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Die Erfindung betrifft einen thermostatischen Geber, insbesondere für temperaturregulierende
Ventile oder zum Beeinflussen solcher durch Fernsteuerung, beispielsweise Heizkörperventile, mit einem im wesentlichen unelastischen Gefäss mit einem komprimierbaren Balg und einem Kolben zum
Ausführen der Regelbewegungen, wobei der Raum zwischen Gefäss und Balg hermetisch verschlossen und mit einem Medium mit gutem Wärmeausdehnungskoeffizient gefüllt ist.
Derartige Geber sind in erster Linie für temperaturregulierende Ventile, beispielsweise Heiz- körperventile, vorgesehen.
Eine Vielzahl verschiedener Ausführungen von thermostatischen Gebern ist bereits bekannt, unter anderem Geber mit Gasfüllung, Flüssigkeitsfüllung und wachsähnlicher Füllung verschiede- ner Zusammensetzungen.
Die mit Gas und Flüssigkeit gefüllten Geber enthalten Stoffe, wie Äthyläther, Azeton u. dgl. und sind zwecks Dichthalten völlig aus Metallteilen, die zusammengelötet werden, hergestellt.
Dies ist eine sehr schwierige Prozedur, welche die Herstellung wesentlich verteuert. Trotzdem ist das Resultat ein Produkt, das störungsanfällig ist und eine begrenzte Lebensdauer hat. Abgesehen davon ist die Hantierung mit den meisten in Frage kommenden Gasen und Flüssigkeiten mit hygienischen Problemen und teilweise sogar Gesundheitsrisiken verbunden. Die gasgefüllten Geber liefern ausserdem eine geringe Stellkraft und einen kurzen Hub. Der letztere ist auch eine kenn- zeichnende Schwäche für die flüssigkeitsgefüllten Geber.
Ein Ventil für Fluide, vorzugsweise ein thermostatisches Heizkörperventil oder ein Ventil mit thermo-hydraulischem Antrieb ist aus der DE-OS 2428511 bekannt. Bei dieser Ausführung ist ein Temperaturfühlerkopf mit einer topfförmigen Haube vorgesehen, an die sich nach innen ein rohrförmiger Federbalg anschliesst. Zwischen der Haube und dem Federbalg ist ein hermetisch abgeschlossener Raum gebildet, der mit einer Ausdehnungsflüssigkeit gefüllt ist. An Stelle der Füllflüssigkeit kann auch ein Gas eingesetzt werden oder aber es ist ein Dampf-Flüssigkeits-System vorgesehen. Auch bei dieser Ausführung treten die bei flüssigkeits-oder gasgefüllten Gebern bekannten Nachteile auf.
Geber mit Wachsfüllungen irgendwelcher Art ergeben bei grosser Hublänge/ C eine allzu grosse Hysterese auf Grund grosser, konstruktionsbedingter innerer Reibung. Ein solcher bekannter Geber mit Wachsfüllung besitzt ein kleines und kurzes unelastisches Metallgefäss, dessen Kanten zunächst ausgekragt sind, um auf diese Weise um eine Gummimembrane herumzuspannen, welche eine Wachsfüllung im Gefäss abschirmt. Im Anschluss daran greifen diese Kanten um den Flansch eines rohr- ähnlichen Körpers, der einen Kolben an seinem freien äusseren Ende aufweist, wobei zwischen dem Kolben und der Membrane ein loser Gummipfropfen angeordnet ist, um thermostatische Bewegungen der Wachsfüllungen von der Membrane auf den Kolben zu übertragen.
Dies ist eine komplizierte Konstruktion, die störungsanfällig und-wie natürlich alle andern bekannten Geberkonstruktionen- aufwendig in der Herstellung ist.
In bezug auf die Anwendbarkeit lässt sich sagen, dass die gas-und flüssigkeitsgefüllten Geber direkt auf einem zu beeinflussenden Ventil montierbar sind, sich aber auch für Fernsteuerung über ein Kapillarrohr eignen. Die vorbekannten wachsgefüllten Geber eignen sich nicht zur Fernsteuerung und können ausschliesslich direkt auf einem Ventil angebracht werden.
Die Funktionserfordernisse, die ein guter Geber heute erfüllen soll, sind folgende : Grosse Hublänge/ C im betreffenden Temperaturregelbereich, grosse Stellkraft, niedrige Hysterese, geringe Totzeit, d. h. die Zeit vom Eintritt einer Temperaturveränderung bis zum Reagieren des Gebers auf die geänderte Temperatur, geeignete Zeitkonstante, d. h. die Zeit vom Reagieren des Gebers auf die geänderte Temperatur bis zur Einstellung auf beispielsweise 63% des Endwertes, was bei Heizkörperventilen gewöhnlich 20 bis 30 min beträgt, einen geeigneten Regelbereich, der bei Heizkörperventilen beispielsweise zwischen 8 und 260C liegt und prinzipielle Anwendbarkeit zur Fernsteuerung.
Ausser diesen aufgezählten Funktionserfordernissen werden auch Herstellungserfordernisse auf-
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B.statten.
Die vorbekannten Geber erfüllen diese Erfordernisse nicht in Kombination.
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Zweck der Erfindung ist es daher, einen thermostatischen Geber zu schaffen, der wenigstens hauptsächlich die aufgezählten Erfordernisse in Kombination erfüllt. Ausserdem obliegt es der Er- findung, in weiteren Hinsichten den Stand der Technik auf diesem Gebiet zu verbessern und wei- ter zu entwickeln.
Diese Aufgaben werden gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass das Medium zwischen Ge- fäss und Balg wie bekannt aus Wachs oder einer Wachsmischung besteht, und dass der Balg aus
Kunststoff, insbesondere aus Azetal-Kunststoff besteht, und vorzugsweise durch Formblasen gebildet ist.
Ein solcher Geber vereint in sich auf ideale Weise sämtliche Funktions- und Herstellungser- fordernisse und ist relativ unkompliziert, so dass eine einfache, schnelle und billige Herstellung und Montage gegeben ist. Genaue Kalkulationen haben gezeigt, dass thermostatische Geber gemäss der Erfindung zu Kosten herstellbar sind, die lediglich 1/3 bis 1/5 der Kosten vergleichbarer vor- bekannter Geber betragen. Versuche haben gezeigt, dass die Hysterese bekannter Wachselemente
0, 6 bis 0, 7 C beträgt, bei konventionellen Flüssigkeitselementen 0, 3 bis 0, 6 C und bei Gebern gemäss der Erfindung 0, 2 bis 0, 3 C, was die Überlegenheit der Erfindung beweist.
Alle diese Werte sind bei einem auf ein Heizkörperventil montierten Thermostat gemessen, was bedeutet, dass auch die Reibung im Ventil eingeschlossen ist und oben genannte Unterschiede sind daher offenbar noch grösser, so dass der Erfindung noch grössere Bedeutung zukommt.
Der erfindungsgemässe Geber setzt sich in so hervorragender Weise von bekannten Ausführun- gen von Gebern ab, wobei dieser Effekt eben durch die Kombination der Verwendung von Wachs als Medium und die Anordnung eines- Kunststoffbalges erzielt wird, dass die Fachwelt von dieser neuen Lösung überrascht ist.
Nur durch die Anwendung von Wachs bzw. einer Wachsmischung bei gerade diesen thermo- statischen Gebern wird eine optimale Wirkungsweise erreicht, da das Wachs bzw. die Wachs- mischung einen optimalen Ausdehnungskoeffizienten haben. Es wird dadurch eine sehr grosse Ver- stellmöglichkeit erreicht und anderseits eine niedrige Hysterese, die bei sämtlichen bekannten Aus- führungsvarianten auch nicht annähernd erreicht werden kann. Gerade die Anwendung von Wachs bzw. einer Wachsmischung als Medium für einen thermostatischen Geber schafft eine optimale Lösung.
Es ist in diesem Zusammenhang hervorzuheben, dass andere Füllmedien, wie beispielsweise Gase oder Flüssigkeiten entweder durch einen Kunststoffbalg hindurch diffundieren und/oder diese Füllungen mit dem Kunststoff als solchen reagieren, so dass der Balg früher oder später seine Eigenschaften verliert und unbrauchbar wird. Die Anordnung von Wachs oder Wachsmischung als Füllmedium und auch das Vorsehen eines Balges aus Kunststoff stellen nicht nur eine gezielte Materialwahl dar, sondern diese beiden Materialien stehen in einem Verhältnis zueinander, welches die gezielte Kombination dieser beiden Materialien unterstreicht. Die beiden Merkmale in dieser Kombination sind grundsätzlich neu und bringen einen wesentlichen Fortschritt im Geberbau mit sich.
Der Balg des Gebers gemäss der Erfindung ist aus Kunststoff hergestellt, u. zw. durch ein Formblasverfahren. Dies bedeutet, dass die Dicke der Knickstelle an den Rändern der aufeinanderfolgenden Falten des Balges kleiner ist als die Dicke des geraden Faltenteiles. Die Hauptbewegung beim Zusammenpressen des Balges erfolgt im Bereich der Knickstellen, wobei die dazwischen liegenden Stellen nach Art einer Tellerfeder wirken. Dies verleiht dem Kunststoffbalg die gleiche hervorragende Federwirkung wie eine Reihe aufeinanderfolgender Tellerfedern.
Im Gegensatz dazu ist ein metallischer Balg mit einer durchgehend gleichen Materialstärke geformt. Dies bewirkt im Zusammenhang mit der geringen Elastizität der Metallausführung, dass ein Metallbalg viel langsamer in seinen Bewegungen ist und viel leichter verformt werden kann.
Bei einer solchen Metallausführung ist der Abstand zwischen zwei Falten viel kleiner als der Abstand der inneren Enden der Knickung zwischen diesen Falten, so dass die Gefahr besteht, dass die ebenen Flächen rasch aneinander zur Anlage kommen und somit einen abgeschlossenen Ringraum bilden.
Ein Kunststoffbalg, insbesondere aus Azetal-Kunststoff hat eine wesentlich bessere Federfunktion als ein Metallbalg. Ferner ist ein Metallbalg viel leichter zusammendrückbar oder ausdehn-
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zw.Wachsmischung --2-- an sich bekannter Art gefüllt. Vorteilhaft lässt sich eine Paraffinmischung mit niedrigem Schmelzpunkt verwenden, wobei noch bessere Voraussetzungen eventuell durch Synthe- sen oder Separationen erhältlich sind.
Steigt die Temperatur in der Wachsmischung --2-- als Folge einer Erwärmung des Gefässes - an, so geht die Wachsmischung vom festen in den flüssigen Zustand unter starker Volumen- vergrösserung über. Hiebei wird der Balg zusammengedrückt und schiebt den Kolben --6-- hinaus, um die vorgesehene Regelbewegung auszuführen. Bei sinkender Temperatur ist das Verhältnis um- gekehrt. Ist der Kolben am Balgboden--15--nicht befestigt, so kann eine nicht gezeigte Feder den Kolben zurückführen und in ständiger Anlage am Balgboden halten.
Eine derart einfache Ausführung ist auch schnell, einfach und billig herstellbar. Der Kol- ben, die Ringscheibe und das Gefäss lassen sich schnell und einfach in Massen produzieren zu extrem niedrigen Kosten, falls man sich nicht bereits einfacher Handelsware für diese Teile be- dient. Auch der Balg lässt sich vorzugsweise durch Formen in Kunststoff leicht in Massen produzie- ren und auch eine Wachsmischung bereitet keinerlei Probleme.
Bezüglich des Zusammenmontierens der einzelnen Teile werden durch die erfindungsgemässe
Konstruktion weitere Vorteile erhalten. So kann der Balg gemäss einem gewissen Verfahren rund herum von einer genau ausfüllenden und formangepassten Wachsmasse umgeben werden durch
Eintauchen in eine solche in flüssigem Zustand entweder in zusammengepresster oder expandierter
Form, mit oder ohne Vibrationsvorrichtung zum Entfernen von Luftblasen, so dass eine Einheit be- steht aus Kolben, Ringscheibe, Balg und Wachsmasse beispielsweise nach Ausschneiden oder Aus- stanzen letzterer in abgekühlter und damit starrer Form einfach in das Gefäss einführbar ist, des- sen freie Kante --12-- nach aussen gekragt ist und möglicherweise auch im Anschluss hieran ein
Stück nach vorne verlängert,
so dass nach Einführen der beschriebenen Einheit die freie Kante --12-- leicht und einfach umgebördelt werden kann, um die beschriebene Einheit sicher und völlig abgedichtet zu halten und zu verankern.
Dank der Kombination eines Balges in geeignetem Kunststoffmaterial und einer Wachsfüllung wird ein äusserst billiger und trotzdem völlig zuverlässiger thermostatischer Geber erhalten, der eine Schlaglänge und niedrige Hysterese ohne seinesgleichen besitzt. Auch die Totzeit wird bedeu- tend geringer als bei den vorbekannten Gebern.
Eine weitere Möglichkeit zur Herstellung und Montage eines erfindungsgemässen, thermostatischen Gebers ist wie folgt gegeben : Das Gefäss --1-- wird in eine nicht gezeigte Fixtur mit Vibrationsvorrichtung zum schnellen Entfernen von möglicherweise vorkommenden Luftblasen eingesetzt. Ein geeignetes Wachs oder eine Wachsfüllung wird bei einer solchen Temperatur eingefüllt, dass das Wachs oder die Mischung leicht flüssig ist, was vorzugsweise bei +30 C der Fall ist.
Alsdann werden der Balg --3-- und die Metallscheibe --5-- auf einem nicht gezeigten Dorn mit Hilfe einer nicht gezeigten Saugquelle angebracht, die auch den Balg zusammensaugt. Balg und Metallscheibe werden dann in das Gefäss eingeführt, worauf dessen Kragen --12-- um die Metallscheibe gepresst oder gebördelt wird. Dieser gesamte Herstellungs- oder Montageverlauf kann automatisch geschehen. Nach Aufheben des Unterdruckes expandiert der Balg selbsttätig und verdrängt dabei das leicht flüssige Medium im Gefäss vom Boden- und Mittenbereich desselben, um in die Räume zwischen den Balgfalten auf der Aussenseite einzuströmen. Hiedurch wird ein blasenfreies Einführen von Wachs od. dgl. garantiert, welches alsdann je nach dem gewünschten Schmelzpunkt in halbfliessenden oder sogar festen Zustand übergehen kann, ohne irgendwelche Probleme zu verursachen.
Das Wachs oder die Wachsmischung kann nicht wie eine Flüssigkeit oder ein Gas durch den Kunststoffbalg hindurchdiffundieren und dadurch einen solchen Geber immer leistungsschwacher und am Ende unanwendbar machen.
Die Erfindung baut somit auf der Einsicht, dass ein Wachs oder eine Wachsmischung der hier in Frage kommenden Art hauptsächlich nicht durch einen Kunststoffbalg hindurchdiffundieren kann, dass ein solcher Balg eine niedrigst mögliche Hysterese und damit grösstmögliche Hublänge besitzt und dass der Balg von Wachs oder einer Wachsmischung in flüssigem oder halbflüssigem Zustand umgeben werden kann, eventuell unter Einbeziehung einer Vibrationsvorrichtung, so dass Lufteinschlüsse mit Sicherheit vermieden werden. Die Erfindung zieht auch in Berechnung, dass man insbesondere bei direkt auf einem Heizkörperventil zu montierenden Thermostaten so wenig Wärmeüber-
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tragung wie möglich vom Ventil auf den Geber erhält, gleichzeitig wie der Thermostat äusseren
Temperaturveränderungen gegenüber empfindlich ist.
Auch diese Umstände sind der Grund dafür, dass erfindungsgemäss Kunststoff als Material mit geringem Wärmeleitvermögen für die inneren Ge- berteile und Metall als Material mit hohem Wärmeleitvermögen für die äusseren Geberteile vorge- schlagen wird. Weitere Vorteile eines Kunststoffbalges, insbesondere aus Azetal-Kunststoff sind dessen hohe Ermattungshaltefestigkeit und dessen gute Federeigenschaften.
In Fig. 2 wird ein abgeänderter Geber gemäss der Erfindung zur Fernsteuerung gezeigt. Hie- bei liegt eine Übereinstimmung mit der in Fig. 1 gezeigten Ausführung in bezug auf den in Fig. 2 gezeigten linken Geberteil --I-- vor, abgesehen davon, dass der Kolben --6-- fehlt und das Loch --14-- in vorzugsweise verkleinerter Form das eine Ende eines Kapillarrohres--7--aufnimmt, das sich in den Boden --16-- des ausführenden Teiles --II-- hinein erstreckt. Das Kapillar- rohr --7-- ist dichtend in die Scheibe --5-- bzw. den Gefässboden --16-- eingesetzt, beispielsweise durch Festschweissen. Der Balg --3-- des Gebergefässes besitzt doch in diesem Falle an Stelle eines Kolbens eine Flüssigkeits- oder Gasfüllung --18--, beispielsweise Silikonöl.
Das Gefäss --8-- des ausführenden Teiles-II-und auch dessen Balg --9-- sowie die Scheibe --10-- und der Kolben --11-- besitzen vorzugsweise die gleiche Ausführung wie im Zusammenhang mit Fig. 1 gezeigt und beschrieben.
Bei Volumenänderungen in der Wachsmischung --2-- wird der Balg --3-- im Geberteil --1-- beeinflusst, so dass er zusammengedrückt oder verlängert wird. Diese Veränderung wird über die Füllung --18-- und das Kapillarrohr --7-- auf den ausführenden Teil-II-- übertragen. Auf diese Weise wird ein Zusammendrücken bzw. eine Verlängerung des Balges im ausführenden Teil beim Zusammendrücken bzw. Verlängern des Balges --3-- im Geberteil erhalten. Die Bewegungen des Balges --9-- werden auf den Kolben --11-- übertragen, der entweder am Balgboden --19-befestigt sein kann oder in Kontakt mit diesem mit Hilfe einer nicht gezeigten Rückführfeder gehalten wird.
Fig. 3 zeigt die klare Überlegenheit eines thermoplastischen Gebers gemäss der Erfindung in bezug auf Hublänge und geringe Hysterese gegenüber sowohl konventionellen flüssigkeits-als auch wachsgefüllten thermostatischen Gebern. Vorzugsweise wird eine solche Wachsmischung zu einem erfindungsgemässen Geber gewählt, dass der Schmelzpunkt der Mischung zwischen +12 und +25 C liegt, so dass die durch das Schmelzen herbeigeführte, besondere Volumenvergrösserung einen besonderen Ausschlag auf die Hublänge des Kolbens zeitigt.
Natürlich kann man durch die Wahl der Zusammensetzung der Wachsmischung einen Schmelzpunkt auf beinahe jeder gewünschten Temperaturebene erhalten und auch weitere Intervalle zwischen den geänderten Aggregatzuständen der Mischung, d. h. des Überganges von festerem zu halbflüssigem und weiter zu leichtflüssigem Zustand.
Im vorhergehenden beschriebene und in den Zeichnungen gezeigte Ausführungsformen sind nur als nicht begrenzende Beispiele anzusehen, die sich im Rahmen des Erfindungsgedankens beliebig abändern und ergänzen lassen. PATENTANSPRÜCHE :
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