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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Baugruppe zur Herstellung eines Thermostatelements, d.h. eine Gruppe von unterschiedlichen Bestandteilen, die, wenn sie miteinander zusammengebaut werden, ein Element bilden, das unter Verwendung eines thermoexpandierbaren Materials eine Wärmeenergie in eine mechanische Energie umwandelt.
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Derzeit finden Elemente dieser Art Verwendung auf dem Gebiet der Durchflussregelung, da sie es ermöglichen, eine Fluidzuleitung in Abhängigkeit von der Wärme des zu regelnden Fluids und/oder anderer Wärmequellen in einen oder mehrere Verteilungswege zu teilen. Angeordnet sind diese Elemente z.B. in Kühlkreisläufen, in denen ein Kühlmittel zirkuliert, und zwar insbesondere in Kühlkreisläufen für Verbrennungsmotoren von Kfz o.ä. Es versteht sich dabei, dass auch andere Anwendungsbeispiele in Betracht kommen, so z.B. Ölkreisläufe von Motoren und Getrieben sowie Trinkwasserkreisläufe.
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Typischerweise befindet sich unter den Bestandteilen eines Thermostatelements ein Napf, der allgemein rohrförmig ist und ein thermoexpandierbares Material wie z.B. Wachs enthält. Zu den anderen Bestandteilen des Thermostatelements gehört ein Kolben, der koaxial zum Napf auf diesem zu montieren ist und unter der Einwirkung der Expansion des im Napf enthaltenen thermoexpandierbaren Materials relativ zum Napf axial verschiebbar ist, wenn das Material erhitzt wird. Beim Expandieren veranlasst das thermoexpandierbare Material den Kolben zum Ausklappen relativ zum Napf, während bei einem Abkühlen des thermoexpandierbaren Materials der Kolben in Richtung des Napfs zurückgezogen wird, was allgemein unter der Einwirkung einer mit dem Thermostatelement verbundenen Feder geschieht.
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Zum Führen der Verschiebungen des Kolbens wird als Bestandteil des Thermostatelements eine aufgebohrte metallische Führung verwendet, in der der Kolben gleiten kann, wobei die Führung so ein Führungselement, das am Napf befestigt wird.
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Um gleichzeitig zu verhindern, dass bei der Verschiebung des Kolbens das thermoexpandierbare Material aus dem Napf austritt und eine externe Flüssigkeit, in der sich das Thermostatelement typischerweise befindet, entlang dem Kolben bis zu dessen dem Napf zugewandten axialen Ende in das Thermostatelement eintritt, ist bekannt, das thermoexpandierbare Material nach außen hin mit einem anderen Bestandteil des Thermostatelements abzudichten, und zwar einem flexiblen Stück, das relativ zum Napf festgehalten wird. Dieses flexible Abdichtungsstück kann insbesondere in Form einer sog. flachen Membran vorliegen, die sich global senkrecht zur Verschiebungsachse des Kolbens erstreckt. Die Membran ist axial zwischen dem thermoexpandierbaren Material angeordnet. Bei einem Expandieren des thermoexpandierbaren Materials verformt sich die Membran, um eine Bewegung auf den Kolben zu übertragen, damit sich dieser verschiebt. Es versteht sich, dass die Bewegungen des Kolbens also unmittelbar mit dem Ausmaß der Verformung der Membran verbunden sind.
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Zur Verlängerung der bei einer bestimmten Verformung der Membran zurückgelegten Strecke des Kolbens ist bekannt, einen anderen Bestandteil des Thermostatelements zu verwenden, und zwar einen Puffer, der zwischen Membran und Kolben angeordnet und in den Bohrungen der Führung aufgenommen werden soll. Im Einzelnen wird der Puffer beiderseits eines Engpasses dieser Bohrungen aufgenommen, während der Kolben in dem Teil der Bohrungen aufgenommen wird, der auf der Seite des Engpasses angeordnet ist, die dem Napf axial abgewandt ist. Dieser Puffer ist ein Zylinder aus Elastomeren Material, z.B. Kautschuk, dessen Querschnitt größer oder gleich dem des Teils der Bohrungen ist, der auf der dem Napf axial zugewandten Seite des Engpasses angeordnet ist. Auf diese Weise ist das Endteil des Puffers, das dem Napf abgewandt ist, im montierten Zustand des Thermostatelements mit Kraftanwendung mittels der elastischen Verformung des Elastomeren Materials, aus dem der Puffer besteht, im Engpass und darüber hinaus montiert. Bei der Expansion des thermoexpandierbaren Materials verlängert sich ferner dieses Endteil des Puffers, das im Engpass der Bohrungen und darüber hinaus angeordnet ist, wodurch die Menge an verformten Elastomeren Material zunimmt und was ein größeres Ausfahren des Kolbens gegenüber dem Fall, in dem die Bohrungen keinen Engpass hätte, zur Folge hat. Beispiele von Thermostatelementen, die durch das Zusammenbauen der oben aufgeführten Bestandteile hergestellt werden, finden sich in
EP 0 942 347 und
FR 2 879 681 .
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Aufgrund der Wiederholung der Ein- und Ausfahrzyklen des Kolbens neigen die auf den Puffer angewandten, wiederholten Verformungszwänge dazu, den Puffer erheblich zu Schäden, insbesondere durch den Verschleiss infolge der Reibungen des Puffers in der Führung auf der Höhe des Engpasses. Mit anderen Worten geht die Alterung des Puffers, insbesondere infolge der Eigenspannungen, die er auf der Ebene des Engpasses der Bohrungen aufnehmen muss, mit einer schweren Schädigung seines Gefüges einher. Die Leistung des Thermostatelements wird dadurch selbstverständlich verschlechtert, und der Puffer kann die Strecke des Kolbens dann nur noch teilweise oder gar nicht mehr verlängern.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine besser Baugruppe von Bestandteilen vorzuschlagen, die die Herstellung eines Thermostatelements ermöglicht, dessen Leistungen in Verbindung mit dessen Puffer im Laufe der Zeit erhalten bleiben.
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Hierzu betrifft die Erfindung eine Baugruppe zur Herstellung eines Thermostatelements nach Anspruch 1.
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Also geht die Erfindung gegen das technische Vorurteil, wonach die zur Herstellung von Thermostatelementen verwendeten Puffer aus einem Elastomeren Stück gefertigt werden, das exakt zylindrisch sein soll. Tatsächlich wird erfindungsgemäß vorgesehen, dass der laufende Teil des Puffers dünner als der dem Napf zugewandten Endteil des Puffers und vorzugsweise auch dünner als der dem Puffer gegenüberliegende Endteil ist. Der laufende Teil des Puffers ist auf der Ebene des Engpasses der Bohrungen zwischen den Teilen des Puffers dünner bzw. breiter und unterliegt also im montierten Zustand des Thermostatelements geringeren Verformungszwängen als es der Fall wäre, wenn dieses laufende Teil nicht dünner wäre als mindestens eines der Endteile des Puffers. Dank der Erfindung lockern sich die Eigenspannungen des Puffers, die aus dessen Verformung bei der Aufnahme in den Bohrungen, teilweise, und beschränken sich so auf überaus geringere Werte, als es ohne diese Verjüngung des laufenden Teils des Puffers der Fall wäre. Da außerdem der Kontakt zwischen Puffer und Engpass der Bohrungen ausschließlich entlang dem laufenden Teil des Puffers bei der Verschiebung des Kolbens besteht, bleibt diese Lockerung der verformenden Eigenspannungen ohne Rücksicht auf die Verschiebungslage des Kolbens bei Expandieren und Zusammenziehen des thermoexpandierbaren Materials bestehen. Hieraus folgt, dass unter Ausnutzung der Wirkung des Puffers auf die Verlängerung der Bewegungsstrecke des Kolbens ein Verschleiß des Puffers infolge seiner Reibung am Engpass der Bohrungen vermieden oder zumindest aufgeschoben wird. Mit anderen Worten wird die Alterung des Puffers eines aus der erfindungsgemäßen Baugruppe hergestellten Thermostatelements in Grenzen gehalten. Hieraus folgt u.a., dass die Hysterese eines aus der erfindungsgemäßen Baugruppe hergestellten Thermostatelements in dem Sinne in Grenzen gehalten wird, dass infolge der Aufrechterhaltung der Leistung seines Puffers die Positionen des Kolbens bei einer bestimmten Temperatur, je nachdem, ob die Temperatur auf- oder absteigt, voneinander in Höhe eines Unterschieds beabstandet sind, der auch langfristig Beträge aufweist, deren Mittelwert gering und Streuung gering sind.
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Die Einschränkung der maximalen Intensität der Spannungen wird vorteilhafterweise insbesondere dadurch verstärkt, dass Form und axiale Erstreckung der Verjüngung des laufenden Teils, sowie die relative Dimensionierung dieser Verjüngung und der beiderseits des Engpasses angeordneten Teile der Bohrungen ausgenutzt werden, worauf bei den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen näher eingegangen wird.
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Weitere vorteilhafte Eigenschaften der erfindungsgemäßen Baugruppe sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
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Die Erfindung ist anhand der nachfolgenden, rein beispielhaften Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen besser verständlich:
- - 1 ist ein Längsschnitt eines aus einer erfindungsgemäßen Baugruppe hergestellten Thermostatelements;
- - 2 ist eine Explosionszeichnung eines Teils, insbesondere auch eines Puffers, der Baugruppe, aus der das Thermostatelement der 1 hergestellt wird, vor dem Montieren des Thermostatelements;
- - 3 ist ein Schnitt durch den in 2 gezeigten, noch nicht montierten, Teil der Baugruppe auf derselben Ebene wie der der 1 und
- - 4 - 8 sind Schnitte ähnlich dem der 3, die jeweils erfindungsgemäße Varianten des Puffers zeigen.
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1 zeigt ein Thermostatelement 1, das aus einer Baugruppe hergestellt worden ist, die einen Napf 10, einen Kolben 30, eine Führung 40, eine Membran 50 und einen Puffer 60, auf die nachfolgend hintereinandander näher eingegangen wird.
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Der steife Napf 10 besteht typischerweise aus einer Metalllegierung mit guter Wärmeleitfähigkeit, z.B. Messing. Dieser Napf 10 ist insgesamt rohrförmig und auf einer Achse X-X zentriert. Beim abgebildeten Ausführungsbeispiel umfasst der Napf 10 v.a. ein zylinderförmiges Fass 11 mit einer auf der Achse X-X zentrierten kreisförmigen Basis. Dieses Fass 11 ist auf einem seiner axialen Enden durch eine Rückwand 12 abgeschlossen. So enthält der Napf 10 ein im Inneren des Fasses 11 gelagertes thermoexpandierbares Material 20, wobei dieses thermoexpandierbare Material z.B. aus einem Wachs besteht, das evtl. beladen ist mit einem Pulver mit guter Wärmeleitfähigkeit, z.B. Kupferpulver.
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Der Bequemlichkeit halber beziehen sich in der nachfolgenden Beschreibung die Begriffe „unter“ und „unten“ auf eine Richtung, die sich entlang der Achse X-X erstreckt und in richtung der Rückwand 12 orientiert ist, d.h. in Richtung des unteren Teils der 1 - 3, während die Begriffe „oben“ und „ober“ u. dgl. sich auf eine entgegengesetzte Richtung beziehen.
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Im montierten Zustand des Thermostatelements 1, wie in 1 gezeigt, ist der Kolben 30 koaxial mit dem Napf 10 angeordnet. Das untere Ende dieses Kolbens 30 ist dem Napf 10 axial zugewandt, und soll die Einwirkung des thermoexpandierbaren Materials 20 aufnehmen, wenn sich dieses Material bei der Erhitzung expandiert. Durch die oben beschriebenen Anordnungen bewirkt eine Schwankung des Volumens des erhitzten thermoexpandierbaren Materials eine Verschiebung des Kolbens 30 nach oben entlang der Achse X-X relativ zum Napf 10.
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Geführt wird die Verschiebung des Kolbens 30 durch ein steifes Stück, aus dem die Führung 40 besteht. Diese Führung 40 besteht, wie auch der Kolben 30, insbesondere aus Metall. Wie in 2 gezeigt, die nur eine Hälfte der Führung 40 zeigt, ist diese insgesamt rohrförmig und bildet zentrale Bohrungen 41, die, wie in 1 gezeigt, im montierten Zustand des Thermostatelements 1 auf der Achse X-X zentriert sind.
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Wie in 2 und 3 gezeigt sind die Bohrungen 41 entlang der Achse X-X in drei Bohrungsabschnitte 41.1, 41.2 und 41.3 geteilt, die sich voneinander unterscheiden und miteinander koaxial sind. Der Bohrungsabschnitt 41.1 ist derjenige von den drei Bohrungsabschnitten, der dem Napf 10 axial abgewandt ist, während der Bohrungsabschnitt 41.2 derjenige ist, der dem Napf axial zugewandt ist, wobei der Bohrungsabschnitt 41.3 axial zwischen den Bohrungsabschnitten 41.1 und 41.2 angeordnet ist und diese durchgehend verbindet. Die Bohrungsabschnitte 41.1 und 41.2 weisen jeweils einen Querschnitt, d.h. einen Schnitt in einer senkrecht zur Achse X-X verlaufenden geometrischen Ebene, auf, der entlang der Achse X-X gleich bleibt, wobei der Querschnitt des Bohrungsabschnitts 41.2 derart vorgesehen ist, dass er stets größer ist als der des Bohrungsabschnitts 41.1.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel weisen die Bohrungen 41 über ihre ganze axiale Erstreckung einen kreisförmigen Querschnitt auf, der auf der Achse X-X zentriert ist. Ebenso ist, wie in 3 gezeigt, der Durchmesser D41.1 des Querschnitts des Bohrungsabschnitts 41.1 stets kleiner als der Durchschnitt D41.2 des Querschnitts des Bohrungsabschnitts 41.2. Außerdem weist der Bohrungsabschnitt 41.3 einen Querschnitt auf, dessen Durchmesser entlang der Achse X-X vom Durchmesser D41.1 am oberen Ende des Bohrungsabschnitts 41.3 in den Durchmesser D41.2 am unteren Ende des Bohrungsabschitts 41.3 übergeht.
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Im montierten Zustand des Thermostatelements 1 ist der Kolben 30, wie in 1 gezeigt, axial im Bohrungsabschnitt 41.1 aufgenommen, und zwar dicht, wobei der Querschnitts dieses Bohrungsabschnitts 41.1 identisch ist mit dem Querschnitt des Kolbens 30, um ein geführtes Gleiten des Kolbens entlang der Achse X-X mit einem engen funktionellen Spiel zu ermöglichen, sodass ein geführtes Gleiten des Kolbens 30 entlang der Achse X-X ermöglicht wird.
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Die Führung 40 ist auch mit einem unteren äußeren Kragen 42 versehen, der insbesondere durch Crimpen auf einem Kragen 13 des Napfs 10 am oberen Ende des Fasses 11 befestigt werden soll. Im montierten Zustand des Thermostatelements 1 wie in 1 ist die Führung 40 also durch Crimpen des Kragens 13 auf dem Kragen 42 am Napf 10 fixiert.
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Die Membran 50 ist vorgesehen, um das thermoexpandierbare Material 20 nach außerhalb des Napfs 10 abzudichten, insbesondere um einerseits ein Austreten des thermoexpandierbaren Materials aus dem Napf beim Expandieren des Materials und andererseits den Eintritt einer Flüssigkeit, in der sich das Thermostatelement 1 im Betrieb typischerweise befindet, nach unten entlang dem Kolben 30 zu verhindern. Wie in 1 gezeigt, liegt die Membran 50 in Form einer insgesamt flachen Membran vor, die aus einem flexiblen Material wie z.B. natürlichem oder synthetischem Kautschuk besteht, und das im montierten Zustand des Thermostatelements 1 sich im Wesentlichen senkrecht zur Achse X-X erstreckt. Bei diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Membran 50 einen Umfangsteil 51, der im montierten Zustand des Thermostatelements am Napf 10 befestigt ist und dabei vom Kragen 42 der Führung 40 gegen eine innere Schulter des Kragens 13 gedrückt wird. Die Membran 50 umfasst ferner einen zentralen Teil 52, der im montierten Zustand des Thermostatelements 1 von der Achse X-X durchquert wird und axial zwischen thermoexpandierbarem Material 20 und Kolben 30 angeordnet ist. Bei einem expandieren des thermoexpandierbaren Materials 20 verformt sich die Membran 50 elastisch unter der Einwirkung de thermoexpandierbaren Materials. Im Einzelnen verformt sich der zentrale Teil 52 der Membran 50 dann nach oben und schreitet axial aufwärts im Inneren des Bohrungsabschnitts 41.2 der Führung 40 fort, wobei sie eine Antriebskraft nach oben in Richtung des Kolbens 30 überträgt. Zur Verstärkung der aus der Verformung der Membran 50 resultierenden Antriebswirkung des Kolbens 30 und zur Konzentrierung dieser Antriebswirkung auf die Achse X-X auf eine auf die Achse X-X zentrierte Weise nach oben gewölbt.
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In der Praxis stellt die Ausführungsform der Membran 50 keine Einschränkung der Erfindung dar, da die Membran 50 durch ihre Verformung eine Antriebsbewegung des Kolbens 30 nach oben bei der Expansion des thermoexpandierbaren Materials überträgt, indem sie relativ zum Napf 10 festgehalten wird, sodass ein Austreten des thermoexpandierbaren Material 20 aus dem Thermostatelement 1 verhindert wird, und indem sie axial zwischen thermoexpandierbarem Material und Kolben 30 angeordnet ist.
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Der Puffer 60 ist seinerseits vorgesehen, um die aus der Verformung der Membran 50 resultierende Antriebswirkung zu verstärken. Im montierten Zustand des Thermostatelements 1 ist der Puffer 60, wie in 1 gezeigt, axial zwischen Membran 50 und Kolben 30, genauer gesagt zwischen dem zentralen Teil 52 der Membran und dem unteren Ende des Kolbens 30 angeordnet. So ermöglicht der Puffer 60 eine axiale Bewegungsübertragung zwischen Membran 50 und Kolben 30, und somit zwischen dem thermoexpandierbaren Material 20 und dem Kolben.
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Der Puffer 60, der vorteilhafterweise als einzelnes Stück vorliegt, besteht aus einem elastomeren Material, insbesondere einem natürlichen oder synthetischen Kautschuk.
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Wie in 1 - 3 gezeigt, ist der Puffer 60 in der Richtung, die im montierten Zustand des Thermostatelements 1 der Achse X-X entspricht, in drei unterschiedliche Abschnitte geteilt, und zwar zwei einander gegenüberliegende obere 61 bzw. untere Endteile 62, und ein laufendes Teil 63, das die Endteile 61 und 62 koaxial verbindet.
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Der laufende Teil 63 umfasst hauptsächlich einen Unterabschnitt 63.1 mit einem kleineren Querschnitt, der vor dem Montieren des Puffers 60 am Rest des Thermostateelements 1, wie in 2 und 3 gezeigt, einen Querschnitt, d.h. einen Schnitt in einer geometrischen Ebene, die senkrecht zu der im montierten Zustand des Thermostatelements 1 der Achse X-X entsprechenden Achse verläuft, der dem minimalen Querschnitt des laufenden Teils 3 entspricht, wobei der Querschnitt dieses Unterabschnitts 63.1 über seine ganze axiale Erstreckung gleich bleibt. Dieser Querschnitt des Unterabschnitts 63.1 ist kleiner als die jeweiligen minimalen Querschnitte des oberen Endteils 61 bzw. des unteren Endteils 62, wobei anzumerken ist, dass bei der Ausführungsform der 2 und 3 die jeweiligen Querschnitte der Endteile 61 und 62 entlang der Achse X-X gleich bleiben und ferner miteinander identisch sind.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung, die beim Ausführungsbeispiel der 2 und 3 ausgeführt ist und insbesondere die Herstellung des Puffers 60 sowie dessen Montage am Rest des Thermostatelements 1 unterstützt, weisen die Querschnitte des Unterabschnitts 63.1 und die Endteile 61 und 62 ein kreisförmiges Profil auf, sodass, wie in 3 gezeigt, der Durchmesser D63.1 des Querschnitts des Unterabschnitts 63.1 kleiner ist als der Durchmesser D61 des Querschnitts des Endteils 61 und der Durchmesser D62 des Querschnitts des Endteils 62.
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Um dem Unterschied zwischen den Durchmessern D61 und D63.1, allgemeiner gesagt zwischen den jeweiligen Querschnitten des Endteils 61 und des Unterabschnitts 63.1 des laufenden Teils 63, Rechnung zu tragen, umfasst der laufende Teil 63 einen Verbindungsunterabschnitt 63.2 zwischen Unterabschnitt 63.1 und Endteil 61. Um auch dem Unterschied zwischen den Durchmessern D62 und D63.1, allgemeiner gesagt zwischen den jeweiligen Querschnitten des unteren Endteils 62 und des Unterabschnitts 63.1 des laufenden Teils 63, Rechnung zu tragen, umfasst der laufende Teil 63 einen Verbindungsunterabschnitt 63.3 zwischen Unterabschnitt 63.1 und Endteil 62. Bei der Ausführungsform der 2 und 3 stellen die Verbindungsunterabschnitte 63.2 und 63.3 in dem Sinne einen geringen Teil des laufenden Teils 63 dar, dass die axiale Abmessung L63.1 des Unterabschnitts 63.1 mindestens 75 % oder gar mindestens 90 % der axialen Dimension L63 des laufenden Teils 63 beträgt, was heißt, dass die Kumulierung der jeweiligen axialen Abmessungen der Verbindungsunterabschnitte 63.2 und 63.3 kleiner 25 %, oder gar kleiner 10 %, der Abmessung L63 ist. In einer nicht dargestellten Variante kann der Puffer 60 im Übrigen ohne Verbindungsabschnitte wie die Verbindungsunterabschnitte 63.2 und 63.3 ausgestaltet werden, wobei unterstützte Verbindungsunterabschnitte mit punktueller axialer Erstreckung an ihre Stelle treten.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung, die beim Ausführungsbeispiel der 2 und 3 ausgeführt ist, ist der laufende Teil 63 symmetrisch relativ zu einer geometrischen Medianebene P, die im montierten Zustand des Thermostatelements 1 senkrecht zur Achse X-X verläuft. Dabei sind die oberen 61 und unteren Endteile 62 bezogen auf diese Medianebene P miteinander symmetrisch. Auf diese Weise stellt die Ebene P eine Symmetrieebene des Puffers 60, sodass dieser auf dem Rest des Thermostatelements 1 montiert werden kann, wobei ein beliebiges seiner Endteile 61 und 62 nach oben gewandt ist. Es versteht sich, dass dadurch die Handhabung bei der Montage des Thermostatelements 1 erleichtert wird.
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Im montierten Zustand des Thermostatelements 1 ist der obere Endteil 61 des Puffers, wie in 1 gezeigt, im Bohrungsabschnitt 41.1 aufgenommen, und der untere Endteil 62 ist im Bohrungsabschnitt 41.2 aufgenommen, während der obere Teil des laufenden Teil 63 des Puffers im Bohrungsabschnitt 41.1 aufgenommen ist und dessen unterer Teil im Bohrungsabschnitt 41.2 aufgenommen ist, wodurch der Bohrungsabschnitt 41.3 vom oberen und unteren Teil kontinuierlich belegt ist. Beim Expandieren drückt das thermoexpandierbare Material 20 durch die zwischen dem thermoexpandierbaren Material und dem unteren Endteil 62 angeordnete Membran 50 axial nach oben gegen der untere Endteil 62 des Puffers. Hierdurch wird der Puffer 60 nach oben getrieben, und der verlängert sich infolge der elastischen Verformung axial in den Bohrungen 40, insbesondere im Bohrungsabschnitt 41.1, und drückt dabei sein oberes Unterteil 61 axial gegen den Kolben 30, was zur Folge hat, dass dieser nach oben verschoben wird.
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Im Einzelnen ist der Puffer 60, insbesondere seine axiale Dimensionierung, derart ausgelegt, dass bei einem Expandieren des thermoexpandierbaren Materials der obere Endteil 61 im Bohrungsabschnitt 41.1 verbleibt, ohne den Bohrungsabschnitt 41.3 zu erreichen, gleichgültig, in welcher Verschiebungslage sich der Kolben befindet, und der untere Endteil 62 im Bohrungsabschnitt 41.2 verbleibt, ohne den Bohrungsabschnitt 41.3 zu erreichen, gleichgültig, in welcher Verschiebungslage sich der Kolben befindet. Bei einem Expandieren des thermoexpandierbaren Materials 20 bewegt sich nur der laufende Teil 63 des Puffers 60 durch den Bohrungsabschnitt 41.3 zwischen Bohrungsabschnitt 41.1 und Bohrungsabschnitt 41.2.
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Außerdem ist der Querschnitt des Unterabschnitts 63.1 des Puffers 60 vorteilhafterweise derart dimensioniert, dass er vor dem Montieren des Puffers am Rest des Thermostatelements 1 gleichzeitig größer ist als der Querschnitt des Bohrungsabschnitts 41.1 und kleiner ist als der Querschnitt des Bohrungsabschnitts 41.2. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist also, wie in 3 gezeigt, der Durchmesser D63.1 des Querschnitts des laufenden Unterabschnitts 63.1 größer als der Durchmesser D41.1 des Querschnitts des Bohrungsabschnitts 41.1 ist und kleiner als der Durchmesser D41.2 des Querschnitts des Bohrungsabschnitts 41.2 ist. Auf diese Weise ist der im Bohrungsabschnitt 41.1 aufgenommene obere Teil des laufenden Teils 63 im montierten Zustand des Thermostatelements 1 radial fest in diesem Bohrungsabschnitt 41.1 aufgenommen, während der im Bohrungsabschnitt 41.2 aufgenommene untere Teil des laufenden Teils 63 von diesem Bohrungsabschnitt 41.2 nicht eingespannt wird, wobei zwischen ihnen grundsätzlich ein radiales Spiel entstehen kann. In der Praxis erscheint dieses Spiel in der 1 nicht, da das Einspannen des oberen Teils des laufenden Teils 63 im Bohrungsabschnitt 41.1 eine elastische Verformung dieses oberen Teils zur Folge hat, wobei das Elastomere Material des Puffers 60 sich dann verformt, um den ganzen verfügbaren Platz, einschließlich dieses Spiels, zu besetzen, sodass die Eigenspannungen dieses Materials minimiert werden.
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So wird die Bedeutung der Verjüngung des laufenden Teils 63 des Puffers gegenüber den Endteilen 61 und 62 klar: Wenn der Kolben 30 im montierten Zustand des Thermostatelements 1 bei einem Expandieren des thermoexpandierbaren Materials ausgefahren wird oder bei einem Zusammenziehen des Materials eingefahren wird, lockert der laufende Teil 63 einen Teil der verformenden Eigenspannungen des Puffers 60, sodass dieser von geringeren Eigenspannungen beansprucht wird, als es der Fall wäre, wenn der laufende Teil 63 vor dem Montieren des Puffers 60 einen Querschnitt aufwiese, der identisch mit dem der Endteile 61 und 62 wäre. Diese Einschränkung der Eigenspannungen des Puffers 60 reduziert die Intensität der Reibungen des laufenden Teils 63 an den Bohrungen 41, insbesondere am Bohrungsabschnitt 41.3, wo der fortschreitende Charakter der Variation des Querschnitts diese begünstigt. In der Praxis ist die Teillockerungswirkung der Eigenspannungen des Puffers 60 erheblich, da der Querschnitt des laufenden Teils 63 auf der Ebene des Unterabschnitts 63.1 um mindestens 5 %, mindestens 10 %, mindestens 15 %, mindestens 20 % oder gar mindestens 25 % kleiner ist als die jeweiligen Querschnitte der Endteile 61 und 62.
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Durch diese Einschränkung der Eigenspannungen wird eine frühzeitige Schädigung des Puffers 60, insbesondere des Elastomeren Materials, aus dem er besteht, verhindert, indem der aus der Reibung an den Bohrungen 41 der Führung 40 resultierende Verschleiß eingeschränkt und/oder zeitlich verzögert wird. Selbstverständlich werden die Eigenspannungen bei einer Änderung der Verschiebungslage des Kolbens 30 durch die Variation der axialen Erstreckung des im Bohrungsabschnitt 41.1 aufgenommenen laufenden Teils 63 mittels der Reibung dieses Teils 63 auf dem Bohrungsabschnitt 41.3 entsprechend geändert.
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Im Übrigen, wenn der Puffer 60 durch die unter Einwirkung des thermoexpandierbaren Materials 20 bei einem Expandieren des thermoexpandierbaren Materials 20 verformte Membran 50 nach oben angetrieben wird, verformt sich der Puffer 60 in dem Ausmaß, dass der obere Endteil 61 und der obere Teil des laufenden Teils 63 des Puffers radial im Bohrungsabschnitt 41.1 festgehalten werden, indem er sich durch die Elastizität seines Elastomeren Materials im Wesentlichen nach oben verlängert. Mit anderen Worten verstärkt der Puffer 60 die aus der Verformung der Membran 50 resultierende Antriebswirkung des Kolbens 30, woraus sich für eine bestimmte Verformung der Membran 50 eine längere Verschiebungsstrecke des Kolbens ergibt als das bloße axiale Ausmaß der Verformung der Membran.
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Um die Einschränkung der Eigenspannungen des Puffers 60 und die durch den Puffer verstärkte Antriebswirkung des Kolbens 30 zu optimieren und dabei die Montage des Puffers 60 am Rest des Thermostatelements 1 zu erleichtern, ist der Querschnitt des oberen Endteils 61 oder der Querschnitt des unteren Endteils 62 oder vorteilhafterweise beide Querschnitte identisch mit dem Querschnitt des Bohrungsabschnitts 41.2. Bei diesem Ausführungsbeispiel heißt das, wie in 3 gezeigt, dass die Durchmesser D61 und/oder D62 gleich dem Durchmesser D41.2 sind.
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In 4 - 8 sind Ausführungsformen des Puffers 60 zu sehen, die jeweils mit den Bezugszeichen 160, 260, 360, 460 bzw. 560 versehen sind.
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Jeder der Puffer 160, 260, 360, 460 und 560 besteht aus:
- - einem oberen Endteil 161, 261, 361, 461, 561, der dem Endteil 61 des Puffers 60 in dem Sinne funktionell ähnlich ist, dass im montierten Zustand des Thermostatelements 1 dieses Endteil 161, 261, 361, 461, 561 im Bohrungsabschnitt 41.1 der Bohrungen 41 aufgenommen ist, gleichgültig, in welcher Verschiebungslage sich der Kolben 30 befindet,
- - einem unteren Endteil 162, 262, 362, 462, 562, der dem Endteil 62 des Puffers 60 in dem Sinne funktionell ähnlich ist, dass im montierten Zustand des Thermostatelements 1 dieses Endteil 162, 262, 362, 462, 562 im Bohrungsabschnitt 41.2 der Bohrungen 41 aufgenommen ist, gleichgültig, in welcher Verschiebungslage sich der Kolben 30 befindet, und
- - einem laufenden Teil 163, 263, 363, 463, 563 das dem laufenden Teil 63 des Puffers 60 in dem Sinne funktionell ähnlich ist, dass der laufende Teil 163, 263, 363, 463, 563 die oberen und unteren Endteile koaxial verbindet, zwischen den Bohrungsabschnitten 41.1 und 41.2 durch den Bohrungsabschnitt 41.3 fährt, wenn der Kolben 30 im montierten Zustand des Thermostatelements 1 verschoben wird und vor der Montage des Puffers 160, 260, 360, 460, 560 am Rest des Thermostatelements 1 mindestens lokal dünner ausgebildet ist als der untere Endteil des Kolbens, und im Falle der Puffer 160, 260 und 360 dünner ist als der obere Endteil des Puffers.
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Da vorgesehen wird, dass der laufende Teil 63, 163, 263 und 363 der Puffer 60, 160, 260 und 360 gleichzeitig dünner ist als dessen oberes Endteil 61, 161, 261 und 261 (sic) und der untere Endteil 62, 162, 262 und 362, kann Fett vorteilhafterweise zwischen den Bohrungen 41 und diesem laufenden Teil des Kolbens eingefangen werden.. Eine Schmiertasche oder ein Reservebehälter für Fett ist tatsächlich radial zwischen den Bohrungen und dem laufenden Teil des Puffers abgegrenzt und dabei am oberen und unteren Ende jeweils durch die oberen und unteren Endteile des Puffers, die dicht in den Bohrungsabschnitten 41.1 und 41.2 aufgenommen sind, abgedichtet. Das so vom laufenden Teil 63, 163, 263 und 263, insbesondere auf der Höhe des Bohrungsabschnitts 41.3, zurückbehaltene Fett verlängert die Nutzungsdauer des Thermostatelements 1 noch weiter, indem der Reibungsverschleiß des Puffers 60, 160, 260 und 360 verringert wird.
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Gegenüber dem Puffer 60 weist der Puffer 160 Unterscheidungsmerkmale auf:
- - Der Querschnitt seiner Endteile 161 und 162 bleibt entlang der zentralen Achse X-X nicht gleich, sondern variiert mit einem Höchstwert auf einer axialen Zwischenebene der Endteile 161 und 162 und
- - Der Querschnitt seines laufenden Teils 163 variiert ebenfalls durchgehend zwischen den axial gegenüberliegenden Enden mit einem Mindestwert auf der mittleren axialen Höhe.
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Also besteht der laufende Teil 163 des Puffers 160 aus :
- - einem Unterabschnitt 163.1 mit kleinerem Querschnitt, der vor der Montage des Puffers 160 am Rest des Thermostatelements 1 axial in der Mitte des laufenden Teils 163 angeordnet ist, eine punktuelle axiale Erstreckung aufweist und einen Querschnitt aufweist, der dem minimalen Querschnitt des laufenden Teils 163 entspricht und dabei vorteilhafterweise gleichzeitig kleiner ist als der Querschnitt des Bohrungsabschnitts 41.2 und größer ist als der Querschnitt des Bohrungsabschnitts 41.1, und
- - oberen bzw. unteren Verbindungsunterabschnitten 163.2 und 163.3, die den Unterabschnitt 163.1 jeweils mit den oberen 161 und unteren Endteilen 162 verbinden und vor der Montage des Puffers 160 am Rest des Thermostatelements 1 einen Querschnitt aufweisen, der über ihre ganze axiale Erstreckung entlang der Achse X-X variiert.
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Der laufende Teil 263 des Puffers 260 kann analog dem laufenden Teil 163 des Puffers 160 beschrieben werden, wobei aber die Variation des Querschnitts der oberen 263.2 bzw. unteren Verbindungsunterabschnitte 263.3 nicht über die ganze axiale Erstreckung jedes der Verbindungsunterabschnitte vorhanden ist, sondern, analog dem Unterabschnitt 163.1 des Puffers 160, ab den Unterabschnitt 163.1 nur bis eine zwischen diesen Verbindungsunterabschnitten 263.2 und 263.3 liegende axiale Ebene vorgesehen ist.
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Der Puffer 360 hat seinerseits die Besonderheit, dass der Unterabschnitt 363.1 des laufenden Teils 363 nicht axial in der Mitte des laufenden Teils 363 angeordnet, sondern nach oben verschoben ist. Die Verschiebungsunterabschnitte 363.2 und 363.3 seines laufenden Teils 363 sind entsprechend angepasst.
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Wie oben erwähnt, hat der laufende Teil 463 und 563 der Puffer 460 und 560 die Besonderheit, dass er nur dünner ist als der untere Endteil 462 und 562. So ist der Querschnitt der Unterabschnitte 463.1 und 563.1 der laufenden Teile 463 und 563, der dem minimalen Querschnitt der laufenden Teile entspricht, im Wesentlichen identisch mit dem Querschnitt der oberen Endteile 461 und 561 und dabei kleiner ist als der Querschnitt der unteren Endteile 462 und 562. Diese Unterabschnitte 463.1 und 563.1 mit kleinerem Querschnitt sind jeweils durch Verbindungsunterabschnitte 463.3 und 563.3 ihres Endteils 463, 563 mit den Endteilen 462 und 562 verbunden, die z.B. dem Verbindungsunterabschnitt 63.3 des Puffers 60 funktionell ähnlich sind. Der Unterschied zwischen den Puffern 460 und 560 betrifft die axiale Lage und Erstreckung ihres Unterabschnitts mit kleinerem Querschnitt: Der Unterabschnitt 563.1 weist eine punktuelle axiale Erstreckung auf und ist am oberen Ende des laufenden Teils 563 angeordnet, während der Unterabschnitt 463.1 eine größere axiale Erstreckung aufweist.
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Hierbei ist anzumerken, dass die Erfinder festgestellt haben, dass die verschiedenen Ausführungsformen der Puffer 60, 160, 260, 360, 460 und 560 eine Lockerungswirkung auf die verformenden Eigenspannungen entfalten, wie sie zum Puffer 60 bereits eingehend erklärt wurde, wobei die bevorzugte Form, insbesondere mit einer stärkeren Lockerungswirkung, der Puffer 60 der und ist.
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Schließlich sind zahlreiche Anordnungen und Varianten der oben beschriebenen Baugruppe zur Herstellung eines Thermostatelements denkbar. Zur Verhinderung einer Extrusion des elastomeren Materials des Puffers 60, 160, 260, 360, 460 oder 560 aus dem Thermostelement 1 durch den Bohrungsabschnitt 41.1 der Führung 40 kann diese Baugruppe eine Dichtscheibe wie z.B. die Dichtscheibe 70 der umfassen, wobei diese Dichtscheibe auf der Achse X-X zentriert ist und im montierten Zustand des Thermostatelements axial zwischen Puffer 60 und Kolben 30 angeordnet ist. Diese Dichtscheibe weist typischerweise eine Steifheit auf, die größer ist als die des Puffers 60 aber kleiner als die der Führung 40 und des Kolbens und besteht dabei z.B. aus PTFE (Polytetrafluorethylen).
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0942347 [0006]
- FR 2879681 [0006]
