DE1094503B - Thermostat mit einem fluessigkeitsgefuellten, ueber eine Kapillarleitung an ein Druckmesswerk angeschlossenen Fuehler - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft einen Thermostaten mit einem flüssigkeitsgefüllten, über eine Kapillarleitung an ein Druckmeßwerk angeschlossenen Fühler, der gegenüber Temperaturschwankungen des umgebenden Raumes kompensiert ist.

Es ist bekannt, für eine derartige Kompensation eine Bimetallscheibe zu verwenden, über die die Bewegung eines Teiles des Temperaturfühlwerkes, die durch die vom Fühler wahrgenommene Temperaturänderung bedingt ist, auf das Stellglied übertragen wird. Wenn jedoch eine recht große Kraft zur Betätigung des Stellgliedes aufgewendet werden muß, kann die Bimetallscheibe mechanisch von den durch sie übertragenen Kräften verformt werden. Diese großen zu übertragenden Kräfte haben dann dieselbe Wirkung auf die Bimetallscheibe wie etwa eine Temperaturschwankung des umgebenden Raumes, von der die Bimetallscheibe zwecks Kompensation verformt wird. Insbesondere wenn die zur Betätigung des Stellgliedes aufzuwenden Kräfte unterschiedlich groß sind, läßt sich eine Bimetallscheibe wegen ihrer möglichen Verformung durch diese Kräfte nicht verwenden.

Fernerhin ist eine selbsttätige Regelvorrichtung bekannt, bei der dem flüssigkeitsgefüllten Fühler, der über eine Kapillarleitung an ein durch Druck betätigtes Stellwerk angeschlossen ist, eine auf die Umgebungstemperatur ansprechende, ebenfalls mit einer Flüssigkeit gefüllte Kompensationseinrichtung entgegengeschaltet ist, so daß die Bewegung der Kompensationseinrichtung die auf die

Thermostat mit einem flüssigkeitsgefüllten,

über eine Kapillarleitung

an ein Druckmeßwerk angeschlossenen

Fühler

Anmelder:

Robertshaw-Fulton Controls Company,
Greensburg, Pa. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. W. Reichel, Patentanwalt,
Frankfurt/M. 1, Parkstr. 13

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 19. Mai 1955

Charles David Branson

und Louis Medart Puster, Knoxvffle, Tenn. (V. St. A.), sind als Erfinder genannt worden

Schwankungen zurückzuführende Bewegungen des Stellwerks ausgleicht.

Eine derartige Kompensation ist in normalen Fäl- pfeZjk wenn keine äußerst genaue Regelung erforderlich istj einwandfrei; sie ist jedoch geringfügigen Fehlern unterworfen, die erst dann erkennbar sind, wenn man die Wirkung der Temperaturschwankungen auf das System näher untersucht.

Im ausgedehnten Zustand ist das Volumen des kompensierenden Druckmeßwerks ausschließlich der Raumtemperatur proportional. Diese Einrichtung hat daher bei allen Raumtemperaturen denselben Einfluß auf die Betätigung des Stellgliedes. Dies trifft jedoch nicht

Volumen des ersten Meßwerks kleiner als das des zweiten Meßwerks ist, dann wird die Wirkung der Raumtemperaturänderungen auf das erste Meßwerk Raumtemperatur- 30 geringer als auf das zweite Meßwerk sein. Das zweite

Meßwerk wird sich stärker in Abhängigkeit von Raumtemperaturänderungen als das erste bewegen, so daß eine Überkompensation der Einrichtung eintritt und eine Bewegung des Stellgliedes in Abhängigkeit der Differenzwirkung eintritt. Das Umgekehrte ist der Fall, wenn das Volumen des ersten Meßwerks größer als das Volumen des zweiten ist. In diesem Fall tritt eine ungenügende Kompensation ein; es ergeben sich dann ebenfalls Fehler.

Wie man erkennen kann, läßt der in üblicher Weise kompensierte Thermostat eine exakte Kompensation nur bei einer bestimmten Temperatur in seinem Arbeitsbereich zu. Es ist daher ein Ziel der Erfindung, eine Kompensationseinrichtung für einen flüssigkeits-

für den Temperaturfühler und dessen Druckmeßwerk

zu, dessen Volumen sich proportional mit der Tem- 45 gefüllten Thermostaten anzugeben, die eine exakte peratur der Fühlerflüssigkeit und mit der Raum- Kompensation über den gesamten Temperaturarbeitstemperatur ändert. bereich ermöglicht.

Wenn die Volumina der beiden Druckmeßwerke Bei einem Thermostaten mit einem flüssigkeitsgeimmer die gleichen wären, dann würde die Einrich- füllten Fühler, der über eine Kapillarleitung an ein tung in vollkommener Weise kompensiert sein, da die 50 Druckmeßwerk angeschlossen ist und dem ein auf die Raumtemperaturen die beiden Elemente in gleicher Umgebungstemperatur ansprechendes, ebenfalls flüs-Weise beeinflussen. Das Volumen des Fühlermeßwerks sigkeitsgefülltes Kompensationsmeßwerk entgegengeändert sich jedoch ständig in Abhängigkeit von Tem- schaltet ist, ist erfindungsgemäß ein zweites flüssigperaturänderungen der Fühlerflüssigkeit. Wenn das keitsgefülltes Kompensationsmeßwerk vorgesehen,

009 677/255

durch das eine vor dem Stellglied eingeschaltete veränderliche Verbindung derart eingestellt wird, daß die Verfälschungen der Wirkung des ersten Kompensationsmeßwerkes ausgeglichen werden, die durch Abweichungen von der 'mittleren Ausdehnung des ersten Kompensationsmeßwerkes bedingt sind.

Zur weiteren Erläuterung des Erfindungsgegenstandes dient die nachstehende Beschreibung der Figuren. '? " ^:

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer kompensierten Regeleinrichtung gemäß der Erfindung, und

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform der Regelvorrichtung.

In Fig. 1 ist eine temperaturempfindliche Einrichtung dargestellt, die einen ausdehnbaren und zusammenziehbaren Balgkörper 10 enthält, der mit einem Fühlrohr 12 über eine Kapillarrohre 14 in Verbindung steht. Der Balgkörper 10, die Kapillarröhre 14 und das Fühlrohr 12 bilden ein geschlossenes System, das mit einer Druckflüssigkeit gefüllt ist, welche den Balg normalerweise unter Druck hält und die geeignet ist, eine Ausdehnung des "ßalgkörpers 10 durch eine Volumenänderung der Flüssigkeit herbeizuführen, die sich aus Änderungen des Temperaturzustandes des Mediums ergibt.

Der ausdehnungsfähige Balgkörper 10 ist auf der einen Seite auf einer Auflage 16 gelagert, so daß das andere Ende frei eine Bewegung gegenüber der Auflage 16 in Abhängigkeit von einer Ausdehnung oder Zusammenziehung des Balgkörpers 10 ausführt. Eine etwa U-förmige Stütze 18 mit parallelen Schenkeln 20, 22 wird von dem beweglichen Ende des Balgkörpers 10 getragen, so daß sie die Bewegungen mitmacht, wobei das bewegliche Ende des Balgkörpers 10 an der Außenseite des Schenkels-20 befestigt ist.

Ein Kompensationsbalg 24 ist zwischen den Schenkeln 20, 22 koaxial zu dem Balg 10 angeordnet und mit seinem einen Ende an der Innenseite des Schenkels 22 befestigt, so daß er sich mit diesem zusammen bewegt. Das andere Ende-4es Balgkörpers 24 erstreckt sich in Richtung auf den,.Schenkel 20 derart, daß es sich gegenüber dem Schenkel 22 bei einer Ausdehnung oder Zusammenziehung des Balgkörpers 24 bewegen kann. Der Balgkörper 24 gleicht dem Balgkörper 10 und ist mit einer Druckflüssigkeit gefüllt, die ähnliche temperaturempfindliche Eigenschaften hat wie die Flüssigkeit in dem Balgkörper 10.

Eine zweite U-förmige Stütze 26 mit parallelen Schenkeln 28, 30 wird von dem Balgkörper 24 getragen, so daß sie sich mit ihm bewegt. Der eine Schenkel 28 befindet sich in der Nähe des Schenkels 20 und ist an dem beweglichen Ende des Balges 24 befestigt, während der andere Schenkel 30 mit einem Ansatz 32 versehen ist, der koaxial zu den Bälgen 10 und 24 liegt.

Die soweit beschriebene Einrichtung entspricht der üblichen kompensierten thermostatischen Regeleinrichtung. Wenn die Temperatur des Fühlrohres 12 steigt, dann vergrößert sich das Flüssigkeitsvolumen, so daß der Balgkörper 10 ausgedehnt wird und die Stütze 18 sich nach oben bewegt. Wenn die Raumtemperatur konstant ist, dann wird diese Bewegung über den Balg 24 und die Stütze 26 übertragen, so daß der Ansatz 32 nach oben bewegt wird. Wenn die Raumtemperatur konstant bleibt, bewegt sich der Ansatz 32 um den gleichen Betrag wie der Balgkörper 10.

Wenn nun die Raumtemperatur zunimmt und die Temperatur des Fühlrohres 12 konstant bleibt, dann vergrößert sich das Volumen der Flüssigkeit in dem thermostatischen Balgkörper 10, so daß eine Bewegung der Anordnung mit der Stütze 18, dem Balgkörper 24 und der Stütze 26 stattfindet. Gleichzeitig verursacht die Zunahme der Raumtemperatur eine Ausdehnung des Volumens der Flüssigkeit in dem Balgkörper 24, so daß das Ende des Balgkörpers 24, welches die Stütze 26 trägt, sich in einer umgekehrten Richtung bewegt wie der Balgkörper 10. Die beiden Bewegungen wären gleich, und es würde keine Bewegung des Stiftes 32 stattfinden, wenn das Volumen

ίο der beiden Balgkörper 10 und 24 das gleiche wäre. Das Volumen des Balgkörpers 10 hängt jedoch von der Temperatur des Fühlrohres 12 ab und ist nur bei einer bestimmten Temperatur des Fühlrohres 12 gleich dem Volumen des Balgkörpers 24. Bei jeder anderen Temperatur des Fühlrohres 12 ruft die Raumtemperatur eine verschieden große Ausdehnung der zwei Balgkörper 10 und 24 hervor und daher auch eine Bewegung des Stiftes 32 in Abhängigkeit von Änderungen der Raumtemperatur. Es wird daher nur eine teilweise Kompensation erreicht.

Die im folgenden beschriebenen Teile beseitigen diesen Fehler und bewirken, daß die Einrichtung exakt kompensiert ist. Zu diesem Zweck ist ein Hebel 34 mit seinem einen Ende an einer Stütze 32 angelenkt, während sein anderes Ende gelenkig mit einem Ende eines Stößels 38 verbunden ist. Der Stößel 38 ist verschiebbar in einer Führung 40 angeordnet, um die Bewegung von dem Hebel 34 auf ein Stellglied zu übertragen, das in Abhängigkeit von der Temperatur bewegt werden soll.

Der mittlere Teil des Hebels 34 ist mit einem länglichen Schlitz 42 versehen, in dem ein Stift 44 verschiebbar gelagert ist. Der Stift 44 wird von einem Ende des rechtwinkligen Ansatzes einer etwa L-förmigen Stange 46 getragen, die in einer Führung 48 verschiebbar gelagert ist, so daß er eine axiale Bewegung gegenüber der Führung 48 ausführen kann. Der Hebel 34 ist um den Stift 44 schwenkbar, so daß er die Bewegungen des Ansatzes 32 auf den Stößel 38 überträgt. Es ist ersichtlich, daß durch eine Bewegung der Stange 46 in der Führung 48 die Stellung des Stiftes 44 in dem Schlitz 42 verändert wird, so daß der Schwerpunkt des Hebels 34 und damit das Bewegungsverhältnis zwischen der Stütze 32 und dem Stößel 38 sich ändert.

Die Lage der Stange 46 wird durch einen nachgiebigen Balg 50 gesteuert, dessen eine Seite an dem Ende der Stange 46 befestigt ist, während seine andere Seite auf einem Träger 52 montiert ist. Der Balg 50 ist als Korrekturbalg mit einer Flüssigkeit gefüllt, deren Volumen in gleicher Weise mit der Temperatur veränderlich ist wie die Bälge 10 und 24. Er ist den gleichen Änderungen der Raumtemperatur ausgesetzt und verschiebt bei zunehmender Raumtemperatur den Schwenkpunkt des Hebels 34, und zwar wird der Stift 44 in dem Schlitz 42 in diesem Fall nach rechts verschoben.

Bei der Ausführungsform der Fig. 1 sei davon ausgegangen, daß die Temperatur des Fühlrohres 12 so hoch ist, daß der Thermostatbalg 10 und der Korrekturbalg 24 das gleiche Flüssigkeitsvolumen haben. Wenn die Raumtemperatur steigt, dann nimmt das Volumen der Bälge 10 und 24 zu, woraus sich eine Bewegung des Balgs 10 gegenüber der Auflage 16 und eine Bewegung des Balgs 24 gegenüber der Stütze 18 ergibt. Da die Volumina der Bälge 10 und 24 gleich groß sind, sind auch ihre Bewegungen gleich, und da sie entgegengesetzt gerichtet sind, wird der Stift 32 nicht bewegt. Der Hebel 34 bleibt daher in der waagerechten dargestellten Lage stehen.

Die Zunahme der Raumtemperatur ruft auch eine Zunahme des Volumens der Flüssigkeit in dem Korrekturbalg 50 hervor, so daß sich eine Bewegung der L-förmigen Stange 46 in der Führung 48 nach rechts und eine Bewegung des Stiftes 44 in dem Schlitz 42 nach rechts ergibt. Da der Hebel 34 parallel zur Bewegungsrichtung des Stiftes 44 liegt, hat die Bewegung des Stiftes 44 keine Einwirkung auf die Lage des Hebels 34. Der Korrekturbalg 50 hat daher keinen Einfluß auf die Vorrichtung, wenn die Temperatur des Kolbens 12 so groß ist, daß die Volumina der Bälge 10 und 24 gleich sind.

Bei einem zweiten Arbeitszustand sei angenommen, daß die Temperatur des Fühlrohres 12 angestiegen und die Raumtemperatur konstant geblieben ist. Das Flüssigkeitsvolumen in dem Korrekturbalg 50 hat sich nicht geändert, so daß der Stift 44 sich an einer bestimmten Stelle zwischen dem Ansatz 32 und dem Stöpsel 38 befindet. Das Volumen des Kompensationsbalgs 24 hat sich ebenfalls nicht geändert. Die erhöhte Temperatur des Fühlrohrs 12 hat das Volumen der Flüssigkeit in dem Balg 10 vergrößert, so daß sich eine Ausdehnung und Aufwärtsbewegung des Balgs 10 ergibt. Diese Bewegung wird über die Stütze 18, den Kompensationsbalg 24 und die Stütze 26 auf den Stift 32 übertragen. Die Aufwärtsbewegung des Stiftes 32 bewirkt, daß der Hebel 34 sich um den Stift 44 im Uhrzeigersinn dreht, so daß sich eine Abwärtsbewegung des Betätigungshebels 38 ergibt.

Wenn sich nun das Fühlrohr 12 auf der höheren Temperatur befindet, sei angenommen, daß die Raumtemperatur ansteigt. Dann nimmt das Volumen der Flüssigkeit sowohl in dem Thermostatbalg 10 als auch in dem Kompensationsbalg 24 zu. Da jedoch das Flüssigkeitsvolumen in dem Thermostatbalg 10 bereits durch die Temperaturzunahme des Fühlrohres 12 angewachsen ist, sind die Bewegungen der Bälge 10 und 24 nicht mehr gleich groß. Der Thermostatbalg 10 bewegt sich wegen seines größeren Volumens stärker als der Kompensationsbalg 24, so daß sich eine Bewegung des Ansatzes 32 ergibt. Diese Bewegung ruft eine Drehung des Hebels 34 im Uhrzeigersinn um den Stift 44 hervor und würde die Lage des Stößels 38 ändern, wenn nicht der Korrekturbalg 50 einwirken würde. Da die Raumtemperatur zugenommen hat, vergrößert sich auch das Flüssigkeitsvolumen in dem Korrekturbalg 50, wodurch sich eine Bewegung des Stiftes 44 nach rechts ergibt. Es ist klar, daß diese Bewegung eine kompensierende Schwenkung des Hebels 34 entgegen dem Uhrzeigersinn bewirkt und eine Bewegung des Stößels 38 in einer Richtung, die derjenigen entgegengesetzt ist, die durch die Bewegung des Ansatzes 32 hervorgerufen worden ist. Das Anfangsvolumen des Korrekturbalgs 50 und die Flüssigkeit, mit der er gefüllt ist, sind so gewählt, daß der Korrekturbalgkörper 50 bei einer beliebigen Raumtemperatur den Stift 44 um einen solchen Betrag verschiebt, daß die Bewegung des Ansatzes 32 infolge der Änderung der Raumtemperatur genau ausgeglichen wird. Bei einer beliebigen Temperatur des Fühlrohres 12 ist daher die Bewegung des Stößels 38 ausschließlich proportional der Bewegung des Thermostatbalgs 10.

Die Konstruktion nach Fig. 2 weicht von derjenigen der Fig. 1 dadurch ab, daß eine Hebelverbindung zwischen den Bälgen 10 und 24 vorgesehen ist.

Der Kompensationsbalg 24 ist einerseits auf einem Träger 54 gelagert und andererseits gelenkig mit einem Ende eines Hebels 56 verbunden. Das andere Ende des Hebels 56 ist gelenkig mit dem beweglichen Ende des Thermostatbalgs 10 verbunden. Ein Stößel 58 ist an dem mittleren Teil des Hebels 56 mittels eines Stiftes 60 angelenkt und sein anderes Ende gelenkig mit dem Ende des Hebels 34 verbunden.

Eine Zunahme des Volumens des Thermostatbalgs 10 ruft eine Drehung des Hebels 56 um den Stift 60 im Uhrzeigersinn hervor, und eine Zunahme des Volumens des Kompensationsbalgs 24 hat das Bestreben, eine Drehung des Hebels 56 in der gleichen Richtung zu bewirken. Wenn daher die Volumina der beiden Bälge 10 und 24 gleich sind, wird bei Zunahme der Raumtemperatur der Hebel 56 im Uhrzeigersinn um den Punkt 60 gedreht, ohne daß eine Bewegung des Stößels 58 erfolgt. Wenn jedoch die Volumina nicht gleich sind, dann wird der Stift 58 als Ergebnis der verschiedenen Bewegungen der beiden Balgkörper 10 und 24 nach oben bewegt. Die Bewegung des Stößels 58 entspricht daher der Bewegung des Ansatzes 32 in Fig. 1.

Die Arbeitsweise des Korrekturbalgs 50 ist die gleiche wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, so daß sich eine weitere Beschreibung erübrigt.

Es ist ersichtlich, daß die Regelvorrichtung eine exakte Kompensation von Raumtemperaturänderungen ergibt. Es ist auch ersichtlich, daß die Erfindung nicht an das hier dargestellte Ausführungsbeispiel gebunden ist.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH:

   Thermostat mit einem flüssigkeitsgefüllten Fühler, der über eine Kapillarleitung an ein Druckmeßwerk angeschlossen ist, dem ein auf die Umgebungstemperatur ansprechendes, ebenfalls flüssigkeitsgefülltes Kompensationsmeßwerk entgegengeschaltet ist, gekennzeichnet durch ein zweites flüssigkeitsgefülltes Kompensationsmeßwerk (50), durch das eine vor dem Stellglied eingeschaltete veränderliche Verbindung (34, 44) derart eingestellt wird, daß die Verfälschungen der Wirkung des ersten Kompensationsmeßwerkes (24) ausgeglichen werden, die durch Abweichungen von der mittleren Ausdehnung des ersten Kompensationsmeßwerkes bedingt sind.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschrift Nr. 764 226, 444 375;
   USA.-Patentschriften Nr. 2 363 451, 1 978 362.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   © 009 677/255 11.60