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THERMOSTAT POUR LE CONTROLE EN DEPENDANCE DE LA TEMPERATURE D'ORGANES D'ARRET
ET DE REGLAGEo
L'objet de la présente invention concerne des possibilités de réalisation particulières de thermostats pour le contrôle en dépendance de la température d'organes d'arrêt et de réglage ou analogues, qui deviennent actifs sur la base de la dilatation différente de deux matériaux, dits de bimétaux.
Les mesures proposées et décrites ci-après ont'pour but d'évi- ter des influences défavorables de frottements sur les lamelles de bimétal ou d'en diminuer les effets, ensuite d'obtenir un comportement meilleur et plus rapide des lamelles de bimétal par un bon balayage (par les gaz chauds par exemple) et enfin de permettre brication particulièrement écono- mique et d'économiser des matériaux. Les mesures suivant l'invention peuvent être employées aussi bien également avec les formes de réalisation de ther- mostats connues jusqu'à présent, qu'indépendamment de celles-ci.
En principe, dans les formes de réalisation connues, une extré- mité d'une bande de bimétal lisse ou courbée est solidement encastrée, tan- dis que l'autre extrémité mobile sert à la transmission de la course et de la force à un dispositif d'actionnement, par exemple à la tige d'une soupa- pe. Le chemin que parcourt cette extrémité libre est courbé en forme d'arc circulaire ou d'arc curviligne. Si le dispositif d'actionnement contrôlé par le bimétal est guidé d'une façon quelconque, par exemple de manière centrale, ce mouvement guidé ne correspondra pas en règle générale au déplacement cur- viligne de l'extrémité libre de la bande bimétallique.
Dans la transmission de force pendant la course il se produit donc des forces de frottement entre le bimétal et les organes de transmission au dispositif d'actionnement, qui s'exercent verticalement ou suivant un angle avec le mouvement guidé et qui par suite provoquent des forces de grippage aux points de guidage du dispo- sitif d'actionnement. Il en résulte une réduction d'une partie sensible de la force développée par le bimétal.
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Pour obtenir, en compensation, de plus grandes forces actives avec une course relativement grande, il est connu de réunir en un paquet un assez grand nombre de lamelles de bimétal et de les faire agir ensemble.
Ceci a cependant l'inconvénient que les lamelles individuelles d'un tel pa- quet frottent elles-mêmes les unes contre les autres et par conséquent créent une perte de force. En outre elles empêchent que l'agent actif dans l'exploi- tation, liquide ou gazeux, balaye également et complètement toutes les lamel- les, ce qui fait que la transmission de chaleur est empêchée et que le temps de mise en activité est allongé.
On rencontre des difficultés particulières lorsque les diverses lamelles doivent, pour une utilisation meilleure des propriétés des matériaux et pour obtenir des courbes plus importantes avec un développement de force plus grand être, de manière connue, courbées; car, dans le cas de lamelles courbées disposées en couches celles-ci se gênent . beaucoup plus l'une l'autre dans la flexion qui se produit sousl'influence de la température.
Il est connu en outre d'appuyer une lame de bimétal en ses deux extrémités, et de laisser se produire la transmission de force du bi-métal au dispositif d'actionnement au milieu de la bande de bimétal. Dans une telle forme de réalisation, on peut, tout aussi bien que dans l'objet de l'inven- tion décrit ci-après, arriver à une compensation des forces de frottement et à éviter les efforts de grippage. Cependant, une telle forme de réalisation n'autorise qu'une faible course pour une place disponible donnée pour la construction et pour des forces données. Si l'on forme des paquets de bimétal pour augmenter la force et la course, on a ici aussi les inconvénients évo- qués ci-dessus de tels paquets.
Si, de manière également connue, pour aug- menter les forces et les courses, on monte l'une derrière l'autre des lamel- les bimétalliques en sens convergent deux à deux, on arrive à des formes constructives compliquées, surtout si l'on doit avoir une transmission de force dans les deux sens de mouvement, correspondant à un échauffement et à un refroidissement. En dehors des inconvénients décrits des paquets de bi- métal, il y a encore le danger que de la saleté se dépose dans les interval- les entre les lamelles disposées en sens convergent, en sorte que les la- melles ne peuvent revenir dans leur première position lors du refroidisse- ment, en sorte que la course en sens contraire ne peut plus être réalisée.
Dans la forme de réalisation suivant l'invention, qui évite les inconvénients décrits, les lamelles de bimétal sont disposées de façon rayon- nante autour du point d'application au dispositif d'actionnement. Ici aussi les diverses lamelles sont fortement encastrées à l'une de leurs extrémités, tandis que l'autre extrémité peut se mouvoir librement.
Il est possible alors de mettre l'encastrement fixe aux extrémités extérieures des lamelles dispo- sées en éventail et de faire agir les extrémités mobiles du point milieu de l'étoile sur le dispositif d'actionnement, ou inversement de relier de manière ferme les diverses lamelles en leur point de concours avec le dispositif d'ac- tionnement mobile et de faire appuyer les extrémités librement mobiles des lamelles à leur extrémité extérieure contre des points fixes, par exemple contre le boîtier du dispositif.
L'agencement rayonnant des lamelles de bimétal entraîne les a- vantages suivants : lorsque les extrémités librement mobiles des lamelles bimétalliques parcourent leur course sous l'influence du changement de tem- pérature, les composantes de mouvement ne se trouvant pas dans la direction de course guidée de l'organe d'actionnement guidé s'exercent concentrique- ment. Elles ne peuvent provoquer aucune force de grippage dans les guidages, car elles se détruisent mutuellement, En outre, l'agencement rayonnant des ' lamelles permet de loger un grand nombre de lamelles dans un plan, les forces des diverses lamelles s'ajoutent sans que l'on doive prendre en compte les inconvénients d'un paquet fermé de bimétal.
Un exemple de forme de réalisation est représenté à la figure
1 en coupe verticale, et à la figure 2 en vue de dessus. Il s'agit ici de contrôler une soupape (1) en dépendance de la température par les lamelles bimétalliques (2), par exemple la soupape doit se reposer sur son siège (3) @
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lorsque la température augmente. Comme organe d'actionnement pour la trans- mission de la course et de la force des lamelles (2) à la soupape (1) on a la tige (4) qui est guidée centralement dans les guidages (5). Les lamelles sont agencées en rayons et réparties uniformément autour de la tige (4) pla- cée au point de concours. Dans l'exemple dessiné, on a représenté quatre la- melles, cependant leur nombre est arbitraire, mais il y a au moins deux la- melles.
(Dans cette description et dans les revendications l'expression "en rayons" doit être comprise comme s'appliquant également à deux lamelles qui s'opposent l'une à l'autre et forment en quelque sorte une étoile à deux branches).
Les lamelles sont encastrées de façon fixe à leur extrémité di- rigée vers l'extérieur, entre une surface annulaire (6) du boîtier du dispo- sitif et une bague (7) fixée dessus par vis. Lors de l'échauffement, les la- melles se courbent vers le haut et entraînent ainsi la tige dans la position indiquée en pointillés. Pour son entraînement, la tige (4) est équipée d'un plateau entraîneur (8) supérieur et d'un plateau entraîneur inférieur (9).
Ces plateaux entraîneurs permettent que la tige soit entraînée dans les deux sens de mouvement par les lamelles bimétalliques en lui transmettant leur force.
La figure 3 montre comment, inversement, les lamelles bimétal- liques (2) peuvent être assemblées de manière fixe à la tige (4) et s'appuyer contre des appuis ou analogues dans le boîtier. Les lamelles (2) sont ici encastrées à leur extrémité intérieure de façon rigide avec les plateaux (8 et 9) reliés à la tige (4) et sont, par leurs extrémités extérieures, enga- gées dans une rainure annulaire (10) du boîtier de façon telle que ces ex- trémités ne peuvent avoir un mouvement ni vers le haut ni vers le bas, de sorte que lors de la flexion des lamelles (2) se produise ici aussi une cour- se de la tige (4) déplaçable axialement. La flexion dès lamelles bimétalli- ques (2) et la course de la tige (4) sont indiquées en pointillés.
Dans le cas où la force des lamelles, qui peuvent être logées dans un plan, disposées de façon rayonnante, ne suffirait pas pour un but d'application déterminé, les lamelles peuvent être agencées les unes derriè- re les autres axialement en deux ou plusieurs groupes. Une telle forme de réalisation a deux groupes montés l'un derrière l'autre est montré à la fi- gure 4. Une utilisation particulièrement favorable des propriétés des maté- riaux est obtenue lorsque les lamelles bimétalliques sont courbées en arc semi-circulaire,
Les figures 5 et 6 représentent une réalisation correspondante (la figure 5 montre à droite une vue latérale, à gauche la coupe correspon- dante, et la figure 6, une vue en plan par dessus).
L'encastrement rigide se fait entre une bague (7) et une surface d'appui annulaire (6) qui est re- liée rigidement ou de manière réglable au boîtier. La forme en étrier des lamelles courbées (2) se voit le mieux sur la coupe à gauche de la figure 5, où on a aussi représenté en pointillés le mouvement de course. Les extré- mités librement mobiles des lamelles (2) attaquent la tige entre les plateaux entraîneurs (8 et 9) qui sont reliés à la tige (4) de manière fixe. Dans l'exemple dessiné, on emploie huit lamelles, qui peuvent fournir le même ef- fet de force que huit lamelles de même exécution, superposées en un paquet.
Par opposition à un tel paquet de lames bimétalliques, les lamelles sont ici librement balayées par l'agent d'exploitation et se meuvent sans être gênées par un frottement mutuel.
Pour la construction il est avantageux que dans une telle for- me de réalisation les lamelles de bimétal soient chanfreinées radialement aux points d'encastrement et se touchent mutuellement aux points chanfreinés.
Il suffit alors de fixer sous tension chaque lamelle individuelle par un é- lément de liaison (12) par exemple un rivet, une vis ou analogue, entre la bague (7) et la surface d'appui (6). Le contact des diverses lamelles aux surfaces chanfreinées radialement (11) empêche alors que les lamelles se dé- placent dans leur position de montage par un mouvement de rotation autour de l'élément de fixation. On chanfreine aussi radialement, avantageusement,
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à leur extrémité libre, les lamelles de bimétal afin que le nombre relati- vement grand des lamelles trouve place, sans se gêner mutuellement, à l'en- droit des plateaux entraîneurs relativement petits (8 et 9) de la tige.
Pour empêcher que par les déformations des lamelles de bimétal (2) il ne se produise à l'extrémité librement mobile des effets de grippage entre les plateaux entraîneurs (8 et 9) et les lamelles de bimétal, ces - plateaux entraîneurs doivent suivant l'invention être pourvus chacun d'un rebord ou renflement périphérique (13) comme représenté à la figure 7. La distance entre les rebords périphériques des deux plateaux entraineurs qui se font face correspond à peu près à l'épaisseur des lamelles de bimé- tal avec un petit jeu supplémentaire.
La hauteur des rebords périphéri- ques est dimensionnée de telle façon que même pour la plus grande défor- mation des lamelles de bimétal les extrémités des lamelles de bimétal dé- passant vers l'intérieur dans l'espace entre les rebords périphériques ne viennent jamais s'appuyer contre les plateaux entraîneurs eux-mêmes. Les deux positions extrêmes des lamelles de bimétal sont indiquées à la figure 7.
Les rebords périphériques (13) peuvent présenter d'autres for- mes, s'écartant de celles de l'exemple dessiné. C'est ainsi par exemple que pour obtenir le même effet, les plateaux entraîneurs (8 et 9) présentent, sur leurs faces en regard, des surfaces de cônes creux ou encore se présen- tent dans l'ensemble comme plateaux conformés en plateaux évidés coniques à la manière des ressorts en plateaux connus.
Si l'encastrement fixe des lamelles bimétal (2) disposées en rayons comme montré à la figure 3 avec leur extrémité intérieure au dispo- sitif d'actionnement (4), tandis que les extrémités extérieures librement mobiles s'appliquent dans la rainure (10) du boîtier, on peut considérer comme moyen équivalent, pour se préserver des effets de grippage, aux re- bords périphériques représentés à la figure 7, que la rainure (10) sbit maintenue plus étroite à sa périphérie extérieure, et qu'elle s'évase coni- quement vers son bord intérieur.
Dans la forme de réalisation suivant la figure 5, les lamelles courbées disposées en rayons forment une cage, dont l'espace intérieur peut, pour économiser l'espace, être utilisé pour y mettre d'autres parties con- structives qui coopèrent avec le thermostat, par exemple des éléments plas- tiques, qui suivant la manière connue sont montés entre les lamelles de bi- métal (2) et le dispositif d'actionnement (4), par exemple dans le but d'em- pêcher une dilatation excessive et une déformation permanente du bimétal, lorsque le mouvement du dispositif d'actionnement (4), après avoir atteint une butée, par exemple après repos d'une soupape (1) sur son siège (3), est terminé, tandis qu'il se produit encore une nouvelle élévation de températu- re.
L'emploi de la pensée inventive n'est pas limitée aux exemples représentés. Elle s'étend à tous les cas qui se présentent dans la technique, dans lesquels des bimétaux servent à contrôler des processus de régulation en dépendance de la température, et en fait aussi bien pour des organes de la technique de régulation directe et indirecte avec des forces auxiliaires hydrauliques, pneumatiques, électriques ou autres.
Une autre forme de réalisation possible est visible à la figure 8, employée avantageusement quand il faut transmettre des forces assez gran- des et qu'il faut utiliser les avantages des lamelles de bimétal courbées en arcs semi-circulaires.
On emploie alors chaque fois deux (ou davantage) groupes de la- melles de bimétal courbées.en arcs semi-circulaires, dont chaque fois les lamelles intérieures (2) sont enveloppées par les lamelles extérieures immé- diatement plus grandes (2'). Entre les lamelles (2 et 2') subsiste avantageu- sement un espace libre, afin que chaque lamelle soit complètement balayée et afin d'éviter un frottement entre les diverses lamelles. En ce sens la même pensée s'applique à la figure 4. Là aussi on garde entre les lamelles
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de divers groupes de lamelles agencés l'un derrière l'autre, un espace li- bre.
Aussi bien les lamelles intérieures (2) que les lamelles exté- rieures (2') sont agencées en forme d'étoile autour du point d'application des forces sur la tige (4) et sont avantageusement fixées à une bague (7) commune. Alors les lamelles de l'un des groupes (par exemple les lamelles
2) se trouvent du côté libre de l'anneau (7), les lamelles de l'autre grou- pe (par exemple les lamelles 2') sont serrées entre la bague (7) et la sur- face d'appui (6) reliée au boîtier. La bague (7) maintient la distance dési- rée pour le balayage des lamelles. Les deux lamelles attaquent par leurs ex- trémités entre les plateaux entraîneurs (8 et 9).
Par un choix correspondant des matériaux pour les lamelles de bimétal on obtient que les deux groupes de lamelles malgré leur forme et leurs dimensions différentes font la même course en dépendance de la tempé- rature et exercent aussi tous deux la même force sur l'organe d'actionne- ment.
Dans ce qui suit, on propose et décrit encore d'autres mesures qui représentent d'autres améliorations aux réalisations décrites ci-avant.
Dans l'emploi de bimétal comme élément de contrôle, il est im- portant de choisir la forme de réalisation telle que toute surcharge du bi- métal soit évitée. Ceci peut être obtenu par le fait que les lamelles de bimétal sont réalisées de manière si forte, en correspondance avec les con- ditions de travail de chaque cas, qu'elles peuvent faire face aux fatigues qui se présentent. Ceci a cependant pour conséquence qu'on fait emploi de beaucoup de bimétal qui est coûteux, et qu'il faut en outre un espace de construction relativement grand. Il est par conséquent important d'employer toute mesure possible qui ait en vue de diminuer la fatigue du bi-métal.
Les points d'encastrement des lamelles de bi-métal sont parti- culièrement sollicités, points en lesquels ne se développent pas seulement des fatigues de flexion mais en plus encore des fatigues de compression à l'encastrement, par exemple par le serrage au moyen de vis. Les points les plus en danger sont les bords aux points d'encastrement, où se produit une flexion des lamelles de bimétal pendant le processus de travail, puisqu'en ces bords peut se produire en plus un effet d'entaille. Pour éviter de telles fatigues particulières, on a, suivant l'invention, proposé de bien arrondir les bords aux points d'encastrement, où se produit une flexion des lamelles.
Pour aider à l'explication, on se référera à la figure 9. On y voit comme à la figure 5 la lamelle de bi-métal (2) encastrée de manière fixe entre les parties (6 et 7) tandis que par son autre extrémité elle pénètre entre les plateaux (8 et 9) et actionne le dispositif d'actionnement (4) qui y est re- lié. La course est indiquée en pointillés. Suivant l'invention, les bords (18) dans la partie (6) et les bords (19) dans la partie (7) doivent être bien arrondis.
Une autre application de l'idée inventive se trouve dans une nouvelle conformation favorable et fixation judicieuse de la lamelle de bi- métal, voir figure 10. La lamelle de bimétal (2) qui en majeure partie est courbée en arc semi circulaire, est recourbée aux deux extrémités de façon telle que ces extrémités s'étendent parallèlement à l'axe du dispositif d'ac- tionnement (4). La fixation se fait par des vis (13) ou d'autres éléments de fixation semblables (par exemple par des boulons rivés ou soudés de con- formation appropriée). Entre la tête de vis et le point de fixation on main- tient, par une partie de la vis en fût cylindrique, un certain écartement qui est un peu sùpérieur à l'épaisseur de la lamelle de bi-métal.
Dans la lamelle de bi-métal on a prévu pour la fixation un alésage (14) dont le dia- mètre est un peu supérieur au diamètre de la partie en fût cylindrique de la vis de fixation (13). Par suite la lamelle bimétallique peut exécuter par rapport à la vis (13) un mouvement radial et axial ce qui permet une position oblique de la lamelle, sans que se produise un blocage ou une gêne dans le mouvement de la lamelle de bi-métal pendant son fonctionnement. Le
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jeu doit être calculé de telle façon puisse être exécuté librement le plus grand mouvement avec lequel il y a lieu de compter dans lè champ d'ap- plication prévu chaque fois.
L'avantage de cette forme d'exécution sur celle de la figure 9 consiste en ce que aucune force n'est perdue par un mouvement restreint de la lamelle bimétallique aux points d'encastrement. Hais on em- pêche aussi des forces de frottement nuisibles, car sur la figure 10 il ne se produit pas de mouvement de la lamelle de bimétal aux points de transmis- sion des forces, pendant le fonctionnement. Au contraire au cours de l'exé- cution de la course de la figure 9 il se produit un déplacement du point de contact entre la lamelle de bimétal (2) et le plateau (9), ce qui engendre un frottement diminuant la force. Par suite, on a aussi des conditions uni- voques pour le calcul des lamelles de bimétal suivant la figure 10. Cela si- gnifie qu'il faut faire de plus petites concessions à la sécurité et qu'on peut ainsi économiser du bimétal.
Enfin on peut exécuter de manière unifor- mément exacte la forme suivant la figure 10, pour autant que les alésages (14) soient percés sur des gabarits.
On a un autre développement de l'invention en réalisant l'élé- ment de fixation (13), du côté de la tête tournée vers le bimétal, en balle, en boule ou en cône, pour permettre avec un faible jeu dans la longueur du fût cylindrique, un plus grand angle dans la position oblique de la lamelle de bimétal, comme représenté à la figure 13. On équipera aussi avantageuse- ment d'une coupe en balle, sphérique ou en cône, le point d'engagement cor- respondant à la tête ou on l'équipera d'un renflement annulaire qui sera centré sur le dispositif d'actionnement (4).
S'écartant de la figure 10, on peut, suivant la figure 11, agen- cer les vis de fixation (13) non pas radialement par rapport à l'axe du dis- positif d'actionnement, mais parallèlement à cet axe. La figure 12 montre un autre exemple de forme de réalisation, dans lequel la fixation correspond au point d'attache fixe (6) de la figure 10, tandis que la fixation à l'as- semblage correspond au dispositif d'actionnement (4) de la figure 11.
Un autre genre de fixation du bimétal est montré à la figure 14. Ici les extrémités de la lamelle de bimétal (2) sont recourbées de telle façon qu'elles sont d'abord coudées de 90 vers le haut et ensuite sont re- courbées vers le bas par une nouvelle rotation de 180 . On réalise ainsi un coude qui dépasse des deux côtés par rapport au plan de la lamelle de bi- métal. Dans les parties (6 et 7) pour la fixation au point d'attache et dans les plateaux (8 et 9) pour la transmission du mouvement de course au dispo- sitif d'actionnement (4) on a prévu des rainures (15) dans lesquelles pénètre le coude formé, ce coude empêchant que la lamelle de bi-métal puisse être retirée de ces rainures.
L'avantage de cette forme de réalisation consiste en ce que des éléments de fixation supplémentaires sont superflus, en ce que le mouvement, respectivement la disposition oblique de la lamelle de bimétal peut s'exécuter sans être gênée, et en ce que la transmission de force se fait sans frottement du point de fixation au dispositif d'actionnement.
Pour empêcher une rotation du dispositif d'actionnement (4) par rapport au point de fixation (6), on prévoit, comme montré à la figure 11, le point de fixation avec une douille montée excentriquement (19) dont l'axe s'étend parallèlement à l'axe médian du dispositif d'actionnement. Au dispo- sitif d'actionnement (4) est adapté en face de la douille (19) une tige (20) disposée également parallèlement à l'axe, qui pénètre dans la douille (19) et qui est déplagable axialement dans cette douille tandis que s'exécute la course.
Pour assurer les diverses lames bimétalliques agencées en étoi- le, contre des déplacements latéraux, on peut, suivant l'invention, prévoir selon la figure 15 une tôle de guidage en étoile (17) qui est reliée de fa- gon fixe soit au point de fixation (6) soit au dispositif d'actionnement (4).
Dans cette tole de guidage on a prévu au bord extérieur des évidements (22) dans lesquels sont guidées les diverses lamelles de bimétal (2). Le guidage de la tôle de guidage elle-même sur la tige du dispositif d'actionnement (4) peut se faire par exemple par le fait que cette tige est à six pans ou
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réalisée suivant un autre profil convenable, et en ce que la tôle de gui- dage est pourvue d'un trou central qui correspond à ce profil.
Ci-après on décrira encore et.on représentera aux figures 16-21 d'autres conformations et agencements particulièrement avantageux de thermo- stats, par exemple sous forme de lamelles de bi-métal pour commander des van- nes tournantes.
Dans la forme de réalisation représentée à la figure 16, les lamelles de bimétal (1) sont fixées à des nez (4) venus de coulée avec le boîtier, qui sont disposés suivant une circonférence, au centre de laquelle se trouve l'axe de la vanne tournante (2). Sur cette vanne tournante sont fixées de manière connue des tôles entraîneuses, respectivement des broches entraîneuses (3) contre lesquelles s'appuyent les extrémités mobiles des la- melles bimétalliques (1). Celles-ci font tourner, sous l'effet des forces qui naissent par l'échauffement ou le refroidissement, l'organe de fermeture conformé en vanne tournante, dans la mesure nécessaire pour assurer la fer- meture, respectivement l'ouverture de la vanne.
Dans l'exemple représenté à la figure 17, les lamelles de bi- métal sont fixées directement à la vanne tournante (2) et ont leurs autres extrémités dans des rainures du boîtier (3) qui empêchent dans les deux sens une flexion des extrémités des lamelles qu'elles guident, de sorte que la flexion thermique de celles-ci se traduit par un mouvement de rotation de la vanne tournante (2).
La figure 18 montre une autre forme de réalisation des lamelles bi-métalliques agencées comme sur les figures 16 et 17, qui, suivant l'in- vention, sont recourbées dans leur état initial en arcs semi-circulaires en raison du facteur d'utilisation du matériau particulièrement favorable de cette forme.
D'ailleurs le mouvement de rotation engendré suivant l'inven- tion peut avantageusement, dans des cas déterminés, être employé aussi pour engendrer un mouvement de course longitudinale. Dans ce cas le mouvement de rotation est transmis par exemple à un écrou ne pouvant se soulever, dans lequel est guidée une broche filetée qui s'élève. La broche filetée peut par exemple actionner un organe de fermeture de type quelconque à levée ou course axiale.
La figure 19 montre un exemple d'une telle forme de réalisation, dans laquelle les lamelles de bimétal (1) provoquent un mouvement de rota- tion de l'écrou (2) qui ne s'élève pas, lequel engendre de nouveau, de maniè- re connue, un mouvement de levée de la broche filetée (3) qui s'élève.
Dans l'exemple dessiné à la figure 20, les lamelles bimétalli- ques (1) sont disposées parallèlement à l'axe (2) de la vanne tournante (3), la fixation des lamelles bimétalliques (1) et la transformation de leur fle- xion en le mouvement de rotation désiré pouvant se faire comme dans les for- mes de réalisation représentées aux figures 16 et 17.
Dans une autre forme de réalisation de l'idée inventive, on peut aussi monter les uns derrière les autres plusieurs groupes de lamelles de bi- métal agencées radialement (figure 21).
REVENDICATIONS.
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THERMOSTAT FOR TEMPERATURE DEPENDENCY CONTROL OF STOPPERS
AND ADJUSTMENT
The object of the present invention relates to particular embodiments of thermostats for the temperature-dependent control of shut-off and regulating members or the like, which become active on the basis of the different expansion of two materials, called of bimetals.
The measures proposed and described below are intended to avoid unfavorable influences of friction on the bimetal lamellae or to reduce their effects, then to obtain a better and faster behavior of the bimetal lamellae by good scavenging (by hot gases for example) and finally to allow particularly economical bridging and to save materials. The measures according to the invention can be used both also with the embodiments of thermostats known hitherto, and independently of them.
In principle, in the known embodiments, one end of a smooth or curved bimetal strip is firmly embedded, while the other movable end serves for the transmission of stroke and force to a device. actuation, for example at the stem of a valve. The path traversed by this free end is curved in the form of a circular arc or a curvilinear arc. If the actuator controlled by the bimetal is guided in any way, for example centrally, this guided movement will generally not correspond to the curvilinear displacement of the free end of the bimetal strip.
In the transmission of force during the stroke there are therefore produced frictional forces between the bimetal and the transmission members to the actuator, which are exerted vertically or at an angle with the guided movement and which consequently cause forces seizure at the guide points of the actuating device. This results in a reduction of a significant part of the force developed by the bimetal.
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In order to obtain, in compensation, greater active forces with a relatively large stroke, it is known practice to bring together a fairly large number of bimetal strips in a bundle and to make them act together.
This has the disadvantage, however, that the individual lamellae of such a package themselves rub against each other and therefore create a loss of force. In addition, they prevent the active agent in the process, liquid or gaseous, from sweeping all the lamellae equally and completely, so that the transmission of heat is prevented and the activation time is extended. .
Particular difficulties are encountered when the various lamellae must, in order to make better use of the material properties and to obtain larger curves with a greater development of force, be, in known manner, curved; because, in the case of curved lamellae arranged in layers, these interfere. much more each other in the bending which occurs under the influence of temperature.
It is also known to press a bimetal blade at its two ends, and to allow the transmission of force from the bimetal to the actuator in the middle of the bimetal strip to take place. In such an embodiment, it is possible, just as well as in the object of the invention described below, to achieve a compensation for the frictional forces and to avoid the seizing forces. However, such an embodiment allows only a small stroke for a given space available for construction and for given forces. If bimetal bundles are formed in order to increase the force and the stroke, we also have the above-mentioned drawbacks of such bundles here.
If, in a manner also known, in order to increase the forces and the strokes, one goes up one behind the other of the bimetallic strips in direction converge two by two, one arrives at complicated constructive forms, especially if the there must be a transmission of force in both directions of movement, corresponding to heating and cooling. Apart from the described drawbacks of the bi-metal bundles, there is still the danger of dirt settling in the gaps between the lamellae arranged in the converging direction, so that the lamellae cannot return to their first position. position during cooling, so that the travel in the opposite direction can no longer be carried out.
In the embodiment according to the invention, which avoids the drawbacks described, the bimetal lamellae are disposed radiantly around the point of application to the actuating device. Here also the various slats are strongly embedded at one of their ends, while the other end can move freely.
It is then possible to put the fixed fitting at the outer ends of the blades arranged in a fan and to make the mobile ends of the star's midpoint act on the actuating device, or conversely to firmly connect the various lamellae at their point of contact with the mobile actuating device and to make the freely movable ends of the lamellae at their outer end support against fixed points, for example against the housing of the device.
The radiating arrangement of the bimetal lamellae results in the following advantages: When the freely movable ends of the bimetal lamellae travel under the influence of the change in temperature, the motion components are not in the direction of travel guided by the guided actuator are exerted concentrically. They cannot cause any seizing force in the guides, because they mutually destroy each other. In addition, the radiating arrangement of the lamellae makes it possible to accommodate a large number of lamellae in a plane, the forces of the various lamellae are added without one must take into account the disadvantages of a closed bimetal package.
An exemplary embodiment is shown in Figure
1 in vertical section, and in Figure 2 in top view. This involves controlling a valve (1) depending on the temperature by the bimetallic strips (2), for example the valve must rest on its seat (3) @
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when the temperature rises. As an actuator for transmitting the stroke and the force of the blades (2) to the valve (1) there is the rod (4) which is centrally guided in the guides (5). The slats are arranged in spokes and distributed uniformly around the rod (4) placed at the point of contact. In the example drawn, four slats have been represented, however their number is arbitrary, but there are at least two slats.
(In this description and in the claims the expression "in rays" is to be understood as also applying to two lamellae which oppose each other and form in a way a star with two branches).
The slats are fixedly embedded at their outwardly facing end, between an annular surface (6) of the device housing and a ring (7) fixed thereto by screws. During warm-up, the slats bend upwards and thus pull the rod into the position shown in the dotted lines. For its drive, the rod (4) is equipped with an upper drive plate (8) and a lower drive plate (9).
These drive plates allow the rod to be driven in both directions of movement by the bimetallic strips, transmitting their force to it.
FIG. 3 shows how, conversely, the bimetallic strips (2) can be fixedly assembled to the rod (4) and rest against supports or the like in the housing. The slats (2) are here embedded at their inner end in a rigid manner with the plates (8 and 9) connected to the rod (4) and are, by their outer ends, engaged in an annular groove (10) of the housing. in such a way that these ends cannot have an upward or downward movement, so that when the lamellae (2) bend, there also occurs here a stroke of the axially displaceable rod (4) . The bending of the bimetallic lamellae (2) and the stroke of the rod (4) are shown in dotted lines.
In the event that the force of the lamellae, which can be housed in a plane, disposed in a radiant manner, is not sufficient for a specific application purpose, the lamellae can be arranged one behind the other axially in two or more groups. One such embodiment has two groups mounted one behind the other is shown in Figure 4. Particularly favorable use of material properties is obtained when the bimetallic lamellae are bent in a semi-circular arc,
Figures 5 and 6 show a corresponding embodiment (Figure 5 shows on the right a side view, on the left the corresponding section, and Figure 6 a top plan view).
The rigid fitting takes place between a ring (7) and an annular bearing surface (6) which is connected rigidly or in an adjustable manner to the housing. The stirrup shape of the curved strips (2) is best seen in the section to the left of FIG. 5, where the running movement has also been shown in dotted lines. The freely movable ends of the blades (2) attack the rod between the drive plates (8 and 9) which are connected to the rod (4) in a fixed manner. In the example drawn, eight lamellae are used, which can provide the same effect of force as eight lamellae of the same construction, superimposed in a bundle.
In contrast to such a pack of bimetallic blades, the blades are here freely swept by the operating agent and move without being hampered by mutual friction.
For construction it is advantageous that in such an embodiment the bimetal lamellae are radially chamfered at the embedding points and touch each other at the chamfered points.
It then suffices to fix each individual lamella under tension by a connecting element (12), for example a rivet, a screw or the like, between the ring (7) and the bearing surface (6). The contact of the various lamellae with radially chamfered surfaces (11) then prevents the lamellae from moving into their mounting position by a rotational movement around the fixing element. Advantageously, radial chamfering is also
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at their free end, the bimetal lamellae so that the relatively large number of lamellae sits, without interfering with each other, at the place of the relatively small driving plates (8 and 9) of the rod.
To prevent the deformation of the bimetal lamellae (2) from occurring at the freely movable end of the seizing effects between the driving plates (8 and 9) and the bimetal plates, these driving plates must, according to the invention each be provided with a peripheral flange or bulge (13) as shown in FIG. 7. The distance between the peripheral flanges of the two driving plates which face each other corresponds approximately to the thickness of the bimetal strips with a little extra game.
The height of the peripheral flanges is dimensioned in such a way that even for the greatest deformation of the bimetal lamellae the ends of the bimetal lamellae protruding inwardly into the space between the peripheral flanges never come out s '' press against the trainer plates themselves. The two extreme positions of the bimetal lamellae are shown in figure 7.
The peripheral edges (13) can have other shapes, deviating from those of the example drawn. Thus, for example, in order to obtain the same effect, the driving plates (8 and 9) have, on their facing faces, surfaces of hollow cones or else appear on the whole as plates shaped as hollow plates. conical in the manner of the known plate springs.
If the fixed mounting of the bimetal slats (2) arranged in spokes as shown in figure 3 with their end inside the actuator (4), while the freely movable outer ends are applied in the groove (10 ) of the housing, one can consider as equivalent means, to protect oneself from seizing effects, to the peripheral edges shown in FIG. 7, that the groove (10) sbit kept narrower at its outer periphery, and that it s 'flares conically towards its inner edge.
In the embodiment according to figure 5, the curved lamellae arranged in radii form a cage, the interior space of which can, in order to save space, be used to place other structural parts therein which cooperate with the thermostat. , for example plastic elements, which in the known manner are mounted between the bi-metal lamellae (2) and the actuating device (4), for example in order to prevent excessive expansion and a permanent deformation of the bimetal, when the movement of the actuating device (4), after having reached a stop, for example after resting a valve (1) on its seat (3), is terminated, while it is produces yet a further rise in temperature.
The use of inventive thinking is not limited to the examples shown. It extends to all those cases which arise in the art, in which bimetals serve to control temperature-dependent control processes, and in fact both for direct and indirect control technology components with hydraulic, pneumatic, electric or other auxiliary forces.
Another possible embodiment can be seen in FIG. 8, advantageously employed when it is necessary to transmit fairly large forces and when the advantages of bimetal lamellae bent in semi-circular arcs must be used.
In each case, two (or more) groups of bimetal lamellae bent in semicircular arcs are employed, each time the inner lamellae (2) of which are enveloped by the immediately larger outer lamellae (2 '). Between the lamellae (2 and 2 ') there is advantageously a free space, so that each lamella is completely swept away and in order to avoid friction between the various lamellae. In this sense the same thought applies to figure 4. Here too we keep between the slats
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of various groups of slats arranged one behind the other, a free space.
Both the inner lamellae (2) and the outer lamellae (2 ') are arranged in a star shape around the point of application of the forces on the rod (4) and are advantageously fixed to a common ring (7). . Then the lamellae of one of the groups (for example the lamellae
2) are on the free side of the ring (7), the lamellae of the other group (for example the lamellae 2 ') are clamped between the ring (7) and the bearing surface (6 ) connected to the housing. The ring (7) maintains the desired distance for sweeping the lamellae. The two slats attack through their ends between the drive plates (8 and 9).
By a corresponding choice of materials for the bimetal lamellae it is possible to obtain that the two groups of lamellae, despite their different shape and dimensions, make the same stroke in dependence on the temperature and also both exert the same force on the component d. 'actuation.
In what follows, further measures are proposed and described which represent further improvements to the embodiments described above.
In employing bimetal as a control element, it is important to choose the embodiment such that overloading of the bimetal is avoided. This can be achieved by the fact that the bimetal lamellae are made so strongly, in correspondence with the working conditions of each case, that they can cope with the fatigue which arises. However, this has the consequence that a great deal of bimetal is used, which is expensive, and in addition a relatively large construction space is required. It is therefore important to employ all possible measures which have a view to reducing the fatigue of the bi-metal.
The mounting points of the bi-metal lamellae are particularly stressed, points at which not only bending fatigue but also compression fatigue during the installation, for example by tightening by means of screw. The most endangered points are the edges at the embedding points, where a bending of the bimetal slats occurs during the working process, since in these edges can also occur a notch effect. To avoid such particular fatigue, it has been proposed, according to the invention, to properly round the edges at the fitting points, where bending of the slats occurs.
To help the explanation, reference will be made to figure 9. As in figure 5, we see the bi-metal strip (2) fixedly embedded between the parts (6 and 7) while its other end it penetrates between the plates (8 and 9) and actuates the actuating device (4) which is connected thereto. The course is shown in dotted lines. According to the invention, the edges (18) in the part (6) and the edges (19) in the part (7) must be well rounded.
Another application of the inventive idea is found in a new favorable conformation and judicious fixing of the bi-metal strip, see figure 10. The bimetal strip (2) which for the most part is curved in a semi-circular arc, is curved. at both ends in such a way that these ends extend parallel to the axis of the actuating device (4). The fastening is done by screws (13) or other similar fasteners (for example by riveted or welded bolts of suitable conformation). Between the screw head and the fixing point, a certain distance is maintained by a part of the cylindrical barrel screw which is a little greater than the thickness of the bi-metal strip.
In the bi-metal lamella, a bore (14) is provided for fixing, the diameter of which is slightly larger than the diameter of the cylindrical barrel part of the fixing screw (13). As a result, the bimetallic strip can execute with respect to the screw (13) a radial and axial movement which allows an oblique position of the strip, without any blocking or hindrance in the movement of the bi-metal strip during its operation. The
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play must be calculated in such a way that the largest movement to be reckoned with can be executed freely within the intended scope each time.
The advantage of this embodiment over that of FIG. 9 consists in that no force is lost by a restricted movement of the bimetallic strip at the fixing points. However, harmful frictional forces are also prevented, since in Fig. 10 there is no movement of the bimetal lamella at the points of force transmission during operation. On the contrary, during the execution of the stroke of FIG. 9, there is a displacement of the point of contact between the bimetal strip (2) and the plate (9), which generates a friction reducing the force. Consequently, there are also unique conditions for the calculation of the bimetal lamellae according to Fig. 10. This means that smaller concessions must be made to safety and that bimetal can thus be saved.
Finally, the shape according to figure 10 can be executed uniformly and exactly, provided that the bores (14) are drilled on jigs.
A further development of the invention is achieved by making the fixing element (13), on the side of the head facing the bimetal, in a ball, in a ball or in a cone, in order to allow, with a small clearance in the length, of the cylindrical barrel, a greater angle in the oblique position of the bimetal lamella, as shown in FIG. 13. It is also advantageously equipped with a ball, spherical or cone cut, the point of engagement cor- corresponding to the head or it will be fitted with an annular bulge which will be centered on the actuating device (4).
Departing from FIG. 10, it is possible, according to FIG. 11, to arrange the fixing screws (13) not radially with respect to the axis of the actuating device, but parallel to this axis. Figure 12 shows another exemplary embodiment, in which the attachment corresponds to the fixed attachment point (6) of Figure 10, while the attachment to the assembly corresponds to the actuator (4) in figure 11.
Another kind of fixing of the bimetal is shown in figure 14. Here the ends of the bimetal strip (2) are bent in such a way that they are first bent 90 upwards and then are bent backwards. the bottom by a new rotation of 180. A bend is thus produced which protrudes on both sides with respect to the plane of the bi-metal strip. In the parts (6 and 7) for fixing to the attachment point and in the plates (8 and 9) for the transmission of the running movement to the actuating device (4), grooves (15) are provided. into which the formed elbow penetrates, this elbow preventing the bi-metal strip from being able to be withdrawn from these grooves.
The advantage of this embodiment is that additional fasteners are superfluous, that the movement, respectively the oblique arrangement of the bimetal lamella can be performed without being hampered, and that the transmission of force occurs without friction from the point of attachment to the actuator.
To prevent rotation of the actuator (4) relative to the fixing point (6), as shown in Figure 11, the fixing point is provided with an eccentrically mounted bush (19) whose axis s' extends parallel to the median axis of the actuator. To the actuating device (4) is fitted opposite the sleeve (19) a rod (20) also disposed parallel to the axis, which penetrates into the sleeve (19) and which is axially displaceable in this sleeve while that the race is running.
In order to secure the various bimetallic strips arranged in a star against lateral displacements, according to the invention it is possible, according to the invention, to provide according to FIG. 15 a star guide plate (17) which is fixedly connected either to the point fixing (6) or to the actuating device (4).
In this guide plate, recesses (22) are provided at the outer edge in which the various bimetal strips (2) are guided. The guiding of the guide plate itself on the rod of the actuating device (4) can be done for example by the fact that this rod is hexagonal or
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produced according to another suitable profile, and in that the guide plate is provided with a central hole which corresponds to this profile.
Hereinafter, other particularly advantageous conformations and arrangements of thermostats will be described further and in FIGS. 16-21, for example in the form of bi-metal strips for controlling rotary valves.
In the embodiment shown in Figure 16, the bimetal strips (1) are fixed to noses (4) integrally cast with the housing, which are arranged along a circumference, in the center of which is the axis of the rotary valve (2). On this rotary valve are fixed in a known manner driving plates, respectively driving pins (3) against which rest the movable ends of the bimetallic plates (1). Under the effect of the forces that arise from heating or cooling, these rotate the closing member in the form of a rotary valve, to the extent necessary to ensure the closing or opening of the valve. .
In the example shown in figure 17, the bi-metal lamellae are attached directly to the rotary valve (2) and have their other ends in grooves in the housing (3) which prevent bending of the ends of the ends in both directions. blades which they guide, so that the thermal bending thereof results in a rotational movement of the rotary valve (2).
Fig. 18 shows another embodiment of the bi-metallic lamellae arranged as in Figs. 16 and 17, which according to the invention are bent in their initial state in semi-circular arcs due to the duty cycle. particularly favorable material of this form.
Moreover, the rotational movement generated according to the invention can advantageously, in specific cases, also be used to generate a longitudinal stroke movement. In this case the rotational movement is transmitted, for example, to a nut which cannot be lifted, in which a threaded spindle which rises is guided. The threaded spindle can for example actuate a closure member of any type with lift or axial stroke.
Fig. 19 shows an example of such an embodiment, in which the bimetal lamellae (1) cause a rotational movement of the nut (2) which does not rise, which again gives rise to in known manner, a lifting movement of the rising threaded spindle (3).
In the example drawn in figure 20, the bimetallic strips (1) are arranged parallel to the axis (2) of the rotary valve (3), the fixing of the bimetallic strips (1) and the transformation of their fle - xion in the desired rotational movement can be done as in the embodiments shown in Figures 16 and 17.
In another embodiment of the inventive idea, it is also possible to mount several groups of radially arranged bi-metal strips one behind the other (FIG. 21).
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