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Wärmeausdehnungskörper aus hintereinandergeschalteten, schalenförmig ausgebildeten
BimetaUelementen
Den Gegenstand der Erfindung bildet ein Ausdehnungskörper aus hintereinandergeschalteten, schalenförmig ausgebildeten Bimetallelementen zur Anwendung in Temperaturreglern, elektrischen und mechanischen Auslösern, Schalteinrichtungen, Thermometern, wärmeabhängige Messeinrichtungen, Absperreinrichtungen od. dgl.
Bekanntlich ist das aus der Wärme gewinnbare mechanische Arbeitsvermögen dem in einem Ausdehnungskörper vorhandenen Metallvolumen direkt proportional. Es ist bei gleicher Materialausnutzung und Materialbeanspruchung daher nur möglich, durch Verwendung einer grösseren Materialmenge mehr mechanisches Arbeitsvermögen zu erzielen. Der Proportionalitätsfaktor jedoch, der die Beziehung zwischen dem mechanischen Arbeitsvermögen und dem Materialvolumen herstellt, ist von der Materialausnutzung, d. h. von der Anordnung, Form und festigkeitsmässigen Beanspruchung abhängig. Es ist daher sehr wohl möglich, dass eine günstigere und das Material besser ausnützende Anordnung mehr mechanische Energie liefert als eine ungünstiger Anordnung mit mehr Material.
Aus dieser Erkenntnis wurden bisher viele
Anordnungen von Ausdehnungskörpern geschaffen, die eine bestmögliche Materialausnützung gestatten. So ist in bezug auf Materialausnützung beispielsweise ein auf Zug beanspruchter Invarstab in einem auf Druck beanspruchten Zinkrohr gewiss anderen Anordnungen überlegen. Der
Nachteil jedoch besteht darin, dass eine solche
Anordnung eine grosse Baulänge erfordert. Andere
Anordnungen mit übereinanderliegenden ebenen oder unebenen Gebilden aus Material mit ver- schiedenen Ausdehnungskoeffizienten haben auch bei sehr günstiger mechanischer Beanspruchung schon aus Herstellungsgründn ebenfalls den
Nachteil einer räumlich nicht äusserst engen und zweckmässigen Anordnung.
Die Erfindung verbindet den Vorteil einer bestmöglichen Materialausnützung mit dem
Vorteil einer extrem engen räumlichen Anord- nung. Der letztgenannte Vorteil hat zur Folge, dass es mit dcr erfindungsgemässen Vorrichtung möglich ist, in Abhängigkeit einer auf kleinem
Raume herrschenden Temperatur mechanische Energie aus dem Ausdehnungskörper zu gewinnen.
Eine bereits bekannte Anordnung weist eine Anzahl von untereinander gleichen, kreisrunden, vorgewölbten Bimetallblechlamellen auf, die so hintereinandergeschaltet sind, dass ihre Wärmeausbiegungen zur Summe zusammentreten. Die Lamellen sind durch eine Feder entgegen ihrer Ausbiegung vorbelastet. Diese Anordnung hat jedoch einerseits den Nachteil, dass die Längenausdehnung bei grosser Verwölbung der Lamellen ebenfalls wieder sehr gross ist, da die Federvorbelastung nicht so weit getrieben werden kann, dass die Lamellen flach aneinanderliegen und so der Ausdehnungskörper das Minimum seiner Länge einnimmt. Anderseits muss bei dieser Anordnung ein Grossteil der Kraft statt zur Verrichtung von Arbeit zur Überwindung der
Federkraft au. c ndet werden.
Beide Nachteile werden durch eine Anordnung, die den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet, vermieden. Zur Erzielung eines grossen
Ausdehnungsweges und einer extrem hohen
Arbeitskraft des Ausdehnungskörpers werden eine Zahl von stark vorgewölbten Bimetallblech- gebilden so übereinandergeschichtet, dass die
Summe aller Ausbiegungen bei Erwärmung der schalenförmigen Körper zur Wirkung kommt.
Im Gegensatz zu den bisher bekannten Vor- richtungen dieser Art werden jedoch die auf diese Weise gebildeten schalenförmigen Bimetall- blechgebilde zur einen Hälfte so hergestellt, dass sie ihre Vorwölbung bei Erwärmung verringern, während die andere Hälfte so ausgebildet ist, dass sie ihre Vorwölbung bei Erwärmung ver- stärken. Beide Arten von schalenförmigen Bi- metallblechgebilden werden nun abwechslungs- weise so ineinandergeschachtelt, dass jeweils zwischen zwei gleiche Schalen eine Schale der anderen Art zu liegen kommt. Durch diese
Anordnung wird einerseits erreicht, dass trotz grosser Vorwölbung und mechanischer hoher
Belastbarkeit der Schalen eine extrem enge räumliche Anordnung möglich ist. Es erübrigt sich also zur Erzielung grosser Anfangskräfte einer solchen thermischen Säule die Vorbelastung durch eine Feder.
Ausserdem ist es durch diese
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Anordnung möglich, Schalen sehr grosser Auswölbung zu verwenden, die bekanntlich bei geringster elastischer Deformation infolge der enormen Steilheit ihrer Federkennlinie grosse mechanische Kräfte als Belastung ertragen.
In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausfuhrungsform des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Die dort dargestellten Bimetallblechschalen 1 und 2 sind beinahe halbkugelförmig ausgewölbt und so hintereinandergeschaltet, dass ihre Ausbiegungen sich gegenseitig summieren. Die Bimetallkomponenten aller Schalen sind verschieden gekennzeichnet. Beispielsweise möge die an der Innenseite der Wölbung liegende Schichte 3 der Schale 1 die Invarschicht des Bimetalles verkörpern ; bei Erwärmung wird diese Schale ihre Wölbung daher noch verstärken.
Die Lamelle 2, die zwischen den beiden Schalen 1 liegt, hat hingegen die gleiche Bimetallkomponente, die bei der Schale 1 an der Innenseite der Wölbung liegt, auf der Aussenseite der Wölbung als Schicht 4 und wird sich daher bei obiger Annahme, dass diese Schicht die Invarschicht ist, bei Erwärmung verflachen. Der Rand der kreisrunden Lamellen ist abgeflacht, um ein Klemmen bei den Wärmebewegungen zu vermeiden.
Bei grossen Ausführungen eines Ausdehnungskörpers nach der erfindungsgemässen Anordnung würde bei grossen Temperaturunterschieden zwischen den einzelnen Lamellen in ihrer Be- rührungszone durch ihre Relativbewegung erhebliche Reibung entstehen, falls die Belastung sehr gross ist. Dies könnte zu Störungen in der verlässlichen Wirkungsweise führen. Durch Zwischenlegen eines Federstahlringes mit ksi6° förmigem Querschnitt zwischen den äusseren abgeflachten Teilen der Lamellen kann deren gegenseitige Relativbewegung erleichtert werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Wärmeausdehnungskörper aus hintereinandergeschalteten, schalenförmig ausgebildeten Bimetallelementen, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalenkörper je zur Hälfte so ausgebildet sind, dass die Metallkomponente des Bimetalles, die bei der einen Schale auf der Innenseite der Wölbung liegt, bei der anderen Schalenart auf der Aussenseite der Wölbung zu liegen kommt, wodurch die eine Schale ihre Wölbung bei Erwärmung verstärkt, während sie die andere verringert, und dass beide Arten von Schalen abwechselnd so übereinandergeschichtet werden, dass jeweils zwischen zwei gleiche Schalen der einen Art eine Schale der anderen Art zu liegen kommt und die Wärmeausbiegungen beider
Schalenarten gegenseitig zur Summe zusammentreten.