DE1601523A1

DE1601523A1 - Antriebsvorrichtung,insbesondere Thermostat

Info

Publication number: DE1601523A1
Application number: DE1967V0033808
Authority: DE
Inventors: Winter James S
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1966-06-08
Filing date: 1967-06-07
Publication date: 1971-03-18
Also published as: DE1601523B2; DE1601523C3; US3420105A

Description

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Patenten***»

K. OHMSTEDE 1601523

. B-SCHMtO

Sergius Y era e t., Yellow Springs
Ohio (U,S.AO

Antriebsvorrichtunp;« insbesondere !Dhermostat

Die Erfindung bezieht sich auf eine Antriebsvorrichtung, die infolge Wärmeausdehnung eines Stoffes oder infolge hydraulischen Druckes arbeitet* Vorzugsweise handelt es sich um einen unter Druck oder Stoß arbeitenden Thermostaten, bei dem die den Kolben umgebende, aus nachgiebigem Werkstoff bestehende Hülle eine neue Form besitzt, um den Druckbeanspruchungen der Hülle nach der Auswärts- bewegung des Kolbens zu widerstehen* Einzelne oder

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miteinander verbundene Merkmale der Erfindung sind in der mit Druck oder Stoß arbeitenden Antriebsvorrichtunfe verkörpert, wobei die nachgiebige Hülle in ihrer axialen lage verbleibt, wenn sich der eingeschlossene Kolben nach auBen bewegt hatj wobei die Hülle der Kolbenbewegung von der äußeren in die zurückgezogene Stellung den geringsten Widerstand bietet} wobei die Kolbenbewegung auch nach, langem· Gebrauch gleichmäßig bleibt; wobei sich der Kolben während jedes vollständigen Arbeitsspieles zu der gleichen zurückgezogenen Stellung bewegt; wobei der Kolben während seiner Zurückbewegung leicht in der Hülle gleitet, um Hüllenbeanspruchungen in axialer Richtung und um Hüllen- ^ Verformungen in dem Bereich der Hüllenverankerung im Gehäuse zu vermeiden; wobei sich der Kolben entlang der inneren Oberfläche der Hülle bewegt und nicht die Neigung hat, sich in der Hüllenoberfläche einzubohren und eine Abnutzung oder Durchlöcherung der Hülle herbeizuführen; wobei sich die Hülle mit einem kleinsten Betrag einer Streckung oder Verdrehung zusammenfaltet und wieder auffaltet, so daß keine unerwünschten Beanspruchungen entstehen; wobei die Hülle eine längere und gewissermaßen

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•versteifte Form besitzt» so daß mit längeren Hüllen und längeren Eolbenbewegungen gearbeitet werden kann; und . wobei die Hülle eine sehr große Anzahl von Arbeitsspielen ausführen kann, ohne daß eine Abnutzung, eine Änderung |

der Abmessungen oder ein vollständiges Versagen eintritt.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele in Gestalt eines Thermostaten dargestellt.

Figur Λ zeigt einen Längsschnitt durelx den. zusammengebauten Thermostaten,

Figur 2 zeigt die Bestandteile des Thermostaten nach Figmr i in voneinander getrenntem, gewissermaßen auseinandergezogenem Zustand,

Figur 3 zeigt einen senkrechten Schnitt durch eine früher gebräuchliche Ausführungsform der nachgiebigen Hülle nebst darin befindlichem Kolben,

Figur 4- ist ein Querschnitt nach der Linie IV- IV der

Figur J, ■

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iigtir 5 zeigt des Querschnitt nach Figur 4- bei entferntem Kolben! wobei eich die Hülle in einem nicht beecQBpruohten Zustand befindet,

figur 6 ist ein Ciuereehnitt nach der Linie VX ** TTI der

■■ ■' ■ . figur 3f ' - . ■ -.■■■-

Figur 7 zeigt einen senkrechten Mittelschnitt durch die erfindungsgemäß gestaltete BUlIe nebet darin befindlichem Kolben, - ■-

figur 8 ist ein Querschnitt nach der Linie VIII - VIII der Figur ?,

Figur 9 sseigt einen Querschnitt durch die nachgiebige Hülle gemäß figur ? in unbeanspruchtem Zustand und nach Entfernung des Kolbens» Im übrigen handelt es sich um den gleichen Querschnitt wie in · Figur 8 dargestellt»

Figur 10 ist ein Querschnitt nach der Linie X-X der Figur 7» wobei das untere Hüllenende in zusammen-

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gefaltetem oder zusammengedrücktenZustand infolge der Einwirkung des von außen auf die Hülle wirkenden Druckes dargestellt ist«

Das Thermostatgehäuse 20 besteht aus einem.unteren topf-'" artigen feil 22 und einem oberen haubenartigen TeXl 23» welche durch die Flansche 24, 25 sicher zusammengehalten sind. Der Flansch 24 besitzt einen sich nach oben erstreckenden Hand 26, der mit seinem Endteil 27 über den Flansch 25 gebogen öder feebördelt ist,

Die nachgiebige oder verformbareHüllee 21 besitzt einen mittleren Flansch 21', der zwischen die Flansche 24, 25 der Gehäuseteile 22,23 eingeklemmt ist« Die Hülle 21 ist also im Hohlraum der Gehäuseteile genau festgelegt·

Die Hülle 21 besitzt einen oben offenen und nachstehend als Schacht 29 bezeichneten Hohlraum zur Aufnahme des im Querschnitt kreisförmigen Kolbens 30. Der Kolben erstreckt sich durch eine Führungebohrung 31 dtr Gehäuethaube 23 in den Schacht 29* Vorzugsweise btiitat dar Kolben 30

INSPECTS*

einen gröler en Durchmesser als der Schacht 29 t wobei aber bemerkt sei, daß der Kolben auch einen kleineren Durchmesser besitzen kann, ohne daß dabei die erfindungsgemäße neue Zusammenfaltung der Hülle beeinträchtigt wird. Der Gehäusetopf 22 .ist mit einem sich bei Wärme ausdehnenden Stoff 32 gefüllt, wobei es sich um ein sich beim Schmelzen ausdehnendes Wachs oder dergleichen handelt, wodurch auf die äußre Oberfläche der Hülle ein Druck ausgeübt wird, der das Herausdrücken des Kolbens 30 aus dem Schacht 29 zur Folge hat.

An die Stelle des Stoffes 32 könnte auch ein hydraulischer ^ Flüssigkeitsdruck verwendet werden, der von einer äußeren oder entfernt liegenden Quelle aus in den Gehäusetopf 22 eingeführt wird. Die dazu erforderliche Leitung ist in der Zeichnung nicht dargestellt.

Di· genaue Form der den Thermostat nach Figur 1 bildenden Bestandteile ist deutlich aus Figur 2 ersichtlich. Der Flanaoh 24- de a Gehäuse topf es 22 hat eine griffige Oberfläohe 33t AIe ^aus einen Paar von im Querschnitt V-förmigen, konzentrisch liegenden Rillen 34 gebildet ist.

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Xn ähnlicher Welse ist auch die Oberfläche 55 dea Flansches 25 der Gehäusehaube 25 ausgebildet) die griffig« Oberfläche 55 ist durch, ein Paar von konzentrischen, V-förmigen Rillen 56 gebildet* Wenn der Flansch 21' der nachgiebigen Hülle 21 ewischen die Flansch· 24 und 25 eingeklemmt ist, wie in Figur 1 dargestellt, erstreckt sich der nachgiebige Werkstoff in. die Rillen 54-₁ 56, so daß eine Abdichtung gegenüber dem inneren Druck vorhanden ist, wobei güaLchze it ig die nachgiebige Hülle 21 im Gehäuseinnern festgelegt ist» Die nachgiebige MlIe 21 hat unten ein Endstück 57» das von der unteren Oberfläche des Flansches 21' ausgeht und welches unter konischer Verjüngung in die abgerundete Sptize 58 übergeht* Aus Figur 1 ist ersichtlich, daß die konische Oberfläche des Endstückes 37 überall den gleichen Abstand von der inneren Oberfläche 59 des Gehäusetopfes 22 einnimmt. Infolgedessen umgibt der sich beim Schmelzen ausdehnende Stoff 52 das gesamte Eritetück 57 der HuIIe₉ so ■daß der entstehende Druck allseitig auf die Hülle einwirkt und den Kolben 50 aus dem Schacht 29 herausdrückt»

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Die nachgiebige Hülle besitzt auch, oben einen korisichen Teil 41, der in einen zylindrischen Hals 42 übergeht. Dementsprechend besitzt die Gehäusehaube 23 die innere ko- * nische Oberfläche 43 und im Anschluß daran die zylindrische innere Oberfläche 44 zur Aufnahme der Hüllenteile 41, 42. Die innere zylindrische Oberfläche 44 ist mit einem Paar von V-förmigen Rillen 45 versehen, in welche der nachgiebige Werkstoff des Halsteiles 42 der Hülle 21 eingreift, wodurch eine Abdichtung zwischen der Gehäusehaube 23, der Hülle 21 und dem Kolben 30 gewährleistet ist.

Der Halsteil 42 der Hülle 21 endet in der ebenen Stirnfläche 46, auf welcher eine Unterlagsscheibe 47 angeordnet ist, die an der inneren Ringfläche 48 der Gehäusehaube anliegt.

Der Kolben 30 ist zylindrisch und endet in einer konischen Sptee 49. Der Kolben ist in dem Schacht 29 der Hülle 21 ' aufgenommen. Die innere Oberfläche des Schachte* 29 ist für einen Teil der Schacht länge nicht zylindrisch und im besonderen so geformt, daß eine im voraus bestimmte Zusammenfaltung des Hüllenendstückes 37 als Folge des Temperaturanstieges und des vom Stoff 32 ausgeübten Druckes eintritt. 109812/0011

Der Sechacht 29 hat oben einen zylindrischen Qu^schnitt, der sich von der Stirnfläche 4-6 bis zu dem mit 50 bezeichneten Punkt in Figur 2 nach unten erstreckt. Beim Punkt geht der Schachtquerschnitt beispielsweise in eine Dreiecksform über, welche von den ebenen. Seitenflächen 51 begrenzt ist. Die drei Seitenflächen 51 laufen unten bei 52 in einem Scheitelpunkt derart zusammen, daß das untere Schachtende die Form einer umgekehrten Pyramide aufweist. Beim Vergleich der Figuren 3 bis 6 mit den Figuren 7 bis 10 ist der Unterschied in der Schachtgestaltung gegenüber dem Stand,der Technik gut ersichtlich.

In Figur 3 ist eine nachgiebige Hülle 53 mit einem Schacht '

54 für einen verhältnismäßigen langen Kolben 55 dargestellt. Ist die Hülle nicht beansprucht, wenn sie beispielsweise aus dem Thermostatgehäuse entfernt ist, verläuft der Schacht 54· im wesentlichen zylindrisch, wie es im Querschm tt in Figur 5 dargestellt ist. Wenn der Kolben

55 in den Schacht eingreift, so behält die nachgiebige Hülle 53 ihre zylindrische Form sowohl auf der äußeren Oberfläche !36 als auch an der inneren Oberfläche des Schachtes 5^.

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Ist die bekannte Hülle 53 in ein gebrauchsfertiges Thermostatgehäuse eingebaut, so hat die Auswärts- oder Aufwärtsbewegung des Kolbens 55 zur Folge, daß der Schacht 54- zusammenklappt oder sich zusammenfaltet zu der einzigen mit bezeichneten Ebene.

Dieses Zusammenfalten der bekannten Hülle zu der Ebene 57, wie es in Figur 6 dargestellt ist, konnte bisher nicht als vollständig zufriedenstellend angesehen werden, weil bei einer solchen Zusammenfaltung die bei 58 und 59 dargestellten Hüllenteile einer hohen Beanspruchung ausgesetzt sind, denn an diesen Stellen wird der Hüllenwerkstoff außen in großem Maße gestreckt, während er an der inneren Oberfläche zusammengedrückt wird. Infolgedessen haben die Hüllenteile oder Stellen 58f 59 nack luagem Gebrauch die Neigung zum Bruch, wodurch natürlich die Arbeitsweise des Thermostaten vereitelt wird. Außerdem wird die Widerstandskraft der zusammengefalteten Hülle in Bezug auf den vom Wachs ausgeübten seitlichen Druck geschwächt, besonders am unteren Teil 60 der Hülle. Der erwähnte Hüllenteil 60 kann dann abgebogen oder sonst in Bezug auf den oberen Rest der Hülle verformt; werden, wenn

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der Kolben 55 ein Stück weit zurückgezogen ist, wie es die I"igur 5 zeigt. Eine solche Verformung kann dadurch eintreten, daß der vom Wachs ausgeübte Druck an verschie-, denen Stellen nicht gleichmäßig ist* beispielsweise wenn verschiedene Erhitzungsregionen auftreten.

Kühlt sich die Torrichtung ab, so sck)£$* eine nicht dargestellte Rückstellfeder dafür, daß sich der Kolben 55 in den Schacht 54- zurückzieht. Der abgebogene oder sonst •verformte Hüllenteil 60 setzt dann der Zurüekbewegung des Kolbens einen Widerstand entgegen. Wenn der Kolben seinen Weg in den verformten Schacht 57 erzwingt, so kann eine exzentrische Yerdickung 61 am unteren Ende der Hülle entstehen und der gesamte verformte Hüllenteil hat die Heigung, nach oben umzuschlagen, wobei sich die Kolbenspitze in die Hüllenober— fläche eingraben kann mit dem unerwünschten Erfolg, daß der obere Hüllenteil 62 im umgebenden Gehäuse nach unten gezogen wird, so daß die Abdichtung beim Halsteil 63 aufgehoben wird.

Ist die Abdichtungjam Halsteil 65 und beim anliegenden Gehäuse zerstört, so kenn Staub, Wasser und dergleichen in das Gehäuse eindringen und die weitere Arbeitsweise stören.

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Zusätzlich ruft die Zurückziehung des Kolbens 55 in den unteren Teil 60 der verformten Hülle eine starke Abnutzung der inneren Oberfläche des Schachtes 54- am Hüllenende 60 hervor. Es kann sogar ein Durchbrechen der Iblbensptize durch den Hüllenwerkstoff eintreten, so daß der !Thermostat nicht mehr arbeitsfähig ist. Auch in den Fällen einer nicht eo starken Verformung oder Abbiegung des Hüllen4endes ist ' die Kolbenzurückbewegung gehindert und in ihrem AuSmaß nicht mehr vorauszusehen. Der Kolben kann einem solchen Widerstand während seiner Abwärtsbewegung ausgesetzt sein, da er sich nicht mehr vollständig in das Gehäuse zurückbewegt.

Fach der Erfindung ist für den unteren Teil des Schachtes 23 beispielsweise die aus Figur 9 ersichtliche Dreiecksform vorgesehen. Der Schacht besitzt ebene Wände 51 * zwischen denen die spitzen Winkel 64- eingeschlossen sind. Wie in Figur 2 dargestellt, laufen die ebenen Wandungen 51 zu einem gemeinsamen Scheitelpunkt 52 zusammen. Wenn sich der KoI-' ben 30 innerhalb des Schachtes 29 befindet, so nimmt der untere Teil 37 der Hülle 21 die aus Figur 8 ersichtliche Querschnittsform ein,. Mit 65 ist die innere zylindrische Oberfläche des Schachtes 2S> bezeichnet* 66 gibt die äußere

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gewissermaßen abgerundete Dreiecksform an. Man könnte auch bei Figur 8 von längsverlaufenden Kanten oder Rippen 67 sprechen, die eine Folge der Werkstoffbeanspruchung sind, wenn sich der zylindrische Kolben 30 in dem im Querschnitt dreieckigen Schacht befindet.

Hat sich der Kolben 30 infolge der außerhalb des Gehäuses 22 befindlichen Temperatur nach oben oder außen bewegt, dann faltet sich der Endteil 37 der Hülle 21 entlang den in Figur 10 mit 68, 69 und 70 bezeichneten Ebenen zusammen* Es ist ersichtlich, daß die zusammengefaltete Hülle nach Figur 10 keine so hoch beanspruchten Enden oder Kanten 58, 59 besitzt. Es ist weiter ersichtlich, daß die Beanspruchung und Verformung der in Figur 10 mit 71» 72, 73 bezeichneten Rippen kleiner als die Beanspruchung und Verformung der Stellen 58, 59 beim Stand der Technik nach Figur 6" ist. Figur 10 üdgt, daß die Zusammenfaltung des Hüllenteiles 37 gleichmäßiger und gewissermaßen geschlossener ist.

Die durch die dreieckige Zusammenfaltung gebildeten Längsrippen 71_t 72 und 73 setzen der Biegung oder Verformung

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genügend Widerstand entgegen, so daß eine in Figur 3 dargestellte Verformung nicht auftreten wird. Allgemein sei noch gesagt, daß sich eine Rippe 71» 72 oder 73 jeweils an einem Ende aller Ebenen bildet, welche die gedachte Achse der Hülle 21 enthalten. Ohne Rücksicht auf die Richtung einer vom schmelzenden Wachs ausgeübten Druckwirkung auf den Hüllenendteil 37 wird sich mindestens eine der Rippen 71 bis 73 der Verbiegungseinwirkung entgegensetzen und ihr widerstehen.

Hat sich der Kolben 30, wie in Figur 7 dargestellt, in den Schacht 29 nach oben oder außen bewegt, dann wird der untere Hüllenteil sich infolge des von außen auf ihn wirkenden Druckes des in der Wärme ausdehnungsfähigen Stoffes innerhalb des Gehäuses 22 zusammenfalten; diese Zusammenfaltung ist aber in der aus'Figur 10 ersichtlichen Weise vorbestimmt, ao daß der Schacht im wesentlichen und bei allen auftretenden Drücken in axialer Übereinstimmung oder Richtung mit der Kolbenachse verbleiben wird. Es werden nicht ar hoch beanspruchte Stellen während der Zusammenfaltung des Hüllenendes 37 vermieden, sondern die Hülle wird auch in dier richtigenStellung zur Aufnahme des sich zurückbewtgenden

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Kolbens 30 feenalten, so daß' ein unerwünschtes Strecken des Hüllenhalsteiles 42 vermieden wird, ebenso eine Abnutzung an der inneren Oberfläche des Schachtes 29 und . eine nicht "vorhergesehene Arbeitsweise des Thermostaten durch das Kotwendigwerden einer größeren Kraft zur Zurückziehung des Kolbens 30.

Infolge der durch die Hippen 71» 72 und 73 gewährleisteten !Festigkeit kann eine Terhältnismäßig lange Hülle verwendet werden, die größere Kolbenhübe zulässt.

Verschiedene Änderungen und Merkmalskombinationen der Erfindung sollen unter den Schutz fallen*

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Claims

Pat entan sprüche

W 1. Antriebsvorrichtung, insbesondere Thermostat, mit einem den druckerzeugenden Stoff enthaltenden Gehäuse, dessen im Gehäuse geführter Kolben mit einer ihn umgebenden, nachgiebigen Hülle in den druckerzeugenden Stoff eintaucht, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen dem zur Aufnahme des Kolbens dienenden Schacht (29) und der Hüllenaußenfläche (37) liegende Wandung der Hülle (21) aus in axialer Richtung verlaufenden, dickeren und dünneren Teilen oder Streifen besteht derart, daß sich die Hülle (21) unter dem vom Außendruck des druckerzeugenden Stoffes (52) in einer durch die Wandgestaltung bedingten Form zusammenfaltet, wenn der Kolben den Schacht teilweise verlassen hat.
2. Vorrichtung oder Thermostat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schacht (29) der Hülle (21) über einen Hauptteil seiner Länge einen dreieckigen Querschnitt besitzt,

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3· Vorrichtung oder Thermostat nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen im Querschnitt kreisförmigen Kolben (JO).
4. Vorrichtung oder Thermostat nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den bekannten Aufbau mit einem Gehäusetopf (22), in den ein Teil der nachgiebigen Hülle (21) mit Abstand von der inneren Topfwandung eingreift und darin dem seitlichen Druck des druckerzeugenden Stoffes (32) ausgesetzt ist.

>, Vorrichtung oder Thermostat nach Anspruch 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß das geschlossene Ende des Sckachtes (29) in einem Scheitelpunkt (52) zusammenkommende Flächen (i/l) aufweist, zwischen die der vollständig in den Schacht zurückgezogene Kolben (30) mit seiner Spitze (49) eingreift, die den gleichen Querschnitt wie des Schachtende hat.

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