Комплект для изготовления термостатического элемента
Изобретение относится к комплекту для изготовления термостатического элемента, включающего в себя чашку с термически расширяемым материалом, поршень, установленный с возможностью перемещения вдоль оси (X-X) под воздействием термически расширяемого материала в направляющей (40), приспособленной для крепления к чашке, и буфер (60) из эластомерного материала, приспособленный для размещения между термически расширяющимся материалом и поршнем. Направляющая имеет канал (41), сцентрированный относительно оси и имеющий первый участок (41.2) постоянного сечения, второй участок (41.1), приспособленный для приема поршня и имеющий постоянное поперечное сечение меньше поперечного сечения первого участка канала, и третий участок (41.3), непрерывно соединяющий первый и второй участки канала. В соответствии с изобретением буфер имеет первый и второй концевые участки (62, 61), которые в собранном состоянии термостатического элемента расположены в первом и втором участках канала соответственно, независимо от поступательного положения поршня, а также переменный участок (63), соосно соединяющий первый и второй концевые участки. Перед сборкой буфера с остальными компонентами термостатического элемента переменный участок (63) по меньшей мере локально тоньше первого концевого участка, так что в собранном состоянии термостатического элемента переменный участок проходит от первого до второго участка канала через третий участок канала, частично снимая внутренние напряжения деформации в буфере при перемещении поршня. 14 з.п. ф-лы, 8 ил.
Изобретение относится к комплекту для изготовления термостатического элемента, т.е. к группе отдельных компонентов, которые после сборки друг с другом образуют элемент, который при использовании термически расширяемого материала во время использования преобразует тепловую энергию в механическую.
Такие элементы обычно используются в области жидкостного регулирования, поскольку они позволяют разделять один подающий жидкость канал на один или несколько распределительных каналов в зависимости от теплоты подлежащей регулированию текучей среды и/или других источников тепла. Такие элементы устанавливаются, например, в охлаждающих контурах, в которых циркулирует охлаждающая текучая среда, в частности, в контурах охлаждения двигателей внутреннего сгорания автомобилей и т.п. Конечно, возможны и другие области применения, такие как масляные контуры двигателя и коробки передач, а также водяные контуры коммунально-бытового водоснабжения.
Обычно среди компонентов термостатического элемента имеется металлическая чашка, как правило, трубчатой формы, содержащая термически расширяемый материал, такой как воск. Среди других компонентов термостатического элемента имеется поршень, приспособленный для коаксиального соединения с чашкой и выполненный с возможностью осевого перемещения относительно этой чашки под воздействием расширения содержащегося в чашке термически расширяемого материала, когда этот термически расширяемый материал нагревается. Термически расширяемый материал в результате своего расширения приводит в движение поршень, который перемещается относительно чашки. При охлаждении термически расширяемого материала поршень возвращается к чашке, обычно под действием пружины, связанной с термостатическим элементом.
Чтобы направлять перемещения поршня, и в качестве компонента термостатического элемента используется высверленная металлическая направляющая, внутри которой может скользить поршень, причем такая направляющая представляет собой направляющий компонент, который образуется путем присоединения к чашке.
Кроме того, для предотвращения выхода термически расширяемого материала за пределы чашки во время перемещения поршня и предотвращения просачивания текучей среды, находящейся снаружи термостатического элемента, и в которую, как правило, он погружен, вдоль поршня к его обращенному к чашке концу, термически расширяемый материал может быть герметизирован от внешней среды другим компонентом, а именно, гибким компонентом, установленным с возможностью удержания на чашке. Такой гибкий герметизирующий компонент может, в частности, изготавливаться в виде так называемой плоской диафрагмы, которая, как правило, проходит перпендикулярно оси перемещения поршня. Диафрагма размещена аксиально между термически расширяемым материалом и поршнем во время расширения этого материала, причем диафрагма деформируется для передачи перемещения в процессе смещения поршня. Следует понимать, что таким образом ход поршня непосредственно связан с амплитудой деформации диафрагмы.
Чтобы увеличить ход поршня для данной деформации диафрагмы может использоваться другой компонент термостатического элемента, а именно, буфер, который расположен в канале направляющей между диафрагмой и поршнем. В частности, буфер расположен с каждой стороны от сужения упомянутого канала, в то время как поршень располагается на участке канала, расположенного со стороны сужения и обращенного в осевом направлении от чашки. Упомянутый буфер представляет собой цилиндр из эластомерного материала, например, из резины, сечение которого равно или даже больше сечения участка канала, расположенного со стороны сужения и обращенного в осевом направлении к чашке. Таким образом, в собранном состоянии термостатического элемента конец буфера, обращенный от чашки, втянут в сужение и за его пределы за счет упругой деформации материала эластомера, из которого изготовлен этот буфер. Кроме того, во время расширения термически расширяемого материала размер этого конца буфера, проходящего в сужение канала и за пределы сужения, увеличивается, что в свою очередь увеличивает величину деформации эластомерного материала и приводит к большему перемещению поршня, по сравнению с ситуацией, когда канал не имеет вышеупомянутого сужения. Примеры термостатических элементов, полученных в результате сборки вышеупомянутых компонентов, приведены в патентных документах EP 0942347 и FR 2879681.
В конечном итоге, из-за повторения циклов перемещения-возврата поршня и повторных деформационных напряжений в буфере происходит деградация буфера, в частности, вследствие износа из-за трения буфера в направляющей в месте ее сужения. Другими словами, старение буфера сопровождается серьезным повреждением составляющего его материала, в частности, из-за внутренних напряжений, которые он должен поглощать в сужении канала. Рабочие характеристики термостатического элемента, естественно, ухудшаются, причем буфер больше не может или может только частично обеспечивать свою способность увеличивать ход поршня.
Задачей изобретения является создание усовершенствованного комплекта для изготовления термостатического элемента, рабочие характеристики которого, связанные с его буфером, сохраняются в течение длительного времени.
Поставленная задача решается в комплекте для изготовления термостатического содержащем чашку, которая содержит термически расширяемый материал; поршень, который в собранном состоянии термостатического элемента установлен подвижно относительно чашки с возможностью перемещения вдоль оси под действием расширения термически расширяемого материала; направляющую для направления поршня при его перемещении, которая в собранном состоянии термостатического элемента прикреплена к чашке и имеет канал, сцентрированный относительно оси в собранном состоянии термостатического элемента и содержащий три отдельных соосных участка: первый участок, который в собранном состоянии термостатического элемента обращен в осевом направлении к чашке и имеет поперечное сечение по существу постоянное вдоль оси; второй участок, в собранном состоянии термостатического элемента обращенный в осевом направлении от чашки, причем поперечное сечение второго участка, по существу постоянное вдоль оси, меньше поперечного сечения первого участка канала, а в собранном состоянии термостатического элемента во втором участке канала расположен поршень; и третий участок, непрерывно соединяющий первый участок со вторым участком канала; и буфер для передачи перемещения от термически расширяемого материала к поршню, выполненный из эластомерного материала и в собранном состоянии термостатического элемента расположенный в осевом направлении в деформированном состоянии между термически расширяемым материалом и поршнем на первом, втором и третьем участках канала.
Согласно изобретению буфер имеет первый концевой участок, в собранном состоянии термостатического элемента расположенный на первом участке канала независимо от поступательного положения поршня; второй концевой участок, в собранном состоянии термостатического элемента противоположный в осевом направлении первому концу и расположенный на втором участке канала независимо от поступательного положения поршня; и переменный участок, который коаксиально соединяет первый и второй концевые участки и перед сборкой буфера с остальными компонентами термостатического элемента по меньшей мере локально тоньше первого концевого участка, так что в собранном состоянии термостатического элемента этот переменный участок проходит от первого до второго участков канала через третий участок канала, частично снимая внутренние напряжения деформации в буфере при перемещении поршня.
Таким образом, изобретение идет вразрез с техническим представлением о том, что буферы, используемые для изготовления термостатических элементов, должны иметь строго цилиндрическую форму эластомерного компонента. Фактически, изобретение требует, чтобы переменный участок буфера был тоньше конца, обращенного к чашке, и предпочтительно также тоньше противоположного конца буфера. Таким образом, в сужении канала между его более узким и более широким участками переменный участок буфера в собранном состоянии термостатического элемента подвергается меньшим деформационным напряжениям, чем если бы этот переменный участок не был бы тоньше по меньшей мере одного из концов буфера. Благодаря изобретению внутренние напряжения в буфере, которые являются результатом его деформации при входе в канал, частично снижаются и поддерживаются на значительно меньших уровнях, чем в отсутствие утоньшения переменного участка буфера. Кроме того, так как контакт между буфером и сужением канала осуществляется исключительно вдоль переменного участка буфера во время смещения поршня, такое снятие внутренних деформационных напряжений оказывается эффективным, независимо от последовательного положения поршня во время расширения и сжатия термически расширяемого материала. В результате, извлекая выгоду из способности буфера увеличить ход поршня, это позволяет исключать или по меньшей мере уменьшать и/или противостоять деградации такого буфера вследствие его трения в сужении канала. Другими словами, старение буфера термостатического элемента, изготовленного с использованием комплекта согласно изобретению, является контролируемым. В результате, среди прочего, гистерезис термостатического элемента, изготовленного с использованием комплекта согласно изобретению, контролируется в течение длительного времени в том смысле, что благодаря поддержанию рабочих характеристик буфера, положения поршня для заданного значения температуры в зависимости от того, повышается температура или падает, отличаются друг от друга на величину, которая даже в долгосрочной перспективе имеет низкое среднее значение, и их отличие ограничено.
Ограничение максимальной интенсивности напряжений успешно усиливается, в частности, путем настройки формы и осевого размера утоньшения переменного участка, а также относительных размеров такого утоньшения и участков канала, расположенных с обеих сторон сужения, как это будет более подробно рассмотрено в описанных ниже вариантах осуществления изобретения.
Комплект компонентов согласно изобретению может обладать следующими дополнительными особенностями:
- переменный участок перед сборкой буфера с остальными компонентами термостатического элемента по меньшей мере локально тоньше второго концевого участка;
- переменный участок включает в себя подучасток наименьшего поперечного сечения, который перед сборкой буфера с остальными компонентами термостатического элемента имеет по всей своей осевой длине по существу постоянное поперечное сечение, которое соответствует минимальному поперечному сечению переменного участка, меньшему минимального поперечного сечения первого концевого участка и поперечного сечения первого участка канала; и первый соединительный подучасток, соединяющий подучасток наименьшего поперечного сечения с первым концевым участком и перед сборкой буфера с остальными компонентами термостатического элемента имеющий поперечное сечение, изменяющееся вдоль оси;
- осевая длина подучастка наименьшего поперечного сечения сведена к точке;
- переменный участок перед сборкой буфера с остальными компонентами термостатического элемента по меньшей мере локально тоньше второго концевого участка;
- перед сборкой буфера с остальными компонентами термостатического элемента поперечное сечение подучастка наименьшего поперечного сечения меньше минимального поперечного сечения второго концевого участка и больше поперечного сечения второго участка канала, при этом переменный участок дополнительно включает в себя второй соединительный подучасток, соединяющий подучасток наименьшего поперечного сечения со вторым концевым участком и перед сборкой буфера с остальными компонентами термостатического элемента имеющий поперечного сечение, изменяющееся вдоль оси;
- перед сборкой буфера с остальными компонентами термостатического элемента поперечное сечение подучастка наименьшего поперечного сечения по меньшей мере на 5% меньше минимального поперечного сечения первого концевого участка;
- перед сборкой буфера с остальными компонентами термостатического элемента поперечное сечение подучастка наименьшего поперечного сечения по меньшей мере на 5% меньше минимального поперечного сечения второго концевого участка;
- перед сборкой буфера с остальными компонентами термостатического элемента подучасток наименьшего поперечного сечения имеет осевой размер, составляющий по меньшей мере 75% осевого размера переменного участка;
- перед сборкой буфера с остальными компонентами термостатического элемента подучасток наименьшего поперечного сечения имеет осевой размер, составляющий по меньшей мере 90% осевого размера переменного участка;
- перед сборкой буфера с остальными компонентами термостатического элемента минимальное поперечное сечение первого концевого участка по существу равно поперечному сечению первого участка канала;
- перед сборкой буфера с остальными компонентами термостатического элемента минимальное поперечное сечение второго концевого участка по существу равно поперечному сечению первого участка канала;
- перед сборкой буфера с остальными компонентами термостатического элемента переменный участок симметричен относительно средней плоскости, которая перпендикулярна оси в собранном состоянии термостатического элемента, при этом первый и второй концевые участки буфера симметричны друг другу относительно указанной средней плоскости;
- поперечные сечения первого, второго и третьего участков канала имеют круглую форму, при этом перед сборкой буфера с остальными компонентами термостатического элемента поперечные сечения первого концевого участка, переменного участка и второго концевого участка имеют круглую форму;
- дополнительно включает в себя диафрагму для герметизации термически расширяемого материала, которая в собранном состоянии термостатического элемента закреплена относительно чашки для предотвращения выхода из нее термостатического материала и в осевом направлении размещена между термически расширяемым материалом и первым концевым участком буфера.
Изобретение станет более понятным из последующего описания, приведенного в качестве примера со ссылками на чертежи.
На фиг. 1 показан термостатический элемент, изготовленный из комплекта согласно изобретению, вид в продольном сечении;
на фиг. 2 - часть комплекта, из которого изготовлен показанный на фиг. 1 термостатический элемент, вид в перспективе в состоянии перед сборкой термостатического элемента;
на фиг. 3 - часть не собранного комплекта по фиг. 2, вид в сечении как на фиг. 1;
на фиг. 4-8 - варианты выполнения буфера согласно изобретению, виды в сечении, аналогичном сечению по фиг. 3.
Как показано на фиг. 1, термостатический элемент 1 изготовлен из комплекта, включающего в себя чашку 10, поршень 30, направляющую 40, диафрагму 50 и буфер 60, которые будут последовательно подробно рассмотрены ниже.
Жесткая чашка 10, как правило, выполнена из металлического сплава, являющегося хорошим проводником тепла, например, из латуни. Такая чашка 10 имеет, как правило, трубчатую форму, проходящую вдоль оси X-X. В примере, показанном на чертеже, чашка 10 представляет собой гильзу 11 цилиндрической формы с круглым основанием, сцентрированным относительно оси X-X. Гильза 11 закрыта с одного из осевых концов донной стенкой 12. Чашка 10 содержит термически расширяемый материал 20, хранящийся внутри гильзы 11, причем этот термически расширяемый материал, например, воск, дополнительно содержит порошок, обладающий хорошей теплопроводностью, например, медный порошок.
Для удобства, в дальнейшем описании термины «ниже» и «низко» обозначают направление вдоль оси X-X, ориентированное к донной стенке 12, т.е. в направлении нижней части фиг. 1-3, а термины «выше» и «высоко» обозначают противоположное направление.
В собранном состоянии термостатического элемента 1, как показано на фиг. 1, поршень 30 расположен соосно с чашкой 10. Нижний конец поршня 30 обращен в осевом направлении к чашке 10 и выполнен так, чтобы подвергаться воздействию термически расширяемого материала 20, когда материал расширяется в результате нагревания. С помощью средств, описанных ниже, изменение объема нагретого термически расширяемого материала приводит к перемещению поршня 30 вверх вдоль оси X-X относительно чашки 10.
Поступательное движение поршня 30 направляется жесткой участком, образующим направляющую 40. Направляющая 40, как и поршень 30, выполнена, в частности, из металла. Как показано на фиг. 2, направляющая 40 имеет в целом трубчатую форму с центральным каналом 41, который, как показано на фиг. 1, сцентрирован относительно оси X-X в собранном состоянии термостатического элемента 1.
Как показано на фиг. 2 и 3, канал 41 проходит вдоль оси X-X и имеет три отдельных соосных участка 41.1, 41.2 и 41.3. Участок 41.1 канала в осевом направлении обращен от чашки 10, участок 41.2 - к чашке, а участок 41.3 расположен в осевом направлении между участками 41.1 и 41.2, соединяя эти участки друг с другом. Поперечные сечения участков 41.1 и 41.2 канала различны, при этом сечение участка 41.2 строго больше, чем сечение участка 41.1.
В рассматриваемом варианте выполнения канал 41 имеет по всей своей осевой длине круглое поперечное сечение, сцентрированное относительно оси X-X: при этом, как показано на фиг. 3, диаметр D41.1 поперечного сечения участка 41.1 канала меньше диаметра D41.2 поперечного сечения участка 41.2 канала. Участок 41.3 канала имеет поперечное сечение, диаметр которого постепенно изменяется вдоль оси X-X от диаметра D41.1 на верхнем конце участка 41.3 до диаметра D41.2 на нижнем конце участка 41.3.
В собранном состоянии термостатического элемента 1, как показано на фиг. 1, поршень 30 располагается в участке 41.1 канала, при этом поперечное сечение этого участка 41.1 идентично поперечному сечению поршня 30 для обеспечения направленного скольжения поршня 30 вдоль оси X-X с малым конструктивным зазором, обеспечивающим направленное скольжение поршня 30 вдоль оси X-X.
Направляющая 40 снабжена нижним наружным фланцем 42, который приспособлен для жесткого крепления, в частности, путем обжатия, с фланцем 13 чашки 10, имеющимся на верхнем конце гильзы 11. Таким образом, в собранном состоянии термостатического элемента 1, как показано на фиг. 1, направляющая 40 крепится к чашке 10 путем обжатия фланца 13 вокруг фланца 42.
Диафрагма 50 предназначена для герметизации термически расширяемого материала 20 в чашке 10, в частности, чтобы, во-первых, препятствовать выходу термически расширяемого материала за пределы чашки во время расширения этого материала и, во-вторых, чтобы предотвратить просачивание вдоль поршня 30 текучей среды, которая, как правило, омывает термостатический элемент 1 во время использования. Как показано на фиг. 1, диафрагма 50, выполненная, как правило, в виде плоской мембраны из гибкого материала, такого как натуральная или искусственная резина, в собранном состоянии термостатического элемента 1 проходит по существу перпендикулярно оси X-X. В рассматриваемом варианте выполнения диафрагма 50 имеет периферийный участок 51, который в собранном состоянии термостатического элемента жестко прикреплен к чашке 10 за счет прижатия к внутреннему плечу фланца 13 фланцем 42 направляющей 40. Центральный участок 52 диафрагмы 50, который в собранном состоянии термостатического элемента 1 пересекается осью X-X, размещен между термически расширяемым материалом 20 и поршнем 30. Во время расширения термически расширяемого материала 20 диафрагма 50 упруго деформируется под действием термически расширяемого материала, в частности, центральный участок 52 диафрагмы 50 в таком случае отклоняется вверх в осевом направлении к верхней части внутри участка 41.2 канала направляющей 40, передавая направленное вверх усилие поршню 30. Для передачи поршню 30 движущего усилия, возникающего вследствие деформации диафрагмы 50, а также для передачи этого движущего усилия вдоль оси X-X, верхняя поверхность центрального участка 52 предпочтительно выступает вверх, оставаясь при этом сцентрированной относительно оси X-X.
На практике, упомянутый вариант выполнения диафрагмы 50 не ограничивает изобретение ввиду того, что все удерживается относительно чашки 10, предотвращая выход термически расширяемого материала 20 из термостатического элемента 1, а упомянутая диафрагма 50 в осевом направлении размещена между термически расширяемым материалом и поршнем 30, так что она во время расширения термически расширяемого материала посредством своей деформации передает направленное вверх осевое перемещение поршню 30.
Для увеличения движения поршня 30, возникающего из-за деформации диафрагмы 50, предназначен буфер 60. В собранном состоянии термостатического элемента 1, как показано на фиг. 1, буфер 60 размещен в осевом направлении между диафрагмой 50 и поршнем 30, точнее, между центральным участком 52 диафрагмы и нижним концом поршня 30. Таким образом, буфер 60 позволяет передавать осевое движение между диафрагмой 50 и поршнем 30, и, следовательно, между термически расширяемым материалом 20 и поршнем.
Буфер 60 в предпочтительном варианте выполнения представляет собой цельную деталь из эластомерного материала, в частности, из натуральной резины либо искусственной.
Как показано на фиг. 1-3, буфер 60 в собранном состоянии термостатического элемента 1 имеет в направлении, соответствующем оси X-X, три разных участка, а именно, два противоположных верхний и нижний концевые участки 61 и 62, а также переменный участок 63, соединяющий верхний и нижний концевые участки 62 и 61.
Переменный участок 63, в основном, содержит подучасток 63.1, называемый подучастком наименьшего поперечного сечения, который перед сборкой буфера 60 с остальными компонентами термостатического элемента 1, как показано на фиг. 2 и 3, имеет поперечное сечение, т.е. сечение плоскостью, перпендикулярной оси X-X в собранном состоянии термостатического элемента 1, соответствующее минимальному сечению переменного участка 63, при этом поперечное сечение упомянутого подучастка 63.1 является постоянным по его осевой длине. Упомянутое поперечное сечение подучастка 63.1 меньше соответствующих минимальных сечений верхнего и нижнего концевых участков 61 и 62, при этом следует отметить, что в варианте выполнения, показанном на фиг. 2 и 3, поперечные сечения соответствующих концевых участков 61 и 62 являются постоянными вдоль оси X-X и, кроме того, идентичными друг другу.
Согласно предпочтительной конструкции, показанной на фиг. 2 и 3, которая, в частности, облегчает изготовление буфера 60, а также его сборку с остальными компонентами термостатического элемента 1, поперечные сечения подучастка 63.1 и концевых участков 61 и 62 являются круглыми, так что, как показано на фиг. 3, диаметр D63.1 поперечного сечения подучастка 63.1 меньше диаметра D61 поперечного сечения концевого участка 61 и диаметра D62 поперечного сечения концевого участка 62.
Чтобы согласовать между собой диаметры D61 и D63.1, т.е. соответствующие поперечные сечения концевого участка 61 и подучастка 63.1 переменного участка 63, переменный участок 63 включает в себя соединительный подучасток 63.2, расположенный между подучастком 63.1 и концевым участком 61. Точно так же, чтобы согласовать между собой диаметры D62 и D63.1, т.е. соответствующие поперечные сечения нижнего концевого участка 62 и подучастка 63.1 участка 63, последний включает в себя соединительный подучасток 63.3, расположенный между подучастком 63.1 и нижним концевым участком 62. В варианте выполнения, показанном на фиг. 2 и 3, соединительные подучастки 63.2 и 63.3 представляют собой краевые части переменного участка 63 в том смысле, что осевое расстояние, обозначенное L63.1, подучастка 63.1 составляет по меньшей мере 75%, или даже по меньшей мере 90% осевого расстояния, обозначенного L63, переменного участка 63, т.е. в сумме соответствующие осевые расстояния соединительных подучастков 63.2 и 63.3 меньше 25% или даже меньше 10% расстояния L63. В непоказанном на чертежах варианте выполнения буфер 60 может быть выполнен без соединительных участков, аналогичных соединительным подучасткам 63.2 и 63.3, имея ступенчатые соединительные подучастки, которые имеют осевую длину, сведенную к точке.
Согласно, в частности, предпочтительной особенности конфигурации, которая реализована в примерном варианте выполнения, показанном на фиг. 2 и 3, переменный участок 63 симметричен относительно геометрически средней плоскости P, которая перпендикулярна оси X-X в собранном состоянии термостатического элемента 1, т.е. верхний и нижний концевые участки 61 и 62 симметричны друг другу относительно этой средней плоскости P. Таким образом, плоскость P представляет собой плоскость симметрии для буфера 60 так, что последний может собираться с остальными компонентами термостатического элемента 1 так, что любой из его концевых участков 61 и 62 может быть обращен вверх. Следует понимать, что это облегчает сборку термостатического элемента 1.
В собранном состоянии термостатического элемента 1, как показано на фиг. 1, верхний концевой участок 61 буфера 60 расположен на участке 41.1 канала, нижний концевой участок 62 - на участке 41.2 канала, верхняя область переменного участка 63 буфера расположена на участке 41.1 канала, а нижняя область - на участке 41.2 канала, непрерывно занимая участок 41.3 канала между вышеупомянутыми верхней и нижней областями. Таким образом, во время расширения термически расширяемый материал 20 давит в осевом направлении вверх на нижний концевой участок 62 буфера 60 через диафрагму 50, размещенную между термически расширяемым материалом и нижним концевым участком 62. Указанное давление перемещает буфер 60 вверх, который посредством упругой деформации проходит аксиально в отверстие направляющей 40, в частности, в участок 41.1 канала, давя своим верхним концевым участком 61 вверх на поршень 30 и вызывая смещение последнего вверх.
Буфер 60 выполнен так, что его осевые размеры, при которых во время расширения термически расширяемого материала его верхний концевой участок 61 остается на участке 41.1 канала, не достигая участка 41.3, независимо от положения поршня, в то время как нижний концевой участок 62 остается на участке 41.2, не достигая участка 41.3, независимо от положения поршня. Таким образом, во время расширения термически расширяемого материала 20 только переменный участок 63 буфера 60 проходит между участками 41.1 и 41.2 через участок 41.3.
Кроме того, поперечное сечение подучастка 63.1 буфера 60 в предпочтительном варианте выполнения имеет размер, который перед сборкой буфера с остальными компонентами термостатического элемента 1 больше размера поперечного сечения участка 41.1 канала и меньше размера поперечного сечения участка 41.2 отверстия: таким образом, в рассматриваемом варианте выполнения, как показано на фиг. 3, диаметр D63.1 поперечного сечения переменного подучастка 63.1 больше диаметра D41.1 поперечного сечения участка 41.1 и меньше диаметра D41.2 поперечного сечения участка 41.2. Таким образом, в собранном состоянии термостатического элемента 1 верхняя область переменного участка 63, расположенная на участке 41.1, расположена радиально плотно в этом участке 41.1, в то время как нижняя область переменного участка 63, расположенная на участке 41.2, не обжата этим участком 41.2, при этом в принципе между ними может иметься радиальный зазор. На практике, вышеупомянутый зазор не виден на фиг. 1, потому что обжатие верхней области переменного участка 63 на участке 41.1 вызывает упругую деформацию этой верхней области, причем эластомерный материал буфера 60 в таком случае деформируется, чтобы занять все свободное место, включая вышеупомянутый зазор, для минимизации внутренних напряжений, которым подвергается этот материал.
Таким образом, понятно, что переменный участок 63 буфера 60 тоньше его концевых участков 61 и 62, и в собранном состоянии термостатического элемента 1, когда поршень 30 перемещается во время расширения термически расширяемого материала, а также при сжатии этого материала, переменный участок 63 снимает часть внутренних напряжений деформации буфера 60, так что последний смещается внутренними напряжениями, меньшими напряжений, которые возникали бы, если бы переменный участок 63 имел перед установкой буфера 60 поперечное сечение, равное поперечному сечению концевых участков 61 и 62. Такое ограничение внутренних напряжений буфера 60 уменьшает интенсивность, с которой переменный участок 63 трется о канал 41, в частности, об участок 41.3 канала, чему способствует постепенное изменение поперечного сечения этого участка. На практике, эффект частичного снятия внутренних напряжений в буфере 60 может быть существенным, так как поперечное сечение переменного участка 63 на подучастке 63.1 по меньшей мере на 5%, или даже по меньшей мере на 10%, или даже по меньшей мере на 15%, или даже по меньшей мере на 20%, или даже по меньшей мере на 25% меньше соответствующего поперечного сечения концевых участков 61 и 62.
Путем такого ограничения вышеупомянутых внутренних напряжений предупреждается преждевременная деградация буфера 60, в частности, его конструкции из эластомерного материала, ограничивая и/или предотвращая износ этого материала в течение длительного времени вследствие его трения об канал 41 направляющей 40. Конечно, во время изменения положения поршня 30, вышеупомянутые внутренние напряжения соответственно изменяются вследствие изменения осевой длины переменного участка 63, расположенного на участке 41.1 канала и вследствие трения этого переменного участка 63 об участок 41.3 канала.
Кроме того, когда буфер 60 приводится в движение вверх диафрагмой 50, которая деформирована под действием расширения термически расширяемого материала 20, верхний конец 61 и верхняя область переменного участка 63 буфера радиально ограничены на участке 41.1 канала, в котором буфер 60 деформирован, по существу удлиняясь вверх в результате эластичности образующего его эластомерного материала. Другими словами, буфер 60 эффективно увеличивает силу приведения в движение поршня 30, возникающую в результате деформации диафрагмы 50, и, следовательно, заданная деформация диафрагмы 50 приводит к поступательному ходу поршня, превышающему осевую амплитуду деформации диафрагмы.
Чтобы оптимизировать как ограничение внутренних напряжений буфера 60, так и увеличение силы приведения в движение поршня 30 буфером, облегчая при этом сборку буфера 60 с остальными компонентами термостатического элемента 1, поперечное сечение верхнего концевого участка 61 или поперечное сечение нижнего концевого участка 62, или, предпочтительно, оба эти поперечных сечения в рассматриваемом варианте выполнения идентичны поперечному сечению участка 41.2 канала, как показано на фиг. 3, что означает равенство диаметров D61 и/или D62 диаметру D41.2.
На фиг. 4-8 показаны альтернативные варианты выполнения буфера 60, обозначенные позициями 160, 260, 360, 460 и 560, соответственно.
Каждый из буферов 160, 260, 360, 460 и 560 имеет
- верхний концевой участок 161, 261, 361, 461, 561, функционально аналогичный концевому участку 61 буфера 60, так что в собранном состоянии термостатического элемента 1 этот концевой участок 161, 261, 361, 461, 561 расположен на участке 41.1 канала 41 независимо от положения поршня 30;
- нижний концевой участок 162, 262, 362, 462, 562, функционально аналогичный концевому участку 62 буфера 60, так что в собранном состоянии термостатического элемента 1 этот концевой участок 162, 262, 362, 462, 562 расположен в участке 41.2 канала 41 независимо от положения поршня 30;
- переменный участок 163, 263, 363, 463, 563, функционально аналогичный переменному участку 63 буфера 60, так что этот переменный участок 163, 263, 363, 463, 563 коаксиально соединяет верхний концевой участок с нижним, проходит между участками 41.1 и 41.2 канала через участок 41.3, когда поршень 30 помещен в собранное состояние термостатического элемента 1, перед сборкой буфера 160, 260, 360, 460, 560 с остальными компонентами термостатического элемента 1 по меньшей мере локально тоньше нижнего конца этого поршня, а для буферов 160, 260 и 360 - тоньше верхнего конца буфера.
Обеспечивая меньшую толщину переменного участка 63, 163, 263 и 363 буферов 60, 160, 260 и 360 по сравнению как с их верхним концевым участком 61, 161, 261 и 261, так и с их нижним концевым участком 62, 162, 262 и 362, между каналом 41 и упомянутым переменным участком предпочтительно может наноситься смазка, для чего может иметься карман или запас смазки, образованный радиально между каналом и переменным участком буфера и герметизированный на его верхнем и нижнем концах верхним и нижним концами буфера, которые плотно расположены в участках 41.1 и 41.2 канала. Смазка, удерживаемая таким образом переменным участком 63, 163, 263 и 263, в частности, на участке 41.3 канала, дополнительно увеличивает срок службы термостатического элемента 1, уменьшая фрикционный износ буфера 60, 160, 260 и 360.
По сравнению с буфером 60, буферы 160 обладают следующими особенностями:
- поперечные сечения его концевых участков 161 и 162 не являются постоянными вдоль центральной оси X-X, а, напротив, изменяются, имея максимальное значение на промежуточном осевом уровне этих концевых участков 161 и 162;
- поперечное сечение его переменного участка 163 также непрерывно изменяется между его противоположными в осевом направлении концами с минимальным значением на его среднем осевом уровне.
Переменный участок 163 буфера 160 включает в себя:
- подучасток 163.1, называемый подучастком с наименьшим поперечным сечением, который перед сборкой буфера 160 с остальными компонентами термостатического элемента 1 расположен в осевом направлении в середине переменного участка 163, причем его осевая длина сведена к точке, а его поперечное сечение, соответствует минимальному поперечному сечению переменного участка 163, в то же время это сечение предпочтительно меньше поперечного сечения участка 41.2 канала, но больше поперечного сечения участка 41.1 канала;
- соединительные подучастки 163.2 и 163.3 - верхний и нижний, соответственно, которые соединяют подучасток 163.1 с верхним и нижним концевыми участками 161 и 162 соответственно, и которые перед сборкой буфера 160 с остальными компонентами термостатического элемента 1 имеют поперечное сечение, которое изменяется вдоль оси X-X по всей их осевой протяженности.
Переменный участок 263 буфера 260 может быть описан так же, как переменный участок 163 буфера 160, с тем отличием, что изменение поперечного сечения упомянутых соответствующих соединительных подучастков 263.2 и 263.3 происходит не по всей осевой протяженности каждого из этих соединительных подучастков, а от его подучастка 263.1, аналогичного подучастку 163.1 буфера 160, только до промежуточного осевого уровня этих подучастков 263.2 и 263.3.
Буфер 360, в свою очередь, имеет такую особенность, что подучасток 363.1 с наименьшим поперечным сечением переменного участка 363 не расположен в осевом направлении посередине этого переменного участка 363, а смещен вверх. Соединительные подучастки 363.2 и 363.3 переменного участка 363 адаптированы соответствующим образом.
Как указано выше, переменные участки 463 и 563 буферов 460 и 560 имеет особенность, заключающаяся в том, что они тоньше только по сравнению с их нижними концами 462 и 562. Таким образом, наименьшее поперечное сечение подучастков 463.1 и 563.1 переменных участков 463 и 563, соответствующее минимальному поперечному сечению этих переменных участков, является по существу таким же, как и поперечное сечение верхних концевых участков 461 и 561, но при этом они меньше, чем поперечное сечение нижних концевых участков 462 и 562. Упомянутые подучастки 463.1 и 563.1 наименьшего поперечного сечения соединены с концевыми участками 462 и 562, соответственно, посредством соединительных подучастков 463.3 и 563.3 их участка 463, 563 переменного сечения, которые функционально аналогичны, например, соединительному подучастку 63.3 буфера 60. Различие между буферами 460 и 560 заключается в осевом положении и осевой длине их наименьшего сечения; осевая длина подучастка 563.1 сведена к точке, и этот подучасток расположен на верхнем конце переменного участка 563, в то время как подучасток 463.1 имеет большую осевую длину.
Как было установлено, различные варианты выполнения буферов 60, 160, 260, 360, 460 и 560 обладают эффектом снятия внутренних деформационных напряжений, как было подробно объяснено для буфера 60, при этом следует отметить, что предпочтительной формой, в частности, с самым существенным эффектом снятия напряжений, является форма буфера 60, показанного на фиг. 2 и 3.
И, наконец, также возможны различные варианты выполнения и разновидности описанного выше комплекта для изготовления термостатического элемента. Например, для предотвращения вытеснения эластомерного материала, образующего буфер 60, 160, 260, 360, 460 или 560, наружу термостатического элемента 1 через участок 41.1 канала направляющей 40, комплект может включать в себя показанный на фиг. 1 диск 70, сцентрированный относительно оси X-X и в осевом направлении размещенный между буфером 60 и поршнем 30 в собранном состоянии термостатического элемента. Жесткость такого диска, предотвращающего вытеснение, как правило, больше жесткости буфера 60, но меньше жесткости направляющей 40 и поршня 30. Такой диск может быть выполнен, например, из политетрафторэтилена (ПТФЭ).
1. Комплект для изготовления термостатического элемента (1), содержащий
чашку (10), которая содержит термически расширяемый материал (20);
поршень (30), который в собранном состоянии термостатического элемента (1) установлен подвижно относительно чашки с возможностью перемещения вдоль оси (X-X) под действием расширения термически расширяемого материала;
направляющую (40) для направления поршня при его перемещении, которая в собранном состоянии термостатического элемента прикреплена к чашке и имеет канал (41), сцентрированный относительно оси в собранном состоянии термостатического элемента и содержащий три отдельных соосных участка: первый участок (41.2), который в собранном состоянии термостатического элемента обращен в осевом направлении к чашке и имеет поперечное сечение по существу постоянное вдоль оси; второй участок (41.1), в собранном состоянии термостатического элемента обращенный в осевом направлении от чашки, причем поперечное сечение второго участка, по существу постоянное вдоль оси, меньше поперечного сечения первого участка канала, а в собранном состоянии термостатического элемента во втором участке канала расположен поршень; и третий участок (41.3), непрерывно соединяющий первый участок (41.2) со вторым участком (41.1) канала; и
буфер (60; 160; 260; 360 460; 560) для передачи перемещения от термически расширяемого материала к поршню, выполненный из эластомерного материала и в собранном состоянии термостатического элемента расположенный в осевом направлении в деформированном состоянии между термически расширяемым материалом и поршнем на первом, втором и третьем участках канала,
отличающийся тем, что буфер (60; 160; 260; 360; 460; 560) имеет
первый концевой участок (62; 162; 262; 362; 462; 562), в собранном состоянии термостатического элемента (1) расположенный на первом участке (41.2) канала независимо от поступательного положения поршня (30),
второй концевой участок (61; 161; 261; 361; 461; 561), в собранном состоянии термостатического элемента противоположный в осевом направлении первому концу и расположенный на втором участке (41.1) канала независимо от поступательного положения поршня, и
переменный участок (63; 163; 263; 363; 463; 563), который коаксиально соединяет первый и второй концевые участки и перед сборкой буфера с остальными компонентами термостатического элемента по меньшей мере локально тоньше первого концевого участка, так что в собранном состоянии термостатического элемента этот переменный участок проходит от первого до второго участков канала через третий участок (41.3) канала, частично снимая внутренние напряжения деформации в буфере при перемещении поршня.
2. Комплект по п. 1, отличающийся тем, что переменный участок (63; 163; 263; 363) перед сборкой буфера (60; 160; 260; 360) с остальными компонентами термостатического элемента (1) по меньшей мере локально тоньше второго концевого участка (61; 161; 261; 361).
3. Комплект по п. 1, отличающийся тем, что переменный участок (63; 163; 263; 363; 463; 563) включает в себя подучасток (63.1; 163.1; 263.1; 363.1; 463.1; 563.1) наименьшего поперечного сечения, который перед сборкой буфера (60; 160; 260; 360; 460; 560) с остальными компонентами термостатического элемента (1) имеет по всей своей осевой длине по существу постоянное поперечное сечение, которое соответствует минимальному поперечному сечению переменного участка, меньшему минимального поперечного сечения первого концевого участка (62; 162; 262; 362; 462; 562) и поперечного сечения первого участка (41.2) канала; и первый соединительный подучасток (63.3; 163.3; 263.3; 363.3; 463.3; 563.3), соединяющий подучасток наименьшего поперечного сечения с первым концевым участком и перед сборкой буфера с остальными компонентами термостатического элемента имеющий поперечное сечение, изменяющееся вдоль оси (X-X).
4. Комплект по п. 3, отличающийся тем, что осевая длина подучастка (163.1; 563.1) наименьшего поперечного сечения сведена к точке.
5. Комплект по п. 3, отличающийся тем, что переменный участок (63; 163; 263; 363) перед сборкой буфера (60; 160; 260; 360) с остальными компонентами термостатического элемента (1) по меньшей мере локально тоньше второго концевого участка (61; 161; 261; 361).
6. Комплект по п. 5, отличающийся тем, что перед сборкой буфера (60; 160; 260; 360) с остальными компонентами термостатического элемента (1) поперечное сечение подучастка (63.1; 163.1; 263.1; 363.1) наименьшего поперечного сечения меньше минимального поперечного сечения второго концевого участка (61; 161; 261 361) и больше поперечного сечения второго участка (41.1) канала, при этом переменный участок (63; 163; 263; 363) дополнительно включает в себя второй соединительный подучасток (63.2; 163.2; 263.2; 363.2), соединяющий подучасток наименьшего поперечного сечения со вторым концевым участком (61; 161; 261; 361) и перед сборкой буфера с остальными компонентами термостатического элемента имеющий поперечное сечение, изменяющееся вдоль оси (X-X).
7. Комплект по п. 3, отличающийся тем, что перед сборкой буфера (60; 160; 260; 360; 460; 560) с остальными компонентами термостатического элемента (1) поперечное сечение подучастка (63.1; 163.1; 263.1; 363.1; 463.1; 563.1) наименьшего поперечного сечения по меньшей мере на 5% меньше минимального поперечного сечения первого концевого участка (62).
8. Комплект по п. 7, отличающийся тем, что перед сборкой буфера (60; 160; 260; 360; 460; 560) с остальными компонентами термостатического элемента (1) поперечное сечение подучастка (63.1; 163.1; 263.1; 363.1; 463.1; 563.1) наименьшего поперечного сечения по меньшей мере на 5% меньше минимального поперечного сечения второго концевого участка (61).
9. Комплект по п. 3, отличающийся тем, что перед сборкой буфера (60) с остальными компонентами термостатического элемента (1) подучасток (63.1) наименьшего поперечного сечения имеет осевой размер (L63.1), составляющий по меньшей мере 75% осевого размера (L63) переменного участка.
10. Комплект по п. 9, отличающийся тем, что перед сборкой буфера (60) с остальными компонентами термостатического элемента (1) подучасток (63.1) наименьшего поперечного сечения имеет осевой размер (L63.1), составляющий по меньшей мере 90% осевого размера (L63) переменного участка.
11. Комплект по любому из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что перед сборкой буфера (60) с остальными компонентами термостатического элемента (1) минимальное поперечное сечение первого концевого участка (62) по существу равно поперечному сечению первого участка (41.2) канала.
12. Комплект по любому из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что перед сборкой буфера (60) с остальными компонентами термостатического элемента (1) минимальное поперечное сечение второго концевого участка (61) по существу равно поперечному сечению первого участка (41.2) канала.
13. Комплект по любому из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что перед сборкой буфера (60) с остальными компонентами термостатического элемента (1) переменный участок (63) симметричен относительно средней плоскости (P), которая перпендикулярна оси (X-X) в собранном состоянии термостатического элемента (1), при этом первый и второй концевые участки (62, 61) буфера симметричны друг другу относительно указанной средней плоскости (Р).
14. Комплект по любому из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что поперечные сечения первого, второго и третьего участков (41.2, 41.1, 41.3) канала имеют круглую форму, при этом перед сборкой буфера (60; 160; 260; 360; 460; 560) с остальными компонентами термостатического элемента (1) поперечные сечения первого концевого участка (62; 162; 262; 362; 462; 562), переменного участка (63; 163; 263; 363; 463; 563) и второго концевого участка (61; 161; 261; 361; 461; 561) имеют круглую форму.
15. Комплект по любому из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что дополнительно включает в себя диафрагму (50) для герметизации термически расширяемого материала (20), которая в собранном состоянии термостатического элемента закреплена относительно чашки (10) для предотвращения выхода из нее термостатического материала и в осевом направлении размещена между термически расширяемым материалом и первым концевым участком (62; 162; 262; 362; 462; 562) буфера (60; 160; 260; 360; 460; 560).
