DE3304804A1

DE3304804A1 - Druckempfindlicher thermostatischer schliessschalter

Info

Publication number: DE3304804A1
Application number: DE19833304804
Authority: DE
Inventors: Henri Denis 75009 Paris Eynard; Lucien Henri Georges 92300 Levallois-Perret Moreau
Original assignee: Jaeger SA
Current assignee: Jaeger SA
Priority date: 1982-02-18
Filing date: 1983-02-11
Publication date: 1983-08-25
Also published as: ES520254A0; ES8401278A1; FR2521769B1; FR2521769A1; IT8347713A0

Description

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BESCHREIBUNG

Die Erfindung bezieht sich auf einen druckempfindlichen thermostatischen Schließer.

Thermostatische Schließer werden in vielfältiger Weise/ insbesondere bei Kraftfahrzeugmotoren/ zur überwachung der Temperatur.; eines Fluids und zwar vor allem der Kühlmittelflüssigkeit angewandt.

Sie umfassen ein temperaturempfindliches Element, welches einen elektrischen Kontakt schließt, sobald ein bestimmter Temperaturwert erreicht oder überschritten ist. Das Schlie**- ßen des Kontaktes bringt eine Warnanzeige zum Aufleuchten# löst einen Alarm aus oder setzt einen ganzen Mechanismus in Gang, der geeignet ist, den Fahrer von der hohen Temperatur in Kenntnis zu setzen bzw. deren Auswirkungen zu bögren*- zen.

Der Umstand jedoch, daß sich diese Schalter bei einer bestimmten unveränderlichen Temperatur schließen,- bildet einen Nachteil.

Für die Wirksamkeit eines thermostatischen Schließejrs ist es unabdingbar, daß sein Arbeiten bei einer Temperatur stattfindet, die streng unterhalb der Siedetemperatur der zu überwachenden Flüssigkeit liegt. Andererseits ist es int Hinblick auf einen maximalen thermischen Wirkungsgrad des Motors wünschenswert, daß die Betriebstemperatur (Temperatur der Wärmequelle) so hoch wie möglich ist.

Nun ändert sich der Siedepunkt einer Flüssigkeit mit dem Druck, unter dem sie steht. So beträgt beispielsweise bei Normaldruck die Siedetemperatur von Wasser 100⁰C, während sie bei einem Druck von 1,5 bar in der Gegend von 110⁰C liegt. Die Erscheinung ist die gleiche für etwas höhere Temperaturwerte mit einer Kühlmittelflüssigkeit, die durch eine Mischung aus Wasser und Frostschutzmittel (im allgemeinen eine Mischung aus Wasser und Glykol) gebildet ist.

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Diese Temperatur ändert sich ebenso als Punktion des tatsächlichen Luftdruckes: sie vermindert sich in dem Maße, wie die Höhe zunimmt. Nun beziehen sich die im Werk vorgenommenen Einstellungen auf Normaldruck, der nicht notwendi-

;5 gerweise den tatsächlichen Luftdruckverhältnissen unter den Einsatzbedingungen entspricht.

Eine Einstellung des Thermokontakts auf einen festen maximal zulässigen Temperaturwert kann in einem solchen Fall nur eine Kompromißeinstellung sein. Für Kühlkreisläufe, die dazu bestimmt sind, im Normalbetrieb dauernd unter überdruck zu arbeiten, ist diese Kontaktschließtemperatur auf einen Wert eingestellt, der über der Siedetemperatur bei Normaldruck liegt. Daraus ergibt sich, daß bei Flüssigkeitsverlust aus dem Kühlkreislauf ein Sieden plötzlich eintreten kann, ohne daß deswegen ein Alarm ausgelöst wird.

Die Verallgemeinerung von Druck-Kühlkreisläufen und die stetige Suche nach einem besseren thermischen Wirkungsgrad haben dieser Frage eine besondere Schärfe verliehen.

Die Erfindung schlägt eine Vermeidung dieser Nachteile mittels eines thermostatischen Schließschalters vor, rfesse'n Schließtemperatur sich mit dem wirksamen Druck der Flüssigkeit ändert und der sich so den Auswirkungen der oben erwähnten physikalischen Gesetze anpaßt. Hierzu umfaßt der erfindungsgemäße Schließschalter in Kombination ein Element, das auf eine Erhöhung der Temperatur der zu überwachenden Flüssigkeit hin einen Bauchungseffekt zeigt, sowie Mittel zur Aufgabe einer vom Druck der zu überwachenden Flüsssigkeit abhängiaen und mit diesem Druck abnehmenden Kraft auf das Bauchungselement, wobei dies« Kraft in Richtuncr der sich aus der Bauchung ergebenden Verformung gerichtet ist.

Das Bauchungselement ist beispielsweise eine leicht konkave Scheibe mit Bimetal laufbau. Bei einer Temperaturerhöhung bewirkt der Bimetalleffekt die Bauchung der Scheibe, doh. ihre konkave Fläche wird konvex und ihre konvexe Fläche konkav» Diese Umkehr der Konkavität geht bei einer exakt

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definierten Temperatur plötzlich vor sich. Die Scheibe ist in geeigneter Weise mit einem elektrischen Schließer verbttnden, wobei die beiden stabilen Stellungen der Scheibe eiixer offenen bzw. einer geschlossenen Stellung des Schließers ent*- sprechen und der Kontakt im Moment der Bauchung hergestellt wird.

Solche Bauchungselemente sind bekannt und bereits in Benutzung. Die Erfindung besteht in der Verbindung dieses rein thermischen Bauchungseffe]<ts mit einem druckabhängig^!

mechanischen Vorgang. Auf diese Weise führt im Fall« einer mn ihrem Außenrand festgehaltenen Scheibe die Tatsache einer Ausübung eines Schubes beispielsweise auf die Mitte der Scheibe in Richtung und im Sinne der (noch nicht eingetretenen.)' sich aus der Bauchung ergebenden Verformung zu einer Bauchung bei einer geringeren Temperatur als es diejenige ist, · welche eine Bauchung bei Fehlen einer mechanischen Einwirkung hervorruft.

Anders ausgedrückt, tritt die sich aus dem äußeren Schub ergebende Belastung zu den rein internen, auf den Binietallr effekt zurückgehenden Belastungen hinzu, was einem Bauchen der Scheibe "nachhilft".

Wie weiter oben ausgeführt, muß ein Absinken des Druckes einer Verminderung der Schließtemperatur des Kontaktes entsprechen. Folglich müssen die Mittel zur Ausübung des Schubes auf das Bauchungselement in einer Weise vorgesehen sein, daß ein Absinken des Druckes im Sinne einer Erleichterung des Stattfindens des Ausbauchens wirkt, d.h./die auf das Element ausgeübte Kraft um so höher ist, je niedriger der Druck ist und umgekehrt.

Hierzu besteht eine bevorzugte Ausführungsform der Er·*· findung in der Verwendung eines gegen das Bauchungselem&nt anliegenden Stößels, wobei dieser Stößel im Sinne der sjfcch. aus der Bauchung ergebenden Verformung durch eine gee£<?&fce Feder und im anderen Sinne durch eine unter der WirkuS% durch die Flüssigkeit ausgeübten Druckes elastisch

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bare Membran belastet ist, wobei eine Erhöhung des Drukkes eine Verschiebung des Stößels im Sinne einer Verminderung der durch ihn auf das Bauchungselement ausgeübten Kraft hervorruft .

Auf diese Weise bringt das Fehlen eines Überdruckes der Flüssigkeit (entsprechend dem Fall von Flüssigkeitsverlusten im Kreis) eine maximale Kraft auf das Bauchungselement durch den Stößel mit sich.

Vorteilhafterweise weist der Schließschalter gemäß der

Erfindung ferner Mittel zur Verhinderung der Aufbringung der druckabhängigen Kraft auf das Bauchungselement für unterhalb einer ersten Schwelle liegende Druckwerte auf. Dies kann
mittels eines Widerlagers verwirklicht werden, das so angeordnet ist, daß es den Stößel daran hindert, mit der Membran für Verformungen derselben in Berührung zu kommen, die unterhalb der dieser ersten Schwelle entsprechenden Verformung
liegen.

Die Verwendung einer geeichten Feder gestattet eine präzise Einstellung des Punktes, von dem aus das Kompensationssystem in Aktion tritt, d.h., des Punktes, von dem aus die

durch die Membran auf den Stößel ausgeübte Kraft (zu der zusätzlich noch die Reaktionskraft des Bauchungselements als
Folge der Verbiegung, der es unterworfen ist, hinzutritt)
gleich der durch die Feder ausgeübten Kraft wird, und zwar

für eine Länge derselben, die einer Berührstellunq des Stößels mit dem Widerlaaer bzw. Anschlag entspricht.

Ab diesem Wert ist der Stößel zwei entgegengesetzten Wirkungen unterworfen, nämlich einerseits der durch die Feder
und andererseits der durch die Membran. Gleichgewicht besteht für einen Verschiebungswert des Stößels, der sich entsprechend dem Flüssiakeitsdruck ändert; der Punkt, an dem die Bauchuna stattfindet,ändert sich in der gleichen Weise.

Vorteilhafterweise umfaßt der Schalter qemäß der Erfindung außerdem Mittel zur Verhinderung der Aufbringung der

druckabhängigen Kraft auf das Bauchungselement für Druckwerte,

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die oberhalb einer zweiten Schwelle liegen. Dies läßt sich beispielsweise dadurch verwirklichen, daß eine solche Verschiebung des Stößels vorgesehen wird, daß er nur für Verformungen der Membran, die unter der der zweiten Schwelle entsprechenden Verformung liegen, mit dem Bauchungseleiaent in Berührung bleibt und eine Kraft auf dieses Element ausübt.

Auf diese Weise steht der Stößel für sehr hohe Drucke nicht mehr mit dem Bauchungselement in Berührung; dieses schließt also den elektrischen Kontakt bei einer festen Teiaperatur, die die eigentliche Bauchungsteniperatur des Elements ist, und unabhängig von dem im Kreis herrschenden Druck. Es ist nämlich auch für höhere Drucke nicht wünschenswert,, daß die Temperatur unbegrenzt zunehmen kann. Oberhalb eines bestimmten Werts muß der thermostatische Schalter untei? allen Umständen schließen.

In diesem Fall ist es ferner vorteilhaft, eine tÖjer-djruckplatte vorzusehen, gegen welche die Membran für erhöhte' Druckwerte zur Anlage kommt, womit eine übermäßige Verformung äer Membran verhindert ist.

Es ist noch zu erwähnen, daß diese Vorrichtung gegenüber Schwankungen des umgebenden Atmosphärendrucks völlig unempfindlich ist. Die elastisch verformbare Membran erfährt eine Verbiegung in Abhängikeit von dem Druck, dem sie unterworfen ist: dieser Druck ist der tatsächliche Druck der FlÜssjLgkeit.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung beschrieben. Auf dieser zeigt .

Figur 1 einen Längsschnitt des thermostatischen Schliöße£s gemäß der Erfindung, und

Figur 2 die Druck-Temperatur-Charakteristik des Schließers.

Der Schließer ist an einen Kühlkreislauf mittels metallischen und leitfähigen Körpers 10 angeschlQssen/ für seinen Anschluß an den Kühlkreislauf ein Gewinde T weist. Die Flüssigkeit im Kreislauf steht mit dem Inneren

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des Körpers über eine Bohrung 12 in Verbindung. Zur Vereinfachung seiner Montage umfaßt der Körper einen Sechskantteil 13 mit einer Normweite.

Dieser Körper nimmt einen Deckel 20 auf, der einen Träger für eine elektrische Anschlußklemme 30 bildet. Der Träger 20 besteht aus einem isolierenden Werkstoff/ beispielsweise Bakelit oder ähnlichem, die Klemme 30 aus einem leit-* fähigen Material. Die Klemme 30 wird durch Einschrauben in das Innere des Deckels 20 eingeführt und dort durch Einspritzen von Kunstharz 21 festgelegt, das gleichzeitig auch eine Dichtfunktion ausübt.

Der Deckel 20 ist am Körper 10 beispielsweise durch Bördelung seines Randes festgelegt> wobei die Dichtigkeit mittels eines O-Rings 22 erreicht wird.

Die Anschlußklemme 30 weist im Inneren einen Hohlraum 31 zur Aufnahme einer Feder 40 auf. Ferner weist sie eine Bohrung 32 für einen Stößel 50 auf. Die Aufnahme 31 ist durch einen Deckel 33 verschlossen, der die eigentliche Klemme für den Anschluß an den elektrischen Schaltkreis bildet. Diese Klemme ist eingepreßt oder ggf. eingeschraubt, damit die Null-Einstellung der Feder 40 einjustiert werden kann. Eine öffnung 34, die eine Verbindung des Hohlraums zur Außenatmosphäre herstellt, ist vorgesehen, um einen Kolbeneffekt bei einer Bewegung des Stößels 50 zu vermeiden.

Der Stößel 50 weist eine Endfläche 51 auf, gegen die sich die Feder 40 abstützt. Dieses Ende weist außerdem einen verbreiterten Abschnitt 52 auf, der gegen eine Fläche 35 des Hohlraums 31 zur Anlage kommt. Der Kopf 53 des Stößels wirkt vorzugsweise über eine Metallplatte 61 mit einer Membran 60 zusammen. In Ruhe ist zwischen dem Stößelkopf 53 und der Membran 60 noch ein Zwischenraum 62 vorhanden.

Das den Stößel bildende Material kann beispielsweise ein Polysülfon sein, das elektrische Isolationseigenschaften mit einer ausgezeichneten mechanischen Festigkeit selbst bei verhältnismäßig hohen Temperaturen verbindet.

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Eine starre Uberdruckplatte 70, die beispielsweise vom Körper 10 umfalzt sein kann, ist vorteilhafterweise vorgesehen, damit der Hub der Membran 60, wenn sie unter einem erhöhten Druck steht, begrenzt ist. Auf diese Weise wird ein mögliches Reißen der Membran oder eine Verformung des sie bildenden Materials über die Elastizitätsgrenze hinaus vermieden.

Eine sich bauchende Scheibe 80 ist so angeordnet, daß im Ruhezustand ihre Konkavität der Membran 60 zugekehrt ist.

in der Mitte der Scheibe ist eine Bohrung 81 vorgesehen, durch die der Stößelkopf 53 treten kann. Dieser Stößelkopf drückt mittels einer Schulter 54 unter teilweiser Zwischenlage eines Teils 90 zwischen der Schulter 54 und der sich bauchenden Scheibe 80 gegen dieselbe.

Dieses Teil 90 besteht aus leitfähigem Material, Es weist ein Ende 91 auf, welches einen ersten Kontakt bildet, und mit dem Körper 10 elektrisch-verbunden ist, gegen den sich das Teil 90 an seinem Umfang 92 legt. Das Material, aus dem das Teil besteht, ist derart elastisch verformbar, daß das Ende 91, das hinsichtlich seiner Bewegung durch den zwischen Stößelschulter 54 und Bauchscheibe 80 eingeschlossenen Abschnitt 93 mitgenommen wird, beim Ausbauchen einer axialen Bewegung unterworfen wird. ^; In Ruhe befindet sich das Ende 91 in einem Abstand e von einem mit dem Klemmenträger 30 einstückigen Vorsprung 36. Dieser Abstand e liegt unter der Verformung der Bauchscheibe, so daß der Bauchvorgang das Ende 91 mit dem Vorsprung 36 in Kontakt bringt (dieser Abstand e kann insbesondere beim Einschrauben des Klemmenträgers 30 in den Deckel 20 eingestellt werden).

Sobald dieser Kontakt hergestellt ist, kann zwischen der Klemme 33 und dem (mit Fahrzeugmasse verbundenen) Körper TO über die folgenden in Reihe liegenden Elemente Strom fließen: Klemme 33, Kiemmenträaer 30, Vorsprung 36, Ende 91, Umfang 92

des Elements 90, Körper 10. ^;

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Das Arbeiten des Thermokontakts wird durch die Charakteristik der Figur 2 wiedergegeben: jedem Arbeitspunkt des Motors entspricht ein Wertepaar (Druck, Temperatur) . Wenn dieses Paar (p_Q, t_Q) unterhalb der Kurve der Figur 2 liegt, bleibt der Kontakt offen; liegt das Paar (P₁, t..) über dieser Kurve, muß der Kontakt geschlossen sein. Es ist also der übergang von einem Arbeitspunkt (p_Q, t_Q) zu einem Arbeitspunkt (P₁, t-j)/ 3^er das Schließen des Kontaktes bewirkt.

Zunächst bleibt, für Drucke unterhalb eines Druckes P (entsprechend der ersten vorgenannten Schwelle), die Verformung der elastischen Membran unterhalb der Abmessung des Zwischenraums 62, der anfangs zwischen dem Stößelkopf und der Membran verblieben ist. Die Verformung der Membran ist dann ohne Auswirkung auf das Arbeiten des Mechanismus. Die einzige Wirkung , der die Bauchungsscheibe unterworfen ist, ist diejenige des Stößels, dessen Ende gegen das Widerlager zur Anlage kommt. Die Länge des Stößels ist aber derart, daß die Schulter 54 dauernd gegen die Bauchungsscheibe anliegt. Das Ausbauchen findet dann bei einer konstanten Temperatur T statt (resultierend aus der Kombination des thermischen Bauchungseffekts und des durch den Stößel 50 ausgeübten mechanischen Biegeeffekts), wobei diese Temperatur unter der Temperatur P_, liegt, die die eigentliche Ausbauchtemperatur des Elements ist.

Für über dem Druck P liegende Drucke ist die Verformung der Membran 60 dann derart, daß sie mit dem Stößelkopf 53 in Berührung gelangt, und die durch die Membran ausgeübte Kraft zusammen mit der Belastungsreaktionskraft infolge der Verbiegung der Bauchungsscheibe wird nun größer als die durch die Feder 40 ausgeübte Kraft. Daraus ergibt sich eine Verschiebung des Stößels (nach links in der Figur), und zwar um so mehr, je höher der Druck ist.

Folglich nimmt die der Scheibe aufgezwungene Verbiegung

ab, womit die Bauchungstemperatur zunimmt; sie nähert sich der Temperatur T , die die eigentliche Bauchungstemperatur ist.

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Schließlich wird für erhöhte Drucke oberhalb eines Druckes P_R (entsprechend der zweiten vorgenannten Schwelle) die Verschiebung des Stößels derart, daß die Schulter 54 nicht mehr mit.der-Bauchungsscheibe in. Berührung ist. Diese, die nun von jeder äußeren mechanischen Belastung frei ist, baucht dann bei ihrer," konstanten, eigentlichen Bauchungstempe*--· ratur T .

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Claims

PATENTANWÄLTE

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DR. ROLF E. WILHELMS DR. HELMUT KILIAN

GEIBELSTRASSE 6

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JAEGER
LEVALLOIS-PERRET, Frankreich

Druckempfindlicher thermostatischer Schließschalter

Priorität: 18. Februar 1982 - Frankreich - Nr. 82 02678

PATENTANS P RÜCHE

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■■ "\ JDruckempfindlicher thermostatischer Schließschalter, dadurch gekennzeichnet , daß er in Kombination folgende Merkmale aufweist:

- ein auf eine Erhöhung der Temperatur der zu überwachenden

Flüssigkeit einen Bauchungseffekt zeigendes Element (80),

- Mittel zur Ausübung einer von dem Druck der zu überwachenden Flüssigkeit abhängigen und mit diesem Druck abnehmenden Kraft auf das Bauchunggelement, wobei diese Kraft in Richtung der sich aus der Bauchung ergebenden Verformung gerichtet ist.
2. Schließschalter nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet , daß die Mittel zur Ausübung einer vom Druck der Flüssigkeit abhängigen Kraft auf das Bauchungselement einen an dem Bauchungselement anliegenden Stößel (50),

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der im Sinne der sich aus der Bauchung ergebenden Verformung durch eine geeichte Feder (40) und im anderen Sinne durch eine unter der Wirkung des durch die Flüssigkeit ausgeübten Drucks elastisch verformbare Membran (60) belastet ist/ wobei eine Erhöhung des Druckes eine Verschiebung des Stößels im Sinne einer Verminderung der auf das Bauchungselement durch den Stößel ausgeübten Kraft hervorruft.
3. Schließschalter nach Anspruch 1, dadurch g e kennzeichnet/ daß er ferner Mittel zur Verhinderung einer Aufgabe der druckabhängigen Kraft auf das Bauchungselement für unter einer ersten Schwelle (P.) liegende Druckwerte aufweist.
4. Schließschalter nach Anspruch 2 und 3 in Kombination/ dadurch gekennzeichnet / daß die Mittel zur Verhinderung der Aufgabe der druckabhängigen Kraft auf das Bauchungselement durch ein Widerlager (35) gebildet sind, das so angeordnet ist, daß es eine Berührung des Stößels mit der Membran für Verformungen derselben, die unterhalb der der ersten Schwelle entsprechenden Verformung liegen, verhindert.
5. Schließschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß er ferner Mittel zur Verhinderung der Aufgabe der druckabhängigen Kraft auf das Bauchungselement für über einer zweiten Schwelle (P₇₃) liegende Druckwerte verhindert.
6. Schließschalter, nach den Ansprüchen 2 und 5 in Kombination, dadurch gekennzeichnet , daß die Verschiebung des Stößels derart ist, daß er mit dem Bauchungselement nur für Verformungen der Membran, die unter der der zweiten Schwelle entsprechenden Verformung liegen,

^J;) in Berührung bleibt und eine Kraft auf dieses

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Element ausübt.
7. Schließschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet/ daß das Bauchungselement an sei- nem Rand gegen eine den ersten Pol des Schalters bildenden metallischen Körper (10) festgelegt ist, und daß es an einem bei der Bauchung eine Verformung durchmachenden Punkt (81) mit einem beweglichen leitfähigen Element (91) verbunden ist, das unter der Wirkung dieser Verformung mit einer feststehenden Metallklemme (36, 30, 33), die den zweiten Pol des Schalters bildet, in Berührung kommen kann.
8. Schließschalter nach den Ansprüchen 2 und 7 in Kombination, dadurch gekennzeichnet, daß der Stößel (50) in einen im Inneren der Klemme (30) ausgesparten Hohlraum (32) eingesetzt ist, und daß er im Inneren dieses Hohlraums in Axialrichtung beweglich ist.
9. Schließschalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß er eine überdruckplatte (70) aufweist, die eine übermäßige Verformung der Membran (60) bei erhöhten Druckwerten verhindert.