DE4237036C1 - Verfahren zur Herstellung einer Thermostatkapsel-Ventilkombination für einen Kühlwasserregler einer Brennkraftmaschine sowie eine Thermostatkapsel-Ventilkombination - Google Patents

Description

Aus der DE-PS 30 00 601 ist ein Thermostatventil für einen Kühlwasserkreislauf bekannt, welches unter an­ derem aus einem Gehäuse mit darin eingebrachten Dehn­ stoff und einem herausfahrbaren Betätigungsstift be­ steht. Üblicherweise ist das Gehäuse aus Messing und einseitig verschlossen. Aus der gegenüberliegenden Sei­ te des Gehäuses ragt der Betätigungs- oder Steuerstift heraus, der proportional zum temperaturbedingten Aus­ dehnungsgrad des Dehnstoffes (Wachs) aus dem Gehäuse herausgefahren wird und daher für Steuerzwecke ana­ log einer bestimmten Temperatur einsetzbar ist. Be­ merkenswert bei derartigen Thermostatkapseln ist, daß durch die Ausdehnung des Dehnstoffes der Steuerstift eine sehr große Kraft entwickelt, so daß selbst starke Gegenfedern zusammengedrückt werden, wenn der Steuer­ stift aus dem Gehäuse der Thermostatkapsel heraus fährt.

Durch die große Kraftentwicklung des Dehnstoffes ist die Abdichtung des durch den Dehnstoff aus dem Gehäuse herausfahrenden Steuerstiftes sehr problematisch. Bei einer ungenügenden Abdichtung tritt Dehnstoff entlang der Wandung des Steuerstiftes aus dem Gehäuse aus, so daß die Funktion der Thermostatkapsel nach und nach ausfällt.

Aus diesem Grunde wird an der offenen Seite der Kapsel eine dicke nach außen zeigende radiale Messing­ bördenkante angeformt über die ein Messingring greift. In dem Messingring ist ein Gummidichtpfropfen einge­ paßt. Der Steuerstift wird koaxial durch den Messing­ ring und dem Gummipfropfen geführt. Der Messingring wird um die radiale Messingbördelkante des Messing­ gehäuses maschinell gebördelt, so daß eine Verbin­ dung zwischen dem Messingring und der Bördelkante des Gehäuses geschaffen wird.

Anschließend wird ein Messingdeckel, durch den der Steuerstift ragt, über die Bördelkante des Messing­ ringes und über den Gummipfropfen gelegt und ma­ schinell mit dem Messingring verbördelt.

Um ein Austreten des Dehnstoffes entlang des Steuer­ stiftes durch den Gummipfropfen hindurch aus dem Messingdeckel zu erschweren wird unterhalb des Mes­ singdeckels, d. h. zwischen dem Gummipfropfen und dem Messingdeckel noch eine kleine Ringscheibe aus einem weichen Metall gelegt. Der Steuerstift wird paßgenau durch die Öffnung der Ringscheibe geführt, um eine bessere Abdichtung zu schaffen.

Trotz dieses erheblichen Aufwandes für die Abdichtung der Thermostatkapseln zeigen sich nicht selten Undich­ tigkeiten hinsichtlich des Austrittes von Dehnstoff, die z. T. auch durch die Temperatur bedingte Ausdehnung der Messingteile hervorgerufen wird.

Aber auch die Herstellung derartiger Thermostatkap­ seln, die in dieser Form in über 95% aller Thermos­ tatventile im Automobilbau vorzufinden sind, ist äußerst aufwendig.

Zunächst muß der einseitig offene rohrförmige Grund­ körper als Messingdrehteil äußerst präzise herge­ stellt werden. Auf gleiche Weise ist dann der Messing­ ring und der Messingabschlußdeckel mit der Öffnung für den Steuerstift maschinell zu fertigen. Schließlich erfordern der Zusammenbau und die beiden Umbördelungs­ vorgänge eine weitere, sehr präzise arbeitende Maschine.

Bei einer weiteren Art einer Thermostatkapsel wird der Steuerstift in einem Gummimantel eingebettet, wobei der Gummimantel von dem Dehnstoff in der rohrförmigen Kapsel umgeben ist. Der Gummimantel wird an eine scheibenförmige, eine mittige Öffnung für den Steuer­ stift aufweisende Messingscheibe anvulkanisiert. Auf der anderen Seite der Messingscheibe wird ebenfalls ein pfropfenförmiger Gummikörper anvulkanisiert. Der Steuerstift kommt bei dieser Ausführungsform nicht direkt mit dem Dehnstoff in der Kapsel in Berührung sondern der Dehnstoff drückt auf den Gummimantel und führt somit bei einer temperaturbedingten Ausdehnung den Steuerstift aus der Thermostatkapsel heraus.

Die Abdichtung der Kapsel im Hinblick auf den Dehn­ stoff erfolgt durch eine maschinelle Umbördelung des offenen rohrförmigen Bereichs der Messingkapsel um die oben erwähnte Messingscheibe herum, an der der Gummi­ mantel für den Steuerstift anvulkanisiert ist.

Auch bei dieser Ausführung der Thermostatkapsel treten Dehnstoffundichtigkeiten auf. Der Dehnstoff kann bei dieser Kapsel zwar nicht entlang des Steuerstiftes austreten wie bei der eingangs ge­ schilderten Art. Undichtigkeiten sind jedoch an der Umbördelungsstelle zwischen der Messingscheibe und dem Messingkörper feststellbar, insbesondere wenn sich die Messingteile temperaturbedingt aus­ dehnen.

Die Herstellung dieser Thermostatkapsel ist äu­ ßerst aufwendig, weil ein spezieller Vulkanisier­ vorgang des Gummimantels für den Steuerstift an der einen Seite der Messingscheibe und des Gummipfropfens an der anderen Seite der Messingscheibe erforderlich ist, der eine sehr komplizierte technische Gummi­ spritzmaschine erfordert. Aber auch die Montage einer derartigen Thermostatkapsel ist sehr kompli­ ziert, weil der Gummimantel mit dem Steuerstift in den Dehnstoff hereingedrückt und danach der Umbör­ delungsvorgang maschinell erfolgen muß.

Aus der DE-AS-12 41 220 ist ein Thermostatventil be­ kannt welches an einer Thermostatkapsel kraftschlüssig angebrachte Schieberkolben aufweist. Das Thermostat­ ventil wird aus einer Vielzahl vorher mechanisch zu bearbeitender Bauteile hergestellt und anschließend montiert. Aufgrund dieser Herstellungsweise wird ein sehr teures Thermostatventil erhalten.

Aus der DE-GM 75 37 523 ist eine Thermostatkapsel be­ kannt mit einem daran befestigten Ventilteller, der aus nichtrostendem Blech oder auch aus Gummi oder Kunststoff bestehen kann. Auch in diesem Fall erfor­ dert die Herstellung sehr viele vorher zu bearbeiten­ de einzelne Teile sowie Spezialwerkzeuge für die Montage.

Aus der US-PS 51 04 093 ist die Herstellung eines Ventiltellers aus Kunststoff bekannt, in dem eine Thermostatkapsel eingeklemmt wird. Die Herstellung der anderen Teile sowie die Montage erfordern viele einzelne Arbeitsgänge sowie Spezialwerkzeuge für ihre Montage.

Es ist die Aufgabe der Erfindung eine Thermostat­ kapsel-Ventilkombination zu schaffen, die einfach herstellbar ist, eine leichte Montage ermöglicht und insbesondere keine Abdichtungsprobleme hin­ sichtlich des Austretens von Dehnstoff verur­ sacht. Weiterhin soll nicht nur die Herstellung der Thermostatkapsel sondern zugleich auch die Herstellung des die Kapsel aufnehmenden Ther­ mostatventiles wesentlich vereinfacht werden. Die Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen niedergelegten Merkmale gelöst.

Der Grundkörper der Thermostatkapsel ist als ein Messingrohr ausgebildet mit an dem Außenmantel an beiden Enden einer ringförmigen Nut oder auch einer ringförmigen Erhebung bzw. eine radial nach außen zeigender Rand.

An diesem Rohrteil wird an dem einen Ende ein, in die ringförmige Nut eingreifender Ventilkolben aus einem faserverstärkten Polyamid im Spritzgießver­ fahren angespritzt, so daß die Thermostatkapsel

• - an dem Ende sicher verschlossen ist und
• - gleichzeitig ein weiteres Teil des Thermos­ tatventiles, nämlich der Verschlußkolben bzw. ein Ventilteller bereits vorhanden ist,
  ohne daß dafür ein weiterer Herstellungsvorgang er­ forderlich wäre.

Im selben Spritzgießvorgang wird an dem anderen Rohrende ebenfalls in die Ringnut eingreifend ein Ventilteller angespritzt, wobei die Ausbildung des Ventiltellers so gestaltet wird, daß gleichzeitig ein aus Gummi gestalteter Abdichtstopfen, durch den axial der Steuerstift geführt wird, damit in dem Rohrende gehalten und abgedichtet wird.

Es wird somit durch ein Spritzgießvorgang erreicht,

• - daß eine in jeder Hinsicht ohne Dehnstoff- Leckage funktionierende Thermostatkapsel erhalten wird,
• - daß gleichzeitig mit der Herstellung der Thermostatkapsel auch bereits die Ven­ tilteller bzw. Kolben für das Verschließen bzw. Öffnen von Kühlwasserleitungen geschaf­ fen werden.

Insbesondere ist jedoch darauf hinzuweisen, daß eine hervorragend Abdichtung der Thermostatkapsel erzielt wird, die unabhängig von der Ausdehnung von Metalltei­ len (was oft zu Leckagen führt) sehr sicher funktio­ niert.

Durch die Ausbildung des Ventiltellers an dem einen Rohrende, derart daß

• - der Ventilteller in die ringförmige Nut des Rohrendes eingreift,
• - daß der Ventilteller an seiner Oberseite ein, den Gummiabdichtstopfen (durch den axial der Steuerstift geführt wird) nach oben koaxial übergreifendes und in das Rohrende eingreifendes, tellerförmiges Teil aufweist,

wird die radiale und axiale Abdichtung des Steuer­ stiftes dargestellt.

Überraschender Weise zeigte sich, daß durch die Schrumpfung des Kunststoffes, die zwar nur sehr gering bei glasverstärktem Polyamid ist, eine dauerhafte her­ vorragende radiale Abdichtung des Steuerstiftes er­ reicht wird. Desweiteren wurde ebenfalls eine äußerst gute axiale Abdichtung des Steuerstiftes durch die radiale Schrumpfung des Ventiltellerteiles um wenige my erreicht.

Zusätzlich zu dem Vorteil der äußerst einfachen Her­ stellung nicht nur der Thermostatkapsel sondern auch noch wichtiger Teile des Thermostatventils selbst in nur einem Spritzgießvorgang kommt noch der Vorteil einer sehr guten Abdichtung des Steuer­ stiftes ohne zusätzliche Bauteile gegen Austreten von Dehnstoff hinzu.

Für die Abdichtung sind keine zusätzlichen beson­ deren Bauteile wie beim geschilderten Stand der Technik erforderlich, weil allein die Schrumpfung des Kunststoffes für eine gute Abdichtung sorgt, wobei eine Thermostatkapsel gemäß des Standes der Technik aus Metallteilen durch die temperaturbe­ dingte Ausdehnung der Metallteile besonders leckagegefährdet ist.

Beispielsweise beträgt der Schrumpf bei Polyamid ca. 1,5%, was bei einem Durchmesser von 10 mm immerhin 150 my beträgt.

Durch die Schrumpfung des Kunststoffes und die sich dadurch ergebende Quetschung des Gummistoffes wird noch ein weiterer Vorteil erreicht, nämlich die axi­ ale Abdichtung des Steuerstiftteiles welches durch den Gummiabdichtstopfen läuft. Der Verschleiß des Gummistopfens wird durch das Heraus- und Herein­ fahren des Steuerstiftes verursacht und in einfacher Weise durch die Schrumpfung des Kunststoffes kom­ pensiert, so daß auch nach einem langen Gebrauch der Thermostatkapsel keine Dehnstoff-Leckagen auf­ treten.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in der Zeichnung in Fig. 1 gezeigt.

Die gezeigte Thermostatkapsel setzt sich zusammen aus einem Messingrohr 1 welches jeweils an beiden Enden ringförmige Nuten 2 und 3 aufweist. In dem zylinder­ förmigen Innenraum 4 des Rohres 1 befindet sich ko­ axial der Steuerstift 5 und der Dehnstoff für die Austreibung des Steuerstiftes 5.

In die Ringnut 3 greift ein Kunststoffventilteller 6 ein, der ebenfalls einen O-Ring 7 für Abdichtungs­ zwecke zum nicht gezeigten Gehäuse eines Thermostat­ ventiles aufweist.

In das obere Rohrende ist ein Gummistopfen 8 einge­ setzt durch den koaxial der Steuerstift 5 geführt wird. Der Ventilteller 6 besitzt ein den Gummisto­ pfen 8 an seiner Oberseite koaxial übergreifendes und den Stopfen gegenüber dem Rohr 1 und dem Steuer­ stift 5 abdichtendes Randteil 9. Dieses Randteil 9 übergreift den Gummistopfen 8 teilweise so daß eine Abdichtung des Stopfens in axialer Richtung erfolgt, d. h. der Stopfen 8 wird gegen die Frontkante 10 des Rohres 1 durch die Schrumpfung des Kunststoffes des Ventiltellers 6 gepreßt.

Die Schrumpfung des Kunststoffes des Ventiltellers 6 in axialer Richtung zum Steuerstift 5 und in radialer Richtung durch das Randteil 9 bewirkt somit in über­ raschender Weise eine hervorragende Abdichtung des Steuerstiftes 5 gegenüber der Wandung 11 des Gummi­ stopfens 5.

Diese Abdichtung ist nicht beeinflußbar durch tempe­ raturbedingte Ausdehnungen von Metallteilen wie bei Thermostatkapseln gemäß des Standes der Technik.

Durch den Kolben 12 wird das Rohr 1 der Thermostatkapsel unten verschlossen und gleichzeitig abgedichtet. Zu die­ sem Zweck greift der Kunststoff des Kolbens 12 in die Ringnut 2 ein, so daß eine hervorragende Abdichtung durch die Schrumpfung des Kunststoffes gegeben ist. Weiterhin kann der Kolben einen Kolbenring 14 aufweisen.

An der Unterseite des Kolbens, der auch als Ventil­ teller ähnlich des oberen Ventiltellers 6 ausgebil­ det sein kann, kann eine ringförmige Aussparung 13 angespritzt sein, als Führungsnut für eine Feder.

Das geschilderte Thermostatventil wird z. B. in einem Arbeitsgang hergestellt durch Einlegen eines entsprechend gestalteten Messingrohres 1 in eine Spritzgußform. In das Rohr 1 wird vorher der Dehn­ stoff, der Gummistopfen 8 und der Steuerstift 5 ein­ gesetzt. Dann erfolgt das Anspritzen des oberen Ven­ tiltellers 6 und des unteren Kolbens 12, so daß nach dem Spritzgießvorgang eine fertige Thermostatkapsel vorliegt, an der bereits ein Ventilteller und ein Kolben bzw. auch ein unterer Ventilteller vorhanden ist.

Im Vergleich zu der Herstellung von Thermostatkapseln gemäß des Standes der Technik ergeben sich somit er­ hebliche überraschende Vorteile hinsichtlich der Her­ stellung, wobei die Lebensdauer und Funktionstüchtig­ keit derartiger Kapseln den herkömmlichen Kapseln weit überlegen sind.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung einer Thermostatkapsel- Ventilkombination für einen Kühlwasserregler einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges mit einem, mit einem Dehnstoff gefüllten Körper welcher einen Steuerstift analog der Ausdehnung des Dehnstoffes aus dem Körper herausführt, dadurch gekennzeichnet, daß der durch ein ein- oder beidseitig offenes Rohr (1), mit darin eingebrachtem Dehnstoff, dem Steuer­ stift sowie einem den Steuerstift aufnehmenden Gummi­ abdichtstopfen, gebildete Körper der Thermostatkap­ sel in eine Spritzgießform eingelegt wird, daß in einem Spritzgießvorgang an dem einen Ende des Rohres ein

• - die radiale und axiale Abdichtung des Steuer­ stiftes (5) und
• - die Verschließung des Rohres (1) bzw. der Ther­ mostatkapsel übernehmender Kunststoffventilteller (6),

und an dem anderen Ende des offenen oder verschlosse­ nen Rohres (1) ein Kolben (12) oder Ventilteller angespritzt wird.

2. Thermostatkapsel-Ventilkombination hergestellt nach dem Verfahren nach Anspruch 1 für einen Kühlwasserregler einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges mit einem, mit einem Dehnstoff gefüllten Körper welcher einen Steuerstift analog der Ausdehnung des Dehnstoffes aus dem Körper heraus­ treibt, dadurch gekennzeichnet,
daß der Körper der Thermostatkapsel durch ein ein- oder beidseitig offenes Rohr (1) gebildet wird,
daß in bzw. an den Außenmantel der beiden Endbe­ reiche des Rohres (1) eine oder mehrere ringförmige Nuten (2, 3) angeordnet sind,
daß auf dem steuerstiftseitigen Ende des Rohres ein Kunststoffventilteller (6) angeordnet ist,
daß der Kunststoffventilteller (6) ein, einen Gummi­ dichtungsstopfen (8) an seiner Oberseite koaxial übergreifendes und den Stopfen (8) gegenüber dem Rohr und den Steuerstift (5) abdichtendes ring­ förmiges, Randteil (9) aufweist und an dem anderen Ende des Rohres (1) ein die Verschließung des Rohres (1) bzw. der Thermostatkapsel übernehmender Kunststoffkolben (12) oder Ventilteller angeordnet ist.

3. Thermostatkapsel-Ventilkombination nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß das beidseitig offene Rohr (1) aus einem gut wärmeleitendem Metall besteht und rund oder eckig ausgebildet ist.

4. Thermostatkapsel-Ventilkombination nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (12) eine ringförmige, in die ringförmige Nut (2), des Rohres übergreifende Schulter aufweist.

5. Thermostatkapsel-Ventilkombination nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (12) an seinem größten Durchmesser, eine ringförmige Nut für die Aufnahme eines Kolben­ ringes (14) aufweist.

6. Thermostatkapsel-Ventilkombination nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilteller (6) und der Kolben (12) aus glasfasergefülltem Polyphenylensulfid bestehen.