DE1601523C3 - Antriebsvorrichtung, insbesondere Thermostat - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung, insbesondere Thermostat, mit einem einen druckerzeugenden Stoff enthaltenden Gehäuse, dessen im Gehäuse geführter Kolben mit einer ihn umgebenden, nachgiebigen Hülle in den druckerzeugenden Stoff eintaucht. Eine Antriebsvorrichtung dieser Art ist an sich bereits bekannt (US-PS 30 64 477). Der druckerzeugende Stoff dehnt sich bei Erwärmung aus. Weil aber das ihn umgebende Gehäuse druckfest ist, bewirkt die von der Temperaturerhöhung herrührende Druckerzeugung ein Zusammendrücken der nachgiebigen Hülle. Diese überträgt die Druckkraft ihrerseits auf den Kolben, der üblicherweise ein kegelförmiges inneres -to Ende besitzt. Daran können die radialen Kräfte in axiale umgesetzt werden, und dies führt schließlich in bekannter Weise zum Herausschieben des Kolbens aus der Antriebsvorrichtung. Die Verschiebebewegung des Kolbens kann beispielsweise zu Steuerungs- oder Regelzwecken ausgenutzt werden. Wenn sich die Umgebungstemperatur des Gehäuses erniedrigt, zieht sich der druckerzeugende Stoff wieder zusammen, und der Kolben kann infolgedessen wieder in seine Ausgangslage zurückgeschoben werden.

Der Kolben ragt in einen Schacht der nachgiebigen Hülle hinein. Wird er infolge einer Temperaturerhöhung aus dem Schacht herausgedrückt, so führt dies gleichzeitig zu einem radialen Zusammenpressen des freigegebenen Schachtteils. Je länger dieser zusammengepreßte Schachtteil geworden ist, desto größer ist die Gefahr des Umknickens.

Wenn der Kolben nach einem Arbeitshub wieder in die umgeknickte Hülle hineingeschoben wird, so hat dies nicht nur einen erhöhten Reibungswiderstand zur Folge, sondern auch die Gefahr einer Beschädigung der Hülle. Im Extremfalle kann das angespitzte innere Kolbenende in die Schachtwanduhg eindringen und die Hülle an dieser Stelle beschädigen oder gar durchbohren. Auf jeden Fall führt das Umknicken zu einem erhöhten Verschleiß und damit zu ungenauem Arbeiten.

Der Schachtquerschnitt der vorbekannten Antriebsvorrichtungen ist üblicherweise kreisförmig. Wird ein derartiger Schacht zusammengepreßt, so entsteht ein ovaler Querschnitt, der, wie erläutert, zum Umbiegen oder Umknicken neigt. Infolgedessen wurde bei der eingangs erwähnten bekannten Antriebsvorrichtung vorgeschlagen, den Schachtquerschnitt rautenförmig zu gestalten. Man erreicht dadurch zwar, daß sich die Hülle bei Austreten des Kolbens nur in einer ganz bestimmten, durch die lange Rautenachse definierte Ebene zusammendrücken läßt, indessen konnte auch bei dieser Antriebsvorrichtung das Umknicken des zusammengepreßten Hüllenteils letztlich nicht verhindert werden.

Aus der FR-PS 14 02 267 oder der GB-PS 10 17 357 ist eine Antriebsvorrichtung, insbesondere ein Thermostat bekanntgeworden, bei dem eine Hülle mit einem zylinderförmigen Schacht zur Aufnahme des Kolbens vorgesehen ist, bei der der Schacht im Grundzustand einen größeren Durchmesser als der Durchmesser des aufzunehmenden Kolbens hat. Diese Hülle wird beim Einsetzen in das Gehäuse unter Vorspannung gesetzt, und die Wände des Gehäuses halten die Hülle knicksicher. Sowohl im unbeanspruchten Zustand als auch im Zustand mit eingeführten Kolben hat der zylindrische Schacht einen kreisförmigen Querschnitt. Wenn sich der Kolben aus dem abgerundeten geschlossenen Ende der Hülle nach oben bewegt, faltet sich das abgerundete geschlossene Ende der Hülle derart zusammen, daß der Schacht einen sternförmigen freien Querschnitt mit gekrümmten Seitenrändern bildet.

Die Aufgabe der Erfindung besteht infolgedessen darin, eine Antriebsvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, deren nachgiebige Hülle sich wie diejenige der bekannten Antriebsvorrichtungen zusammenpressen läßt, ohne dabei zum Umknicken zu neigen, auch wenn sie nicht durch das Gehäuse abgestützt ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Antriebsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 vorgeschlagen, welche erfindungsgemäß entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 ausgebildet ist. Benachbarte Schachtwandungen schließen dabei einen Winkel von jeweils 60° ein. Wenn der Kolben austritt, nähern sich die Schachtwandungen einander, unter Verringerung des erwähnten Winkels. Dieser reduziert sich schließlich auf den Wert Null, wodurch der Innenquerschnitt auf einen dreiarmigen Stern zusammenschrumpft, dessen linienförmige Arme jeweils einen Winkel von 120° einschließen. Die zusammengedrückte Hülle hat infolgedessen ebenso wie die drucklose, einen punktsymmetrischen Querschnitt. Weil eine bevorzugte Achse fehlt, neigt die zusammengedrückte Hülle der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung auch bei herausgedrücktem Kolben nicht zum Umkippen. Infolgedessen bietet diese Hülle dem beispielsweise von seiner äußeren in die innerste Stellung zurückkehrenden Kolben einen sehr geringen Widerstand. Die Kolbenbewegung bleibt auch nach längerem Gebrauch gleichmäßig, weswegen auch das Einnehmen der ursprünglichen, zurückgezogenen Stellung selbst auf die Dauer gewährleistet ist. In axialer Richtung wird die Hülle nur minimal beansprucht. Infolgedessen treten praktisch keine Hüllenverformungen im Bereich der Hüllenverankerung im Gehäuse auf. Es besteht auch keine Neigung zum Einbohren des Kolbenendes in die Hüllenwandung oder zu einer übermäßigen Abnutzung oder gar Durchlöcherung der Hülle. Da die Hüllenwandungsteile beim Zusammenfalten nur geringe Wegstrecken zurücklegen, ist auch insofern die mechanische Beanspruchung gering. Aufgrund der knickstabilen Ausbildung der Hülle kann man

sie vergleichsweise lang ausführen, und dies ermöglicht besonders große Kolbenwege. Die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung kann aufgrund all der genannten Vorteile eine hohe Zahl von Arbeitsspielen schädlich überstehen.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung weist einen im Querschnitt kreisförmigen Kolben auf.

Eine Weiterbildung der Erfindung kennzeichnet sich dadurch, daß das geschlossene Ende des Schachtes in einem Scheitelpunkt zusammenkommende Flächen aufweist, zwischen die der vollständig in den Schacht zurückgezogene Kolben mit seiner Spitze eingreift, die den gleichen Querschnitt wie das Schachtende hat.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch die zusammengebaute Antriebsvorrichtung,

F i g. 2 eine explosionsartige Darstellung der F i g. 1,

F i g. 3 einen senkrechten Schnitt durch eine früher gebräuchliche Ausführungsform der nachgiebigen Hülle nebst darin befindlichem Kolben,

Fig.4 einen Querschnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 3,

F i g. 5 einen Querschnitt durch die Hülle der F i g. 4,

F i g. 6 einen Querschnitt nach der Linie VI-VI der Fig. 3,

F i g. 7 einen Längsmittelschnitt durch die erfindungsgemäßen Hülle der Fig. 1 mit darin befindlichem Kolben,

F i g. 8 einen Querschnitt nach der Linie VIH-VU! der Fig.7,

Fig.9 einen Querschnitt durch die Hülle gemäß Fi g. 7 in unbeanspruchtem Zustand, ohne Kolben,

Fig. 10 einen Querschnitt nach der Linie X-X der F i g. 7, wobei das untere Hüllenende in zusammengefaltetem oder zusammengedrücktem Zustand dargestellt ist

Das Gehäuse 20 der als Thermostat ausgebildeten Antriebsvorrichtung besteht aus einem unteren topfarti- 4U gen Teil 22 und einem oberen haubenartigen Teil 23, welche durch die Flansche 24, 25 sicher zusammengehalten sind. Der Flansch 24 besitzt einen sich nach oben erstreckenden Rand 26, der mit seinem Endteil 27 über den Flansch 25 gebogen oder gebördelt ist.

Die verformbare nachgiebige Hülle 21 besitzt einen mittleren Flansch 21', der zwischen die Flansche 24, 25 der Gehäuseteile 22, 23 eingeklemmt ist. Die Hüllse 21 ist somit im Hohlraum der Gehäuseteile genau festgelegt.

Die Hülle 21 besitzt einen oben offenen Schacht 29 zur Aufnahme des im Querschnitt kreisförmigen Kolbens 30. Der Kolben erstreckt sich durch eine Führungsbohrung 31 des Gehäuseteils 23 in den Schacht 29. Vorzugsweise besitzt der Kolben 30 einen größeren Durchmesser als der Schacht 29. Der Gehäuseteil 22 ist mit einem sich bei Wärme ausdehnenden Stoff 32, beispielsweise Wachs od. dgl., gefüllt. Beim Ausdehnen drückt er auf die äußere Oberfläche der Hülle, was das Herausdrücken des Kolbens 30 aus dem Schacht 29 zur Folge hat.

Der Flansch 24 des Gehäuseteils 22 hat eine griffige Oberfläche 33, die aus einem Paar von im Querschnitt V-förmigen, konzentrisch liegenden Rillen 34 gebildet ist. In ähnlicher Weise ist auch die Oberfläche 35 des Flansches 25 der Gehäusehaube 23 ausgebildet, die griffige Oberfläche 35 ist durch ein Paar von konzentrischen, V-förmigen Rillen 36 gebildet. Wenn der Flansch 2Γ der nachgiebigen Hülle 21 zwischen die Flansche 24 und 25 eingeklemmt ist, wie in F i g. 1 dargestellt, erstreckt sich der nachgiebige Werkstoff in die Rillen 34,36, so daß eine Abdichtung gegenüber dem inneren Druck vorhanden ist, wobei gleichzeitig die nachgiebige Hülle 21 im Gehäuseinnern festgelegt ist. Die nachgiebige Hülle 21 hat unten ein Endstück 37, das von der unteren Oberfläche des Flansches 2Γ ausgeht und welches unter konischer Verjüngung in die abgerundete Spitze 38 übergeht.

Aus F i g. 1 ist ersichtlich, daß die konische Oberfläche des Endstückes 37 überall den gleichen Abstand von der inneren Oberfläche 39 des Gehäuseteils 22 einnimmt. Infolgedessen umgibt der sich beim Schmelzen ausdehnende Stoff 32 das gesamte Endstück 37 der Hülle, so daß der entstehende Druck allseitig auf die Hülle einwirkt und den Kolben 30 aus dem Schacht 29 herausdrückt.

Die nachgiebige Hülle besitzt auch oben einen konischen Teil 41, der in einen zylindrischen Hals 42 übergeht. Dementsprechend besitzt die Gehäusehaube 23 die innere Oberfläche 43, 44 zur Aufnahme der Hüllenteile 41,42. Die zylindrische innere 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 Gehäusehaubc 23, der Hülle 21 und dem Kolben 30 gewährleistet ist.

Der Halsteil der Hülle 21 endet in der ebenen Stirnfläche 46, auf welcher eine Unterlagsscheibe 47 angeordnet ist, die an der inneren Ringfläche 48 der Gehäusehaube 23 anliegt.

Der Kolben 30 ist zylindrisch und endet in einer konischen Spitze 49. Er steckt im Schacht 29 der Hülfe 21. Der Schacht 29 hat oben einen zylindrischen Querschnitt, der sich von der Stirnfläche 46 bis zu dem mit 50 bezeichneten Punkt in Fig. 2 nach unten erstreckt. Beim Punkt 50 geht der Schachtquerschnitt erfindungsgemäß in eine Dieiecksform über, welche von ebenen seitlichen Flächen 51 begrenzt ist. Die drei Flächen 51 laufen unten am Scheitelpunkt 52 derart zusammen, daß das untere Schachtende die Form einer umgekehrten Pyramide aufweist. Beim Vergleich der F i g. 3 bis 6 mit den F i g. 7 bis 10 ist der unterschied in der Schachtgestaltung gegenüber dem Stand der Technik gut ersichtlich.

In Fig.3 ist eine nachgiebige Hülle 53 mit einem zylindrischen Schacht 54 für einen verhältnismäßig langen Kolben 55 und mit äußerer Oberfläche 56 dargestellt. Ist diese vorbekannte Hülle 53 in ein Thermostatgehäuse eingebaut, so hat die Auswärtsbewegung des Kolbens 55 zur Folge, daß der Schacht 54 sich zu der einzigen mit 57 bezeichneten Ebene zusammenfaltet. Bei einem solchen Zusammenfalten sind die bei 58 und 59 dargestellten Hüllenteile einer hohen Beanspruchung ausgesetzt und neigen zum Bruch. Der Hüllenteil 60 kann abgebogen oder sonst in bezug auf den oberen Rest der Hülle verformt werden, wenn der Kolben 55 ein Stück weit zurückgezogen ist, wie es die F i g. 3 zeigt.

Der abgebogene oder sonst verformte Hüllenteil 60 setzt der Zurückbewegung des Kolbens einen Widerstand entgegen. Wenn der Kolben seinen Weg in den verformten Schacht 57 erzwingt, so kann eine exzentrische Verdickung 61 am unteren Ende der Hülle entstehen und der gesamte verformte Hüllenteil hat die Neigung, nach oben umzuschlagen, wobei sich die Kolbenspitze in die Hüllenoberfläche 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.

Nach der Erfindung ist für den unteren Teil des Schachtes 23 die aus F i g. 9 ersichtliche Dreiecksform vorgesehen. Der Schacht besitzt ebene Wände 51, zwischen denen die spitzen Winkel 64 eingeschlossen sind. Wie in Fig.2 dargestellt, laufen die ebenen Wandungen 51 bis zu einem gemeinsamen Scheitelpunkt 52 zusammen. Wenn sich der Kolben 30 innerhalb des Schachtes 29 befindet, so nimmt der untere Teil 37 der Hülle 21 die aus Fig.8 ersichtliche Querschnittsform ein. Mit 65 ist die innere zylindrische Oberfläche des Schachtes 29 bezeichnet, 66 gibt die äußere, gewissermaßen abgerundete Dreiecksform an. Man könnte auch bei F i g. 8 von längsverlaufenden Kanten oder Rippen 67 sprechen, die eine Folge der Werkstoffbeanspruchung sind, wenn sich der zylindrische Kolben 30 in dem im Querschnitt dreieckige^ 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 F i g. 10 mit 68,69 und 70 bezeichneten Ebenen zusammen. Es ist ersichtlich, daß die zusammengefaltete Hülle nach Fig. 10 keine so hoch beanspruchten Enden oder Kanten 58, 59 besitzt. Es ist weiter ersichtlich, daß die Beanspruchung und Verformung der in F i g. 10 mit 71,72,73 bezeichneten Rippen kleiner als die Beanspruchung und Verformung der Stellen 58, 59 beim Stand der Technik nach Fig.6 ist. Fig. 10 zeigt, daß die Zusammenfaltung des Hüllenteiles 37 gleichmäßiger und gewissermaßen geschlossener ist.

Die durch die dreieckige Zusammenfaltung gebildeten Längsrippen 71, 72 und 73 setzen der Biegung oder Verformung genügend Widerstand entgegen, so daß eine in F i g. 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 od. dgl. ausgeübten Druckwirkung auf den Hüllenendteil 37 wird sich mindestens eine der Rippen

ίο 71 bis 73 der Verbiegungseinwirkung entgegensetzen und ihr widerstehen.

Hat sich der Kolben 30, wie in Fi g. 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 Fig. 10 ersichtlichen Weise vorbestimmt, so daß der Schacht im wesentlichen und bei allen auftretenden Drücken in axialer Übereinstimmung oder Richtung mit der Kolbenachse verbleiben wird. Es werden nicht nur hoch beanspruchte Stellen während der Zusammenfaltung des Hüllenendes 37 vermieden, sondern die Hülle wird auch in der richtigen Stellung zur Aufnahme des sich zurückbewegenden Kolbens 30 gehalten, 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 Notwendigerwerden einer größeren Kraft zur Zurückziehung des Kolbens 30.

Infolge der durch die Rippen 71, 72 und 73 gewährleisteten Festigkeit kann eine verhältnismäßig lange Hülle verwendet werden, die größere Kolbenhübe zuläßt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

16 04 Patentansprüche:

1. Antriebsvorrichtung, insbesondere Thermostat, mit einem einen druckerzeugenden Stoff enthaltenden Gehäuse, dessen im Gehäuse geführter Kolben mit einer ihn umgebenden, nachgiebigen Hülle in den druckerzeugenden Stoff eintaucht, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Aufnahme des Kolbens dienende Schacht (29) der Hülle (21) über einen Hauptteil seiner Länge in unbeanspruchtem Zustand einen dreieckigen Querschnitt besitzt.

2. Vorrichtung, insbesondere Thermostat nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen im Querschnitt kreisförmigen Kolben (30).

3. Vorrichtung insbesondere Thermostat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das geschlossene Ende des Schachtes (29) in einem Scheitelpunkt (52) zusammenkommende Flächen (51) aufweist, zwischen die der vollständig in den Schacht zurückgezogene Kolben (30) mit seiner Spitze (49) eingreift, die den gleichen Querschnitt wie das Schachtende hat.