DE10047160A1 - Thermostatvorrichtung mit verminderter Hysterese - Google Patents

Abstract

Thermostatvorrichtung mit einer erhöhten Empfindlichkeit, beispielsweise zur Regelung einer Temperatur in einem Kühlschrank mit verminderter Hysterese. Die Ausdehnung eines Gases in einer thermischen expansiven Vorrichtung wird verwendet, um eine Luftklappe für eine Kaltluftzufuhr zu öffnen. Um die Temperaturhysterese, d. h. die Temperaturunterschiede im Kühlfach während des Regelungsvorgangs, zu vermindern, wird die Öffnung der Luftklappe durch eine Empfindlichkeitserhöhungskraft unterstützt, die beispielsweise durch eine Omegafeder bereitgestellt wird. Dabei wird die Omegafeder so angeordnet, dass zu verschiedenen Öffnungsgraden der Luftklappe unterschiedliche Empfindlichkeitserhöhungskräfte wirken, wodurch die Empfindlichkeit der Vorrichtung auf Temperaturschwankungen erhöht werden kann und somit eine Temperaturhysterese im Inneren des Kühlfachs vermindert werden kann.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Thermostatvorrichtung, wie sie beispielsweise zum Regeln einer Temperatur in einem Kühlschrank verwendet wird.

Eine Kühlvorrichtung, z. B. ein Kühlschrank oder ein Kühlraum etwa für die Aufbewahrung verderblicher Lebensmittel, wird normalerweise mittels einer Thermostatvorrichtung auf einer bestimmten, niedrigen Temperatur gehalten. Dazu kann beispielsweise ein Thermostatschalter mit einem Temperaturfühler im Inneren der Kühlvorrichtung angeordnet sein, der durch ein Öffnen und Schließen einer Kaltluftzufuhrklappe die Temperatur in der Kühlkammer regelt. Bei einem Temperaturanstieg wird die Kaltluftzufuhrklappe geöffnet, und die Kühlkammer wird durch einströmende Kaltluft abgekühlt. Nach einer ausreichenden Abkühlung schließt der Thermostat die Kaltluftzufuhrklappe, so dass keine weitere Kaltluft einströmen kann. Wenn die Temperatur wieder um einen bestimmten Betrag angestiegen ist, wird der Thermostat erneut die Kaltluftzufuhrklappe öffnen. Bei einer solchen Regelung der Temperatur ergibt sich eine bestimmte, zyklische Temperaturschwankung in der Kühlvorrichtung.

Fig. 6 zeigt einen Kühlschrank, der aus einer Kühlkammer 10 und einer Gefrierkammer 20 besteht. Ein Kühlkreislauf 30, beispielsweise bestehend aus einem Kompressor, Kondensor und Evaporator erzeugt beispielsweise durch ein Gebläse 31 oder durch Konvektion Kaltluft. Wie dies in der Fig. 1 durch Pfeile angedeutet ist, wird ein Teil der Kaltluft im Gefrierfach umgewälzt, während ein Teil der Kaltluft in das Kühlfach abgezweigt wird. Ein Thermostatschalter 40 steuert dabei die in das Kühlfach einströmende Kaltluftmenge. Je nach Temperatur im Kühlfach öffnet oder schließt der Thermostatschalter eine Luftklappe 41. Falls die Temperatur im Kühlfach ansteigt, erlaubt der Thermostat durch ein Öffnen der Luftklappe 41 eine verstärkte Kaltluftzufuhr im Kühlfach; bei einem Absinken der Temperatur im Kühlfach wird dagegen die Luftzufuhr durch ein Schließen der Kaltluftzufuhrklappe 41 beschränkt.

Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform eines Thermostatschalters 40, wie er für einen mit Bezug auf Fig. 6 beschriebenen Kühlschrank verwendet werden kann. Ein Druckgeberelement 50 mit einem Temperaturfühlabschnitt 51 ist im Kühlfach des Kühlschranks angeordnet. Das Druckgeberelement kann beispielsweise mit einem Gas gefüllt sein. Je nach Temperatur im Kühlfach des Kühlschranks wird sich das Gas im Druckgeberelement ausdehnen, bzw. zusammenziehen und einen Stellkopf 52 des Druckgeberelements in vertikaler Richtung bewegen. Bei einer Ausdehnung des Gases bei einem Temperaturanstieg im Kühlfach wird sich der Stellkopf 52 in Richtung des Pfeils 153 nach oben bewegen; bei einem Temperaturabfall im Kühlfach wird sich durch eine Kontraktion des Gases im Druckgeberelement der Stellkopf 52 wieder nach unten bewegen, entgegengesetzt zur Richtung des Pfeils 153.

Weiter ist in Fig. 7 eine Hebelarmvorrichtung 60 gezeigt, die an einem Drehpunkt 61 drehbar gelagert ist. Ein Hebelarm 62 der Hebelvorrichtung liegt an dem Stellkopf 52 des Druckgeberelements 50 an. An einem zweiten Hebelarm 63 der Hebelvorrichtung ist eine Luftklappe 64 befestigt, die ein Kaltluftzufuhrrohr 70 abdeckt.

Wie in Fig. 7 mit gestrichelten Linien dargestellt, ist bei einer Ausdehnung des Druckgeberelements die Hebelvorrichtung um den Drehpunkt im Uhrzeigersinn in Richtung des Pfeils 153 gedreht, und die Luftklappe 64 ist geöffnet. Demzufolge kann Kaltluft in das Kühlfach des Kühlschranks strömen, und die Temperatur im Kühlfach sinkt aufgrund der Kaltluftzufuhr ab. Damit dreht sich die Hebelvorrichtung um den Drehpunkt gegen den Uhrzeigersinn, was ein Schließen der Luftklappe 64 zur Folge hat.

Eine Federkraft einer bereitgestellten. Vorspannfeder 80 bewirkt, dass die Luftklappe 64 immer in eine Schließposition zurückkehrt, wenn sich das Druckgeberelement aufgrund eines Temperaturabfalls zusammenzieht.

Um die Luftklappe 64 von einer geschlossenen Position in eine offene Position zu überführen, ist ein bestimmter Temperaturanstieg notwendig. Nach dem Öffnen der Klappe 64 sinkt durch die Kaltluftzufuhr im Kühlfach die Temperatur, und die Luftklappe schließt sich. Durch diesen zyklischen Ablauf wird die Temperatur im Kühlfach mit einer bestimmten Temperaturschwankung bzw. Temperaturhysterese geregelt.

Diese Temperaturschwankung ist jedoch so groß, dass sie sich nachteilig auf die im Kühlfach gelagerten Produkte auswirken kann. Es ist daher wünschenswert, dass die Temperaturschwankungen im Inneren des Kühlschrankes so gering wie möglich gehalten werden.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Thermostatvorrichtung bereitzustellen, die bei einer Temperaturregelung eine verkleinerte Temperaturhysterese aufweist.

Diese Aufgabe der Erfindung wird durch eine Thermostatvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Thermostatvorrichtung nach der Erfindung umfasst eine drehbar gelagerte Hebelvorrichtung, einen Steller, der mit der Hebelvorrichtung verbunden ist, eine Vorspannvorrichtung, die ein Vorspannmoment bereitstellt, das den Steller in Richtung einer ersten Stellung drückt, eine thermisch expansive Vorrichtung, die zwischen dem Gehäuse und der Hebelvorrichtung befestigt ist, und durch ein Ausdehnungsmoment den Steller von der ersten Stellung in eine zweite Stellung bewegen kann, und eine Vorrichtung zur Empfindlichkeitserhöhung, die mit der Hebelvorrichtung verbunden ist, und die ein Empfindlichkeitserhöhungsmoment bereitstellt, das in der ersten Stellung und der zweiten Stellung unterschiedliche Werte aufweist, wobei die Summe des Empfindlichkeitserhöhungsmoments und des Ausdehnungsmoments in jeder Stellung des Stellers kleiner als das Vorspannmoment ist.

Die Vorrichtung zur Empfindlichkeitserhöhung erlaubt, die Temperaturschwankungen bei einem Temperaturregelungsvorgang, beispielsweise in einem Kühlschrank, zu verringern. In Übereinstimmung mit der Erfindung wirkt an der Hebelvorrichtung durch die Vorrichtung zur Empfindlichkeitserhöhung zusätzlich zu dem durch die durch eine Temperaturänderung hervorgerufenen Ausdehnungsmoment der thermisch expansiven Vorrichtung ein in unterschiedlichen Stellungen des Stellers unterschiedliches Empfindlichkeitserhöhungsmoment, wobei jedoch die Summe des Empfindlichkeitserhöhungsmoments und des Ausdehnungsmoments der thermisch expansiven Vorrichtung immer kleiner als das Vorspannmoment der Vorspannvorrichtung ist, so dass ein plötzliches Schalten des Stellers, d. h. ein Schnappbetriebzustand des Stellers, vermieden wird.

Die Erfindung erlaubt vorteilhaft eine Verringerung einer Druckdifferenz, die notwendig ist, um den Steller von einer geschlossenen Stellung in eine geöffnete Stellung zu überführen. Mit einer Verminderung dieser Druckdifferenz wird auch die Temperaturdifferenz geringer, die für einen Übergang von der geschlossenen in die geöffnete Stellung des Stellers notwendig ist. Diese verminderte Temperaturdifferenz entspricht einer verringerten Hysterese der Temperaturregelung, beispielsweise in einem Kühlfach eines Kühlschranks.

Dabei kann vorteilhaft die erste Stellung des Stellers einer geschlossenen Stellung einer Kaltluftzufuhrklappe entsprechen, die zweite Stellung des Stellers einer offenen Stellung der Kaltluftzufuhrklappe entsprechen und das Empfindlichkeitserhöhungsmoment in Richtung der zweiten Stellung wirken und in der ersten Stellung des Stellers kleiner als in einer der zweiten Stellung näheren Stellung sein.

Weiter kann vorteilhaft das Empfindlichkeitserhöhungsmoment in Richtung der ersten Stellung wirken und in der zweiten Stellung des Stellers kleiner als in einer der ersten Stellung näheren Stellung sein. Somit kann das Empfindlichkeitserhöhungsmoment, obwohl es dem Ausdehnungsmoment entgegenwirkt, die Empfindlichkeit der Vorrichtung erhöhen.

Weiter kann in der ersten Stellung des Stellers das Empfindlichkeitserhöhungsmoment im wesentlichen 0 sein, und in der zweiten Stellung des Stellers größer als 0 sein. Falls beispielsweise die erste Stellung des Stellers einer geschlossenen Stellung einer Kaltluftzufuhrklappe entspricht, wird dann kein Empfindlichkeitserhöhungsmoment wirken, so dass die Klappe durch die Vorspannkraft fest in der geschlossenen Stellung gehalten wird. Wenn zudem die zweite Stellung des Stellers einer geöffneten Stellung der Luftklappe entspricht, wird in diesem Fall der Öffnungsvorgang bzw. der Öffnungsgrad der Luftklappe durch das Empfindlichkeitserhöhungsmoment verstärkt, bzw. vergrößert.

In einer Stellung des Stellers kann das Empfindlichkeitserhöhungsmoment kleiner als 0 sein, um beispielsweise in einer geschlossenen Stellung des Stellers eine Schließkraft durch die Vorspannvorrichtung zu verstärken.

Auf vorteilhafte Weise kann die Vorrichtung zur Empfindlichkeitserhöhung durch eine Federvorrichtung gebildet werden, die zwischen einem Gehäuse und der Hebelvorrichtung angeordnet ist. Dabei kann die Federvorrichtung so angeordnet sein, dass in der ersten Stellung des Stellers die Federkraft der Federvorrichtung in Richtung des Drehpunkts der Hebelvorrichtung wirkt und in der zweiten Stellung des Stellers die Federkraft eine Rotationsbewegung der Hebelvorrichtung unterstützt, um den Steller von der ersten Stellung in die zweite Stellung zu bewegen.

Die Federvorrichtung kann vorteilhaft eine Omegafeder einschließen.

Weiter kann die Vorrichtung zur Empfindlichkeitserhöhung durch ein Gewicht gebildet werden, das an einem Arm der Hebelvorrichtung befestigt ist. Dieser Arm der Hebelvorrichtung kann vorteilhaft so angeordnet sein, dass sich das Gewicht in der ersten Stellung des Stellers über dem Drehpunkt der Hebelvorrichtung befindet, und in der zweiten Stellung des Stellers sich das Gewicht auf einer Seite des Drehpunkts befindet, so dass die Schwerkraft des Gewichts eine Rotationsbewegung der Hebelvorrichtung zum Öffnen des Stellers unterstützt.

In einer dritten Stellung kann das Gewicht sich auf der anderen Seite des Drehpunkts befinden, so dass die Schwerkraft des Gewichts eine Rotationsbewegung der Hebelvorrichtung zum Öffnen des Stellers entgegenwirkt. Dies kann zu einem luftdichten Verschließen einer Kaltluftzufuhrklappe in einer geschlossenen Stellung herangezogen werden.

Weitere, vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus weiteren, abhängigen Ansprüchen.

Die Beschreibung wird durch Zeichnungen 1-7 begleitet, in denen:

Fig. 1 eine Thermostatvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bei einer niedrigen Temperatur zeigt;

Fig. 2 die Thermostatvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 bei einer erhöhten Temperatur zeigt;

Fig. 3 eine Thermostatvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung bei einer niedrigen Temperatur zeigt;

Fig. 4 die Thermostatvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel von Fig. 3 bei einer erhöhten Temperatur zeigt;

Fig. 5 ein Gasdruck/Öffnungsgrad-Diagramm einer Thermostatvorrichtung mit und ohne Vorrichtung zur Empfindlichkeitserhöhung zeigt;

Fig. 6 ein Kühlschrank mit Thermostatvorrichtung zeigt, und

Fig. 7 eine bekannte Thermostatvorrichtung zum Betätigen einer Kaltluftklappe zeigt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die Figuren beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine Thermostatvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Fig. 1 zeigt eine Thermostatvorrichtung mit einer thermisch expansiven Vorrichtung 50 einschließlich einer Temperaturabfühlvorrichtung 51 und einen Stellkopf 52. Die thermisch expansive Vorrichtung kann beispielsweise ein Druckgeberelement bzw. Balg enthalten, der gasgefüllt sein kann, so dass eine temperaturbedingte Ausdehnung des Gases innerhalb des Druckgeberelements ein Anheben des Stellkopfs 52 zur Folge hat. Entsprechend hat eine Abkühlung an der Temperaturabfühlvorrichtung 51 ein Zusammenziehen des enthaltenen Gases zur Folge, was ein Herabbewegen des Stellkopfs 52 bewirkt.

Alternativ könnte die thermisch expansive Vorrichtung auch einen gasgefüllten Zylinder und Kolben enthalten.

Weiter ist eine drehbar gelagerte Hebelvorrichtung 60 gezeigt, die beispielsweise an einem Drehpunkt 61 an einem Gehäuse der Thermostatvorrichtung angebracht ist. Ein erster Hebelarm 62 erstreckt sich vom Drehpunkt 61 bis oberhalb des Stellkopfs 52. An einem zweiten Arm 63 der Hebelvorrichtung ist eine Luftklappe 64 angebracht, mit der eine Kaltluftzufuhreinrichtung 70 geöffnet bzw. abgedeckt werden kann. Im gezeigten Beispiel wird eine Luftklappe verwendet; es könnte jedoch in weiteren Ausführungsbeispielen jede Art von Steller oder Ventilvorrichtung mit einer geeigneten Anlenkung verwendet werden.

Eine Vorspannvorrichtung 80, durch eine Feder gebildet, ist ebenfalls am zweiten Hebelarm 63 der Hebelvorrichtung 60 befestigt. Die Vorspannvorrichtung 80 erzeugt ein Drehmoment bzw. eine Kraft, die an der Hebelvorrichtung in Richtung des in Fig. 1 gezeigten Pfeils 181 wirkt. Diese Vorspannfeder ist insbesondere dazu vorgesehen, die Luftklappe 64 bei einem Temperaturabfall an der thermisch expansiven Vorrichtung wieder in Richtung eines geschlossenen Zustands zurückzubewegen.

Gemäß der Erfindung ist zwischen einem Hebelarm 64 der Hebelvorrichtung und beispielsweise der Gehäusewand der Thermostatvorrichtung eine Vorrichtung zur Empfindlichkeitserhöhung vorgesehen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird diese Vorrichtung zur Empfindlichkeitserhöhung durch eine Spiraldruckfeder 90 gebildet. Die Spiralfeder 90 ist dazu vorgesehen, die Bewegung der Hebelvorrichtung zur Überführung der Luftklappe von einer geschlossenen Stellung in eine geöffnete Stellung durch eine variable Empfindlichkeitserhöhungskraft bzw. ein Empfindlichkeitserhöhungsmoment zu unterstützen.

Fig. 1 zeigt eine Situation, bei der die Luftklappe 64 geschlossen ist, d. h. einen Fall, der einer niedrigen Temperatur entspricht. Die Spiralfeder 90 ist hier so zwischen dem Gehäuse und dem Hebelarm 64 angebracht, dass in diesem geschlossenen Zustand der Luftklappe eine Federdruckkraft, wie durch einen Pfeil 192 bezeichnet, im wesentlichen in Richtung des Drehpunktes 61 der Hebelvorrichtung 60 wirkt. In diesem Fall wird also keine Empfindlichkeitserhöhungskraft bzw. ein Empfindlichkeitserhöhungsmoment in Drehrichtung der Hebelvorrichtung vorliegen, die eine Öffnungsbewegung, d. h. eine Drehung des Hebelarms im Uhrzeigersinn unterstützt.

Diese Kraft der Federvorrichtung wird jedoch nur so lange in Richtung des Drehpunktes der Hebelvorrichtung wirken, solange die Luftklappe 64 sich in einer geschlossenen Stellung befindet. Sobald eine Temperaturerhöhung und somit eine Ausdehnung der thermisch expansiven Vorrichtung stattfindet, wird sich die Hebelarmvorrichtung im Uhrzeigersinn drehen, und die Federkraft wird eine in Richtung des Drehpunktes 61 der Hebelvorrichtung 61 gerichtete Komponente und eine in Drehrichtung der Hebelvorrichtung gerichtete Komponente bilden. Diese in Drehrichtung gerichtete Komponente bildet ein Empfindlichkeitserhöhungsmoment, das eine Öffnung der Luftklappe 64 unterstützt.

Ein solcher Fall einer geöffneten Luftklappe 64 bei einer erhöhten Temperatur ist in Fig. 2 gezeigt. In Fig. 2 ist das Ausführungsbeispiel aus Fig. 1 bei einer erhöhten Temperatur dargestellt. Aufgrund der Temperaturerhöhung hat sich das Gas in der thermisch expansiven Vorrichtung ausgedehnt und den ersten Hebelarm 62 nach oben bewegt. Durch die damit verbundene Drehung der Hebelvorrichtung 60 hat sich auf der anderen Seite des Drehpunktes 61 der dritte Arm 64 der Hebelvorrichtung abwärts bewegt. Somit wirkt die Federkraft der Spiralfeder 90 in einer Richtung, wie dies durch einen Pfeil 192 dargestellt ist. Aus dieser Kraftwirkung ergibt sich eine Kraftkomponente 193 in Richtung des Drehpunkts 61 der Hebelarmvorrichtung 60, wie durch einen Fall 193 bezeichnet. Des weiteren bildet sich eine Kraftkomponente, wie durch einen Fall 194 dargestellt, die senkrecht zum Hebelarm 64 wirkt, und somit eine Drehung der Hebelvorrichtung 60 zum Öffnen der Luftklappe 64 unterstützt. Diese Kraftkomponente 194 stellt die Empfindlichkeitserhöhungskraft dar. Es ist ersichtlich, dass sich je nach Öffnungsgrad der Klappe 64 ein entsprechendes Empfindlichkeitserhöhungsmoment bildet, das ein Öffnen der Klappe 64 für eine Kaltluftzufuhr unterstützt.

Es muss jedoch darauf geachtet werden, dass das Empfindlichkeitserhöhungsmoment nicht größer wird, als das Vorspannmoment, das durch die Vorspannfeder 80 und mögliche andere Kraftkomponenten entsteht. So kann sicher gewährleistet werden, dass sich die Luftzufuhrklappe 64 von einer geöffneten Stellung wieder in eine geschlossene Stellung zurückbewegt, wenn sich die thermisch expansive Vorrichtung aufgrund einer Abkühlung zusammenzieht.

In weiteren Ausführungsbeispielen kann die Federvorrichtung 90 auch so angeordnet sein, dass in einer geschlossenen Stellung der Luftklappe 64 eine negative Empfindlichkeitserhöhungskraft wirkt, die ein festes Verschließen der Luftzuführung 70 durch die Klappe 64 unterstützt, d. h., in diesem Fall wäre die Empfindlichkeitserhöhungskraft in Richtung einer Drehung der Hebelvorrichtung gegen Uhrzeigersinn gerichtet. In diesem Fall wurde bei einem Öffnen der Luftklappe durch eine Temperaturerhöhung das Empfindlichkeitserhöhungsmoment zunächst negativ sein, dann den Wert 0 annehmen und im folgenden mit einem positiven Wert die Öffnung der Luftklappe 64 durch eine Rotation der Hebelvorrichtung 60 im Uhrzeigersinn unterstützen.

Es könnte die Federvorrichtung auch so angeordnet sein, dass in allen Betriebsstellungen des Stellers eine negative Empfindlichkeitserhöhungskraft wirkt, d. h. eine Empfindlichkeitserhöhungskraft, die einer Öffnung der Luftklappe entgegenwirkt. Wichtig ist lediglich, dass dann der Betrag der Empfindlichkeitserhöhungskraft bzw. des Empfindlichkeitserhöhungsmoments mit zunehmendem Öffnungsgrad abnimmt, d. h. der Betrag Empfindlichkeitserhöhungskraft in der offenen Stellung des Stellers kleiner als in einer der geschlossenen Stellung näheren Stellung ist.

In anderen Ausführungsbeispielen kann die Empfindlichkeitserhöhungskraft in der geschlossenen Stellung der Luftklappe 64 und in der offenen Stellung der Luftklappe positiv sein, d. h. eine Drehung der Hebelvorrichtung im Uhrzeigersinn unterstützen. Dazu könnte der zweite Hebelarm 63 der Hebelvorrichtung 60 so angeordnet sein, dass bei einer geschlossenen Stellung der Luftklappe 64 die Federkraft der Feder 90 eine kleinere Empfindlichkeitserhöhungs­ kraftkomponente bildet als bei einem größeren Öffnungsgrad, wobei die kleinere und die eine größere Empfindlichkeitserhöhungskraftkomponente in den Fig. 1 und 2 beide in Richtung einer Drehung der Hebelvorrichtung im Uhrzeigersinn gerichtet sind. Wichtig ist lediglich, dass das Empfindlichkeitserhöhungsmoment, das in Richtung der offenen Stellung wirkt, in der geschlossenen Stellung des Stellers kleiner als in einer der offenen Stellung näheren Stellung ist.

Die Federvorrichtung lässt sich somit auf viele verschiedene Arten anordnen; von entscheidender Bedeutung ist jedoch, dass die Wirkung der Empfindlichkeitserhöhungskraft immer kleiner ist, als die Wirkung der Vorspannkraft, um einen Schnappvorgang zu verhindern.

Weitere Fälle für eine Anlenkung sind denkbar, bei der eine Empfindlichkeit der Thermostatvorrichtung erhöht werden kann und somit eine Temperaturhysterese beispielsweise in einem Kühlschrank vermindert wird. Auch sind andere Ausführungen der Hebelvorrichtung möglich, beispielsweise ohne Lagerung an einem Drehpunkt, mit speziellen Hebelarmverhältnissen etc.

Weiter kann die Vorrichtung zur Empfindlichkeitserhöhung durch ein Gewicht gebildet werden, wie dies in Fig. 2 durch ein Bezugszeichen 95 dargestellt ist. Dieses Gewicht 95 kann alternativ oder ergänzende zur Federvorrichtung 90 zur Verminderung einer Temperaturhysterese eingesetzt werden. Wie in Fig. 1 gezeigt, befindet sich in dem Ausführungsbeispiel, das ein Gewicht verwendet, der Hebelarm 63 in einer geschlossenen Stellung senkrecht über dem Drehpunkt der Hebelvorrichtung 60, so dass die Schwerkraft des Gewichtes im wesentlichen in Richtung des Drehpunkts der Hebelvorrichtung wirkt. In einer geöffneten Stellung, wie in Fig. 2 gezeigt, bewegt sich der Hebelarm 63 im Uhrzeigersinn, so dass sich in einer solchen geöffneten Stellung das Gewicht 95 nicht mehr senkrecht über dem Drehpunkt befindet und sich mit zunehmender Auslenkung des Hebelarmes eine zunehmende Empfindlichkeitserhöhungskraftkomponente 194 bildet, die eine Drehung der Hebelvorrichtung 60 zur Öffnung der Luftklappe 64 unterstützt.

Die Größe der Empfindlichkeitserhöhungskraft kann justiert werden, indem entweder die Masse des Gewichtes 95 verändert wird oder die Entfernung des Gewichtes von Drehpunkt der Hebelvorrichtung. Auch hier ist gemäß der Erfindung sicherzustellen, dass das Empfindlichkeitserhöhungsmoment niemals größer als das Rückstellmoment der Feder 80 ist.

Das Gewicht kann auch so angeordnet werden, dass sich in einer geschlossenen Stellung der Luftklappe 64 zunächst eine negative (einer Öffnung entgegenwirkende) Empfindlichkeitserhöhungskraft ergibt und erst ab einem bestimmten Öffnungsgrad der Luftklappe eine positive Empfindlichkeitserhöhungskraft einstellt, wie zuvor mit Bezug auf die Federvorrichtung 90 ausgeführt.

Es kann auch das Gewicht so angeordnet werden, dass immer eine negative Empfindlichkeitserhöhungskraft wirkt, deren Betrag mit zunehmendem Öffnungsgrad kleiner wird.

Anstelle des Gewichts könnte auch eine Zugfeder angebracht werden, die eine der Gewichtskraft entsprechende Federkraft bereitstellt.

Im folgenden werden nun zu einer Verdeutlichung der Funktionsweise die an der Hebelvorrichtung dieses Ausführungsbeispiels anliegenden Kräfte bei einer offenen bzw. geschlossenen Stellung der Luftzufuhrklappe 64 näher betrachtet. In diesem Fall wird angenommen, dass alle Hebelarmverhältnisse 1 : 1 sind.

Es wird zunächst angenommen, dass keine Vorrichtung zur Empfindlichkeitserhöhung vorhanden ist.

In diesem Fall kann bei einer geschlossenen Stellung der Luftzufuhrklappe 64 das Kräftegleichgewicht wie folgt definiert werden:

Fbc = Bfc + Fsc = Bc.Ea Gl. 1,

wobei:
Fbc = Ausdehnungskraft des Druckgeberelements (der thermisch expansiven Vorrichtung) in einer geschlossenen Stellung der Luftklappe;
Bfc = Membrankraft des Druckgeberelements in der geschlossenen Stellung;
Fsc = Federkraft der Feder 80 (Vorspannungskraft der Vorspannungsvorrichtung) in der geschlossenen Stellung;
Bc = Druckgeberelementdruck in der geschlossenen Stellung (entsprechend einer Temperatur des Gases im Druckgeberelement), und
Ea = effektive Fläche des Druckgeberelements.

Das Gleichgewicht bei einer geöffneten Stellung, in Übereinstimmung mit Fig. 2, jedoch ohne die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Empfindlichkeitserhöhung, kann dargestellt werden wie folgt:

Fbo = Bfo + Fso = Po.Ea Gl. 2,

wobei:
Fbo = Ausdehnungskraft des Druckgeberelements (der thermisch expansiven Vorrichtung) in einer offenen Stellung der Luftklappe;
Bfo = Membrankraft des Druckgeberelements bei offener Stellung;
Fso = Federkraft der Feder 80 (Vorspannungskraft der Vorspannungsvorrichtung) bei offener Stellung, und
Po = Druckgeberelementdruck bei offener Stellung.

Natürlich sind bei einem solchen, geöffneten Zustand gemäß Fig. 2 alle Werte größer, als bei einer geschlossenen Stellung.

Eine Druckdifferenz (in Entsprechung zu einer Temperaturdifferenz) zwischen einem offenen und geschlossenen Zustand der Klappe 64 ergibt sich durch die Differenz Po - Pc.

Wie aus der Gleichung Gl. 3 ersichtlich, ergibt sich die Druckdifferenz somit durch die Vorspannfederwerte und Membrankräfte.

Bei einer Kühlvorrichtung mit einem Thermostatschalter ohne Vorrichtung zur Hystereseverminderung kann für einen Übergang von einem vollständig geschlossenen Zustand zu einem voll geöffneten Zustand der Luftklappe 64 eine Temperaturdifferenz von 15 K (Kelvin) notwendig sein, die im Inneren der Kühlvorrichtung eine entsprechende Temperaturschwankung erzeugt. Eine solche Temperaturdifferenz bzw. Temperaturhysterese kann beispielsweise für verderbliche Lebensmittel, Filmmaterialien etc. jedoch zu groß sein.

Die Vorrichtung zur Empfindlichkeitserhöhung erlaubt eine Reduktion der Temperaturschwankungen im Inneren der Kühlvorrichtung. Im Vergleich zu obigen Betrachtungen werden daher nunmehr die gleichen Betrachtungen bei Gegenwart der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Empfindlichkeitserhöhung angestellt. Es wird hier angenommen, dass die Vorrichtung zur Empfindlichkeitserhöhung angelenkt ist, wie in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigt. Demnach ist die Empfindlichkeitserhöhungskraft in der geschlossenen Stellung der Luftklappe 64 0.

Das Gleichgewichtskräfteverhältnis bei einer geschlossenen Position ist daher wie zuvor, d. h.:

Fbc = Bfc + Fsc = Bc.Ea Gl. 4.

Bei einer offenen Position, in Entsprechung zu Fig. 2, bei Vorhandensein der Vorrichtung zur Empfindlichkeitserhöhung, beispielsweise gebildet durch eine Federvorrichtung 90, kann das Kräfteverhältnis wie folgt dargestellt werden:

Fbo = Bfo + Fso - Ωfo = Po.Ea Gl. 5,

wobei Ωfo die Vorspannkraft ist, d. h. die Kraft, die durch die Federvorrichtung 90 bzw. das Gewicht 95 in einer offenen Position ausgeübt wird.

Wiederum wird der Einfachheit halber angenommen, dass alle Hebelarmverhältnisse 1 : 1 sind.

Die Druckdifferenz von vollständig geschlossener zu vollständig geöffneter Position ergibt sich nunmehr durch:

Es zeigt sich, dass die Druckdifferenz (Po - Pc) aufgrund der Kraft Ωfo, d. h. mit der Vorrichtung zur Empfindlichkeitserhöhung, nunmehr geringer als vorhergehend ist.

Die folgenden 2 Punkte sind bei diesen Betrachtungen jedoch zu beachten:

• 1. Bei einem Erhöhen der Kraft (oder des Hebelarmes) der Vorrichtung zur Empfindlichkeitserhöhung vermindert sich der für ein Öffnen des Stellers bzw. der Luftklappe notwendige Druckunterschied proportional. Es muss dabei jedoch sichergestellt sein, dass die Empfindlichkeitserhöhungskraft Ωfo immer geringer als die Vorspannkraft durch die Vorspannvorrichtung ist, in diesem Fall die Summe der Membrankräfte des Druckgeberelements und der Federkraft der Feder 80. Mit anderen Worten muss
  Ωfo ≦ (Bfo - Bfc) + (Fso - Fsc).
  Dieses verhindert einen Schnappeffekt, d. h. ein plötzliches Öffnen der Luftklappe, bzw. ein plötzliches Schließen der Luftklappe.
• 2. Die Vorrichtung zur Empfindlichkeitserhöhung muss nicht notwendigerweise so ausgerichtet sein, dass keine Empfindlichkeitserhöhungskraft in geschlossener Stellung wirkt, und eine Empfindlichkeitserhöhungskraft in Richtung einer Öffnungsbewegung der Klappe wirkt; die Kräfte können, wie vorhergehend beschrieben, auch anders eingestellt sein. In jedem Fall wird der Effekt der Vorrichtung zur Empfindlichkeitserhöhung einen Druckunterschied zwischen geöffneter und geschlossener Position der Luftklappe vermindern.

Beispielsweise könnte die Federvorrichtung in geschlossener Position eine negative Empfindlichkeitserhöhungskraft und in geöffneter Position eine positive Empfindlichkeitserhöhungskraft ausüben. In dem Fall wäre:

Fbc = Bfc + Fsc + Ωfc,

Fbo = Bfo + Fso - Ωfo,

(Fbo - Fbc) = (Bfo - Bfc) + (Fso - Fsc) - (Ωfo + Ωfc).

Weiter, falls die Federvorrichtung eine Empfindlichkeitserhöhungskraft erzeugen würde, die bei einer vollständig offenen Position der Luftklappe 64 0 wäre und bei einer vollständig geschlossenen Position der Luftklappe positiv wäre, ergeben sich die folgenden Zustände:

Fbc = Bfc + Fsc + Ωfc,

Fbo = Bfo + Fso,

(Fbo - Fbc) = (Bfo - Bfc) + (Fso - Fsc) - Ωfc.

Falls die Hebelarmverhältnisse ungleich 1 sind, können die obigen Betrachtungen mit den entsprechenden Momenten (Kraft × Hebelarm) angestellt werden.

Im folgenden wird mit Bezug auf Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Thermostatvorrichtung nach der Erfindung beschrieben. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 enthält das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 eine geänderte Öffnungsvorrichtung zum Öffnen der Luftklappe 64, bestehend aus einem weiteren drehbar gelagerten Hebelarm 64, der durch den zweiten Hebelarm 63 der Hebelvorrichtung 60 betätigt wird. Eine Rückstellkraft zum Schließen der Luftklappe 64 wird neben der Feder 80 durch eine Klappenfeder 68 unterstützt.

Die Vorspannfeder 80 ist darüber hinaus in ihrer Federkraft einstellbar, über einen Arm 81 und eine Nockenscheibe 82, mit der der Arm 81 verschoben werden kann. Durch diese Nocke 82 kann ein Ziel-Temperaturwert im Kühlfach durch einen Benutzer vorgegeben werden.

Weiter enthält die Anordnung nach Fig. 3 als Vorrichtung zur Empfindlichkeitserhöhung eine Omegafeder 91, anstatt der Federvorrichtung 90. Die Omegafeder 91 hat gegenüber einer Spiralfeder Vorteile in einer besonders einfachen Befestigung und Handhabung.

Weiter ist für eine Einstellung der Empfindlichkeits­ erhöhungskraft, die durch die Omegafeder 91 gebildet wird, eine Schraube 92 vorgesehen, mit der die Federwirkung verstärkt oder vermindert werden kann. Durch diese Schraube 92 kann auch sichergestellt werden, dass das Empfindlichkeitserhöhungsmoment niemals größer als das Vorspannmoment wird, das im vorliegenden Fall sich aus einer Membrankonstanten, der Federkraft der Feder 80 und der Klappenfeder 68 ergibt.

Fig. 4 zeigt das Ausführungsbeispiel von Fig. 3 bei einer erhöhten Temperatur, bei der sich das Druckgeberelement ausgedehnt hat, und die Hebelvorrichtung 60 im Uhrzeigersinn rotiert hat. Wie zuvor erläutert, ergibt sich somit eine Empfindlichkeitserhöhungskraftkomponente 194 durch die Omegafeder, die eine Rotation der Hebelvorrichtung 60 unterstützt. Dadurch wird der zweite Hebelarm 63 abwärtsgedrückt, und es wird über die zweite Hebelvorrichtung 65 eine Öffnung der Luftklappe 64 bewirkt.

Bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 3 und 4 gelten jedoch die gleichen, grundsätzlichen Überlegungen in Hinblick auf die Vorrichtung zur Empfindlichkeitserhöhung wie mit Bezug auf die Fig. 1 und 2.

Fig. 5 zeigt in einem Diagramm Messergebnisse für einen Vergleich einer Thermostatvorrichtung mit und ohne Vorrichtung zur Empfindlichkeitserhöhung. Gemessen und aufgetragen wurden der Gasdruck im Inneren des Druckgeberelements und der Öffnungsgrad der Luftklappe 64.

Eine mit 501 bezeichnete Kurve repräsentiert ein Beispiel einer Thermostatvorrichtung ohne Vorrichtung zur Empfindlichkeitserhöhung. Eine mit 502 bezeichnete Kurve charakterisiert die erfindungsgemäße Thermostatvorrichtung mit Vorrichtung zur Empfindlichkeitserhöhung.

Aus dem Verlauf der Kurven ist ersichtlich, dass im Vergleich zur Kurve 501 bei der Kurve 502, in Entsprechung zur vorliegenden Erfindung, die Empfindlichkeit des Thermostats mit Vorrichtung zur Empfindlichkeitserhöhung erhöht wurde, so dass ein geringerer Gasdruckanstieg in dem Druckgeberelement für einen bestimmten Öffnungsgrad der Luftklappe erforderlich ist. Diese verbesserte Empfindlichkeit bewirkt ein schnelleres Öffnen der Luftklappe bei einem Temperaturanstieg im Kühlfach des Kühlschranks, so dass schneller kalte Luft nachfließen kann, wodurch eine Temperaturhysterese im Kühlfach vermindert werden kann.

Claims (12)

1. Thermostatvorrichtung mit:
einer drehbar gelagerten Hebelvorrichtung,
einem Steller, der mit der Hebelvorrichtung verbunden ist,
einer Vorspannvorrichtung, die ein Vorspannmoment bereitstellt, das den Steller in Richtung einer ersten Stellung drückt,
einer thermisch expansiven Vorrichtung, die zwischen dem Gehäuse und der Hebelvorrichtung befestigt ist und durch ein Ausdehnungsmoment den Steller von der ersten Stellung in eine zweite Stellung bewegen kann, und
einer Vorrichtung zur Empfindlichkeitserhöhung, die mit der Hebelvorrichtung verbunden ist und die ein Empfindlichkeitserhöhungsmoment bereitstellt, das in der ersten Stellung und der zweiten Stellung unterschiedliche Werte aufweist, wobei die Summe des Empfindlichkeitserhöhungsmoments und des Ausdehnungsmoments in jeder Stellung des Stellers kleiner als das Vorspannmoment ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steller eine Kaltluftzufuhrklappe in einer Kühlvorrichtung steuert.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stellung des Stellers einer geschlossenen Stellung der Kaltluftzufuhrklappe entspricht; die zweite Stellung des Stellers einer offenen Stellung der Kaltluftzufuhrklappe entspricht und das Empfindlichkeitserhöhungsmoment in Richtung der zweiten Stellung wirkt und in der ersten Stellung des Stellers kleiner als in einer der zweiten Stellung näheren Stellung ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stellung des Stellers einer geschossenen Stellung der Kaltluftzufuhrklappe entspricht; die zweite Stellung des Stellers einer offenen Stellung der Kaltluftzufuhrklappe entspricht und das Empfindlichkeitserhöhungsmoment in Richtung der ersten Stellung wirkt und in der zweiten Stellung des Stellers kleiner als in einer der ersten Stellung näheren Stellung ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Empfindlichkeitserhöhung so angeordnet ist, dass in einer der Stellungen des Stellers das Empfindlichkeitserhöhungsmoment im wesentlichen 0 ist und in der anderen Stellung des Stellers das Empfindlichkeitserhöhungsmoment ungleich 0 ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Empfindlichkeitserhöhung durch eine Federvorrichtung gebildet wird, die zwischen dem Gehäuse und einem Arm der Hebelvorrichtung angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Stellung des Stellers die Federkraft der Federvorrichtung im wesentlichen in Richtung eines Drehpunktes der Hebelvorrichtung wirkt und in der zweiten Stellung des Stellers die Federkraft eine Rotationsbewegung der Hebelvorrichtung um den Drehpunkt zum Bewegen des Stellers von der ersten Stellung in die zweite Stellung unterstützt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Federvorrichtung eine Omegafeder einschließt.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Empfindlichkeitserhöhung durch ein Gewicht gebildet wird, das an einem Arm der Hebelvorrichtung befestigt ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewicht in der ersten Stellung des Stellers im wesentlichen senkrecht über einem Drehpunkt der Hebelvorrichtung angeordnet ist, so dass die Schwerkraft des Gewichtes im wesentlichen in Richtung des Drehpunktes der Hebelvorrichtung wirkt und in der zweiten Stellung des Stellers sich das Gewicht auf einer Seite des Drehpunktes befindet, so dass die Schwerkraft des Gewichtes eine Rotationsbewegung der Hebelvorrichtung zum Öffnen des Stellers unterstützt.

11. Vorrichtung nach einem der Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Gewicht in der ersten Stellung des Stellers auf einer Seite des Drehpunktes und in der zweiten Stellung auf der anderen Seite des Drehpunktes befindet, so dass die Schwerkraft des Gewichtes in der ersten Stellung einer Rotationsbewegung der Hebelvorrichtung zum Öffnen des Stellers entgegenwirkt, und in der zweiten Stellung eine Rotationsbewegung der Hebelvorrichtung zum Öffnen des Stellers unterstützt.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die thermisch expansive Vorrichtung einen gasgefüllten Zylinder und Kolben enthält oder die thermisch expansive Vorrichtung einen gasgefüllten Balg enthält und die Vorspannvorrichtung sich aus einer Balgmembran und einer Vorspannfeder zusammensetzt.