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Die Erfindung bezieht sich auf einen Thermostaten mit einem Gehäuse,
welches eine sich bei Wärmeeinwirkung ausdehnende Füllung enthält und von einem
Stopfen aus elastischem Werkstoff abgedichtet ist, der bei Temperaturerhöhung von
der sich ausdehnenden Füllung deformiert wird und dabei einen Kolben zur Betätigung
von Steuerorganen nach außen drückt, der in einer in das Gehäuse eingesetzten und
dieses verschließenden Führungsbüchse gleitet, die mit einer Dichtungfläche einen
Kragen des elastischen Stopfens gegen eine Dichtungsfläche an dem Gehäuse drückt
und die einen nach innen gerichteten den Kolben ringförmig umgebenden Zapfen besitzt.
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Solche Thermostate sind im allgemeinen Gebrauch, um eine große Anzahl
von Vorrichtungen in Abhängigkeit von Temperaturänderungen zu steuern.
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Bisher ließ die Lebensdauer solcher Thermostate zu wünschen übrig.
Zwei Gründe sind für die kurze Lebensdauer der bisherigen Thermostate maßgebend.
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In erster Linie kann durch ungenügende Abdichtung die ausdehnungsfähige
Füllung bei fortgesetztem Gebrauch des Thermostaten aus dem Gehäuse nach außen sickern.
In zweiter Linie - und das ist besonders wichtig - kommt es vor, daß sich unter
Druck stehendes Wasser, in dem sich der Thermostat befindet, einen Weg in das Thermostatgehäuse
bahnt und zu der ausdehnungsfähigen Füllung gelangt. Der Zutritt von Wasser zu dieser
Füllung kann die Arbeitseigenschaften des Thermostaten beträchtlich verändern und
auf die Dauer sogar das Arbeiten des Thermostaten überhaupt verhindern.
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Der Erfinder hat erkannt, daß das Nachlassen der Abdichtung im allgemeinen
durch die Bewegung des Kolbens in Beziehung auf das Gehäuse verursacht wird. Wenn
sich der Kolben nach außen bewegt, so hat der umgebende elastische Stopfen nicht
den genügenden Platz, um nachzufolgen. Der elastische Werkstoff wird mit großer
Kraft gegen die Führung des Kolbens gedrückt. Bewegt sich der Kolben in bezug auf
das Thermostatgehäuse wieder zurück, so drückt der Kolben mit seiner Oberfläche
gegen den elastischen Stopfen, um letzteren in seine normale Ruhelage zurückzuführen.
Dabei kann durch die zwischen den verschiedenen Thermostatteilen befindlichen Zwischenräume
Wasser eindringen, besonders da, wo Metallteile miteinander in Berührung stehen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einem Thermostaten
eine gute und dauerhafte Abdichtung des Thermostatgehäuses bei kleinem Gehäusedurchmesser
zu erreichen. Die Erfindung geht von einem bekannten Thermostaten der eingangs genannten
Art aus und besteht darin, daß der Kragen des Stopfens im Ringraum zwischen dem
Zapfen und der Innenwandung des Gehäuses in radialer Richtung zusammengedrückt und
in axialer Richtung durch seinen Eingriff in eine Ringnut festgehalten ist, die
sich am äußeren Ende der zylindrischen Mantelfläche des Zapfens befindet.
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Nach einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung erweitert sich
die Führungsbuchse, von der Ringnut ausgehend, konisch nach außen, so daß der oberste
Kragenteil des elastischen Werkstoffes zwischen der konischen Mantelfläche der Führungsbuchse
und der gegenüberliegenden Wandung des Gehäuses geklemmt und verkeilt ist.
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Weitere Merkmale zur zweckmäßigen Ausgestaltung und Herstellung des
erfindungsgemäßen Thermostaten sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Thermostaten dargestellt.
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Fig. 1, 2 und 3 zeigen senkrechte Längsschnitte durch den Thermostaten
in aufeinanderfolgenden Phasen seiner Montage; F i g. 4 zeigt im gleichen Schnitt
einen fertig montierten Thermostaten; Fig. 5 und 6 zeigen im senkrechten Mittelschnitt
andere Ausführungsbeispiele des Thermostaten; Fig. 7 zeigt im senkrechten Schnitt
eine andere Ausführungsform in Gestalt einer Büchse; bei dem Ausführungsbeispiel
nach F i g. 8 ist eine Führung verwendet, die aus einem wasserdurchlässigen Werkstoff
besteht.
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In F i g. 4 ist ein zylindrisches Gehäuse dargestellt, welches aus
einem Metall oder einem sonst geeigneten Werkstoff besteht, der widerstandsfähig
und wärmeleitend ist. Das Gehäuse 10 besitzt an einem Ende, vorzugsweise unten,
einen einwärts gebogenen Flansch 11, der eine mit 12 bezeichnete Öffnung umgibt.
Auf dem Flansch 11 ist eine Metallscheibe 13 abgestützt, die ihrerseits eine elastische
Dichtung 14 trägt. Das GehäuselO könnte auch mit einem Boden aus einem Stück bestehen,
so daß die Scheibe 13 und die Dichtung 14 nicht notwendig sind.
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Im Innern des Gehäuses 10 befindet sich eine an sich bekannte ausdehnungsfähige
Füllung 15, die in der Hauptsache aus einem Wachs besteht. Das Wachs könnte auch
mit einem metallischen Pulver vermischt sein. Die Füllung dehnt sich aus, sobald
ihre Temperatur einen vorher festgelegten Punkt überschreitet.
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In den oberen Teil des Gehäuses ist eine Führungsbuchse 17 für den
Kolben 16 eingesetzt, die in ihrer richtigen Lage durch einen ringförmigen, nach
innen umgebogenen Flansch 18 gehalten ist.
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Die aus festem Werkstoff bestehende Führungsbuchse 17 besitzt eine
im wesentlichen senkrechte Mantelfläche 20, deren Durchmesser, von der Stirnfläche
19 ausgehend, nach unten etwas abnimmt. Die Führungsbuchse 17 geht nach unten in
einen Zapfen 21 mit kleinerem Durchmesser über. Die Führungsbuchse 17, 21 besitzt
eine zentrale Bohrung 23 zur Führung des Kolbens 16. Ein elastischer Stopfen 24
aus Gummi oder einem ähnlichen Werkstoff erstreckt sich durch das Innere des Gehäuses
10 nach unten.
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Der Stopfen 24 geht oben in einen kreisförmigen Kragen 25 über, der
zwischen der inneren Wandung 26 des Gehäuses 10 und der äußeren Wandung27 des Zapfens
21 liegt. Am oberen Ende des Zapfens 21 liegt eine an ihrer Grundfläche abgerundete
Ringnut 28 der Führungsbuchse 17. In diese Nut 28 greift ein nach innen vorspringender
Rand 29 am oberen Ende des Kragens 25 ein. Schließlich greift ein dünnwandiger Teil
25 a des Stopfens 24 in den konischen Zwischenraum zwischen der Seitenwandung 20
der Führungsbuchse 17 und der inneren Wandung 26 des Gehäuses 10 ein, so daß auch
an dieser Stelle ein dichter Abschluß zwischen dem Gehäuse 10 und der Führungsbuchse
17 erreicht ist. In einer zentralen Bohrung 30 des Stopfens 24 liegt der Kolben
16. Der Kolben 16 hat in bekannter Weise eine Zylinderform, an welche sich unten
eine konische Spitze 31 anschließt. Wenn die Temperatur der Füllung 15 steigt, bis
zu einem im voraus festgelegten Punkt, dann dehnt sich die Füllung 15 aus, was von
unten einen Druck auf den Stopfen 24 und gleichzeitig einen Druck oder eine Quetschung
auf die Seitenflächen
des Stopfens zur Folge hat. Der auf den Stopfen
24 wirkende Druck hat zur Folge; daß sich der Kolben 26 in seiner Bohrung 23 nach
oben bewegt und aus der Führungsbuchse 17 teilweise austritt. Zur Rückführung des
Kolbens 16 in die in F i g. 4 dargestellte Stellung bei der Abkühlung der Füllung
15 sind die verschiedensten Vorrichtungen bekannt; im einfachsten Fall kann es sich
dabei um eine Druckfeder handeln, die auf die freie Stirnfläche oder auf einen mit
dem Kolben 16 versehenen Bund einwirkt. Solche bekannten Vorrichtungen sind nachstehend
weder beschrieben noch dargestellt. Die Zurückbewegung des Kolbens 16 hat durch
die auftretende Reibung eine Zugbeanspruchung des Stopfens 24 nach unten in das
Innere des Gehäuses 10 zur Folge, und solche fortgesetzten Beanspruchungen können
nach Ablauf einer gewissen Zeit eine Änderung der Abdichtung des Gehäuses zur Folge
haben. Das kann so weit gehen, daß beispielsweise Wasser in das Innere des die Füllung
15 enthaltenden Gehäuses 10 eindringt, wenn der ganze Thermostat von Wasser umgeben
ist.
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Durch den Eingriff des Randes 29 in die Ringnut 28 der Führungsbuchse
13 ist der Stopfen in der Lage, den nach unten gerichteten Zugbeanspruchungen wirkungsvoll
zu widerstehen. Es sei noch als wichtig bemerkt, daß der Kragen 25 des Stopfens
24 zusammengepreßt zwischen den anliegenden Flächen des Gehäuses und des Zapfens
21 festgehalten ist.
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Der oberste dünnwandige Teil 25 a des Stopfens 24 ist mit seiner dünnen
Wandung eng zwischen die Führungswandung 20 und die Innenwandung des Gehäuses eingekeilt.
Eine derartige Zusammendrückung und ein derartiges Einkeilen werden durch die Montage
der verschiedenen Bestandteile des Thermostaten erreicht. Diese Montage ist deutlich
aus den Fig. 1, 2 und 3 ersichtlich. Man ersieht aus F i g. 1, daß die Führungsbuchse
17, der Kolben 16 und der Stopfen 24 vorher zu einer baulichen Einheit zusammengebaut
sind. Der vorerwähnte dünnwandige Teil 25a ist in Fig. 1 mit 32 bezeichnet und erstreckt
sich als dünnwandiger Flansch in der Höhe des Randes 29 nach außen. Bevor eine Einschnürung
oder Verengung stattfindet, hat der Stopfen 24 etwa in der Höhe des Kragens 25 einen
Außendurchmesser, der ein wenig größer als der Innendurchmesser des Gehäuses 10
ist. Daraus ergibt sich, daß der Kragen 25 bei der unter Kraft erfolgenden Einführung
der Führungsbuchse und des Stopfens in das Gehäuse derart zusammengedrückt wird,
daß sich eine gute Abdichtung zwischen der Führungsbuchse und dem Gehäuse 10 ergibt.
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Aus den F i g. 1 und 2 ist ersichtlich, daß der dünnwandige Flansch
32 bei der Einführung der Führungsbuchse 17 und des Stopfens 24 in das Gehäuse 10
nach oben gebogen wird. Dabei wird zuletzt der äußere Rand des Flansches 32 abgeklemmt
oder abgeschnitten, wenn die entsprechende Kante der Führungsbuchse 17 auf die innere
Randkante des Gehäuses 10 trifft. Der eingekeilte Teil 25 a des Flansches 32 sorgt
für einen weiteren, absolut dichten Abschluß des Gehäuses an dieser Stelle. Hat
die Führungsbuchse 17 ihre richtige Lage im Innern des Gehäuses 10 eingenommen,
dann wird der Gehäuserand 18 bis zur Auflage auf der Führungsbuchse 17 nach innen
umgelegt oder umgebördelt.
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Aus Fig. 3 ist eine kleine Abänderung des Thermostaten ersichtlich.
Die Führungsbuchse 17 besitzt einen im Durchmesser größeren Kopf 17 a, für dessen
Auflage
am oberen Ende des Gehäuses 10 eine Schulter 10 a ausgebildet ist. Bei der Montage
dieser Ausführungsform wird die Führungsbuchse einfach in das Gehäuse eingedrückt,
bis der Kopf 17 a auf der Schulter 10 a aufruht, worauf wieder der obere Gehäuserand
auf die Stirnfläche 19 der Führungsbuchse 17 umgebogen wird.
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Beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 5 besitzt der nach unten gerichtete
Zapfen 21 der Führungsbuchse 17 unten eine kreisförmige Vertiefung 33, die sich
in der unteren Stirnfläche 34 konzentrisch zur Bohrung 23 befindet. Der Stopfen
24 bildet einen nach oben gerichteten Ring 35 für den Eingriff in die Vertiefung
33. Der äußere Durchmesser des Ringes 35 ist etwas größer als der innere Durchmesser
der Vertiefung 33, so daß der Ring 35 etwas zusammengepreßt wird, wenn der Kolbens
16 in die Führungsbuchse 17 und den Stopfen 24 eingeführt wird. Diese Ausführungsform
der Erfindung ist vorzugsweise geeignet, beträchtliche Temperaturänderungen auszuhalten.
Da der Kragen 25 und der Ring 35 im Zustand der Zusammendrückung gehalten sind,
so hat eine Ausdehnung des Stopfengummis bei Temperaturerhöhung keine andere Wirkung,
als die Abdichtung des Gehäuses zu erhöhen. Im anderen Fall, wenn der Thermostat
starker Kälte ausgesetzt ist, haben die Dichtungsmittel normalerweise die Neigung,
sich von den äußeren Wandungen des Gehäuses zu trennen und sich um den Kolben 16
zusammenzuziehen.
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Beim beschriebenen Ausführungsbeispiel hat die Zusammenziehung nur
die Wirkung, die Abdichtung zwischen den Punkten A und B beim Zapfen 21 zu erhöhen.
Die Zusammenziehung des Gummis zwischen den beiden genannten Punkten ergibt einen
erhöhten Andruck des Stopfens an den Zapfen 21 und infolgedessen eine Erhöhung der
Abschlußdichtung an dieser Stelle. Befinden sich der Kragen 25 und der Ring 35 unter
Druck, so wird die Zusammenziehung des elastischen Werkstoffes kein anderes Resultat
haben, als in einem bestimmten Ausmaß die Druckspannung zu verkleinern. Da der Ring
35 und der Kragen 25 eine verhältnismäßig dünne Wandung aufweisen und die Zusammenziehung
des elastischen Werkstoffes an diesen Stellen zu vernachlässigen ist, wird sich
keine wesentliche Änderung in der Wirksamkeit der Abdichtung ergeben. Es ist bekannt,
daß Wasser entlang der Oberfläche des Kolbens 16 durch die Bohrung 23 der Führung
17 eindringen kann, so daß sich ein Teil dieses Wassers zwischen der Stirnfläche
34 der Führung und einem oberen Teil des Stopfens 24 eingeschlossen befindet.
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Eine solche Wasserzurückhaltung kann im wesentlichen dadurch vermieden
werden, daß der Stopfen 24 daran gehindert ist, sich von der unteren Stirnfläche
34 des Zapfens 21 zu lösen. Eine entsprechende Lösung ist in F i g. 6 dargestellt.
An den Zapfen 21 der Führungsbuchse bzw. an deren untere Stirnfläche 34 schließt
sich ein nach unten gerichteter Kragen36 an, der eine dünne Wandstärke besitzt und
dessen untere Stirnfläche mit 37 bezeichnet ist.
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Dieser die Führungsbohrung 23 verlängernde Kragen 36 besitzt eine
konische Mantelfläche 38, die sich in Fig. 6 nach oben verjüngt. Dieser Kragen 36
ist von dem elastischen Werkstoff des Stopfens 24 vollständig umgeben. Man erkennt
bei dieser Ausbildung, daß sich die Wirksamkeit der Verbindung zwischen dem Kragen
36 und dem benachbarten Teil des Stopfens 24 erhöht, wenn sich der Kolben 16 nach
unten
bewegt und dabei bestrebt ist, den Stopfen 24 durch Reibung
mit nach unten zu bewegen. Es sei bemerkt, daß sich die konische Form des Kragens
36 auch auf einen Teil der Höhe des Kragens oder auf Umfangsteile beschränken kann.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.7 stützt sich eine Führungsbuchse
40 auf einer Schulter 10 a ab, die sich im oberen Teil des GehäuseslO befindet.
Diese Führungsbuchse 40 stimmt im wesentlichen mit der oben beschriebenen Führungsbuchse
17 überein, abgesehen davon, daß sie eine nach oben gerichtete hohle Verlängerung
41 besitzt. Ein sich nach unten erstreckender Zapfen 42 der Führungsbuchse 40 besitzt
eine Mantelfläche 43, welche über eine gewisse Höhe geradlinig oder parallel dem
Gehäuse 10 verläuft. Der sich oben anschließende Teil der Mantelfläche 43 verläuft
konisch und verjüngt sich nach oben, so daß der Zapfen 42 eine Einschnürung 44 besitzt.
Eine Membran 47 erstreckt sich quer durch das Gehäuse 10 und umgreift mit einem
nach oben umgebogenen Rand 48 den Zapfen 42, wobei der Rand auch in die obenerwähnte
Einschnürung44 des Zapfens eingreift. Ein elastischer Kern 50, der unten an seiner
Basis einen größeren Durchmesser als oben aufweist, erstreckt sich in die Bohrung
51 des Führungsteiles 41 und stützt sich unten auf der Membran 47 ab. Eine Scheibe
52 aus einem wenig Reibung besitzenden Werkstoff liegt auf dem Kern 50 und dient
als Stütze für den beweglichen Kolben 53. Die sich nach unten erweiternde Bohrung
51 und der sich verdickende Kern 50 haben den Zweck, die in der Membran 47 durch
die Ausdehnung der an sich bekannten Füllung im Behälter 10 erfolgende Bewegung
zu vergrößern, um dementsprechend und in an sich bekannter Weise einen größeren
Hub des Kolbens 53 zu erzielen.
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Die in F i g. 8 dargestellte Ausführung des Thermostaten unterscheidet
sich von derjenigen nach Fig. 4 nur dadurch, daß die Führungsbuchse 17 durch eine
Führungsbuchse 55 ersetzt ist, die aus einem wasserdurchlässigen Werkstoff besteht.
Es kann sich dabei um einen aus Sintermetall hergestellten Führungskörper handeln,
natürlich kommen auch andere wasserdurchlässige Werkstoffe in Frage.
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Wie bereits erwähnt, kann auf diese Weise ein dauernder Wassereinschluß
im Innern zwischen der Führung und dem Stopfen verhindert werden.
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Es sei noch bemerkt, daß in jedem Fall ein Hohlraum, eine Einschnürung
oder eine konische Mantelfläche in der Führungsbuchse oder in dem Führungszapfen
vorgesehen ist und daß der Werkstoff des elastischen Stopfens oder eines gleichwertigen
Mittels oder eines Stopfenteiles in diese Hohlräume oder Einschnürungen eingreift,
so daß eine gute und dichte Verbindung zwischen den entsprechenden Teilen gewährleistet
ist, die nicht durch die dauernde Auf- und Abbewegen des Kolbens verschlechtert
werden kann.
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Patentansprüche: 1. Thermostat mit einem Gehäuse, welches eine sich
bei Wärmeeinwirkung ausdehnende Füllung enthält und von einem Stopfen aus elastischem
Werkstoff abgedichtet ist, der bei Temperaturerhöhung von der sich ausdehnenden
Füllung deformiert wird und dabei einen Kolben zur Betätigung von Steuerorganen
nach außen drückt, der in einer in das Gehäuse eingesetzten und dieses verschließenden
Führungsbuchse gleitet, die mit einer Dichtungsfläche einen Kragen des elastischen
Stopfens gegen eine Dichtungsfläche an dem Gehäuse drückt und die einen nach innen
gerichteten den Kolben ringförmig umgebenden Zapfen besitzt, dadurch gekennzeichnet,
daß der Kragen (25) des Stopfens (24) im Ringraum zwischen dem Zapfen (21) und der
Innenwandung (26) des Gehäuses in radialer Richtung zusammengedrückt und in axialer
Richtung durch seinen Eingriff in eine Ringnut (28) festgehalten ist, die sich am
äußeren Ende der zylindrischen Mantelfläche des Zapfens (21) befindet.