DE1000620B - Stabtemperaturfuehler mit metallischem Ausdehnungskoerper - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sidh auf einen Stabtemperaturfühler mit metallischem Ausdehnungskörper, welcher insbesondere für Temperaturregler bestimmt ist. Bei einem Stabtemperaturfühler dient als Ausdehnungskörper ein Dehnungsrohr oder ein Dehnungsstab, dessen eines Ende· ortsfest eingespannt ist. Im allgemeinen wird als Meßglied ein an einem Ende eingespanntes Rohir mit hoher thermischer Ausdehnung verwendet, welches einen mit dem freien Rohrende verbundenen Stab mit niedriger thermischer Ausdehinung umgibt. Bei Tempera tu rschwarikungen verschiebt sich das freie Ende des Stabes relativ zu diem eingespannten Ende des Dehnungsrohires. Diese Verschiebungen können zur Betätigung von¹ Reglern oder von Steuer- oder Anzeigeeinrichtungen benutzt werden.

Die bekannten Temperaturfühler dieser Art haben den Nachteil, daß eine Eichung des Gerätes in einem gasförmigen Medium andere Skalenwerte ergibt als eine Eichung in einem flüssigen Medium. Dieser Mangel macht sich vor allem bei kürzeren Baulängenbemerkbar. Durch die Erfindung wird bezweckt, diesen Nachteil zu beseitigen oder jedenfalls weitgehend zu beheben.

Es sind bereits Temperaturfühler mit Isolierungen bekannt, jedoch bandelt es sidh hierbei um Fühler, die mit elektrischen Einrichtungen wie Schaltern, Kontakteinrichtungen od. dgl. zusammenarbeiten. So ist es bekannt, an dem metallischen Kopf eines Temperaturfühlerrohres ein Gehäuse aus Isoliermasse zu befestigen, in welchem die elektrische Einrichtung untergebracht ist. Die Isolierung dient aber in diesem Fall nicht als Wärmeisolierung, sondern als elektrische Isolierung. In ähnlichen Einrichtungen sind: auch Bimetall fühler in Verbindung mit Isolierstoffen bekanntgeworden.

Ferner wurde vorgeschlagen, einen Temperaturfühler mit einem wärmeempfindlichen Körper aus festem Kunststoff herzustellen:. Hierbei wird praktisch nur von der hohen Dehnfähigkeit des verwendeten Kunststoffes Gebrauch gemacht, während die geringe Wärmeleitfähigkeit des Kunststoffes keine RoUe spielt, ja sogar unter Umständen als nachteilig angesehen wird.

Demgegenüber handelt es sidh bei dem Gegenstand der Erfindung um einen Temperaturfühler mit eimern metallischen Ausdehnungskörper, bei dem eine Aufgabe zu lösen ist, die bei den bekannten Einrichtungen nicht vorliegt und auch nicht gestellt ist. Beispielsweise kommen Wärmefühler mit Kunststoffausdehnungskörpern nur für.relativ niedrige Temperaturen in Frage, wobei auf absolute Konstanz der Messung weniger Wert gelegt wird. Dies trifft auch für bekannte Temperaturfühler zu, bei denen¹ lediglich am Gehäuse eine Wärmeisolierung vorgesehen ist.

Stabtemperaturfühler mit metallischem Ausdehnungskörper

Anmelder:

Samson Apparatebau-Aktien-Gesellschaftr Frankfurt/M.,. Schielestr. 11—13

Gerhard Klee, Frankfurt/M.,
ist als Erfinder genannt worden

Um die eingangs gestellte Aufgabe, nämlich die Vermeidung verschiedener Werte der Eichung für gasförmige und flüssige Medien, im befriedigender Weise zu lösen, geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, daß die Ursache für diesen Mangel im wesentlichen' in> den verschiedenen Wärmeableitungsverhältnissen zu suchen ist, denen ein Stabtemperatarfühler im einen/ oder anderen Falle ausgesetzt wird. Die von einer Flüssigkeit auf das- äußere Dehnungsrohr übertragene Wärmemenge ist größer als die aus einem Gas in die gleiche Rofaroberfläche eintretende Wärmemenge. Der Wärmeübergang- von dem Dehnungsrohr auf den. im Innern desselben befindlichen' Stab geschieht teils· durch Strahlung, teils· durch Leitung über die zwischen, beiden Teilen, befindliche Luftschicht. Da dier Stab praktisch, zwar nur in geringem Maße, aber doch nicht vernachlässigbar, an den Ausdehnungen teil hat, muß er zur Erreichung des Gleichgewichtszustandes· jedenfalls eine konstante Temperatur annehmen. Diese Temperatur richtet sich danach/, wieviel Wärme dem Stab zugeführt wird und wieviel er selbst abführt. Das gleiche gilt für das Dehnungsrohr, welches diejenige Temperatur annehmen wird, für welche diie Wärmezufuhr aus dem zu messenden Medium gleich ist der Wärmeabfuhr insbesondere über der Einspannstelle.

Taucht der Fühler nun in eine Flüssigkeit, so führt diese dem Rdbr im allgemeinen so viel Wärme zu, daß die abgeführte Wärme praktisch keine Rolle spielt. Das Rohr wird also im ganzen- die Temperatur der zu messenden Flüssigkeit annehmen. Bei der Messung von Gasen-, wie z. B. Luft, entsteht dagegen durch die Abführung der Wärme, vor allem an der Einspann^-

stelle, ein. merkliches Temperaturgefälle, weil in diesem FaW die Wärmeabfuhr in die Größenordnung der Wärmezufuhr kommt. Infolgedessen' hat das· Gerät in der Nähe der Einspannstelle nicht die Temperatur des zu messenden Mediums, wodurch wiederum eine andere Gesamtlänge bedingt ist.

Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß in dem Ausdehnungskörper und vorzugsweise auch in dem Vergleichsstab oder -rohr wenigstens eine der Wärmeabfuhr einen erhöhten Widerstand¹ darbietende Zone eingeschaltet ist. Diese Zonen können z. B. aus schlecht wärmeleitendem Material· bestehen. Gemäß einer besonders einfachen Ausführungsform der Erfindung können diese Zonen, aber auch aus Körperabschnitten mit verringertem Querschnitt bestehen, wobei z. B. die Wandstärke des Rohres bzw. die Stärke des Stabes in der Wideirstandszone durch Eindrehungen, Einschnürungen od. dgl. vermindert ist. Erfindungsgemäß ist also die Isolierung in das Dehnungsrohr bzw. in den Stab selbst eingeschaltet.

Die Erfindung kann vorteilhaft auch bei einem Stabtemperatarfühler angewendet werden, dessen Dehnungsrohr einen der EinspannsteHle zugewandten Teil von geringer Wärmedehnung hat. Die der Wärmeabfuhr einen erhöhten Widerstand darbietende Zone wird hierbei zweckmäßig zwischen- diesen beiden Teilen des Dehnungsrohres angeordnet.

In der Zeichnung¹ ist die Erfindung in einer Ausführungsform beispielsweise veranschaulicht.

Fig. ι zeigt in einem schematischen. Schnitt einen Temperaturfühfer gemäß der Erfindung, und

Fig. 2 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung der Temperaturverteiilunig am· Fühlirohr.

Das metallische Dehnungsrohr des Temperaturfühlers besteht aus einem Teil 1, dessen Material einen hohen Ausdehnungskoeffizienten hat, und· aus· einem Teil 2, dessen Material eine geringe Wärmedehnungszahl hat. Aus dem gleichen Material mit geringer Wärmedehnung wie der Röhrteil 2 besteht auch der konzentrisch im Innern des Rohres 1, 2 angeordnete Stab 3.

Der Rohrteiil 2 ist an der Einspannstelle 4 fest mit einer Grundplatte 5 verbunden, während: der freie Rohrteil 1 am Boden 6 des Rohres mit dem unteren Ende des Stabes 3 verbunden ist. Das Fühlrohr taucht in ein flüssiges oder gasförmiges Medium, dessen Wärme auf das Rohr übergeht. Bei einer Erhöhung der Temperatur tritt eine Längendehnung des^ Rohirteiles 1 ein, die über den Stab 3 auf ein Meß- oder Steuerorgan übertragen wird.

Zwischen den Rohrteilen 1 und 2 ist der Querschnitt des Rohres durch einen Einstich 7 in die Rohrwandung derart vermindert, daß die Wärmeabfuhr aus· dem Rohrteil 1 über den Rohirteil 2 und die Einspannstelle 4 in die Grundplatte 5 wesentlich verringert wird. Ebentso ist der Querschnitt des Stabes; 3 durch einen in gleicher Höhe wie der Rohreinstich 7 liegenden Einstich 8 derart reduziert, daß auch der Wärmeabfluß aus dem unteren Stababschntitt 3 in den oberen Stababschnitt 3' entsprechend gestaut wird.

Die Wirkung dieser erfindungsgemäß getroffenen Maßnahmen wird durch das in· Fig. 2 dargestellte Diagramm veranschaulicht, welches die Temperaturverteilung der Temperatur T längs der Länge· L des. Fühlrohres darstellt. Die Kurve α zeigt qualitativ die Temperaturverteiilunig in einem (nicht dargestellten) Fühlrohr bekannter Art ohne die Mittel zur Wärmestauung, während die Kurve b den Temperaturverlauf in dem dargestellten Dehnungsrohr gemäß der Erfindung andeutet, in welchem durch den Einstich 7 eine Zone geschaffen ist, welche der Wärmeabfuhr aus dem aktiven Rohrteil 1 einen erhöhten Widerstand ■ dar bietet. Wie die Kurve b erkennen läßt, wird auf diese Weise da sonst im der Nähe der kritischen Stelle vorhandene Temperaturgefälle wesentlich abgeschwächt, so· d'aß der bisher durch die verschiedenen Verhältnisse hinsichtlich der Wärmezu- und -abfuhr verursachte Fehler beseitigt ist.

Die DehnungsSchwankungen des Fühlers werden gemäß dem Ausführunigsbeispiel von dem Stab 3, 3' über eine zur Sollwerteinstellung dienende Schraube 9 auf einen Hebel 10 übertragen, der bei 11 drehbar auf der Grundplatte 5 gelagert ist. Mit seinem freien Ende deckt der Hebel 10 je nach seinem von der Temperatur des gemessenen Mediums abhängigen Ausschlag eine Düse 12 mehr oder weniger stark ab. Der Düse 12 strömt bei 13 über eine Vordrossel 14 Preßluft mit konstantem Druck zu. Je nach dem Öffnungsverhältnis der Vordrossel 14 und der Auslaßdüse 12 stellt sich zwischen diesen beiden Stellen, ein Teildruck ein, der über eine Rohrleitung 15 beispielsweise einem Membranventil bekannter Art zugeleitet wird. Dieses Ventil bildet durch seine Stellungen den wechselnden Teildruck ab und läßt demgemäß mehr oder weniger Wärmeenergie in eine Regeilstrecke eintreten, in die der Temperaturfühler eingebaut ist. Auf diese Weise wird die gewünschte Temperaturregelung erzielt.

Es sei noch· bemerkt, daß die Temperaturverteilungskurve des Stabes 3, 3' einen ähnlichen Charakter wie die Kurve b des Diagramms nach Fig. 2 hat. Entsprechend erhält man einen Temperaturverlauf bei abweichend vom Ausführungsbeispiel ausgebildetem Temperaturfühlern mit festen Ausdehnungskörpern, wenn bei denselben die Erfindung analog angewendet wird. Die Ausbildung eines Fühlers mit Widerstamdszonen aus eingeschaltetem, schlecht wärmeleitendem Material am Stelle der Einstiche 7 bzw. 8 ergibt sich nach dem Vorangegangenen von selbst. Im übrigen beschränkt, sich· die Erfindung auch hinsichtlich der konstruktiven Ausbildung und der Anwendung des Temperaturfühlers keineswegs auf das beschriebene und dargestellte Ausführungsbeispiel, sondern, sie umfaßt alle Varianten im Rahmen des wesentlichen Erfindungsgedankens .

Claims (6)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Stabtemperatur fühler mit metallischem Ausdehnungskörper, dadurch gekennzeichnet, daß in dem AusdehnungskÖTper und^:. vorzugsweise auch in dem Vergleicibsstab oder -rohr wenigstens eine der Wärmeabfuhr einen erhöhten Widerstand darbietende Zone eingeschaltet ist.

2. Stabtemperaturfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der Wärmeabfuhr einen, erhöhten Widerstand darbietenden Zonen aus Körperabschnittem mit verringertem Querschnitt bestehen.

3. Stabtemperaturfühler nach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke des Rohres bzw. die Stärke des Stabes in der Widerstandszone durdhi Eindrehungen, Einschnürungen od. dig'l. vermindert ist. _c

4. Stabtemperaturfühler nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsverminderungen beider Teile in der gleichen Höhe liegen.

5. Stabtemperaturfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der Wärmeabfuhr

einen erhöhten Widerstand darbietendem' Zonen- aus schlecht wärmeleitendem Material bestehen;.

6. S tabtamperatur fühler nach Anspruch i, 2 oder 5 mit einem Dehnungsrohr, welches einen, der Eimspamnstelle zugewandten: Teil von. geringer Wärmedehnung hat, dadurch; giekennzeichnet, daß die der Wärmeabfuhr einen erhöhten- Widerstand

darbietende Zone zwischen¹
teilen angeordnet ist.

diesen beiden Rohr-

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 86o 562,, 758 347, 465;

schweizerische Patentschrift Nr. 188 972.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen