CH650344A5

CH650344A5 - Thermostatischer geber und verfahren zu dessen herstellung.

Info

Publication number: CH650344A5
Application number: CH6599/80A
Authority: CH
Inventors: Goesta Hammarstedt
Original assignee: Arcu Armaturind
Priority date: 1979-09-17
Filing date: 1980-09-02
Publication date: 1985-07-15
Also published as: NL8005198A; CA1160191A; FR2465264B1; FR2465264A1; DE3033843C2; US4507921A; BE885274A; AU541508B2; GB2059060A; NO802567L; SE445590B; DK156337C; JPS5653425A; FI802885A; GB2059060B; SE7907684L; DE3033843A1; DK156337B; NO155557B; NO155557C

Description

Zweck der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen thermostatischen Geber zu schaffen, der wenigstens hauptsächlich die aufgezählten Erfordernisse in Kombination erfüllt. Ausserdem obliegt es der Erfindung, in weiteren Hinsichten den Stand der Technik auf diesem Gebiet zu verbessern und weiter zu entwickeln.

Diese Aufgaben werden gemäss vorliegender Erfindung dadurch verwirklicht, dass ein thermostatischer Geber gemäss den Merkmalen im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 beschaffen ist. Ein solcher Geber vereint in sich in idealer Weise sämtliche Funktions- und Herstellungserfordernisse und ist relativ unkompliziert, so dass eine einfache, schnelle und billige Herstellung und Montage gegeben ist. Im Gegensatz zu metallischen Balgen, mit ihrer geringen Elastizität, bewirkt der Kunststoffbalg eine schnellere Bewegung, dank seiner leichten Verformbarkeit und Federfunktion. Der Kunststoffbalg weist auch eine grössere Hublänge auf und es besteht keine Gefahr einer bleibenden Deformation. Weiter ergibt sich eine vorteilhafte Möglichkeit der Wärmeisolierung bei Verwendung eines Kunststoffbalges. Zum Beispiel bei einem Heizkörperventil gibt die Kolbenstange des thermostatischen Gebers immer wieder Anlass zu einer Wärmeübertragung vom Radiator her, was aber für eine ordnungsgemässe Funktion unerwünscht ist. Bei Anwendung eines Metallbalges wird diese Wärme wiederum direkt auf das an der Aussen-seite des Metallbalges anliegende Medium übertragen.

Das erfindungsgemässe Verfahren ist wie im Verfahrensanspruch 8 angegeben gekennzeichnet.

Kalkulationen haben gezeigt, dass thermostatische Geber gemäss der Erfindung zu Kosten herstellbar sind, die lediglich 1/3 bis 1 /5 der Kosten vergleichbarer vorbekannter Geber betragen. Versuche haben gezeigt, dass die Hysterese bekannter Wachselemente 0,6-0,7 °C beträgt, bei konventionellen Flüssigkeitselementen 0,3-0,6 °C und bei Gebern gemäss vorliegender Erfindung 0,2-0,3 °C, was die Überlegenheit der Erfindung beweist. Alle diese Werte sind bei einem auf ein Heizkörperventil montierten Thermostat gemessen, was bedeutet, dass auch die Friktion im Ventil eingeschlossen ist, und oben genannte Unterschiede sind daher offenbar noch grösser.

Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus folgender Beschreibung vom Ausführungsbeispiel unter Hinweis auf beigefügte Zeichnungen hervor. In diesen zeigen:

Fig. 1 einen thermostatischen Geber gemäss der Erfindung zur Direktmontage auf beispielsweise ein Ventil in einem Längsschnitt,

Fig. 2 einen abgeänderten thermostatischen Geber gemäss der Erfindung zur Fernsteuerung eines ausführenden Elementes in einem axialen Längsschnitt und

Fig. 3 ein Diagramm zum Verdeutlichen der Leistungsunterschiede zwischen zwei vorbekannten thermostatischen Gebern und einem thermostatischen Geber gemäss der Erfindung.

Der in Fig. I gezeigte Geber zur Direktmontage auf einem nicht gezeigten Ventil besitzt ein Gefass 1 aus unelastischem Material, vorzugsweise Metall, welches vorzugsweise eine zylindrische Becherform besitzt, wobei die freie Gefässkante 12 zunächst ausgekragt und alsdann umgebördelt ist, um in folgender Reihenfolge in Richtung vom Gefassboden zu umspannen und zu verankern: eine ringförmige Dichtung 4, die freie Kante oder das offene Ende 13 eines Balges 3 aus Kunststoff, vorzugsweise Azetalkunststoff und eine Ringscheibe 5 aus vorzugsweise Metall mit einem zentralen Loch 14 zur Aufnahme eines Kolbens 6 aus Kunststoff oder Metall. Der Kolben 6 kann eine gerade zylindrische Stange sein, deren im s Gefäss 1 gelegenes Ende sich am Boden 15 des Balges 3 abstützt und daran befestigt sein kann, welcher Boden zum Boden 17 des Gefässes planparallel und auf Abstand angeordnet ist.

Während das Innere des Balges 3 mit der Atmosphäre io über das den Kolben 6 mit Spiel umgebende Loch 14 kommuniziert, ist der Raum zwischen dem Balg und dem Gefäss mit einer Wachsmischung 2 an sich bekannter Art gefüllt. Vorteilhaft lässt sich eine Paraffinmischung mit niedrigem Schmelzpunkt verwenden, wobei noch bessere Voraussetzungen even-i5 tuell durch Synthesen oder Separationen erhältlich sind.

Steigt die Temperatur in der Wachsmischung 2 als Folge einer Erwärmung des Gefässes 1, so geht die Wachsmischung vom festen in den flüssigen Zustand unter starker Volumen-vergrösserung über. Hierbei wird der Balg zusammenge-2o drückt und schiebt dabei den Kolben 6 hinaus, um die vorgesehene Regelbewegung auszuführen. Bei sinkender Temperatur ist das Verhältnis umgekehrt. Ist der Kolben am Balgboden 15 nicht befestigt, so kann eine nicht gezeigte Feder den Kolben zurückführen und in ständiger Anlage am Balgboden 25 halten.

Es ist offenbar, dass eine derart einfache Ausführung auch schnell, einfach und billig herstellbar ist. Der Kolben, die Ringscheibe und das Gefass lassen sich schnell und einfach in Massen produzieren zu extrem niedrigen Kosten, falls man 30 sich nicht bereits einfacher Handelsware für diese Teile bedient. Auch der Balg lässt sich vorzugsweise durch Formen in Kunststoff leicht in Massen produzieren und auch eine Wachsmischung bereitet keinerlei Probleme.

Bezüglich des Zusammenmontierens der einzelnen Teile 35 werden 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 40 ohne Vibrationsvorrichtung zum Entfernen von Luftblasen, so dass eine Einheit besteht aus Kolben, Ringscheibe, Balg und Wachsmasse beispielsweise nach Ausschneiden oder Ausstanzen letzterer in abgekühlter und damit starrer Form einfach in das Gefäss einführbar ist, dessen freie Kante 12 45 nach aussen gekragt ist und möglicherweise auch im An-schluss 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 ver-50 ankern.

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 55 ohne seinesgleichen besitzt. Auch die Totzeit wird bedeutend geringer als bei den vorbekannten Gebern.

Ein weiteres bevorzugtes Herstellungs- und Montageverfahren für einen thermostatischen Geber der beschriebenen Art ist folgendes: Das Gefäss 1 wird in eine nicht gezeigte Fix-60 tur 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 6S 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 Gefass einge

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führt, 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. Hierdurch wird ein blasenfreies Einführen von Wachs oder dgl. garantiert, welches alsdann je nach dem gewünschten Schmelzpunkt in halb-fliessenden 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.

Ein Wachs oder eine Wachsmischung der hier in Frage kommenden Art kann praktisch nicht durch einen Kunststoffbalg hindurchdiffundieren, sodass ein solcher Balg eine niedrigst mögliche Hysterese und damit grösste mögliche 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 Wärmeübertragung 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 Geberteile und Metall als Material mit hohem Wärmeleitvermögen für die äusseren Geberteile vorgeschlagen wird. Weitere Vorteile eines Kunststoffbalges, insbesondere aus Azetalkunststoff sind dessen hohe Ermattungshaltefestigkeit und dessen gute Federeigenschaften.

In Fig. 2 wird ein abgeänderter Geber zur Fernsteuerung gezeigt. Hierbei hegt eine Übereinstimmung mit der in Fig. 1 gezeigten Ausführung vor, abgesehen davon, dass der Kolben 6 fehlt und das Loch 14 in verkleinerter Form das eine Ende eines Kapillarrohres 7 beherbergt, das sich in den Boden 16 des ausführenden Elementes II hinein erstreckt. Das Kapillarrohr 7 ist dichtend in die Scheibe 5 bzw. den Gefässboden 16 eingesetzt, beispielsweise durch Festschweissen. Der Balg 3' 5 des Gebergefässes besitzt jedoch in diesem Falle anstelle eines Kolbens eine Flüssigkeits- oder Gasfüllung 18, beispielsweise Silikonöl.

Das Gefass 8 des ausführenden Elementes II und auch dessen Balg 9 sowie die Scheibe 10 und der Kolben 11 besitzen io vorzugsweise die gleiche Ausführung wie ein im Zusammenhang mit Fig. 1 gezeigt und beschriebener Geber.

Bei Volumenänderungen in der Wachsmischung 2' wird der Balg 3' im Geber I beeinflusst, so dass er zusammengedrückt oder verlängert wird. Diese Veränderung wird über die 15 Füllung 18 und das Kapillarrohr 7 auf das ausführende Element II übertragen. Auf diese Weise wird ein Zusammendrücken bzw. eine Verlängerung des Balges im ausführenden Element beim Zusammendrücken bzw. Verlängern des Balges 3' im Geber erhalten. Die Bewegungen des Balges 9 werden 2o 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 thermostatischen 25 Gebers gemäss der Erfindung in Bezug auf Hublänge und geringe Hysterese gegenüber sowohl konventionellen flüssig-keits- als auch wachsgefüllten thermostatischen Gebern. Vorzugsweise wird eine solche Wachsmischung zu einem erfin-dungsgemässen Geber gewählt, dass der Schmelzpunkt der 30 Mischung zwischen + 6 °C und + 28 °C liegt, so dass die durch das Schmelzen herbeigeführte besondere Volumenver-grösserung einen besonderen Ausschlag auf die Hublänge des Kolbens zeitigt. Natürlich kann man durch die Wahl der Zusammensetzung der Wachsmischung einen Schmelzpunkt auf 35 beinahe jeder gewünschten Temperaturebene erhalten und auch weite Intervalle zwischen den geänderten Aggregatzuständen der Mischung, d.h. des Überganges von festerem zu halbflüssigem und weiter zu leichtflüssigem Zustand.

Die in der Zeichnung gezeigten Ausführungsformen sind 40 nur als nicht begrenzende Beispiele anzusehen.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims

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PATENTANSPRÜCHE Saugquelle angebracht werden, dass der Balg und die Scheibe

1. Thermostatischer Geber, insbesondere für temperato- alsdann in das Gefass eingeführt werden, worauf der Kragen regulierende Ventile oder zum Beeinflussen solcher durch (12) des Gefasses um die Scheibe (5,10) durch Umbördeln zuFernsteuerung, beispielsweise Heizkörperventile, mit einem sammengepresst wird zum Erzielen eines hermetischen Ver-im wesentlichen unelastischen Gefäss mit einem komprimier- 5 schlusses des Raumes zwischen Balgaussenseite und Gefass, baren Balg und ferner mit einem Kolben zum Ausführen ei- worauf ein Expandieren des Balges gestattet wird.

ner Regelbewegung, wobei der Raum zwischen Gefass und

Balg hermetisch geschlossen oder über eine Rohrleitung mit

einem zweiten Balg verbunden und mit einem Medium mit gutem Wärmeausdehnungskoeffizienten gefüllt ist, dadurch io Vorliegende Erfindung betrifft einen thermostatischen gekennzeichnet, dass das Medium (2) Wachs oder eine Geber der in dem Oberbegriff von Anspruch 1 näher angege-

Wachsmischung ist und dass der Balg aus Kunststoff besteht. benen Art. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur
2. Thermostatischer Geber nach Anspruch 1, dadurch ge- Herstellung eines thermostatischen Gebers gemäss Ankennzeichnet, dass der Kolben (6,11) als gerade zylindrische sprach 1.

Stange ausgebildet ist, deren im Gefass (1,8) gelegenes Ende is Derartige Geber sind in erster Linie vorgesehen für tempe-sich am Boden (15,19) des Balges (3,9) abstützt, dass der Bo- raturregulierende Ventile, beispielsweise Heizkörperventile, den (16,14) des Gefasses im Abstand vom Balgboden ange- Eine Vielzahl verschiedener Ausführungen von thermo-ordnet ist, und dass das Innere des Balges (3,9) mit der statischen Gebern ist bereits bekannt, u.a. Geber mit Gasfül-Atmosphäre über ein den Kolben (6,11) mit Spiel umgeben- lung, Flüssigkeitsfüllung und wachsähnlicher Füllung Verdes Loch (14) in einer Scheibe (5,10) kommuniziert. 20 schiedener Zusammensetzungen.
3. Thermostatischer Geber nach Anspruch 1 oder 2, da- Die mit Gas und Flüssigkeit gefüllten Geber enthalten durch gekennzeichnet, dass der Schmelzpunkt des Wachses Stoffe, wie Äthyläther, Azeton und dergleichen und sind oder der Wachsmischung zwischen + 6° C und + 28° C liegt, zwecks Dichthalten völlig aus Metallteilen herzustellen, die welche Temperaturen vorzugsweise die Schwelle zwischen zusammengelötet werden. Dies ist eine sehr schwierige Proze-festerem und halbflüssigem bzw. halbflüssigem und leichtflüs- 25 dur, welche die Herstellung wesentlich verteuert und trotzdem sigem Aggregatzustand sind. ist das Resultat ein Produkt, das störungsanfallig ist und eine
4. Thermostatischer Geber nach einem der Ansprüche begrenzte Lebensdauer hat. Abgesehen hiervon ist die Han-1-3, dadurch gekennzeichnet, dass der Balg (3,9) aus Azetal- tierung mit den meisten in Frage kommenden Gasen und kunststoff besteht und vorzugsweise durch Formblasen gebil- Flüssigkeiten mit hygienischen Problemen und teilweise sogar det ist. 30 Gesundheitsrisiken verbunden. Die gasgefüllten Geber liefern
5. Thermostatischer Geber nach einem der Ansprüche ausserdem eine geringe Stellkraft und einen kurzen Hub. Der 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gefäss (1,8) aus Me- letztere ist auch eine kennzeichnende Schwäche für die flüssig-tall besteht und eine Becherform besitzt wobei die freie Ge- keitsgefüllten Geber.

fässkante (12) ausgekragt und um eine ringförmige Dichtung Geber mit Wachsfüllungen irgendwelcher Art ergeben bei

(4), und um den Rand des Balges (3,9) sowie die Scheibe (5, 35 grosser Schlaglänge/ °C eine allzu grosse Hysterese auf Grund

10) umgebördelt ist, wobei diese Scheibe (5) das zentrale Loch grosser konstruktionsbedingter innerer Friktion. Ein solcher

(14) zur Durchführung des Kolbens (6) aufweist. bekannter Geber mit Wachsfüllung besitzt ein kleines und
6. Thermostatischer Geber nach einem der Ansprüche kurzes unealstisches Metallgefäss, dessen Kanten zunächst 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Balg (3') in ei- ausgekragt sind, um auf diese Weise um eine Gummimem-nem zweiten becherförmigen Gefäss (1 ') aus Metall angeord- 40 brane herum zu spannen, welche eine Wachsfüllung im Ge-net ist, dass die Rohrleitung (7') mit dem Innern des zweiten fäss abschirmt, im Anschluss woran genannte Kanten um den Balges (3') in Durchflussverbindung steht und der zweite Balg Flansch eines rohrähnlichen Körpers greifen, der einen Kol-(3') aus Azetalkunststoff besteht und vorzugsweise durch ben in seinem freien äusseren Ende besitzt, zwischen welchem Formblasen gebildet ist. Kolben und der Membrane ein loser Gummipfropfen ange-
7. Thermostatischer Geber nach Anspruch 6, dadurch ge- 4S ordnet ist, um thermostatische Bewegungen der Wachsfüllun-kennzeichnet, dass das Innere des zweiten Balges (3') mit einer gen von der Membrane auf den Kolben zu übertragen. Dies Flüssigkeit oder einem Gas gefüllt ist, beispielsweise Silikon- ist eine komplizierte Konstruktion, die störungsanfallig und -öl, und die Rohrleitung (7') ein Kapillarrohr ist. wie natürlich alle anderen bekannten Geberkonstruktionen -
8. Verfahren zur Herstellung eines thermostatischen Ge- aufwendig in der Herstellung ist.

bers gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der 50 In Bezug auf die Anwendbarkeit lässt sich sagen, dass die

Balg (3,9) komprimiert wird zum Auspressen jeglicher Luft gas- und flüssigkeitsgefüllten Geber direkt auf einem zu be-

zwischen dessen äusseren Falten, worauf er in das bis zu einflussenden Ventil montierbar sind, sich aber auch für leichtflüssigem Aggregatzustand erwärmte Wachs oder die Fernsteuerung über ein Kapillarrohr eignen. Die vorbekann-

Wachsmischung eingetaucht wird, und dass das Gefäss (1,8) ten wachsgefüllten Geber eignen sich nicht zur Fernsteuerung nach Einbringen des Balges und des Wachses oder der Wachs- 55 und können ausschliesslich direkt auf einem Ventil ange-

mischung hermetisch geschlossen wird im Hinblick auf den bracht werden.

Raum zwischen der Balgaussenseite und dem Gefäss, das den Die Funktionserfordernisse, die ein guter Geber heute erwachs enthält. füllen soll, sind folgende: Grosse Hublänge/ °C im betreffen-
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, den Temperaturregelbereich, grosse Stellkraft, niedrige Hy-dass das freie Ende (13) des Balges (3,9) an eine Saugquelle 60 sterese, geringe Totzeit, d.h. die Zeit vom Eintritt einer Tem-zum Komprimieren des Balges angeschlossen wird, worauf peraturveränderung bis zum Reagieren des Gebers auf die ge-der Balg vibriert wird zum schnellen Entfernen von mögli- änderte Temperatur, geeignete Zeitkonstante, d.h. die Zeit cherweise anhaftenden Luftblasen. vom Reagieren des Gebers auf die geänderte Temperatur bis
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, zur Einstellung auf beispielsweise 63% des Endwertes, was dass das Gefäss (1) mit dem Wachs oder der Wachsmischung 65 bei Heizkörperventilen gewöhnlich 20-30 Minuten beträgt, in leichtflüssigem Zustand gefüllt wird, dass der Balg (3,9) einen geeigneten Regelbereich, der bei Heizkörperventilen und die Metallringscheibe (5) zum Verschliessen des offenen beispielsweise zwischen 8 und 26 °C Hegt und prinzipielle An-Gefässendes (12) auf einem Dorn mit Hilfe der genannten wendbarkeit zur Fernsteuerung.

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Ausser diesen aufgezählten Funktionserfordernissen werden auch Herstellungserfordernisse aufgestellt, wie z.B. Herstellungsmethoden, die eine einfache, billige und schnelle Massenproduktion sowie Anwendung von aus hygienischer oder Gesundheitssicht ungefährlichen Komponenten gestatten.

Die vorbekannten Geber erfüllen diese Erfordernisse nicht in Kombination.