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Als thermisches Regel- und Schalterelement dienende Bimetallsäule
Die Erfindung betrifft eine als thermisches Regel- und Schalterelement dienende Bimetallsäule, die aus mindestens einem Paar sich gegenläufig auswölbender und lose übereinander angeordneter Bimetall-La- mellen besteht.
Bimetallsäulen, die sich aus einzelnen, lose auf einen oder mehreren Führungsschäften aufgereihten, sich gegenläufig auswölbenden Bimetall-Lamellen zusammensetzen, sind hinreichend bekannt und wer- den überall dort verwendet, wo mit Hilfe von Temperaturunterschieden gesteuert und geregelt werden soll. Diese, zu einer Säule zusammengefassten Einzellamellen haben jedoch den Nachteil, dass sie im ausgewölbten Betriebszustand nur selten einwandfrei konzentrisch übereinander zu liegen kommen, da die sich berührenden Randkanten der einzelnen Elementenpaare keine ausreichende Auflagefläche bilden und somit, je nach der Grösse des Spieles, zwischen dem Führungsschaft und der Bi-Scheibenbohrung nach innen oder aussen abgleiten. Die Lamellenpaare können sich daher in den meisten Fällen nur auf einen
Teil des Randumfanges gegeneinander abstützen.
Die Folge davon sind Verklemmungen bzw. Verkantungen zwischen dem Schaft und den BimetallLamellen, so dass eine einwandfreie Funktion des Thermostaten in Frage gestellt ist. Ausserdem ergeben sich hieraus zwangsläufig auch Schwankungen in der Hubhöhe, sodassdiese Thermostate nur dort verwendbar sind, wo keine gleichbleibende präzise Arbeitsweise gefordert wird. Schliesslich führen die ungleichen Auflagen der Lamellen an den Berührungskanten mit der Zeit auch zu Verwerfungen und Formänderungen der Lamellen, was zu weiteren Ungenauigkeiten beiträgt.
Bimetallsäulen, wie sie vorzugsweise in Dampfanlagen od. dgl., insbesondere in thermisch gesteuerten Kondenswasserableitern, Verwendung finden, wo sie dem Angriff korrosionsfördernder Medien wie Dampf und Kondensat und den entsprechenden chemischen Beimiscnungen ausgesetzt sind, bedürfen ausserdem hinsichtlich ihrer Lebensdauer und einer konstant bleibenden Steuerkraft einer besonders sorgfältigen Gestaltung.
Die Aufgabe, Bimetall mit ausreichend grosser Ausbiegung korrosionsbeständig zu machen, liess sich bisher nicht zufriedenstellend lösen, da entweder bei Korrosionsbeständigkeit die Ausbiegung zu gering war oder aber bei grosser Ausbiegung sich keine ausreichende Korrosionsbeständigkeit erzielen liess.
Man hat deshalb sehr oft Bimetalle verwendet, die nach bekannten Methoden durch Anbringen von galvanisch aufgebrachten Oberflächenschichtenkorrosionsbeständig gemacht wurden ; jedoch löst sich dieser Oberflächenschutz schon sehr bald ab, da diese Schichten sehr schnell von dem angreifenden Medium unterwandert werden. Ausserdem sind derartige Bimetalle einer mechanischen Beanspruchung schlecht gewachsen, so dass die Lebensdauer der Bimetalle auch bei Aufbringung eines Oberflächenschutzes keine wesentliche Verlängerung erfährt.
All diesen Nachteilen wirksam und mit möglichst einfachen Mitteln zu begegnen, hat sich die Erfindung zur Aufgabe gestellt.
Die Lösung der gestellten Aufgabe wird vor allem darin gesehen, dass erfindungsgemäss die eine Lamelle jedes Bimetall-Lamellenpaares der Säule in ihrem Durchmesser bzw. in der Diagonale gemessen kleiner ist, als die andere Lamelle, so dass sich beim Auswölben die eine Lamelle mit ihrer Randkante auf der Innenfläche der andern Lamelle abstützt.
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Durch diese erfindungsgemässe Massnahme wird erreicht, dass in jedem Fall eine einwandfreie Auflage bei der Abstützung zwischen den beiden Einzellamellen gewährleistet ist, da sich auf Grund des Grö- ssenunterschiedes die kleinere Lamelle zwangsläufig auf der Innenfläche der grösseren Lamelle auflegen muss. Mit diesem Vorteil gegenüber den bekannten Ausführungen verbindet sich fernerhin der Umstand. dass sich die kleineren Lamellen während des Auswölbungsvorganges selbsttätig auf den konkaven Innenflächen der grösseren Lamellen zentrieren, so dass Funktionsschwierigkeiten durch Verklemmen bzw. Verkanten zwischen dem Führungsschaft und den Lamellen ausgeschaltet sind und somit bei gleicher Temperatur auch eine immer gleichbleibende Hubhöhe erzielbar ist.
Die Einzellamellen eines jeden Lamellenpaares können auch in ihrer äusseren Form unterschiedlich ausgebildet sein. Als besonders vorteilhaft bei Verwendung nur eines Führungselementes wird hiefür die Kombination einer beispielsweise kreisrunden und einer eckigen Einzellamelle vorgeschlagen, wobei die eckige Lamelle vorzugsweise die kleinere ist. Durch diese Massnahme wird der Hubhöhenverlust der kleineren Lamelle wieder ausgeglichen, da sich erfahrungsgemäss bei einer eckigen Ausbildungsform die freien Ecken besonders stark ausbiegen.
Trotz der unterschiedlichen Lamellen kann hier auf die sonst notwendige verdrehsichere Führung verzichtet werden. Die allgemein übliche zentrale Schaftführung ist voll ausreichen, da sich in Anbetracht der Grössenabstufung zwischen tlen beiden Einzellamellen die kleinere eckige Lamelle in jeder Lage auf der grösseren runden Lamelle abstützen kann.
Um die selbständige Zentrierung der Lamellen weitgehend zu unterstützen, ist in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, mindestens die Auflagekante der kleineren Lamelle abzurunden und dadurch ihre Gleitfähigkeit zu erhöhen. Diese Kantenabrundung ist dann besonders wirksam, wenn die Randkante
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besserung der Gleitfähigkeit erzielt, sondern es werden auch die hoch beanspruchten Abstützungszonen der Einzellamellen beträchtlich verschleissfester.
Eingehende Versuche mit nicht korrosionsbeständigen Nickel-Stählen haben gezeigt, dass der Korrosionsangriff nur dann unzulässig gross wird, wenn diese Stähle den in Bewegung befindlichen Medien, wie Dampf oder Kondenswasser, ausgesetzt sind, dass jedoch überraschenderweise der Korrosionsangriff bei beruhigtem Medium demgegenüber derart verzögert vor sich geht, dass diese Stähle eine Haltbarkeit zeigen, die derjenigen bei Anwendung in bewegtem Medium um ein erhebliches Vielfaches übersteigt.
Diese Erscheinung lässt sich dadurch erklären, dass bei beruhigtem Medium zwischen der metallischen und der Mediumsgrenzschicht ein Neutralisationsprozess wirksam wird, der sich korrosionshemmend auswirkt.
Die Erfindung lässt es daher in weiterer Ausgestaltung zu, von dieser Erkenntnis Gebrauch zu machen, um die vorher aufgezeigten Mängel bei solchen Ausdehnungskörpern zu vermeiden, welche bewegtem Dampf oder Kondenswasser ausgesetzt sind, wie dies z. B. bei Kondenswasserableitern der Fall ist. Es ist daher die Komponente des Bimetalls mit grosser Wärmeausdehnung dem bewegten Teil des Mediums ausgesetzt und besteht beispielsweise aus korrosionsbeständigem Stahl, z. B. austenitischem 18/8. 0/0-igem Chrom-Nickel-Stahl, während die andere Komponente nur mit einem beruhigten Teil des Mediums in Berührung kommt und aus einem nicht korrosionsbeständigen Stahl geringer Wärmeausdehnung, z. B.
Invar-Stahl mit zirka 30-36% Nickel, besteht.
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und 0 zu Bimetallen einen ausserordentlich grossen Hub haben, während auf der andern Seite dadurch, dass-die Komponente aus nichtkorrosionsbeständigem Invar-Stahl mit der Wärmeausdehnungszahl 0 von dem bewegten Medium ferngehalten wird, der Korrosionsangriff derart verzögert ist, dass erfindungsgemäss gefertigte Bimetall-Ausdehnungskörper eine derart ausreichend hohe Lebensdauer haben, die derjenigen von Bimetallen aus nicht rostendem Stahl praktisch nicht nachsteht.
Durch die Verwendung von in ihrem Durchmesser unterschiedlich grossen, aber kreisrunden Lamellen, wobei sich die Randkante der kleineren Lamelle auf der Innenfläche der grösseren Lamelle abstützt, wird eine derart gute Abdichtung an den Randkanten erzielt, dass der Thermostat im erwärmten Zustand ein oder mehrere vom bewegten Medium umspülte Hohlräume mit in ihrem Inneren zur Ruhe gebrachten Medium bildet, wobei die Innenwandung der Hohlräume aus dem nicht korrosionsbeständigen Stahl bestehen.
Selbstverständlich können die Bimetall-Lamellen auch aus einer austenitischen Stahlkomponente und einer ferritischen Stahlkomponente bestehen, wobei die beiden Komponenten nichtrostende Stähle
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sind und die beiden Bimetallkomponenten durch Punktschweissung, Rollnahtschweissung oder Auftrags- schweissung zu dem Bimetallkörper vereinigt sind.
In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt, u. zw. zeigen : Fig.1 zwei auf einen zentralen Schaft aufgereihten Lamellenpaare des Erfindungsgegenstandes im
Schnitt, Fig. 2 eine Draufsicht zu Fig. l, Fig. 3 eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform des Er- findungsgegenstandes mit unterschiedlich geformten Lamellen, Fig. 4 einen Schnitt durch zwei eckig ausgebildete Lamellenpaare mit zweifacher Stiftführung, Fig. 5 eine Draufsicht zu Fig. 4, Fig. 6 eine weitere Anordnungsmöglichkeit der erfindungsgemäss ausgebildeten Lamellen und Fig. 7 einen Teilschnitt eines Lamellenpaares mit hartverchromten Randkanten.
Die in Fig. l gezeigten Lamellenpaare bestehen aus jeweils die ihrer Grösse unterschiedlichen Ein- zellamellen 1 und 2, die auf einem zentralen Führungsschaft 3 aufgereiht übereinander angeordnet sind.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich, sind jeweils die Lamellen 1 jedem Lamellenpaares im Durchmesser kleiner gehalten, so dass sie sich in ausgewölbtem Betriebszustand mit ihren Randkanten 4 auf den Innenflächen
5 der grösseren Lamellen 2 ringsherum abstützen können und so auch eine gute Abdichtung des inneren
Hohlraumes bewirken.
Die Ausführung nach Fig. 3 unterscheidet sich von der Fig. l lediglich durch die Formenunterschied- lichkeit des Lamellenpaares, wobei die kleinere, sich abstützende Lamelle 1 eine eckige Form mit gebrochenen Ecken 6 aufweist.
Eine Ausführung, bei der beide Einzellamellen 1 und 2 eckig ausgebildet und in ihrer Grösse ent- sprechend abgestuft sind, ist in den Fig. 4 und 5 dargestellt. Die übereinander angeordneten Lamellen sind durch zwei beiderseitig des Betätigungsorgans 3 gelagerte Führungsstifte 8 und 9 gegen ein Verdre- hen gesichert.
Es ist nicht unbedingt erforderlich, den Aufbau einer Bimetall-Säule nach Fig. 1 vorzunehmen. Es ist selbstverständlich auch möglich, wie aus Fig. 6 ersichtlich, die jeweils gleichgrossen Einzellamellen
1 bzw. 2 eines Lamellenpaares in wechselseitiger Folge übereinander zu schichten, so dass jeweils immer zwei gleichgrosse Lamellen zweier Lamellenpaare übereinander zu liegen kommen.
Um die der Reibung ausgesetzten Randkanten der kleinen Lamellen 1 sowie die Randflächen der grö- sseren Lamellen 2 vor vorzeitigem Verschleiss zu bewahren, sind, wie in Fig. 7 dargestellt, die gefährde- ten Randkanten und -flächen mit einer Hartchromschicht, 10 versehen. Diese Hartchromschicht trägt auch zur Erhöhung der Gleitfähigkeit an den sich gegenseitig berührenden Stellen bei. Selbstverständlich kann eine Verschleissminderung auch durch andere Massnahmen, beispielsweise durch Härtung der genannten
Stellen, erzielt werden.
Die in Fig. 7 gezeigte Abrundung 11 der Randkante der kleineren Lamelle ist zur weiteren Erhöhung der Gleitfähigkeit vorgesehen, so dass bei den Hubbewegungen weitgehend eine Selbstzentrierung der
Lamellen zueinander erfolgt. Ausserdem trägt die Abrundung zur weiteren Verschleissminderung bei und verhindert, dass sich die sonst scharfe Randkante der kleineren Lamelle nach und nach in die grössere
Lamelle hineinarbeitet.
Die aus den Fig. l, 4 und 6 ersichtliche Stellung der Lamellenpaare kann je nach Bemessung, An- ordnung und Materialauswahl der einzelnen Bimetall-Komponenten jeder Lamelle sowohl die Ruhelage als auch die Arbeitslage sein. So können sich z. B. die gezeigten, gegenläufig zueinander ausgewölbten
Lamellen in der Arbeitslage, d. h. unter Wärmeeinwirkung befinden, während sie im abgekühlten Zustand flach oder leicht vorgewölbt übereinanderliegen. Umgekehrt können Lamellen Verwendung finden, die im abgekühlten Zustand ausgewölbt sind, während sie bei Erwärmung die flache Stellung einnehmen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Als thermisches Regel- und Schalterelement dienende Bimetallsäule, die aus mindestens einem
Paar sich gegenläufig auswölbender und lose übereinander angeordneter Bimetall-Lamellen besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Lamelle (1) jedes Bimetall-Lamellenpaares der Säule in ihrem Durchmesser bzw. in der Diagonale gemessen kleiner ist, als die andere Lamelle (2), so dass sich beim Auswölben die eine Lamelle (1) mit ihrer Randkante auf der Innenfläche der andern Lamelle (2) abstützt.