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Betätigungselement Die Erfindung bezieht sich auf ein Betätigungselement
mit einem an seinem unteren Ende konischen Kolben, der in einem in einem zweiteiligen
Gehäuse befindlichen dickwandigen Glied aus verformbarem Material auf seiner gesamten
Länge verschiebbar geführt ist, wobei das Glied in einem in dem Gehäuse befindlichen,
unter äußereCEinflüssen sich ausdehnenden und Druckkräfte auf das Glied ausübenden
Material eingebettet und mittels eines ringförmigen Flansches zwischen den beiden
Gehäuseteilen gehalten ist. Derartige Betätigungselemente dienen zur Bedienung von
Schaltern, Ventilen u. dgl. Hauptsächlich sind solche Betätigungselemente als Thermostate
in den Kühlwasserkreislauf einer Brennkraftmaschine eingeschaltet, um die schnelle
Erwärmung eines Kühlwasserteils und damit der Zylinder der Maschine zu erreichen.
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Bei den bekannten Betätigungselementen erstreckt sich der arbeitsfähige
Teil des Gliedes aus verformbarem Material von seiner Einspannstelle mittels eines
ringförmigen Flansches in einem zweiteiligen Gehäuse nur nach unten, und von der
Länge des sich nach unten erstreckenden verformbaren Materials hängt es ab, welchen
Weg der Kolben bei Erwärmung des ganzen Betätigungselements zurücklegt. Im allgemeinen
handelt es sich dabei um einen verhältnismäßig kurzen Verschiebeweg des Kolbens,
dessen Führung in Abhängigkeit vom Weg ziemlich kurz ist.
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Es liegt die Aufgabe vor, den Kolbenweg zu verlängern und damit auch
eine bessere Kolbenführung zu erhalten. Weiter soll erfindungsgemäß für eine längere
Lebensdauer des Gliedes aus verformbarem Material gesorgt sein, denn die bekannten,
den Kolben umgebenden Hüllen oder Pfropfen aus dem verformbaren Material sind verhältnismäßig
dünnwandig ausgeführt und daher starken Biegebeanspruchungen ausgesetzt.
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Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe bei einem Betätigungselement
der oben angegebenen Art ist dadurch gekennzeichnet, daß das Glied aus verformbarem
Material oberhalb seines Einspannflansches als dicker Pfropfenteil ausgebildet ist,
der während des Ausfahrens des Kolbens sowohl radial als auch axial zusammendrückbar
ist.
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Die Ausdehnung des Gesamtpfropfens aus verformbarem Material oberhalb
seines Einspannflansches hat den Vorteil, daß sich an den ersten Kolbenweg beim
Ausfahren, bei dem sich die konische Kolbenspitze nur etwa bis zur Höhe des Einspannflansches
bewegt, ein zweiter Kolbenweg anschließt, bei dem sich die Kolbenspitze innerhalb
des dicken Pfropfenteiles von der Einspannstelle noch ein gutes Stück weiter nach
oben bewegt. Somit ergibt sich insgesamt ein -wesentlich längerer Kolbenweg, der
auch eine bessere und zuverlässigere Führung des Kolbens gewährleistet. Die axiale
Zusammendrükkung des Pfropfenteiles erfolgt nicht nur durch den vom ausdehnungsfähigen
Stoff auf die untere Pfropfenhülse ausgeübten Axialdruck, sondern auch dadurch,
daß der obere dicke Pfropfenteil unterhalb seines ringförmigen Flansches Ringflächen
besitzt, die unmittelbar dem Druck in axialer Richtung von unten ausgesetzt sind.
Da der dicke Pfropfenteil erfindungsgemäß eine konische Form aufweist und in einem
konischen Sitz einer Gehäusehälfte gelagert ist, so ergibt sich daraus eine radiale
Einwirkung des Pfropfenmaterials auf den Kolben, insbesondere auf die untere konische
Kolbenspitze.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Betätigungselements
jeweils in einem senkrechten Mittelschnitt dargestellt, wobei die F i g.1 das Element
in kaltem, F i g. 2 das Element in warmem Zustand mit ausgefahrenem Kolben zeigt.
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In F i g. 1 und 2 ist ein Betätigungselement 10 dargestellt, das ein
Metallgehäuse besitzt, welches aus zwei einander zugekehrten topfförmigen Teilen
14 und 16 besteht. Jeder der topfförmigen Teile ist mit einem Umfangsflansch 18
versehen und ein Klemmring 20 greift über diese Flansche, um die Teile in fester
Lage gegeneinander zu halten.
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Der Teil 14 ist mit einer Öffnung 22 in seiner Stirnwand
24 versehen, durch die ein Kolben 26 sich bis zu einer Stelle in der Nähe der Stirnwand
28 des Gehäuseteils 16 erstreckt. Der Kolben 26 wird von einem kraftübertragenden
Glied 30 umgeben, das aus vulkanisiertem Gummi oder einem ähnlichen verformbaren
Werkstoff
besteht. Das Glied 30 besitzt einen ringförmigen Pfropfentei132, der in den topfförmigen
Teil 14 des Gehäuses paßt. Ein ringförmiger Flansch 34 erstreckt sich vom Pfropfenteil
32 nach außen, so daß er zwischen den Flanschen 18 eingeklemmt werden kann.
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Das kraftübertragende Glied 30 besitzt ferner einen hülsenartigen
Teil 36, der vom unteren Ende des Pfropfenteils 32 ausgeht. Der Pfropfenteil
und der hülsenartige Teil begrenzen zusammen eine Bohrung 38, in welcher der Kolben
26 gleitet. Der unterste Endteil 40 des hülsenartigen Teiles ist etwas verdickt
in bezug auf den oben anschließenden hülsenartigen Teil, wodurch das untere Ende
gegen Reißen gesichert ist. Ferner besitzt der hülsenartige Teil eine allmählich
nach unten abnehmende radiale Dicke. Hierdurch wird der hülsenartige Teil in denjenigen
Abschnitten verstärkt, die der größten Beanspruchung ausgesetzt sind, und dient
deshalb zur Verhinderung eines Bruches.
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'Innerhalb des topfförmigen Teiles 16 des Gehäuses befindet sich ein
bei Wärme ausdehnbares druckerzeugendes Material 42, das unter anderem aus Paraffin
oder Paradichlorbenzol bestehen kann.
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Beim Betrieb des Betätigungselements nimmt der Kolben 26 die Stellung
nach F i g. 1 ein, wenn das Material 42 sich auf einer Temperatur unterhalb seines
Ausdehnungsbereiches befindet. Wenn die Temperatur des umgebenden Mediums 44 ansteigt,
dehnt sich das Material 42 aus und übt einen radialen Quetschdruck gegen den hülsenartigen
Teil 36 aus. Dieser radiale Druck wird auf die konische Fläche 46 des Kolbens
26 übertragen und drängt den Kolben in der Bohrung 38 nach oben. Diese Quetschwirkung
des hülsenartigen Teils 36 bewirkt eine Bewegung des Kolbens, bis das untere Ende
des Kolbens eine Stelle innerhalb des Pfropfenteils 32 etwa in Höhe des Flansches
34 erreicht. Hiernach bewirkt eine fortgesetzte Erwärmung des Materials 42, daß
der Ausdehnungsdruck des Materials 42 senkrecht nach oben auf den Pfropfenteil32
ausgeübt wird. Mindestens ein Teil dieses nach oben gerichteten Druckes ist nach
oben gegen die Fläche 46 gerichtet, so daß der Kolben in seine in F i g. 2 gezeigte
Stellung gedrückt wird.
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Wenn der Kolben in der Bohrung 38 nach oben verschoben ist, läßt er
einen freien Raum zurück, in den ein Teil des Pfropfenteils eindringt. Demzufolge
ergibt sich eine Verschiebung des Pfropfens nach oben.
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Die Fläche 47 des Gehäuseteils 14 verläuft konisch nach oben, so daß
ein Teil des nach oben gerichteten Drucks auf den Pfropfenteil 32 radial auf die
konische Fläche 46 umgelenkt wird und hierdurch mithilft, daß der Kolben in seine
in F i g. 2 gezeigte Stellung verschoben wird.
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Wenn die Temperatur abnimmt, wird das Material 42 abgekühlt, und seine
Volumenausdehnung verringert sich. Hierdurch wird der nach oben gerichtete Druck
auf den Kolben ausreichend herabgesetzt, um einer Feder (nicht dargestellt) zu gestatten,
den Kolben in seine Stellung nach F i g. 1 zurückzuführen.
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Der Kolben hat während seiner Hin- und Herbewegung eine geringe Berührung
mit der Stirnwand 34. Die Halterung des Pfropfenteiles 32 zwischen dem Kolben und
den Innenflächen 47 des Gehäuses verhindert jedes Verkanten oder eine nicht ausreichende
Führung des Kolbens. Der Pfropfenteil 32 dient also gleichzeitig zur Kraftübertragung
und zur Führung des Kolbens. Wegen der Anordnung des Pfropfenteiles 32 rund um den
Kolben kann der Kolben so ausgeführt werden, daß er einen verhältnismäßig langen
Hub im Verhältnis zur Länge des Betätigungselementes hat. Die Stirnwand 24 braucht
nicht bearbeitet zu werden, um eine Führungsfläche für den Kolben darzustellen,
und der Gehäuseteil 14 kann mit geringen Kosten durch Pressen, Ziehen, Gießen oder
Schlagpressen hergestellt werden.