie in 6a beschrieben statt der Heizvorrichtung mit Dehnstoff-Arbeitselement 100, wie in 5a beschrieben, verwendet wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1,11
- äußere Mantelfläche
- 2,12
- Heizelement
- 3,13
- Isolierstoffpackung
- 4,14
- Wickelkörper
- 5
- Abschlussring
- 6,16
- Anschlussdrähte
- 7,17
- innere Mantelfläche
- 8,18
- Bodenabschnitt
- 9,19
- Innenraum
- 10,20,30,40
- Heizvorrichtung
- 15
- Abschlussscheibe
- 21
- Boden
- 50,60
- Dehnstoff-Arbeitselement
- 51,61
- Dehnstoff
- 52,62
- Arbeitskolben
- 53,63
- Polymer
- 54
- Gehäuse
- 55,65
- Deckel
- 100,200
- Heizvorrichtung mit Dehnstoff-Arbeitselement
- 300,400
- Kennfeldthermostat
- 301
- Thermostatgehäuse
- 302
- Kanal
- 303
- Ventilsitz
- 304
- Hauptventilemelent
- 305
- Hauptfeder
- 306
- Traverse
- 307
- Nut
- 308
- Dichtelement
- 309
- Halterung
- 310
- Träger
- 311
- Ventilelement
- 312
- Bypass-Feder