DE3782857T2

DE3782857T2 - Wachskugelthermostat.

Info

Publication number: DE3782857T2
Application number: DE8787305116T
Authority: DE
Inventors: Yoshikazu Kuze
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-06-12
Filing date: 1987-06-10
Publication date: 1993-05-13
Anticipated expiration: 2007-06-11
Also published as: DE3782857D1; US4948043A; CA1284793C; US4828167A; EP0249451A3; AU581125B2; AU7417587A; EP0249451A2; KR880000726A; KR900002541B1; AU2507788A; EP0249451B1; AU611966B2

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wachskugelthermostat für Kraftfahrzeugmotoren.
Das Wachskugelthermostat umfaßt eine Temperaturfühleinrichtung und eine Ventileinrichtung. Die Temperaturfühleinrichtung enthält einen Stahlkolben, ein beweglich mit dem Kolben im Eingriff befindliches Führungsglied, einen Gummibalg um den Kolben herum und ein Wachs. Der Kolben ist mit einer am Führungsglied befindlichen Dichtungsvorrichtung abgedichtet. Wenn jedoch die Dichtungsvorrichtung nachläßt, steht ein Raum im Balg mit einer Kühlmittelleitung in Verbindung. Wenn in diesem Zustand die Temperatur des Kühlmittels von einem hohen Wert (ca. 100ºC) auf einen niedrigen Wert (unter 40ºC) sinkt, wird der Raum im Balg zum Vakuum. Dementsprechend wird Kühlmittel in den Raum eingesaugt. Da der Balg eng am Kolben anliegt, kann das Kühlmittel in dem Raum nicht hinausgedrückt werden. Das Ventil wird, wie im folgenden beschrieben, durch das Kühlmittel in dem Raum leicht angehoben, wodurch die Öffnungstemperatur des Ventils sinkt. Dadurch wird der Motor unterkühlt und der thermische Wirkungsgrad des Motors verringert, sowie die Emission erhöht. Mit der Zeit nimmt die Kühlmittelmenge in dem Raum zu, so daß die Ventilerhöhung zunimmt, was zu Motorproblemen führt.
FR-A-2,333,178 offenbart ein Wachskugelthermostat mit den Merkmalen der Präambel von Anspruch 1.

Zusammenfassung der Erfindung

Eine der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist es, ein Thermostat zu schaffen, das automatisch das in einen Raum eingesaugte Kühlmittel ausstößt.
Eine weitere der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist es, ein Thermostat zu schaffen, das das Ansaugen von Kühlmittel verhindert.
Erfindungsgemäß wird ein Thermostat mit einem Gehäuse, einem Ventilsitz, einem am Gehäuse befestigten Kolben, einem beweglich am Kolben angebrachten Führungsglied, einer an dem Führungsglied befestigten Klappe, einem in einem unteren Abschnitt desselben am Führungsglied befestigten Balg, einem am Führungsglied befestigten wärmeleitenden Zylinder, der den Balg umgibt, und einem Wachs, das sich in dem Zylinder befindet, geschaffen.
Das Thermostat hat einen Spalt, der sich in einem Abschnitt zwischen dem Führungsglied und dem Balg um den Kolben herum befindet, so daß sich Kühlmittel, das am Kolben entlang eintritt, sammelt und aus dem Führungsglied ausgedrückt wird, wenn sich das Wachs ausdehnt und sich dadurch ein Teil des Balges in die Lücke schiebt.
Entsprechend einem erfindungsgemäßen Aspekt ist der Spalt im Führungsglied um den Kolben herum an die Oberseite des Balges angrenzend ausgeformt.
Entsprechend einem weiteren erfindungsgemäßen Aspekt ist der Spalt im Balg an dessen Oberseite ausgeformt und eine Dichtung ist in einem oberen Abschnitt des Führungsgliedes um den Kolben herum vorhanden, so daß das Eindringen von Kühlmittel verhindert wird.
Diese und andere Aufgaben und Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen besser ersichtlich.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 und 2 sind Schnittansichten eines erfindungsgemäßen Thermostats;
Fig. 3 und 4 sind Schnittansichten eines herkömmlichen Thermostats;
Fig. 5 ist ein Diagramm, das Ventilerhöhungen des erfindungsgemäßen Thermostats und eines herkömmlichen in Bezug auf die Temperatur zeigt;
Fig. 6 bis 8 stellen die Funktion des erfindungsgemäßen Thermostats dar;
Fig. 9A und 9B stellen andere Ausführungen der Erfindung dar;
Fig. 10 bis 13 zeigen den Aufbau einer Dichtung;
Fig. 14 ist eine Schnittansicht einer weiteren Ausführung der Erfindung.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungen

In Fig. 1 und 2 umfaßt das Thermostat der vorliegenden Erfindung ein Gehäuse 2, das einen Ventilsitz 1 bildet, wobei ein Unterbau 3 am Gehäuse 2 angebracht ist. Eine Temperaturfühleinrichtung 5 umfaßt ein Stahlkolben 8, der am Gehäuse 2 an der Spitze 12 angebracht ist, ein Führungsglied 6, das beweglich mit dem Kolben 8 im Eingriff ist, ein Ansaugventil 4 das am Führungsglied 6 angebracht ist, einen wärmeleitenden Zylinder 11, der am Führungsglied 6 angebracht ist, einen Gummibalg 9, der am Führungsglied angebracht ist, eine Wachskugel 10, die sich im Zylinder 11 befindet und eine Dichtung 15 zur Verhinderung des Gegenstroms von Kühlmittel.
Eine Rückstell-Spiralfeder 17, die um den Zylinder 11 herum angebracht ist, befindet sich zwischen dem Ansaugventil 4 und dem Boden von Unterbau 3.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Spalt 14 im Führungsglied 6 in einem Bereich um Kolben 8 herum und an die Oberseite von Gummibalg 9 angrenzend ausgeformt. Fig. 2 stellt das Ventil im geschlossenen Zustand dar. Wenn die Temperatur des Kühlmittels einen vorgegebenen Wert des Thermostats übersteigt, dehnt sich das Wachs 10 aus. Das drückt den Gummibalg 9 gegen den Stahlkolben 8. Wenn das Wachs den Gummibalg 9 um den Kolben 8 drückt, überwindet Wachs 10 die Spannung der Schraubenfeder 7 und die Temperaturfühleinrichtung 5 bewegt sich nach unten, wodurch das Ventil 4, wie in Fig. 1 dargestellt, geöffnet wird. Wenn das Thermostat sich abkühlt, zieht sich das Wachs 10 zusammen. Dann bringt die Schraubenfeder 7 das Ventil in die in Fig. 2 dargestellte, geschlossene Stellung zurück. Da ein Raum 13 im Balg 9 an dessen Boden geformt ist, wird das Ventil 4 fest an den Sitz 1 gedrückt.
Wenn Kühlmittel am Kolben 8 bei niedriger Temperatur in das Thermostat eindringt, dringt das Kühlmittel, wie in Fig. 6 dargestellt, in den Spalt 14 ein und sammelt sich darin. Da der Balg 9 den Kolben 8 eng umschließt, dringt das Kühlmittel im Spalt nicht in den Raum 13 ein, indem es durch das Mittelloch des Balges 9 läuft. Wenn die Temperatur des Kühlmittels ansteigt und das Wachs 10 sich ausdehnt, tritt ein Teil des Balges in den Spalt 14. Damit wird das Kühlmittel im Spalt 14 durch die Dichtung 15 aus dem Thermostat gedrückt (Fig. 7). Damit tritt das Kühlmittel zusammen mit Fremdstoffen, die an der Dichtung haften aus und reinigt so die Dichtung. Dementsprechend wird die Beständigkeit der Dichtung 15 gewährleistet. Fig. 8 zeigt die Vorrichtung in voll geöffnetem Zustand.
Fig. 3 und 4 zeigen ein herkömmliches Thermostat. Ein Kühlmittel wird in Raum 13 im Balg 9 eingesaugt. Fig. 5 zeigt eine Ventilerhöhungskurve A des in Fig. 1 und 2 dargestellten erfindungsgemäßen Thermostats und eine Ventilerhöhungskurve B des in Fig. 3 und 4 dargestellten Thermostats. Das Ventil 4 des Thermostats in Fig. 2 fängt bei 88ºC an sich zu öffnen und öffnet sich bei 100ºC (Punkt D) völlig, wobei das Ventil um 8,5 mm erhöht ist. Danach erhöht sich das Ventil durch Wärmeausdehnung des Wachses um einen kleinen Schritt (0,07 mm pro 1ºC) bis 130ºC.
Das Ventil 4 des Thermostats in Fig. 3 hingegen, bei dem das Kühlmittel im Balg 9 ist, ist bei ca. 84ºC voll geöffnet, also bei einer 4ºC niedrigeren Temperatur als das erfindungsgemäße Thermostat. Die Ventilerhöhung bei voller Öffnung beträgt 10,1 mm. Darüber hinaus liegt das Ventil 4 in geschlossenem Zustand nicht am Ventilsitz 1 an, es bleibt ein Spalt von ca. 0,5 mm zwischen dem Ventil und dem Sitz. Dementsprechend wird der Motor unterkühlt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Ventilerhöhung konstant. Demgemäß kann die axiale Länge des Balges verringert werden. Unter Bezugnahme auf Fig. 6 wird die Länge H des axialen Lochs des Balges wie folgt ausgedrückt:
H = L + α
wobei L die Ventilerhöhung im voll geöffneten Zustand ist. Beim erfindungsgemäßen Thermostat, kann der Wert α auf einen kleinen Wert eingestellt werden, z.B. 1,4 mal so groß wie der Durchmesser des Kolbens 8, wodurch die axiale Länge des Balges verringert wird. Des weiteren ist es möglich, die Ventilerhöhung im voll geöffneten Zustand auf einen höheren Punkt als Punkt D (Fig. 5) einzustellen, z.B. auf Punkt E, wo die Änderung der Ventilerhöhung gering ist, so daß zuverlässige Funktion zu erwarten ist.
Der Anmelder führte Versuche mit einem Thermostat der vorliegenden Erfindung durch, indem es an einem Motor angebracht wurde, der von einer Versuchsmaschine betrieben wird. Der Motor wird zyklisch betrieben, indem die Motordrehzahl schnell zwischen 750 U/min und 5600 U/min verändert wird. Im folgenden sind die Ergebnisse nach einem Betrieb von 100.000 Zyklen aufgeführt, wobei die Werte die Veränderung von Anfangswerten darstellen.
Ventilöffnungstemperatur ... ± 0,6ºC
Ventilerhöhung im voll geöffneten Zustand ... - 0,2 mm
Entweichen von Kühlmittel ... ± 0
Aus den oben angegebenen Daten wird ersichtlich, daß das Thermostat der vorliegenden Erfindung kaum Veränderungen in den Leistungsdaten aufweist, auch wenn es härtesten Bedingungen ausgesetzt ist.
Bei der Ausführung von Fig. 9A, ist ein Spalt mit einem V-förmigen Querschnitt an der Oberseite des Balges 9 um den Kolben 8 herum vorhanden. In Fig. 9B ist ein Spalt 14 mit Kegelstumpfform im Balg ausgeformt.
Fig. 13 stellt einen Aufbau der Dichtung zur Verhinderung des Gegenstroms dar. Die Dichtung hat einen ringförmigen Vorsprung 17 und eine nach innen vorspringende Lippe 19. Das Führungsglied 6 hat, wie in Fig. 10 dargestellt, eine Aussparung mit einer Ringnut 18, die dem ringförmigen Vorsprung 17 entspricht. Der Vorsprung 17 liegt, wie in Fig. 11 dargestellt, in Nut 18 und ein Umfangsvorsprung 16 wird durch einen vorgegebenen Öldruck nach innen verformt, wodurch die Lippe 19 an den Kolben 8 gedrückt wird. Das verhindert das Eindringen von Kühlmittel in den Balg und ermöglicht das Ausstoßen des Kühlmittels aus dem Spalt 14.
Fig. 14 zeigt eine weitere Ausführung der vorliegenden Erfindung, wobei ein Mittelloch des Balges eine axiale Länge von H = L + α wie die erste Ausführung hat, wobei α ungefähr 1,4 mal so groß ist wie der Durchmesser von Kolben 8. Im Führungsglied 6 ist eine Dichtungsvorrichtung mit doppeltem O-Ring vorhanden. Die Dichtungsvorrichtung umfaßt einen beweglichen Distanzhalter 20, der sich verschiebbar in einer am Führungsglied 6 ausgeformten Aussparung befindet und am Kolben 8 angebracht ist, zwei O- Ringe 21, die an gegenüberliegenden Seiten des Distanzhalters 20 angebracht sind, einer festen Abdeckung 22 und einem Umfangsflansch 23, der von einem vorgegebenen Öldruck nach innen verformt wird und die Abdeckung 22 festhält. Durch Veränderung der Dicke des beweglichen Distanzhalters 20 kann ein optimaler Druckzustand jedes O-Ringes erreicht werden.
Mit einer derartigen Dichtungsvorrichtung mit doppeltem O-Ring kann das Eindringen von Kühlmittel und Fremdstoffen vollkommen verhindert werden.

Claims

1. Thermostat mit einem Gehäuse (2), einem Ventilsitz (1), einem am Gehäuse befestigten Kolben (8), einem beweglich am Kolben angebrachten Führungsglied (6), einer an dem Führungsglied befestigten Klappe (4), einem in einem unteren Abschnitt desselben am Führungsglied befestigten Balg (9), einem am Führungsglied befestigten wärmeleitenden Zylinder (11), der den Balg umgibt, und einem Wachs, das sich in dem Zylinder befindet, dadurch gekennzeichnet, daß das Thermostat umfaßt:

einen Spalt (14), der sich in einem Abschnitt zwischen dem Führungsglied und dem Balg um den Kolben herum befindet, so daß sich Kühlmittel, das am Kolben entlang eintritt, sammelt und aus dem Führungsglied ausgedrückt wird, wenn sich das Wachs ausdehnt und sich dadurch ein Teil des Balges in die Lücke schiebt.

2. Thermostat nach Anspruch 1, wobei der Spalt im Führungsglied um den Kolben herum an die Oberseite des Balges angrenzend ausgeformt ist.

3. Thermostat nach Anspruch 1, wobei der Spalt im Balg an dessen Oberseite ausgeformt ist.

4. Thermostat nach Anspruch 1, das weiterhin eine in einem oberen Abschnitt des Führungsgliedes um den Kolben herum befindliche Dichtung umfaßt, so daß das Eindringen von Kühlmittel verhindert wird.

5. Thermostat mit einem Gehäuse (2), einem Ventilsitz (1), einem am Gehäuse befestigten Kolben (8), einem beweglich am Kolben angebrachten Führungsglied (6), einer an dem Führungsglied befestigten Klappe (4), einem in einem unteren Abschnitt desselben am Führungsglied befestigten Balg (9), einem am Führungsglied befestigten wärmeleitenden Zylinder (11), der den Balg umgibt, und einem Wachs, das sich in dem Zylinder befindet, dadurch gekennzeichnet, daß das Thermostat umfaßt:

eine im Führungsglied an einem oberen Abschnitt desselben um den Kolben herum befindliche Dichtungsvorrichtung,

wobei die Dichtungsvorrichtung einen beweglich auf dem Kolben angebrachten Distanzhalter und wenigstens einen an den beweglichen Distanzhalter angrenzend befindlichen O-Ring umfaßt.