DE1025676B - Kraftelement fuer auf Waermeschwankungen ansprechende Regeleinrichtungen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kraftelement für auf Wärmeschwankungen ansprechende Regeleinrichtungen für den Kühlkreislauf von Brennkraftmaschinen mit einer Füllmasse aus Wachs und Metallteilchen.

Bei den bisher bekanntgewordenen Füllmassen erfolgt die Zustandsänderung des Wachses innerhalb eines verhältnismäßig großen Temperaturbereiches. Dadurch wurde die Regeleinrichtung zu träge, so daß sich die praktische Verwendung derartiger Kraftelemente nicht durchsetzen konnte.

Im Rahmen der modernen Motorenentwicklung werden jetzt aber noch größere Anforderungen an die Genauigkeit gestellt. Diese Entwicklung führt nämlich zur Ausbildung der Motorkühlkreisläufe mit Überdruck, wobei zusätzlich vom Kühlkreislauf beheizte Lufterhitzer eingegliedert werden. Ferner wird der Raum für den Kühler immer beschränkter, so daß seine Größe verringert werden muß. Alle diese Umstände führen zu der Forderung, daß der Thermostat wesentlich genauer arbeiten muß als bisher, um den Kühlkreislauf einwandfrei zu regeln. Bereits verhältnismäßig kleine Temperaturabweichungen, die durch die Ungenauigkeit des Thermostaten bedingt sind, können den Druck im Kühlkreislauf gefahrbringend erhöhen oder den Kühlkreislauf und den Lufterhitzer unwirksam machen.

Dieses Problem ist bei den bisher bekannten Thermostaten mit Wachsfüllung nicht berücksichtigt worden, sie arbeiten, wie bereits erwähnt, mit einem Temperaturbereich, der die erwähnten Gefahren nicht ausschließen kann.

Durch die Erfindung wird eine Füllmasse für das Kraftelement vorgeschlagen, deren Zustandsänderung innerhalb eines äußerst eng begrenzten Temperaturbereiches erfolgt, der zur Erfüllung des angestrebten Zwecks noch zulässig ist.

Die Mischung nach der Erfindung besteht aus 63,3 Gewichtsprozent mikrokristallinem Wachs, 3,3 Gewichtsprozent Trikresylphosphat und 33,4 Gewichtsprozent feinverteiltem Aluminiumpulver.

Ein mikrokristallines Wachs ist ein Wachs, das durch Destillieren eines Öles und Raffinieren durch Molekulardestillation und Lösungsmittelextraktion gewonen wird, wobei das Destillieren und Raffinieren so geführt sind/ daß das erzeugte Wachs innerhalb eines engen Temperaturbereichs schmilzt und sich ausdehnt.

Das Aluminiumpulver setzt sich bei geschmolzenem Zustand der Elementfüllung an den Wandteilen des Elementgehäuses ab, es wird jedoch im Anfangsstadium der Erstarrung in der gesamten Elementfüllung verteilt und verbleibt bei deren vollständiger Erstarrung gleichmäßig dispergiert.

Kraftelement für auf Wärmeschwankungen ansprechende Regeleinrichtungen

Anmelder:

General Motors Corporation,
Detroit, Mich. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. E. Vorwerk

und Dipl.-Ing. K. Walther, Patentanwälte,

Berlin-Charlottenburg 9, Bolivarallee 9

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 7. November 1952

Howard Fisher May, Medina, N. Y. (V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden

Der Erläuterung der Erfindung dient die Zeichnung. In dieser ist

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Ansicht eines auf Wärmeschwankungen ansprechenden Kraftelements gemäß der Erfindung,

Fig. 2 der wesentliche Teil der Fig. 1 in einem anderen Zustand und

Fig. 3 der in Fig. 2 dargestellte Teil in einem dritten Zustand.

In der Zeichnung ist ein auf Wärmeschwankungen ansprechendes und sich hierbei ausdehnendes Kraftelement 1 dargestellt, das in dem Behälter 2 einer Regelvorrichtung 3 angeordnet ist. Oberhalb des Behälters 2 befindet sich ein Zylinder 2' mit einem Ringflansch 4. Zwischen dem Flansch 4 und einem Flansch 6 am oberen Ende des Behälters 2 ist eine Membran 5 mittels eines dichtenden Spannringes 7 eingeklemmt.

Die Membran 5 hat in der Mitte einen kolbenartig ausgebildeten Ansatz 8, der in dem Zylinder 2' gleitet. Der kolbenartige Ansatz 8 wirkt auf einen im Zylinder 2' angeordneten Kolben 9 ein, der mit einer Ventilklappe 10 verbunden ist. Ein Schraubenfedernpaar 11 ist einerseits an der Ventilklappe 10, andererseits an einem festen Stützgehäuse 12 angebracht und dient

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zur Rückführung der Teile in die Ausgangsstellung miniumpulver wird der Masse zugesetzt, wenn sich

während der Kontraktion des Kraftelements. diese im geschmolzenen Zustand befindet.

Das Kraftelement 1 enthält eine sich bei Wärme- Bei erstarrtem, zusammengezogenem Zustand der Schwankungen in geeigneter Weise ausdehnende bzw. Elementfüllung 1 ergibt sich die in Fig. 1 gezeigte zusammenziehende Substanz, die aus 63,3 Gewichts- 5 Stellung, wobei die mit M bezeichneten Metallpartiprozent mikrokristallinem Wachs, 3,3 Gewichtspro- kein gleichmäßig in der gesamten Füllmasse verteilt zent Trikresylphosphat und 33,4 Gewichtsprozent sind. Wenn die Temperatur genügend hoch gestiegen feinverteiltem Aluminiumpulver, -besteht. Das mikro- und das Element zu einer Flüssigkeit geschmolzen ist, kristalline Wachs wird durch Destillation bestimmter setzen sich die Metallpartikeln M am Boden und längs Ölarten erhalten und zur Erreichung günstigster Be- io der Seitenwände des Behälters 2 ab, da die Lösung dingungen darüber hinaus durch Molekulardestillation von Wachs und Trikresylphosphat bei Erhitzung zu und Lösungsmittelextraktion raffiniert. Bei der De- einer relativ leicht beweglichen Flüssigkeit schmilzt, stillation wird eine derartige Fraktion ausgewählt, so daß selbst bei Verwendung schuppiger Aluminiumdie sich nur in dem gewünschten Temperaturbereich partikeln deren Gewicht ausreicht, um sie auf den im wesentlichen Maße ausdehnt. Die Untersuchungen 15 Boden des Behälters sinken zu lassen. Die Partikeln haben gezeigt, daß auf diese Weise Wachse erhalten in den äußeren wandnahen Schichten der Elementwerden können, die sich in verschiedenen vorbestimm- füllung bleiben infolge der Wandwirkung immer im ten Temperaturbereichen ausdehnen. wesentlichen in Ruhe. Beim Absinken der Temperatur Bei einem Thermostat zum Gebrauch für Flüssig- unter die Schalttemperatur kühlt sich die Elementkeitskühlsysteme für Maschinen ist es wünschenswert, 20 füllung natürlich zuerst in den Wandbereichen am daß sich das Wachs nur in einem engen Temperatur- Behälter 2 ab, wodurch eine Kontraktion der EIebereich in der Nähe der Solltemperatur ausdehnt, mentfüllung eintritt. Die Federn 11 drücken nun über beispielsweise bei etwa 70^fod!er aber bei etwa 80° C, je den Kolben 9 den kolbenartigen Ansatz 8 abwärts, nach den Erfordernissen hinsichtlich der Temperatur Hierdurch entsteht in den noch geschmolzenen inneren der Maschine. Wenn die Schalttemperatur des 25 Bereichen der Elementfüllung Turbulenz, wie das Thermostaten 70° C betragen soll, wird ein Wachs durch die Pfeile in Fig. 3 angedeutet ist, so daß die der entsprechenden Sorte verwendet; die Versuche abgesetzten Partikeln aufgewirbelt und schließlich haben gezeigt, daß eine Elementfüllung unter Vervven- über die gesamte Füllmasse verteilt werden. Infolge dung eines derartigen Wachses im wesentlichen bis zu der anfänglichen Wandnähe der abgesetzten Partikeln Temperaturen knapp oberhalb 70° C fest bleibt. Bei 30 und ihrer guten Wärmeleitfähigkeit haben sich diese Überschreitung dieser Temperatur tritt schnelles bereits stärker abgekühlt als das Innere der Element-Schmelzen der Substanz ein, und zwar unter erheb- füllung, so daß ihre Dispergierung über die gesamte Ii eher Ausdehnung. . Füllmasse zu einer schnellen Abkühlung, auch der

Die Elementfüllung wirkt dadurch auf den kolben- inneren Teile der Elementfüllung, führt, artigen Ansatz 8 und den Kolben 9 ein, der wiederum 35 In der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsdas Ventil oder einen anderen zu steuernden Teil in form einer auf Wärmeschwankungen ansprechenden die Offenstellung führt. Die Ausdehnung der Element- Vorrichtung wird die Ursache der Füllmassenströfüllung setzt sich im wesentlichen nur bis zur Erhö- mung erläutert. Der Zylinder 2' mit Kolben 9 bildet hung der Temperatur auf wenig über 70° C fort, bei die einzige bewegliche Begrenzung der Elementder im wesentlichen die volle Volumenausdehnung 40 füllung, so daß deren zuerst in den Wandbereichen erreicht ist. Sollte die Temperatur danach weiterhin schmelzende Anteile die noch fest verbliebene Subansteigen, so tritt keine wesentliche Ausdehnung der stanz und damit Membran und Kolben nach außen Elementfüllung mehr ein. Der Übergang der Element- schieben. Im Gleichgewichtszustand ist das Wachs füllung vom festen zum flüssigen Zustand geschieht in vollständig geschmolzen, und das Metall setzt sich einem sehr eng begrenzten, festliegenden Temperatur- 45 am Boden des Behälters ab (Fig. 2). Beim rückläufigen bereich. Eine derartige Füllung arbeitet daher im Überschreiten der Schalttemperatur, bei der sich das hohen Grade zuverlässig und stellt die Betätigung Ventil wieder schließt, erstarren die äußeren Schichder Steuerventile des Kühlsystems bei den erforder- ten der geschmolzenen Elementfüllung. Infolge der liehen Temperaturen sicher. Nach öffnung des Steuer- Verzögerung der Wärmeableitung bleibt die Masse ventile bei der vorbestimmten Temperatur kann das 50 in den inneren Bereichen weiterhin flüssig; sie wird Kühlmittel durch die angeschlossene Kühlvorrichtung durch den Druck der Federn 11 bei der Kontraktion laufen, so daß der Kühlkreis auf der gewünschten der Elementfüllung in die erstarrenden Grenzschich-Temperatur gehalten wird. Wenn die Temperatur die ten eingepreßt. Dieser Vorgang bewirkt die durch die Schalttemperatur der Vorrichtung unterschreitet, er- Pfeile in Fig. 3 angedeutete Turbulenz oder Rührstarrt die Elementfüllung unter Kontraktion, und die 55 wirkung, so daß die Partikeln, die sich im Zeit-Federn 11 schließen das Ventil (Stellung wie in abschnitt der vollständig geschmolzenen Element-Fig. 1). Bei erneuter Steigerung der Temperatur füllung abgesetzt hatten, in der gesamten Masse verüber die Schalttemperatur wird das Ventil erneut teilt werden. Die vollständige Erstarrung des EIegeöffnet, und der gerade beschriebene Arbeitskreis- ments friert die Partikeln in diesem verteilten Zulauf wiederholt sich. _6o stand ein.

Kristalline Wachse sind gewöhnlich hart und kör- Bei Verwendung der oben beschriebenen Bestand-

nig, so daß als Weichmacher Trikresylphosphat zu- teile werden die Metallpartikeln nicht durch Rei-

gesetzt wird, das mit dem Wachs eine Lösung bildet bungs- oder Adhäsionskräfte dauernd in Suspension

und. der Mischung erhöhte Plastizität und Geschmei- gehalten, sondern sie setzen sich, wie in Fig. 2 ge-

digkeit verleiht. Um einen schnellen Wärmedurch- 65 zeigt, ab, wenn das Element schmilzt. Wenn sich das

gang durch die Elementfüllung 1 zu gewährleisten, Ventil infolge Unterschreiten der Schalttemperatur

wird das Aluminiumpulver zugesetzt. Am zweck- schließt, pflanzt sich die Temperatursenkung daher

mäßigsten sind die Partikeln des Pulvers von schuppi- schnell auf die in den Randschichten abgelagerten

ger Struktur, weisen also im Verhältnis zu ihrer Partikeln fort und, wenn infolge der Abwärts-

Stärke eine relativ große Oberfläche auf. Das Alu- 70 bewegung des kolbenartigen Ansatzes 8 der Rühr-

oder Mischeffekt eintritt, werden diese gewissermaßen unterkühlten Partikeln in der gesamten Masse verteilt und bewirken deren schnelle Abkühlung. Infolge dieses Verhaltens kann eine schnelle Kühlung und Erstarrung der Elementfüllung auch bei Verwendung einer relativ kleinen Metallpulvermenge erreicht werden.

Wenn die Elementfüllung vom festen in den flüssigen Aggregatzustand übergeht, dehnt sie sich erheblich aus und überträgt infolge ihres dichten Ein-Schlusses in dem festen Behälter 2 eine große Kraftwirkung auf die Kolben 8 und 9, so daß eine Öffnung des Ventils gewährleistet ist, auch in Systemen, in denen die Ventile unter relativ hohem Druck stehen. Da die Elementfüllung bei der vorbestimmten gewünschten Temperatur unter allen Umständen schmilzt, ist eine Öffnung des angefügten Ventils bei dieser Temperatur gewährleistet.

Claims (1)

1. .Patent ans pruch:

   Kraftelement für auf Wärmeschwankungen ansprechende Regeleinrichtungen für den Kühlkreislauf von Brennkraftmaschinen mit einer Füllmasse aus Wachs und Metallteilchen, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung der Füllmasse: 63,3 Gewichtsprozent mikrokristallines Wachs, 3,3 Gewichtsprozent Trikresylphosphat, 33,4 Gewichtsprozent feinverteiltes Aluminiumpulver.

   In Betracht gezogene Druckschriften:

   Deutsche Patentschrift Nr. 601 173;

   österreichische Patentschriften Nr. 123 343,
   486;

   französische Patentschriften Nr. 912 076,
   645;

   britische Patentschrift Nr. 621261;

   USA.-Patentschrift Nr. 2 259 846.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   © 709 908/233 2.