DE112013005756B4

DE112013005756B4 - Thermoelement und Thermoventil mit einem Thermoelement

Info

Publication number: DE112013005756B4
Application number: DE112013005756.5T
Authority: DE
Inventors: Yoshihiro Fukano; Takayuki Murai; Hikaru Tsuyuki
Original assignee: SMC Corp
Current assignee: SMC Corp
Priority date: 2013-10-31
Filing date: 2013-10-31
Publication date: 2023-05-25
Anticipated expiration: 2033-11-01
Also published as: TW201516296A; US20150316165A1; CN104919235B; JPWO2015063922A1; TWI545283B; JP5505849B1; KR20150089084A; KR101640178B1; DE112013005756T5; US9400062B2; WO2015063922A1; CN104919235A

Abstract

Ein Thermoelement (10a bis 10e) mit:einem Gehäuse (14a bis 14e);einer Befestigung (12a bis 12e), die integral mit dem Gehäuse (14a bis 14e) ausgebildet und an einem Objekt angebracht ist;einer Welle (44a bis 44e), die verschiebbar in einem Inneren des Gehäuses (14a bis 14e) angeordnet ist, wobei ihr eines Ende von der Befestigung (12a bis 12e) zu einer Umgebung exponiert ist;einem temperaturempfindlichen Medium (70a bis 70e), das in dem Inneren des Gehäuses (14a bis 14e) eingeschlossen ist und das sich in Reaktion auf eine Änderung der Umgebungstemperatur, welche das Gehäuse (14a bis 14e) umgibt, ausdehnt und zusammenzieht; undeinem Dichtelement (42a, 42d, 42e, 82b, 82c), welches die Welle (44a bis 44e) bei einer Ausdehnung des temperaturempfindlichen Mediums (70a bis 70e) zu einer Seite des Gehäuses (14a bis 14e) zieht,dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (42a, 42d, 42e, 82b, 82c) mit einem anderen Ende der Welle (44a bis 44e) in Eingriff tritt, und die Welle (44a bis 44e) durch eine Biegung des Dichtelements (42a, 42d, 42e, 82b, 82c) entsprechend der Ausdehnung des temperaturempfindlichen Mediums (70a bis 70e) in das Gehäuse (14a bis 14e) gezogen wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Thermoelement und ein Thermoventil mit einem Thermoelement und insbesondere bezieht sie sich auf ein Thermoelement und ein Thermoventil mit dem Thermoelement, bei dem sich ein Verschiebungsmittel bei der Kontraktion und dem Ausdehnen eines temperatur- oder wärmeempfindlichen (thermosensitiven) Mediums vorwärts und rückwärts bewegt.
Stand der Technik
Bisher wurden ein Thermoelement zur Verschiebung eines Verschiebungsmittels, beispielsweise einer Welle, und ein Thermoventil, in welches das Thermoelement integriert ist, vorgeschlagen, wobei der Fokus auf einer Ausdehnung eines temperaturempfindlichen Fluids liegt, die durch einen Anstieg der Umgebungstemperatur bewirkt wird.
In der japanischen veröffentlichten Patentschrift Nr. JP H07- 6 675 A wird eine Erfindung beschrieben, die als ein „Verstärkungsblocksystem mit Wachsthermostat“ bezeichnet ist. Gemäß der Offenbarung der japanischen veröffentlichten Patentschrift Nr. JP H07- 6 675 A wird eine Gestaltung gezeigt, bei welcher ein Wachs 2, das in einem temperaturerfassenden Element 1 eingeschlossen ist, sich bei einer Steigerung der Umgebungstemperatur ausdehnt, wodurch sich eine Membran 3 biegt und nach oben ansteigt. Hierdurch steigt festes Teilchenmaterial 18, das in einem Verstärkungsraum 16 aufgenommen ist, an und wird verschoben, um dadurch einen Kolben 5 zu verschieben.
Eine als „Thermostellglied“ bezeichnete Erfindung ist in der japanischen veröffentlichten Patentschrift Nr. JP H09- 89 153 A beschrieben. Bei einem solchen „Thermostellglied“ füllt ein Wachs 11 einen Raum zwischen einer Gummidichtungsspule 5 und einem temperaturempfindlichen Zylinder 9. In einem Zustand, in dem der temperaturempfindliche Zylinder 9 gekühlt wird, schrumpft das Wachs 11 bei seiner Verfestigung, und da die durch das Wachs 11 eingenommene Fläche verringert wird, wird ein gerades Gummidichtungsrohr 3 durch eine Federlast gepresst und in einer balgartigen Form komprimiert, wodurch eine Stange 2 tief in die Gummidichtungsspule 7 gepresst wird, um eine Ursprungsposition anzunehmen. Wenn der temperaturempfindliche Zylinder 9 eine festgelegte Temperatur erreicht, was mit einer Steigerung der Umgebungstemperatur verbunden ist, dehnt sich das Wachs 11 in dem temperaturempfindlichen Zylinder 9 aus und dessen Druck steigt, so dass die Dichtspule 5 abgeflacht wird, die Stange 2 nach oben gedrückt wird und dadurch der Balg 3 ansteigt und zu der Form eines geraden Rohres zurückgeführt wird.
Eine als ein „Thermoventil“ bezeichnete Erfindung ist in der japanischen veröffentlichten Patentschrift Nr. JP 2005 - 180 461 A beschrieben. Bei dieser Erfindung wird ein Thermoventil 4 in einer Axialrichtung eines Schmieröleinlasses 1 eingesetzt und angeordnet. Wenn das Schmieröl, das durch den Schmieröleinlass 1 strömt, auf eine festgelegte Temperatur steigt, dehnt sich ein thermisch betätigtes Element 6a innerhalb des Thermoelements 6 des Thermoventils 4 aus, wodurch eine Stange 6b herausgedrückt wird und einen Ventilstopfen nach unten drückt, und das Schmieröl von einem Schmierölauslass 2 in einen Ölkühler strömen kann.
Aus der Veröffentlichung DE 21 52 588 A ist eine Ventilanordnung mit einem temperaturabhängigen Ventil nach dem Oberbegriff des Anspruch 1 beziehungsweise 4 bekannt. Dieses Ventil reguliert sich durch einen temperaturempfindlichen Pfropfen aus einem elastomeren Material, welcher sich bei einer Temperaturänderung ausdehnt (expandiert) oder zusammenzieht (kontrahiert). Dabei wirkt ein federndes Element dem expandierenden elastomeren Material entgegen. Durch die Expansion des Pfropfens wird der Kolben herausgeschoben. Bei einer Kontraktion des Pfropfens wird der Kolben durch die Feder zurückgedrückt.
Zusammenfassung der Erfindung
Das Verstärkungsblocksystem mit Wachsthermostat, das in der japanischen veröffentlichten Patentschrift Nr. JP H07- 6 675 A beschrieben ist, weist eine Gestaltung auf, bei der ein Kolben 5 durch die Ausdehnung des Wachses 2 aus einem Kolbenhalter 10 so verschoben wird, dass er nach außen vorsteht. Wenn die Temperatur des Wachses 11, das in dem temperaturempfindlichen Zylinder 9 aufgenommen ist, auf eine festgelegte Temperatur ansteigt, wird außerdem auch bei dem Thermostellglied gemäß der veröffentlichten japanischen Patentschrift Nr. JP H09- 89 153 A bewirkt, dass die Stange 2 aus dem temperaturempfindlichen Zylinder 9 vorsteht.
Außerdem weist das Thermoventil gemäß der veröffentlichten japanischen Patentschrift Nr. JP 2005 - 180 461 A eine Gestaltung auf, bei der die Stange 6b verlängert wird und aus dem Thermoelement 6 vorsteht, wenn das thermisch betätigte Element 6a des Thermoelements 6 eine festgelegte Temperatur erfasst.
Im Einzelnen wird bei allen Erfindungen gemäß der veröffentlichten japanischen Patentschrift Nr. JP H07- 6 675 A der veröffentlichten japanischen Patentschrift Nr. JP H09- 89 153 A und der veröffentlichten japanischen Patentschrift Nr. JP 2005 - 180 461 A durch Nutzung der Tatsache, dass das Fluid sich bei einer Steigerung der Umgebungstemperatur thermisch ausdehnt, eine Stange oder eine Welle dazu gebracht, nach außen vorzustehen, um dadurch eine gewünschte Funktion zu erreichen.
Es ergibt sich aus den obigen Aktionen aber, dass die oben beschriebenen Thermoelemente jeweils nach außen pressen und insbesondere von einer Art sind, bei welcher eine Stange oder eine Welle bei einem Anstieg der Umgebungstemperatur nach außen gepresst wird. Obwohl es möglich ist, eine gewünschte Operation verbunden mit einer Vorwärtsbewegung der Stange oder der Welle durchzuführen, ist es dementsprechend durch die Montage dieser Art von Thermoelement an einer anderen Vorrichtung andererseits ein Nachteil, dass die Gegenwart der vorstehenden Stange oder dergleichen Probleme bewirkt.
Wenn beispielsweise diese Art von Thermoelement an einer Ventilvorrichtung angebracht wird, die einem Fluiddurchgang zugewandt ist, wird der Aufbau im Inneren der Ventilvorrichtung komplex, und durch die Vorwärtsbewegung der Stange tritt der Nachteil auf, dass die Durchtrittsfläche des Fluids, das durch den Fluiddurchgang strömt, verkleinert wird, weil das Ende der Stange in den Fluiddurchgang vorsteht. Dadurch wird die gleichmäßige Strömung des Fluids behindert.
Da das Ende der Stange oder dergleichen in das Innere des fließenden Fluids vorsteht, kommt es außerdem zum Angriff durch Fremdstoffe (Einbeißen), so dass der Ventilaufbau robuster ausgestaltet werden muss und es sich nicht vermeiden lässt, dass seine Größe ansteigt. Verbunden hiermit ist eine Steigerung der Herstellungskosten unvermeidbar.
Die vorliegende Erfindung wurde mit dem Ziel gemacht, die verschiedenen oben beschriebenen Nachteile zu vermeiden, und hat die Aufgabe, ein Thermoelement und ein Thermoventil, in welches ein solches Thermoelement integriert ist, zu schaffen, bei dem mit einem einfachen Aufbau des Thermoelements die Vorwärts- und Rückwärtsbewegung einer Stange oder einer Welle, die einen Teil des Thermoelements bildet, zuverlässig durchgeführt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Die vorliegende Erfindung umfasst ein Gehäuse, eine integral mit dem Gehäuse ausgebildete Befestigung, die an einem Objekt angebracht ist, eine verschiebbar in einem Inneren des Gehäuses angeordnete Welle, wobei deren eines Ende von der Befestigung nach außen zur Umgebung freiliegt, ein temperaturempfindliches Medium, das in dem Inneren des Gehäuses eingeschlossen ist und das sich in Reaktion auf eine Änderung der Umgebungstemperatur, welche das Gehäuse umgibt, ausdehnt (expandiert) und zusammenzieht (kontrahiert), und ein Dichtelement, welches die Welle zu einer Seite des Gehäuses zieht, wenn sich das temperaturempfindliche Medium ausdehnt.
Wenn die Umgebungstemperatur den festgelegten Wert erreicht, dehnt sich gemäß der vorliegenden Erfindung das temperaturempfindliche Medium aus und die Welle wird über das Dichtelement zu der Seite des Gehäuses gezogen. Dementsprechend kann eine Steuerung zum Transportieren von Werkstücken oder zum Unterbrechen der Strömung eines Fluids einfach durchgeführt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung greift außerdem das Dichtelement an einem anderen Ende der Welle an, und die Welle wird durch Biegen des Dichtelements in Reaktion auf die Expansion des temperaturempfindlichen Mediums in das Gehäuse gezogen.
Mit einem einfachen Aufbau kann somit eine Vorwärts- und Rückwärtsbewegung der Welle zuverlässig durchgeführt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist außerdem eine sich verjüngende oder konische Fläche, deren Durchmesser zu dem anderen Ende hin zunimmt, vorzugsweise an einer Seite des anderen Endes der Welle ausgebildet. Außerdem kann ein Teil des Dichtelements in Kontakt mit der konischen Fläche stehen, so dass bei einer Expansion des temperaturempfindlichen Mediums der Abschnitt des Dichtelements vorzugsweise gegen die konische Fläche der Welle gepresst wird, wodurch die Welle zu der Seite des anderen Endes verschoben wird. Somit kann zu der Zeit, wenn sich das temperaturempfindliche Medium ausdehnt, die konische Fläche, die an der Seite des anderen Endes der Welle vorgesehen ist, zuverlässig die Verschiebung der Welle durch das Dichtelement bewirken.
Die vorliegende Erfindung wird außerdem durch ein Thermoventil mit den Merkmalen des Anspruchs 4 gekennzeichnet, das aus einem Thermoelement und einem Ventilgrundkörper, in welchem das Thermoelement aufgenommen ist, gebildet wird. In diesem Fall umfasst das Thermoelement ein Gehäuse, eine Befestigung, die integral mit dem Gehäuse ausgebildet und an einem Objekt angebracht ist, eine Welle, die verschiebbar in einem Inneren des Gehäuses angeordnet ist, wobei ihr eines Ende von der Befestigung zu einer Umgebung freiliegt, ein temperaturempfindliches Medium, das im Inneren des Gehäuses eingeschlossen ist und das sich in Reaktion auf eine Änderung der Umgebungstemperatur, welche das Gehäuse umgibt, ausdehnt und zusammenzieht, und ein Dichtelement, welches die Welle bei einer Ausdehnung des temperaturempfindlichen Mediums zu einer Seite des Gehäuses zieht. Andererseits umfasst der Ventilgrundkörper einen Körper, in dem ein Einlassanschluss ausgebildet ist, in welchen ein Fluid eingeführt wird, und ein Auslassanschluss, durch welchen das Fluid abgeführt wird, ein Sitzelement, das zwischen dem Einlassanschluss und dem Auslassanschluss vorgesehen ist, und einen Ventilstopfen, welcher gegen das Sitzelement presst und sich von diesem trennt. Ein Ende der Welle des Thermoelements ist mit dem Ventilstopfen verbunden, so dass bei einer Ausdehnung des temperaturempfindlichen Mediums das Dichtelement die Welle zieht, wodurch der Ventilstopfen von dem Sitzelement getrennt wird und eine Verbindung zwischen dem Einlassanschluss und dem Auslassanschluss erlaubt.
Wenn sich das temperaturempfindliche Fluid ausdehnt, wird die Welle des Thermoelements nach innen gezogen, wodurch der Ventilstopfen, der normalerweise geschlossen ist, sich von dem Sitzelement trennt. Daher kann in einem Zustand, in dem kein Hindernis vorliegt, d. h. in dem die Fläche des Fluiddurchgangs nicht verringert ist, das Fluid frei zwischen dem Einlassanschluss und dem Auslassanschluss durchtreten und es tritt kein Einbeißen von Fremdmaterial auf. Ohne die Größe des Ventils selbst zu erhöhen, kann somit die Strömungsblockade einer gewünschten Menge des Fluids erreicht werden.
Es versteht sich, dass das oben beschriebene Thermoventil ein direkt wirkendes Thermoventil oder ein vorgesteuertes Thermoventil sein kann.
Wenn bei dem Thermoelement gemäß der vorliegenden Erfindung die Umgebungstemperatur den festgelegten Wert erreicht, dehnt sich das temperaturempfindliche Medium aus und die Welle wird zu der Seite des Gehäuses gezogen. Dementsprechend kann eine Steuerung zum Transportieren von Werkstücken oder eine Durchflusssteuerung für ein Fluid einfach und zuverlässig in Reaktion auf eine Änderung der Temperatur durchgeführt werden.
Bei dem Thermoventil, in welches gemäß der vorliegenden Erfindung ein Thermoelement integriert ist, werden außerdem durch Ausdehnen und Zusammenziehen des temperaturempfindlichen Mediums Vorwärts- und Rückwärtsbewegungen der Welle des Thermoelements durchgeführt. Verbunden hiermit öffnet und schließt der Ventilstopfen den Fluiddurchgang. Da ein Vorgang zum Ziehen der Welle durch Ausdehnen des temperaturempfindlichen Mediums erreicht wird, kann insbesondere eine Fluidströmung ohne eine Verringerung der Fläche des Strömungsdurchgangs erreicht werden, und das Einbeißen von Fremdstoffen tritt nicht auf. Dementsprechend wird ein Effekt erreicht, bei dem ohne Vergrößerung der Größe des Ventils selbst eine Strömungsblockade einer bestimmten Menge des Fluides durchgeführt werden kann.
Figurenliste

1A ist ein vertikaler Schnitt, der einen ausgefahrenen oder ausgedehnten Zustand einer Welle eines Thermoelements gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
1B ist ein vertikaler Schnitt, der einen zusammengezogenen oder eingefahrenen Zustand der Welle zeigt;
2A ist ein vertikaler Schnitt, der einen ausgefahrenen oder ausgedehnten Zustand einer Welle eines Thermoelements gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2B ist ein vertikaler Schnitt, der einen zusammengezogenen oder eingefahrenen Zustand der Welle zeigt;
3A ist ein vertikaler Schnitt, der einen ausgedehnten oder ausgefahrenen Zustand einer Welle eines Thermoelements gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
3B ist ein vertikaler Schnitt, der einen zusammengezogenen oder eingefahrenen Zustand der Welle zeigt;
4A ist ein vertikaler Schnitt, der einen ausgefahrenen oder ausgedehnten Zustand einer Welle eines Thermoelements gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
4B ist ein vertikaler Schnitt, der einen zusammengezogenen oder eingefahrenen Zustand der Welle zeigt;
5A ist ein vertikaler Schnitt, der einen ausgedehnten oder ausgefahrenen Zustand einer Welle eines Thermoelements gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
5B ist ein vertikaler Schnitt, der einen zusammengezogenen oder eingefahrenen Zustand der Welle zeigt;
6 ist ein vertikaler Schnitt, der eine erste Ausführungsform eines Thermoventils, in welches ein Thermoelement gemäß der vorliegenden Erfindung integriert ist und bei dem ein Ventilstopfen in einem geschlossenen Zustand ist, zeigt;
7 ist ein vertikaler Schnitt, der einen Zustand zeigt, in welchem der Ventilstopfen des Thermoventils gemäß 6 geöffnet ist;
8 ist ein vertikaler Schnitt, der eine zweite Ausführungsform eines Thermoventils zeigt, in welches ein Thermoelement gemäß der vorliegenden Erfindung integriert ist und in welchem ein Ventilstopfen in einem geschlossenen Zustand ist; und
9 ist ein vertikaler Schnitt, der einen Zustand zeigt, in welchem der Ventilstopfen des Thermoventils gemäß 8 geöffnet ist.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Eine bevorzugte Ausführungsform eines Thermoelements gemäß der vorliegenden Erfindung und ein Thermoventil, in welches das Thermoelement integriert ist, werden nachfolgend mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen im Detail beschrieben.
Zunächst werden verschiedene Ausführungsformen präsentiert und im Detail mit Bezug auf Grundgestaltungen des Thermoelements beschrieben.
Die 1A und 1B zeigen eine erste Ausführungsform des Thermoelements gemäß der vorliegenden Erfindung. Bei den unten beschriebenen Ausführungsformen werden die gleichen Bezugszeichen dazu verwendet, Elemente zu bezeichnen, die den gleichen Aufbau haben oder die ähnliche Funktionen übernehmen, wobei lateinische Buchstaben a-e diesen Zahlen für jede der entsprechenden Ausführungsformen hinzugefügt werden. Dementsprechend wird bei allen diesen Ausführungsformen für diejenigen Aufbauelemente, die mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden, davon ausgegangen, dass sie die gleichen Funktionen übernehmen, und die detaillierte Beschreibung dieser Merkmale wird nicht wiederholt.
In den 1A und 1B bezeichnet das Bezugszeichen 10a ein Thermoelement gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Thermoelement 10a umfasst eine Befestigung 12a aus Metall, die an einem Objekt (nicht dargestellt) angebracht ist, und ein Gehäuse 14a aus Metall, dessen unteres Ende umgebogen und an der Befestigung 12a befestigt ist und das eine hohe Thermosensitivität (Temperaturempfindlichkeit) aufweist. Um die Befestigung 12a ist ein Außengewinde 16a eingeschnitten und in der Befestigung 12a ist entlang deren Achse eine Durchgangsöffnung 18a ausgebildet. Die Durchgangsöffnung 18a erweitert ihren Durchmesser an einer oberen Endseite, wobei in ihr eine Ringnut 20a ausgebildet ist. Wie in der Zeichnung gezeigt ist, ist der Durchmesser des oberen Endes oberhalb des Außengewindes 16a erweitert, wodurch ein Flansch 22a gebildet wird. Ein Führungselement 24a zur Gewährleistung eines gleichmäßigen Betriebes einer später beschriebenen Welle ist in die Ringnut 20a eingesetzt.
Das Gehäuse 14a besteht aus einem zylindrischen Körper und ist, wie dargestellt, an seinem unteren Ende dünnwandig, wobei das untere Ende von einer Außenseite auf den Flansch 22a der Befestigung 12a aufgesetzt und durch Umbiegen daran befestigt ist. Eine Ringnut 28a ist in der Nähe des unteren Endes des Gehäuses 14a ausgebildet. Eine andere Ringnut 30a ist in der Nähe des oberen Ende des Gehäuses 14a ausgebildet. Eine weitere Ringnut 32a, welche mit dem oberen Teil der Ringnut 30a verbunden ist und einen etwas größeren Durchmesser aufweist als die Ringnut 30a, ist in dem Gehäuse 14a vorgesehen.
Wie sich aus den 1A und 1B ergibt, ist ein erstes Dichtelement 40a, in dessen Zentrum eine Durchgangsöffnung ausgebildet ist, in der Ringnut 28a angebracht. Ein zweites Dichtelement 42a, in dessen Zentrum eine Durchgangsöffnung ausgebildet ist, ist in der Ringnut 30a angebracht. Das erste Dichtelement 40a und das zweite Dichtelement 42a bestehen aus einem flexiblen Material, wie synthetischem Gummi oder dergleichen. Eine Welle 44a ist durch das Gehäuse 14a in Verbindung mit dem ersten Dichtelement 40a und dem zweiten Dichtelement 42a eingesetzt. Wie in den 1A und 1B gezeigt ist, ist das untere Ende der Welle 44a in die Durchgangsöffnung 18a eingesetzt, und das erste Dichtelement 40a ist in eine Ringnut 46a eingesetzt, die unter einem zentralen Bereich der Welle 44 mit Hilfe deren Durchgangsöffnung eingesetzt ist. Außerdem ist das zweite Dichtelement 42a in eine Ringnut 48a eingesetzt, die an einer oberen Endseite der Welle 44a mit Hilfe deren Durchgangsöffnung eingesetzt ist. Außerdem ist ein metallischer ringförmiger Stopper 52a in eine Ringnut 50a eingesetzt, die an der Welle 44a an einer Stelle oberhalb der Ringnut 48a vorgesehen ist.
In den 1A und 1B bezeichnet das Bezugszeichen 54a einen Flansch, der verhindert, dass das zweite Dichtelement 42a und der Stopper 52a sich von der Welle 44a entfernen.
Als nächstes wird eine Kappe 60a, die aus Metall besteht, in die Ringnut 32a eingesetzt. Wie sich aus den 1A und 1B ergibt, berührt die Kappe 60a die äußere Umfangsfläche des Stoppers 52a, wobei sie auf die obere Fläche des zweiten Dichtelements 42a, das in der Ringnut 30a sitzt, nach unten presst. Der Flansch 54a ist innerhalb des durch die Kappe 60a und den Stopper 52a gebildeten Raumes angeordnet. Ein oberes Ende des Gehäuses 14a ist nach innen umgebogen, wobei es eine konische Fläche 62a, die an einer oberen Ecke der Kappe 60a ausgebildet ist, umgibt, um dadurch die Kappe 60a festzuhalten.
Bei einer solchen Gestaltung füllt vor dem Anbringen des zweiten Dichtelements 42a in der Ringnut 30a ein Fluid, beispielsweise ein Wachs 70a, das aus einem temperaturempfindlichen Material besteht und sich bei einer Steigerung der Umgebungstemperatur ausdehnt und zusammenziehen kann, einen ring- oder torusförmigen Raum, der durch das Gehäuse 14a und die Welle 44a gebildet wird, oder lädt diesen auf. Insbesondere ist das Wachs 70a vorzugsweise ein temperaturempfindliches Material, das bei einem Aufheizen eine starke thermische Ausdehnung zeigt.
Das Thermoelement 10a gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist im Wesentlichen wie oben beschrieben aufgebaut. Nachfolgend werden Betriebsweisen und Wirkungen des Thermoelements 10a erläutert.
Zunächst ist in 1A ein Zustand gezeigt, bei dem bei Normaltemperatur ein distales Ende 72a der Welle 44a von dem unteren Ende der Durchgangsöffnung 18a zu der Umgebung freiliegt, und ein zentraler Abschnitt des ersten Dichtelements 40a ist nach unten gebogen. Andererseits bleibt das zweite Dichtelement 42a in einem flachen Zustand. In einem solchen Ursprungszustand liegt ein Werkstück 74a, das von einem nicht dargestellten Förderer in der Richtung des Pfeils transportiert wird, an dem distalen Ende 72a an. Dadurch verhindert das distale Ende 72a der Welle 44a eine weitere Bewegung des Werkstücks 74a.
Wenn die Umgebungstemperatur über einen festgelegten Wert ansteigt, dehnt sich das Wachs 70a, das aus einem temperaturempfindlichen Material besteht, aus und schließlich wird das zweite Dichtelement 42a durch das Wachs 70a nach oben gepresst. Gleichzeitig hiermit steigt die Welle 44a, mit welcher das zweite Dichtelement in Eingriff steht, entlang des Führungselements 24a nach oben, so dass schließlich der Flansch 54a die Deckfläche der Kappe 60a erreicht und eine weitere Aufwärtsbewegung des Flansches verhindert wird. Verbunden mit der Aufwärtsbewegung der Welle 44a werden das erste Dichtelement 40a und das zweite Dichtelement 42a nach oben gebogen, wie es in 1B gezeigt ist. Hierbei wird das distale Ende 72a der Welle 44a in natürlicher Weise aus dem Eingriff mit dem Werkstück 74a freigegeben. Angenommen, dass der Fördervorgang des nicht dargestellten Förderers weitergeht, wird der Verschiebungsvorgang des Werkstücks 74a in der Richtung des Pfeils durchgeführt.
Dementsprechend werden die Außengewinde 16a der Befestigung 12a vorab mit dem Objekt in Eingriff gebracht, d. h. in Gewindenuten einer nicht dargestellten Vorrichtung eingeschraubt, wodurch das Thermoelement 10a daran fixiert wird. Angenommen, dass das Thermoelement 10a in der Nähe eines nicht dargestellten Förderers angeordnet ist, kann eine Steuerung durchgeführt werden im Hinblick auf Vorwärtsbewegungen, Stoppen und Rückwärtsbewegungen des Werkstücks 74a verbunden mit einer Änderung der Temperatur. Beispielsweise wird bei Normaltemperatur der Fördervorgang des Werkstücks 74a verhindert, während dann, wenn die festgelegte Temperatur erreicht wird, eine Vorwärtsbewegung des Werkstücks 74a durchgeführt werden kann. Ein solcher Vorgang kann durch einen sogenannten Zugvorgang zum Ziehen des Werkstücks des Thermoelements 10a in das Innere des Elements umgesetzt werden.
Die 2A und 2B zeigen eine zweite Ausführungsform des Thermoelements gemäß der vorliegenden Erfindung.
Bei der zweiten Ausführungsform wird das Gehäuse 14b des Thermoelements 10b in Form eines Zylinders mit Boden aus Metall gebildet. Eine Befestigung 12b umfasst einen ringförmigen Vorsprung 80b, der entlang der axialen Richtung positioniert ist und der an einem unteren Ende des Gehäuses 14b umgebogen ist. Ein Führungselement 24b ist an einem oberen Ende der Befestigung 12b angebracht, und die äußere Umfangsfläche des ringförmigen Vorsprungs 80b der Befestigung 12b hat eine sich verjüngende oder konische Form. Ein Dichtelement 82b ist zwischen der äußeren Umfangsfläche des konischen Abschnitts des ringförmigen Vorsprungs 80b und der inneren Umfangsfläche des Gehäuses 14b angeordnet. Eine konische Fläche 84b ist an einem oberen Abschnitt einer Welle 44b ausgebildet, und ein Flansch 86b ist an einer Position an dem hinteren Ende der konischen Fläche 84b ausgebildet. Die obere Fläche des Flansches 86b ist so angeordnet, dass sie der oberen mit einem Boden versehenen Fläche des Gehäuses 14b zugewandt ist. Ein ausdehnbares/ zusammenziehbares Dichtelement 82b aus einem synthetischen Gummi oder dergleichen ist in dem Inneren des Gehäuses 14b angebracht unter Nutzung der Seitenwand des Gehäuses 14b, das in der oben beschriebenen Weise aufgebaut ist, der konischen Fläche 84b, der konischen Fläche des ringförmigen Vorsprungs 80b und des Außenumfangs des Führungselements 24b. Ein Wachs 70b, das sich bei oder oberhalb einer festgelegten Temperatur ausdehnt, ist in einem inneren Raum, der als Folge des Faltens des zylindrischen Dichtelements 82b zu zwei überlappenden Schichten gebildet wird, eingeschlossen.
Das Thermoelement 10b gemäß der zweiten Ausführungsform ist im Wesentlichen wie oben beschrieben aufgebaut. Wenn das Thermoelement 10b zusammengebaut wird, wird zunächst die Seite des Flansches 86b in das Gehäuse 14b eingesetzt und als nächstes wird das Dichtelement 82b so eingesetzt, dass sein im Wesentlichen zentraler Abschnitt in Kontakt mit der Bodenfläche des Flansches 86b kommt. Anschließend wird das Führungselement 24b im Wesentlichen in das Zentrum des Dichtelements 82b eingesetzt. Dann wird die Befestigung 12b in das Gehäuse 14b eingesetzt, so dass beide Enden des Dichtelements 82b sandwichartig zwischen der konischen Fläche des ringförmigen Vorsprungs 80b und der ringförmigen Umfangswand des Gehäuses 14b gehalten werden und auf einem ringförmig abgestuften Teil der Befestigung 12b aufgesetzt werden.
Schließlich wird der Bodenabschnitt des Gehäuses 14b relativ zu der Befestigung 12b umgebogen, um dadurch die Herstellung des Thermoelements 10b abzuschließen.
Wenn das Thermoelement 10b, das in der oben beschriebenen Weise erhalten wurde, eingesetzt wird, werden zunächst Außengewinde 16b der Befestigung 12b in eine nicht dargestellte Vorrichtung eingeschraubt. Als Folge hiervon erstreckt sich ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform ein distales Ende 72b der Welle 44b von dem unteren Ende der Befestigung 12b nach außen. In einem solchen nach außen ausgedehnten Zustand wird ein nicht dargestellter Förderer betrieben und ein Werkstück 74b wird in der Richtung des Pfeils verschoben. Ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform tritt hierdurch das Werkstück 74b in Kontakt mit dem distalen Ende 72b und die weitere Verschiebung des Werkstücks 74b wird verhindert. Wenn sich die Umgebungstemperatur ändert, wodurch das Wachs 70b die festgelegte Temperatur erreicht und sich thermisch ausdehnt, übt das Wachs 70b einen aufgebrachten Druck auf das Dichtelement 82b aus. Dadurch presst die innere Wandfläche des Dichtelements 82b auf die konische Fläche 84b der Welle 44b und die Welle 44b wird mit Hilfe der konischen Fläche 84b nach oben gepresst. Schließlich erreicht der Flansch 86b die innere Wandfläche des Gehäuses 14b, wodurch eine weitere Aufwärtsverschiebung des Flansches verhindert wird. Zu dieser Zeit erfährt das untere Ende der Welle 44b eine nach oben ansteigende zurückziehende Bewegung. Da die Bewegung des Werkstücks 74b, die durch das distale Ende 72b der Welle 44b verhindert wurde, nun wieder möglich ist, kann das Werkstück 74b durch den nicht dargestellten Förderer zu einem nächsten Schritt bewegt werden.
Die 3A und 3B zeigen eine dritte Ausführungsform des Thermoelements gemäß der vorliegenden Erfindung.
Bei der dritten Ausführungsform besteht ein Gehäuse 14c, das einstückig zusammen mit einer Befestigung 12c zusammengesetzt wird, aus einem ringförmigen Körper, der einen Abschnitt 90c mit großem Durchmesser, der an einem unteren Ende des Gehäuses 14c mit der Befestigung 12c verklemmt und daran befestigt wird, und einen Abschnitt 92c mit kleinem Durchmesser an seinem oberen Ende aufweist. Eine Welle 44c, die sich relativ zu der Befestigung 12c vorwärts und rückwärts bewegt, ist eine Metallstange, die eine konische Fläche 84c an ihrem oberen Ende aufweist.
Eine ringförmige Nut 87c ist an dem oberen Ende der Befestigung 12c vorgesehen. Das untere Ende eines Dichtelements 82c ist auf die obere Fläche der Befestigung 12c zwischen dem Abschnitt 90c mit großem Durchmesser und der Befestigung 12c aufgesetzt. Das obere Ende des Dichtelements 82c ist auf einen Stufenabschnitt aufgesetzt, welcher den Abschnitt 92c mit kleinem Durchmesser des Gehäuses 14c bildet. Eine Kappe 60c ist in einen oberen offenen Teil des Abschnitts 92c mit kleinem Durchmesser eingesetzt, und ein oberer Teil des Abschnitts 92c mit kleinem Durchmesser ist umgebogen, wodurch die Kappe 60c zwischen dem umgebogenen oberen Teil und dem oberen Ende des Dichtelements 82c gehalten wird. Der mittlere Abschnitt des Dichtelements 82c ist so aufgebaut, dass er die konische Fläche 84c, die in der Mitte entlang der Welle 44c ausgebildet ist, umgibt und berührt.
Ein temperaturempfindliches Wachs 70c ist als ein Fluid zwischen dem Dichtelement 82c und einem Rumpfabschnitt 94c des Gehäuses 14c eingeschlossen.
In den 3A und 3B bezeichnet das Bezugszeichen 24c ein Führungselement, das in die in der Befestigung 12c vorgesehene Ringnut 87c eingesetzt ist.
Wie sich einfach aus 3A ergibt, steht bei normaler Temperatur ein distales Ende 72c der Welle 44c um eine festgelegte Strecke nach unten von dem unteren Ende der Befestigung 12c vor. Ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform kann dementsprechend ein Werkstück 74c durch das distale Ende 72c gestoppt und positioniert werden.
Wenn andererseits die Umgebungstemperatur ansteigt und das Wachs 70c sich ausdehnt, verschiebt das Volumen des Wachses 70c die Welle 44c durch das Dichtelement 82c zu der Seite der Kappe 60c. Im Einzelnen steigt die Welle 44c zu der in 3B gezeigten Position an, weil das sich ausdehnende Wachs 70c die konische Fläche 84c der Welle 44c durch das Dichtelement 82c presst und die Spitze der Welle 44c kommt an der inneren Wand der Kappe 60c an. Da die Welle 44c als Ganzes sich relativ zu dem Gehäuse 14c zurückzieht, kann hierdurch das Werkstück 74c, das mit dem distalen Ende 72c der Welle 44c in Eingriff steht, durch den nicht dargestellten Förderer wieder zu einer nächsten Position verschoben werden.
Die 4A und 4B zeigen eine vierte Ausführungsform des Thermoelements gemäß der vorliegenden Erfindung.
Bei der vierten Ausführungsform hat eine Welle 44d, die entlang einer Durchgangsöffnung 18d, welche auf der Achse einer Befestigung 12d eines Thermoelements 10d angeordnet ist, verschoben werden kann, den gleichen Durchmesser von ihrem Bodenende bis zu ihrem oberen Ende, und an ihrem oberen Ende ist ein Flansch 54d vorgesehen. In Kontakt mit dem Flansch 54d ist ein Dichtelement 42d vorgesehen. Im Einzelnen weist das äußere Umfangsende des Dichtelements 42d, welches sandwichartig zwischen einem Gehäuse 14d und einer Kappe 60d, die umgebogen und an dem Gehäuse 14d befestigt ist, gehalten wird, die Form einer Scheibe auf. Das äußere Umfangsende des Dichtelements 42d wird durch die Kappe 60d und das obere Ende des Gehäuses 14d gehalten, und die Welle 44d wird durch ein im Zentrum des Dichtelements 42d vorgesehenes Loch eingesetzt.
Eine Trennwand 98d, durch welche die Welle 44d eingesetzt wird, ist an einer mittleren Position des Gehäuses 14d vorgesehen, und eine Ringnut 100d mit einem offenen oberen Ende ist in der Befestigung 12d vorgesehen. Ein Führungselement 24d und ein Dichtelement 40d sind zwischen der Ringnut 100d, der Welle 44d und der unteren Fläche der Trennwand 98d hintereinander angeordnet. In den 4A und 4B bezeichnet das Bezugszeichen 70d beispielsweise ein thermisch ausdehnbares Wachs.
Bei der vierten Ausführungsform dehnt sich das Wachs 70d ähnlich wie bei den ersten bis dritten Ausführungsformen durch einen Anstieg der Umgebungstemperatur aus, wodurch das Dichtelement 42d in den 4A und 4B nach oben gepresst wird. Die Welle 44d vollzieht eine Bewegung bis die obere Fläche des Flansches 54d an der inneren Wand der Kappe 60d zur Anlage kommt. Ein solcher anliegender Zustand ist in 4B gezeigt. Bei dem Thermoelement 10d gemäß der vierten Ausführungsform können die gleichen Wirkungen und Vorteile wie bei den Thermoelementen 10a bis 10c gemäß den ersten bis dritten Ausführungsformen erreicht werden.
Die 5A und 5B zeigen eine fünfte Ausführungsform des Thermoelements gemäß der vorliegenden Erfindung.
Bei der fünften Ausführungsform ist eine Befestigung 12e im Inneren eines zylindrischen Gehäuses 14e mit Boden aufgenommen, und das Gehäuse 14e und die Befestigung 12e sind durch Verklemmen des unteren Endes des Gehäuses 14e einstückig miteinander verbunden. Ein Führungselement 24e und ein Dichtelement 40e sind hintereinander im Inneren der Befestigung 12e angeordnet. Eine Welle 44e umfasst eine konische Fläche 84e und an einer Position, an welcher die konische Fläche 84e endet, sind wie in den 5A und 5B gezeigt ringförmige Vorsprünge 102e, 104e voneinander beabstandet und einstückig an oberen und unteren Positionen ausgebildet. Ein Dichtelement 42e ist zwischen den ringförmigen Vorsprüngen 102e, 104e aufgenommen. In einer Kammer, die zwischen dem Gehäuse 14e und der Welle 44e einschließlich der konischen Fläche 84e definiert wird, ist ein Wachs 70e eingeschlossen.
Bei einer solchen Gestaltung erfährt das Wachs 70e eine Ausdehnung, wenn durch eine Änderung der Umgebungstemperatur eine festgelegte Temperatur erreicht wird. Durch sein expandiertes Volumen dient der ringförmige Vorsprung 102e als eine Druckaufnahmefläche, und da die konische Fläche 84e eine Form hat, deren Durchmesser sich nach oben erweitert, wird die Welle 44e in der Zeichnung nach oben verschoben bis schließlich die vordere Fläche des ringförmigen Vorsprungs 104e an der inneren Wandfläche des Gehäuses 14e ankommt. Da ein distales Ende 72e der Welle 44e eine zurückziehende Bewegung erfährt, wie es in 5B gezeigt ist, wird es dementsprechend auf diese Weise in das Innere des Gehäuses 14e hineingezogen, und die gleichen Wirkungen und Aktionen wie bei den ersten bis vierten Ausführungsformen werden durchgeführt.
Als nächstes werden Thermoventile, bei denen Thermoelemente 10a bis 10e, die in der oben beschriebenen Weise aufgebaut sind, vorgesehen sind, im Detail mit Bezug auf 6 und die nachfolgenden Zeichnungen beschrieben.
Die 6 und 7 zeigen ein direkt wirkendes Zweiwege-Thermoventil 200a. Das Thermoventil 200a umfasst einen Körper 202a. An einem Ende des Körpers 202a ist ein Einlassanschluss 204a ausgebildet, durch welchen ein Druckfluid eingeführt wird. An dem anderen Ende des Körpers 202a ist ein Auslassanschluss 206a ausgebildet. Ein Sitzelement 208a ist aufrecht stehend von dem Boden des Körpers 202a in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zu einer Achse, die sich zwischen dem Einlassanschluss 204a und dem Auslassanschluss 206a erstreckt, ausgebildet. Wie in den 6 und 7 gezeigt ist, wird mit Hilfe eines vorderen gestuften Teils 209a des Körpers 202a eine zylindrische Abdeckung 210a an dem Körper 202a errichtet. Ein Dichtelement 212a, das aus einem O-Ring besteht, ist zwischen dem Körper 202a und der Abdeckung 210a angeordnet. Wie in den 6 und 7 gezeigt ist, wird eine Kappe 216a über ein anderes Dichtelement 214a, das aus einem O-Ring besteht, an einem oberen Ende der Abdeckung 210 fixiert.
Die Kappe 216a umfasst einen Vorsprung 218a, der an einer Seite des Körpers 202a an einer zentralen Position in dessen axialer Richtung vorsteht. An dem Boden des Vorsprungs 218a ist ein Loch 220a vorgesehen. Eine Welle 338a, die einen Teil eines Thermoelements 300a bildet, tritt durch das Loch 220a durch. Das Thermoelement 300a ist im Wesentlichen gleich oder ähnlich aufgebaut wie die Thermoelemente 10a bis 10e, die bei den Ausführungsformen gemäß den 1A bis 5B gezeigt wurden, und übernimmt im Wesentlichen die gleichen oder ähnliche Funktionen. Hinsichtlich des Thermoelements 300a ist mit Hilfe eines oberen gestuften Teils 222a des Vorsprungs 218a ein Dichtelement 224a auf einem oberen Ende, an welchem das Loch 220a endet, aufgesetzt. Gewindenuten 226a sind an einer inneren Umfangsfläche eines Loches, das entlang der Achse der Kappe 216a vorgesehen ist, vorgesehen. Das Thermoelement 300a wird mit Hilfe der Gewindenuten 226a befestigt.
Im Einzelnen ist eine Befestigung 302a, die einen Teil des Thermoelements 300a bildet, vorgesehen, und Gewindenuten 304a sind an einem Abschnitt der äußeren Umfangswand der Befestigung 302a vorgesehen. Die Gewindenuten 304a sind mit den Gewindenuten 226a der Kappe 216a verschraubt. In dem Zentrum eines unteren Endes der Befestigung 302a ist eine Aussparung 303a ausgebildet, und ein abgestufter Teil 306a ist an dessen oberer Endseite vorgesehen.
Der abgestufte Teil 306a erstreckt sich darum in einer ringförmigen Gestalt und weist einen nach außen vorstehenden Flansch 308a auf. Ein Gehäuse 310a wird durch Umbiegen eines Bodenabschnitts über den Flansch 308a befestigt.
Wie sich aus den 6 und 7 ergibt, hat das Gehäuse 310a eine zylindrische Form, und auf seinen oberen Abschnitt ist eine Kappe 320a aufgesetzt. Die Kappe 320a wird durch Umbiegen eines oberen Endabschnitts des Gehäuses 310a nach innen über die Kappe 320a positioniert und fixiert. Die Kappe 320a umfasst eine ringförmige Aussparung oder Vertiefung 322a, die sich in einer axialen Richtung an dem Boden der Kappe 320a öffnet. Der Boden der Kappe 320a presst fest auf ein Dichtelement 324a. Ein Führungselement 326a ist in den gestuften Abschnitt 306a der Befestigung 302a eingesetzt, und ein Dichtelement 328a ist an einem oberen Abschnitt des Führungselements 326a befestigt, so dass es gegen einen inneren gestuften Abschnitt, der an dem Gehäuse 310a vorgesehen ist, drückt.
Dementsprechend wird zwischen dem Dichtelement 328a und dem Dichtelement 324a ein ringförmiger Raum 330a gebildet, und ein Wachs 500a, das sich beispielsweise bei einem Anstieg der Umgebungstemperatur ausdehnt, ist in dem Inneren des ringförmigen Raumes 330a eingeschlossen.
Wie sich aus den 6 und 7 ergibt, erstreckt sich die Welle 338a, die von unterhalb der Kappe 320a und durch das Loch 220a durchtritt und zu dem Sitzelement 208a gerichtet ist, so, dass sie sich durch den ringförmigen Raum 330a, welcher das Wachs 500a einschließt, hindurch tritt. Eine Ringnut 340a, in welche das Dichtelement 324a eingesetzt ist, eine Ringnut 342a, in welche das Dichtelement 328a eingesetzt ist, und eine Ringnut 344a, in welche das Dichtelement 324a eingesetzt ist, sind jeweils entlang der Welle 338a ausgebildet, wobei sie voneinander um festgelegte Abstände getrennt sind.
Ein Halteelement 350a ist an dem unteren Ende der Welle 338a befestigt. Im Einzelnen umfasst das Halteelement 350a einen ringförmigen Körper 354a, mit dem Gewindegänge 352a, die an dem unteren Ende der Welle 338a vorgesehen sind, verschraubt sind. Ein Ventilstopfen 358a aus einem synthetischen Gummi oder dergleichen ist sandwichartig zwischen dem ringförmigen Körper 354a und dem Halteelement 350a gehalten.
Wie später beschrieben wird, ist der Ventilstopfen 358a verschiebbar und kann gegen die vordere Fläche des Sitzelementes 208a gepresst werden. Eine Scheibe 362a, in der mehrere Löcher 360a konzentrisch ausgebildet sind, ist an dem Halteelement 350a befestigt. Eine Spulenfeder 364a ist zwischen der Kappe 216a und der Scheibe 362a angeordnet, wobei sie den Vorsprung 218a, die Welle 338a und das Halteelement 350a umgibt. Die Spulenfeder 364a übt eine Druckkraft aus, um die Scheibe 362a elastisch in eine Richtung nach unten zu drücken. Hierdurch wird der Ventilstopfen 358a, der in dem Halteelement 350a gehalten wird, normalerweise gegen das Sitzelement 208a gepresst.
Der Körper 202a, das Sitzelement 208a und der Ventilstopfen 358a bilden gemeinsam einen Ventilgrundkörper 700a.
Das Thermoventil 200a gemäß der vorliegenden Erfindung ist im Wesentlichen wie oben beschrieben aufgebaut. Als nächstes werden die Betriebsweisen und Wirkungen des Thermoventils 200a beschrieben.
Bei normaler Temperatur, beispielsweise in dem Fall, dass die Umgebungstemperatur bei 25 °C liegt, erfährt das Wachs 500a, das in dem Ringraum 330a eingeschlossen ist, noch keine Expansion. Dementsprechend wird das Halteelement 350a allein durch die elastische Kraft der Spulenfeder 364a in den 6 und 7 nach unten gedrückt, und der Ventilstopfen 358a wird gegen das Sitzelement 208a gepresst. Da das Sitzelement 208a in Zusammenwirkung mit dem Ventilstopfen 358a gestoppt wird, wird dementsprechend das von dem Einlassanschluss 204a zugeführte Fluid nicht aus dem Auslassanschluss 206a abgeführt.
Wenn die Umgebungstemperatur allmählich ansteigt und das Wachs 500a anfängt sich auszudehnen, bewirkt seine Ausdehnungskraft, dass sich das Dichtelement 324a nach oben biegt. Hierdurch steigt auch die Welle 338a an, wobei gleichzeitig das Dichtelement 224a, das in der Ringnut 340a angebracht ist, und das Dichtelement 328a, das in der Ringnut 342a angebracht ist, ebenfalls nach oben gebogen werden. Dieses Merkmal impliziert, dass der Ventilstopfen 358a sich entgegen der elastischen Kraft der Spulenfeder 364a von dem Sitzelement 208a nach oben bewegt. Hierdurch werden der Einlassanschluss 204a und der Auslassanschluss 206a in Verbindung miteinander gebracht, und das Fluid, das von dem Einlassanschluss 204a zugeführt wurde, tritt zwischen dem Sitzelement 208a und dem Ventilstopfen 358a durch und wird zu dem Auslassanschluss 206a abgeführt.
Wenn andererseits die Umgebungstemperatur zu der normalen Temperatur zurückkehrt, zieht sich das Wachs 500a zusammen (Kontraktion) woraufhin die Welle 338a in der Zeichnung absinkt und in dem Thermoventil 200a der Ventilstopfen 358a wieder auf dem Sitzelement 208a aufgesetzt wird. Hierdurch wird die Verbindung zwischen dem Einlassanschluss 204a und dem Auslassanschluss 206a blockiert.
Das Thermoventil 200a gemäß der vorliegenden Ausführungsform fokussiert sich auf die Expansions- und Kontraktionsfunktion des Wachses 500a in Abhängigkeit von Änderungen der Umgebungstemperatur, so dass insbesondere die Welle 338a nach oben verschoben wird, wenn ein thermisch expansives Medium, vorzugsweise das Wachs 500a, sich verbunden mit einem Anstieg der Umgebungstemperatur ausdehnt (Expansion). Im Einzelnen wird die Welle 338a zu der Seite des Thermoelements 300a nach innen gezogen und dementsprechend kann ein Öffnungsvorgang durchgeführt werden, ohne die Strömung des Fluides, das von dem Einlassanschluss 204a zu dem Auslassanschluss 206a fließt, zu behindern. Da der Vorgang des Hineinziehens der Welle 338a auch dann durchgeführt wird, wenn Fremdmaterial in den Fluiddurchgang eindringt, tritt außerdem ein Einbeißen solcher Fremdmaterialien nicht auf.
Die 8 und 9 zeigen eine andere Ausführungsform des Thermoventils gemäß der vorliegenden Erfindung.
Bei dem Thermoventil gemäß der zweiten Ausführungsform werden verschiedene Aufbauelemente, die die gleichen sind wie bei dem Thermoventil 200a gemäß der ersten Ausführungsform, unter Nutzung der gleichen Bezugszeichen beschrieben, wobei kleine lateinische Buchstaben den Bezugszeichen hinzugefügt werden. Die detaillierte Beschreibung dieser Merkmale wird weggelassen.
Ein Thermoventil 200b gemäß der zweiten Ausführungsform ist ein vorgesteuertes Zweiwege-Thermoventil. Das vorgesteuerte Zweiwege-Thermoventil 200b umfasst eine Membran 600b, die zwischen einer Abdeckung 210b und einem Körper 202b vorgesehen ist. Im Einzelnen wird die Membran 600b sandwichartig zwischen der Abdeckung 210b und dem Körper 202b gehalten und gegriffen. Ein vorstehender Abschnitt 601 b ist im Wesentlichen im Zentrum an einer unteren Fläche der Membran 600b ausgebildet, und ein Loch 602b ist darin zwischen dem vorstehenden Abschnitt 601b und einem Umfangskantenabschnitt der Membran 600b vorgesehen. Eine Scheibe 604b, deren Umfangsbereich nach oben gebogen ist, ist konzentrisch zu der Membran 600b angeordnet. Ein Loch 606b, das in der Scheibe 604b vorgesehen ist, hat den gleichen Durchmesser wie das Loch 602b der Membran 600b und steht mit dieser in Verbindung. Die Membran 600b und die Scheibe 604b werden durch ein Greifelement 610b einstückig miteinander an ihrer Achse gehalten und gegriffen. Im Einzelnen umfasst das Greifelement 610b ein Gewinde 612b an seinem unteren Ende, und durch Aufschrauben einer Mutter 614b auf das Gewinde 612b werden die Membran 600b und die Scheibe 604b fest zwischen der Mutter 614b und einem Grundkörper 616b des Greifelements 610b geklemmt. Eine Öffnung 618b ist in Form einer Durchgangsöffnung, welche durch die Achse des Greifelements 610b durchtritt, vorgesehen. Der Durchmesser der Öffnung 618b ist etwas größer als der Durchmesser der Löcher 602b, 606b. Ein oberes distales Ende der Öffnung 618b kann an einem Ventilstopfen 358b anliegen, der an einem unteren Abschnitt im Zentrum eines Halteelements 350b vorgesehen ist.
Nun wird das Halteelement 350b beschrieben. Wie in den 8 und 9 gezeigt ist, ist das Halteelement 350b an einem unteren Ende einer Welle 338b angebracht, die entlang ihrer Längsrichtung Stufen aufweist. Das Halteelement 350b umfasst gestufte Teile 650b, 652b, 654b und 656b mit jeweils unterschiedlichen Durchmessern in der axialen Richtung. Der Ventilstopfen 358b ist zentral in der unteren Fläche des Halteelements 350b angebracht. Der Ventilstopfen 358b wird durch einen elastischen Körper aus synthetischem Gummi gebildet. Eine Spulenfeder 364b ist zwischen einer Kappe 316b und dem gestuften Abschnitt 650b mit größtem Durchmesser angeordnet. Durch die elastische Kraft der Spulenfeder 364b wirkt der Ventilstopfen 358b so, dass er das obere Ende der Öffnung 618b des Greifelements 610b verschließt. Das Halteelement 350b und die Scheibe 604b, etc. sind in dem Inneren einer Kammer 630b angeordnet.
Der Körper 202b, ein Sitzelement 208b und der Ventilstopfen 358b bilden gemeinsam einen Ventilgrundkörper 700b.
In den 8 und 9 bezeichnet das Bezugszeichen 300b ein Thermoelement, in welches der Ventilgrundkörper 700b integriert ist. Das Bezugszeichen 302b bezeichnet eine Befestigung, und das Bezugszeichen 310b bezeichnet ein Gehäuse.
Das Thermoventil 200b gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist wie oben beschrieben aufgebaut. Als nächstes werden die Betriebsweisen und Wirkungen des Thermoventils 200b beschrieben.
Bei Normaltemperatur, beispielsweise in dem Fall, dass die Umgebungstemperatur bei 25 °C liegt, erfährt ein Wachs 500b keine Ausdehnung (Expansion). Dementsprechend presst die elastische Kraft der Spulenfeder 364b das Halteelement 350b nach unten, und der Ventilstopfen 358b verschließt die Öffnung 618b des Greifelements 610b. Hierdurch wird ein Zustand hergestellt, in welchem die Strömung des Fluids zwischen einem Einlassanschluss 204b und einem Auslassanschluss 206b blockiert ist. Im Einzelnen ist ein Zustand erreicht, in welchem der vorstehende Abschnitt 601b der Membran 600b gegen das Sitzelement 208b gepresst wird.
Obwohl zu dieser Zeit das Fluid von dem Einlassanschluss 204b von den Löchern 602b, 606b in die Kammer 630b eintritt, wird die Membran 600b nicht verschoben, weil in der Kammer 630b der gleiche Druck herrscht wie in dem Einlassanschluss 204b.
Durch einen Anstieg der Umgebungstemperatur, dehnt sich das Wachs 500b aus (Expansion). Dementsprechend wird ein Dichtelement 324b nach oben gebogen und hierdurch steigt die Welle 338b an und schließlich wird das Halteelement 350b, das mit der Welle 338b verbunden ist, nach oben angehoben. Somit trennt sich der Ventilstopfen 358b, welcher die Öffnung 618b des Greifelements 610b verschließt, von dem oberen Ende der Öffnung 618b. Durch die oben beschriebenen Aktionen wird eine Verbindung zwischen dem Einlassanschluss 204b, der Kammer 630b und dem Auslassanschluss 206b hergestellt. Hierdurch tritt das Fluid, das von dem Einlassanschluss 204b zugeführt wird, durch die Löcher 602b, 606b, und das Fluid kommt außerdem von der Öffnung 618b an dem Auslassanschluss 206b an und wird in die Umgebung abgeführt. Da während dieser Zeit der Öffnungsdurchmesser der Öffnung 618b größer ist als der Durchmesser der Löcher 602b, 606b, kann das Fluid leicht zu dem Auslassanschluss 206b abgeführt werden.
Wenn die Umgebungstemperatur absinkt, zieht sich das Wachs 500b zusammen (Kontraktion), woraufhin die Welle 338b absinkt und der Ventilstopfen 358b die Öffnung 618b wieder verschließt. Hierdurch wird der Verbindungszustand zwischen dem Einlassanschluss 204b und dem Auslassanschluss 206b blockiert.
Wenn bei dem Thermoelement gemäß der vorliegenden Erfindung die Umgebungstemperatur einen festgelegten Wert erreicht, dehnt sich das Wachs aus und die Welle wird zu der Seite des Gehäuses nach innen gezogen. In dem Fall, dass die Umgebungstemperatur geringer ist als die festgelegte Temperatur, zieht sich dagegen das Wachs zusammen (Kontraktion) und die Welle fährt aus. Dementsprechend kann eine Steuerung zum Transportieren von Werkstücken oder eine Durchflusssteuerung für ein Fluid sehr genau in Abhängigkeit von einer Änderung der Temperatur durchgeführt werden. Bei dem Thermoventil gemäß der vorliegenden Erfindung werden außerdem entsprechend den Änderungen der Umgebungstemperatur Vorwärts- und Rückwärtsbewegungen der Welle, die mit dem Thermoelement verbunden ist, durchgeführt, und Öffnungs- und Schließoperationen des Ventilstopfens werden durchgeführt. Wenn die Umgebungstemperatur größer oder gleich der festgelegten Temperatur wird, bewirkt insbesondere eine Expansion des Wachses, dass der Ventilstopfen, welcher dem Fluiddurchgang zugewandt ist, zurückgezogen wird, und der Fluiddurchgang öffnet sich so weit wie möglich. Dementsprechend kann das Fluid in ausreichendem Maße fließen. Auch wenn Fremdstoffe in das Innere des Fluiddurchgangs infiltrieren, kann dementsprechend eine Beschädigung des Ventilstopfens etc. nicht auftreten. Anders ausgedrückt wird ein Effekt erreicht, dass das Einbeißen solcher Fremdmaterialien verhindert werden kann.
Obwohl bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung oben beschrieben wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt, und verschiedene Änderungen und Modifikationen können an den Ausführungsformen vorgenommen werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Claims

Ein Thermoelement (10a bis 10e) mit: einem Gehäuse (14a bis 14e); einer Befestigung (12a bis 12e), die integral mit dem Gehäuse (14a bis 14e) ausgebildet und an einem Objekt angebracht ist; einer Welle (44a bis 44e), die verschiebbar in einem Inneren des Gehäuses (14a bis 14e) angeordnet ist, wobei ihr eines Ende von der Befestigung (12a bis 12e) zu einer Umgebung exponiert ist; einem temperaturempfindlichen Medium (70a bis 70e), das in dem Inneren des Gehäuses (14a bis 14e) eingeschlossen ist und das sich in Reaktion auf eine Änderung der Umgebungstemperatur, welche das Gehäuse (14a bis 14e) umgibt, ausdehnt und zusammenzieht; und einem Dichtelement (42a, 42d, 42e, 82b, 82c), welches die Welle (44a bis 44e) bei einer Ausdehnung des temperaturempfindlichen Mediums (70a bis 70e) zu einer Seite des Gehäuses (14a bis 14e) zieht, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (42a, 42d, 42e, 82b, 82c) mit einem anderen Ende der Welle (44a bis 44e) in Eingriff tritt, und die Welle (44a bis 44e) durch eine Biegung des Dichtelements (42a, 42d, 42e, 82b, 82c) entsprechend der Ausdehnung des temperaturempfindlichen Mediums (70a bis 70e) in das Gehäuse (14a bis 14e) gezogen wird.
Das Thermoelement (10b, 10c) nach Anspruch 1, wobei eine konische Fläche (84b, 84c), deren Durchmesser zu dem anderen Ende hin zunimmt, an einer Seite des anderen Endes der Welle (44b, 44c) ausgebildet ist.
Das Thermoelement (10b, 10c) nach Anspruch 2, wobei ein Abschnitt des Dichtelements (82b, 82c) in Kontakt mit der konischen Fläche (84b, 84c) steht; und der Abschnitt des Dichtelements (82b, 82c) bei einer Ausdehnung des temperaturempfindlichen Mediums (70b, 70c) gegen die konische Fläche (84b, 84c) der Welle (44b, 44c) gepresst wird und wobei die Welle (44b, 44c) zu der Seite des anderen Endes verschoben wird.
Ein Thermoventil (200a, 200b) umfasst ein Thermoelement (300a, 300b) und einen Ventilgrundkörper (700a, 700b), in welchen das Thermoelement (300a, 300b) integriert ist; wobei das Thermoelement (300a, 300b) umfasst: ein Gehäuse (310a, 310b); eine Befestigung (302a, 302b), die integral mit dem Gehäuse (310a, 310b) ausgebildet und an einem Objekt angebracht ist; eine Welle (338a, 338b), die verschiebbar in einem Inneren des Gehäuses (310a, 310b) angeordnet ist, wobei ihr eines Ende von der Befestigung (302a, 302b) zu einer Umgebung exponiert ist; ein temperaturempfindliches Medium (500a, 500b), das in dem Inneren des Gehäuses (310a, 310b) eingeschlossen ist und das sich entsprechend einer Änderung der Umgebungstemperatur, welche das Gehäuse (310a, 310b) umgibt, ausdehnt und zusammenzieht; und ein Dichtelement (324a, 324b), welches die Welle (338a, 338b) bei einer Ausdehnung des temperaturempfindlichen Mediums (500a, 500b) zu einer Seite des Gehäuses (310a, 310b) zieht; wobei der Ventilgrundkörper (700a, 700b) einen Körper (202a, 202b) aufweist, der einen Einlassanschluss (204a, 204b), in welchen ein Fluid eingeführt wird, und einen Auslassanschluss (206a, 206b), durch welchen das Fluid abgeführt wird, ein Sitzelement (208a, 208b), das zwischen dem Einlassanschluss (204a, 204b) und dem Auslassanschluss (206a, 206b) angeordnet ist, und einen Ventilstopfen (358a, 358b), welcher gegen das Sitzelement (208a, 208b) presst und sich von diesem trennt, aufweist; wobei ein Ende der Welle (338a, 338b) des Thermoelements (300a, 300b) mit dem Ventilstopfen (358a, 358b) verbunden ist; und wobei bei einer Ausdehnung des temperaturempfindlichen Mediums (500a, 500b) das Dichtelement (324a, 324b) die Welle (338a, 338b) zieht, wodurch der Ventilstopfen (358a, 358b) von dem Sitzelement (208a, 208b) getrennt wird und eine Verbindung zwischen dem Einlassanschluss (204a, 204b) und dem Auslassanschluss (206a, 206b) hergestellt wird; dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (324a, 324b) mit einem anderen Ende der Welle (338b) in Eingriff tritt, und die Welle (338a, 338b) durch eine Biegung des Dichtelements (324a, 324b) entsprechend der Ausdehnung des temperaturempfindlichen Mediums (500a, 500b) in das Gehäuse (310a, 310b) gezogen wird.
Das Thermoventil (200a) nach Anspruch 4, in welches ein Thermoelement integriert ist, wobei das Thermoventil (200a) ein direkt wirkendes Thermoventil ist.
Das Thermoventil (200b) nach Anspruch 4, in welches ein Thermoelement integriert ist, wobei das Thermoventil (200b) ein vorgesteuertes Thermoventil ist.