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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine thermostatische Baugruppe, insbesondere eine thermostatische Baugruppe, die mit der Temperaturänderung einer Flüssigkeit, insbesondere eines Kalt-/Warmwassergemisches, sich verlängert bzw. verkürzt, um die Temperatur der Flüssigkeit konstant auf einem vorgegebenen Sollwert zu halten, und ein Herstellungsverfahren dafür.
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Stand der Technik
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Eine thermostatische Baugruppe kann mit der Umgebung, z.B. der Temperaturänderung einer Flüssigkeit, sich verlängern bzw. verkürzen und findet so eine breite Anwendung bei Thermostaten oder Thermostatventilen für Duscheinrichtungen. Durch die thermostatische Baugruppe kann die Temperatur des Ausgangswassers konstant auf einem vom Benutzer vorgegebenen Sollwert gehalten werden, um eine gewisse Duschqualität sicherzustellen und gleichzeitig den Benutzer vor Verbrühungen zu schützen.
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Im Stand der Technik des chinesischen Patents
CN101084477A ist eine thermostatische Baugruppe a offenbart, die ein Metallgehäuse
1, eine Außenhülse
2, einen thermisch ausdehnbaren und schrumpfbaren hitzeempfindlichen Werkstoff
3, eine Trennwand
4, einen Kolben
5, einen Balg
6, einen Abstandhalter
7 und eine Unterlegscheibe
8 umfasst. Das Metallgehäuse
1 umfasst ferner ein Rohrteil
11, ein Unterende
12 zum Verschließen des Rohrteils
11 und einen sich vom anderen Ende des Rohrteils
11 nach außen erstreckenden Kragen
13. Die Außenhülse
2 weist einen mittigen Durchgang
21 und einen Sockel
22 auf, der im Kragen
13 umhüllt und positioniert werden kann. Als hitzeempfindlicher Werkstoff
3 wird in der Regel Paraffin eingesetzt, das ins Rohrteil
11 des Metallgehäuses
1 eingefüllt wird und durch Temperaturänderung thermisch ausdehnbar bzw. schrumpfbar ist. Die Trennwand
4 ist zwischen dem Sockel
22 der Außenhülse
2 und dem Rohrteil
11 angebracht, wobei der Sockel
22 und der hitzeempfindliche Werkstoff
3 voneinander getrennt werden können. Der Kolben
5 ist im mittigen Durchgang
21 der Außenhülse
2 angebracht, wobei ein Ende des Kolbens
5 der Trennwand
4 gegenüberliegt und angemessen mit dem mittigen Bereich der Trennwand gekoppelt werden kann, während das andere Ende des Kolbens
5 nach der Änderung der Temperatur und des Volumens des hitzeempfindlichen Werkstoffs
3 in unterschiedlichem Maß aus der Außenhülse
2 herausragt. Der Balg
6 kann sich mit der Bewegung des Kolbens
5 verschieben, aber sich nicht elastisch verformen. Der mittige Bereich der Trennwand
4 kann über den Abstandhalter
7 und die Unterlegscheibe
8 den Kolben
5 mit bewegen, sodass sich der Kolben
5 entlang der Axiallinie X-X der thermostatischen Baugruppe axial verschieben kann. Der Abstandhalter
7 kann aus einem verformbaren Elastomer hergestellt sein und mit der Trennwand
5 in Kontakt stehen. Die Unterlegscheibe
8 befindet sich zwischen dem Kolben
5 und dem Abstandhalter
7 und kann aus Polymer wie Teflon (PTFE) hergestellt sein, um eine Biegung des Abstandhalters
7 um den Kolben
5 herum zu verhindern.
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Bei der thermostatischen Baugruppe a wird in der Regel Paraffin als hitzeempfindlicher Werkstoff 3 eingesetzt, der in der Regel innerhalb des vorgegebenen Temperaturbereiches eine verhältnismäßig größere und lineare Volumensänderung besitzt, sodass der Kolben 5 zum Bewegen gebracht werden kann, um das Kalt-/Warmwasserventil anzutreiben. Jedoch sind hitzeempfindliche Werkstoffe wie Paraffin makromolekulare Werkstoffe, deren Wärmeleitzahlen relativ niedrig sind, sodass beim Eintauchen des Metallgehäuses 1 in eine Flüssigkeit, wie z.B. Wasser, die Temperaturänderung nicht schnell reagiert werden kann, sodass eine Reaktionsverzögerung stattfindet. Zur Lösung des Problems werden in den hitzeempfindunlichen Werkstoff wie Paraffin werden Pulver mit hoher Wärmeleitfähigkeit, wie z.B. Kupfer- oder Silber-Pulver, hinzugefügt, um ein Gemisch aus einem hitzeempfindlichen Werkstoff und Kupferpulvern zu erzeugen, wobei die Wärmeleitfähigkeit des Gemisches recht deutlich erhöht wird. Jedoch besitzt Paraffin eine Dichte von nur 0,8g/cm3, die im Vergleich zur Dichte der Metallpulver, z.B. der Dichte der Kupferpulver von 8,94g/cm3, deutlich geringer ist. Daher kommt es im Hub-Senk-Kreislauf beim Einsatz häufig zu einer Trennung, beispielsweise einer Ablagerung von Kupferpulver, wodurch sich das Verhalten der Wärmeleitung und das Verhalten der thermischen Ausdehnung und Schrumpfung im oberen und unteren axialen Bereich des hitzeempfindlichen Werkstoffs im Metallgehäuse voneinander unterscheiden, was zu einer allmählichen Schwächung der Leistung der thermostatischen Baugruppe und so zu einer Kürzung der Lebensdauer führt. So kann die herkömmliche thermostatische Baugruppe der eingangs genannten Art trotz der Zugabe von Metallpulvern in das Paraffin die Anforderungen an Temperaturkonstanz und Reaktionschnelligkeit für einen Thermostat für eine normale Duscheinrichtung nicht erfüllen.
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Zur Lösung des obigen Problems hat das vorher genannte chinesische Patent
CN101084477A eine thermostatische Baugruppe b offenbart, um den Aufbau des Metallgehäuses
1 zu verbessern. Wie in
3 und
4 gezeigt, sind im Metallgehäuse
1 anstatt einer einzigen inneren Aushöhlung zur Aufnahme eines hitzeempfindlichen Werkstoffs
3 mindestens zwei innere Aushöhlungen
14, in der Zeichnung vier innere Aushöhlungen
14, vorgesehen, wobei die Umfangswände der inneren Aushöhlungen
14 miteinander kommunizieren und sich an die äußere Oberfläche des Metallgehäuses
1 anschließen. Was die Temperaturänderung einer externen Flüssigkeit oder Wasser angeht, kann die Wärmeleitung über die äußere Oberfläche des Metallgehäuses
1, die sich an die äußere Oberfläche des Metallgehäuses
1 anschließenden Wände und den in den inneren Aushöhlungen
14 gespeicherte hitzeempfindliche Werkstoff
3 erfolgen. Beispielsweise kann die hekömmliche thermostatische Baugruppe b mit einem gleich großen hitzeempfindlichen Werkstoff
3 und einem gleich langen Metallgehäuse
1 eine größere Summe der Kontaktfläche des hitzeempfindlichen Werkstoffs
3 und der inneren Oberfläche der inneren Aushöhlungen
14 erreichen, und der größte Abstand zwischen je zwei beliebigen Körnern an der inneren Oberfläche der inneren Aushöhlungen
14 des Metallgehäuses
1 und am hitzeempfindlichen Werkstoff
3, wie Paraffin im Querschnitt, kann relativ verkleinert werden, sodass die Wärmeleiteffizienz auf diese Weise gesteigert wird und die Reaktionszeit der Baugruppe dadurch verkürzt wird.
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Die Reakionszeit der herkömmlichen thermostatischen Baugruppe b ist zwar verkürzt, die Ausgestaltung der Baugruppe b ist aber nicht perfekt. Bei den inneren Aushöhlungen 14 des Metallgehäuses 1 schließen sich die Umfangswände aneinander und dienen somit als Medien für die Wärmeübertragung. Jedoch können die sich aneinander anschließenden Umfangswände nicht direkt mit einer externen Flüssigkeit oder Wasser in Kontakt kommen und stehen in einem gewissen Abstand zur externen Flüssigkeit, sodass die externe Flüssigkeit beim Strömen durch die sich aneinander anschließenden Umfangswände und den hitzeempfindlichen Werkstoff 3 in den inneren Aushöhlungen 14 eine Wärmeleiteffizienz erzielt, die noch verbessert werden kann, vor allem wenn die thermostatischen Baugruppe bei einem Thermostat für eine normale Duscheinrichtung angewendet wird.
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Aufgabe der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine thermostatische Baugruppe und ein Herstellungsverfahren dafür zu schaffen, wobei die thermostatische Baugruppe eine erheblich erhöhte Wärmeleitleistung hervorbringt und so schneller reagieren kann.
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Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, eine thermostatische Baugruppe und ein Herstellungsverfahren dafür zu schaffen, wobei die thermostatische Baugruppe eine stabile Wärmeleitung für längere Zeit und eine längere Lebensdauer ermöglicht.
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Technische Lösung
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine thermostatische Baugruppe und ein Herstellungsverfahren dafür mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die erfindungsgemäße thermostatische Baugruppe umfasst Folgendes:
ein Metallgehäuse, das in eine Flüssigkeit eingetaucht werden kann und ein Rohrteil, ein Unterende zum Verschließen des Rohrteils und ein sich vom Oberende des Rohrteils nach außen erstreckendes Umhüllteil aufweist, wobei zwischen dem Rohrteil und dem Unterende eine Kammer abgegrenzt ist;
eine Außenhülse, die einen mittigen Durchgang und einen Sockel aufweist, der sich am Unterende der Außenhülse befindet, wobei der Sockel im Umhüllteil des Metllgehäuses umhüllt und positioniert ist;
ein hitzeempfindlicher Werkstoff, mit dem die Kammer des Metallgehäuses befüllt ist, wobei der hitzeempfindliche Werkstoff nach Temperaturänderung thermisch ausdehnbar und schrumpfbar ist;
eine Membran, die zwischen der Außenhülse und dem Metallgehäuse angebracht ist, sodass die Außenhülse und der hitzeempfindliche Werkstoff voneinander getrennt sind; und
einen Kolben, der im Durchgang der Außenhülse angebracht ist und über den mittigen Bereich der Membran mit dem hitzeempfindlichen Werkstoff gekoppelt wird, sodass sich der Kolben mit der Ausdehnung bzw. Schrumpfung des hitzeempfindlichen Werkstoffs im Durchgang der Außenhülse axial relativ verschieben kann.
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In der Kammer des Metallgehäuses ist ein metallischer Strukturkörper ausgebildet, der unzählige körnige Metallpulver und unzählige miteinander kommunizierende Aushöhlungen umfasst. Die Metallpulver sind miteinander fest verbunden, wobei die Metallpulver im Umfeld mit der Innenwandfläche des Metallgehäuses fest verbunden sind. Als Aushöhlungen sind die jenigen Zwischenräume zwischen den Metallpulvern und die jenigen Zwischenräume zwischen der Innenwandfläche des Metallgehäuses und den benachbarten Metallpulvern definiert. Der hitzeempfindliche Werkstoff wird in flüssiger Form in die Aushöhlungen des Metallgehäuses eingefüllt.
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Vorzugsweise sind die Metallpulver Kupferpulver.
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Vorzugsweise ist der hitzeempfindliche Werkstoff Paraffin.
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Vorzugsweise wird der metallische Strukturkörper an der Innenwandfläche und in der Kammer des Metallgehäuses durch Sintern auf hoher Temperatur fest.
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Vorzugsweise erfolgt das Sintern im Schritt „Sintern auf hoher
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Temperatur“ bei der Temperatur von 950°C für eine Stunde.
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Vorzugsweise umfasst die thermostatische Baugruppe ferner einen Kautschukabstandhalter, der im Durchgang der Außenhülse angebracht ist und sich zwischen dem Kolben und der Membran befindet, sodass der mittige Bereich der Membran über den Kautschukabstandhalter mit dem Kolben gekoppelt wird.
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Vorzugsweise macht das Volumen der Metallpulver 20% bis 40% des gesamten Fassungsvermögens des Metallgehäuses aus.
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Vorzugsweise sind die Körner der Metallpulver kugelförmig ausgebildet.
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Ferner stellt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer thermostatischen Baugruppe bereit, das folgende Schritte umfasst:
Bereitstellen eines Metallgehäuses: ein Metallgehäuse wird bereitgestellt und in eine Flüssigkeit eingetaucht, wobei am Metallgehäuse ein Rohrteil, ein Unterende zum Verschließen des Rohrteils und ein sich vom Oberende des Rohrteils nach außen erstreckendes Umhüllteil ausgebildet sind, wobei zwischen dem Rohrteil und dem Unterende eine Kammer abgegrenzt ist;
Einfüllen von Metallpulvern: eine angemessene Menge von körnigen Metallpulvern wird bereitgestellt und in die Kammer des Metallgehäuses eingefüllt;
Sintern auf hoher Temperatur: das Metallgehäuse wird zusammen mit den Metallpulvern in der Kammer auf hoher Temperatur gesintert, sodass die Metallpulver miteinander sowie die Metallpulver im Umfeld und die Innenwandfläche des Metallgehäuses miteinander zu einem integralen, festen metallischen Strukturkörper verschmolzen werden, wobei die natürlich zwischen den Metallpulvern sowie zwischen den Metallpulvern und der Innenwandfläche des Metallgehäuses ausgebildeten, miteinander kommunizierenden unzähligen Zwischenräume unzählige Aushöhlungen abgrenzen; und
Einfüllen eines hitzeempfindlichen Werkstoffs: ein flüssiger hitzeempfindlicher Werkstoff wird in die Kammer des Metallgehäuses eingefüllt, sodass die Aushöhlungen mit dem hitzeempfindlichen Werkstoff befüllt werden, wobei ein Verbundbauteil aus Metall und hitzeempfindlichem Werkstoff ausgebildet wird.
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Vorzugsweise sind die Metallpulver Kupferpulver.
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Vorzugsweise ist der hitzeempfindliche Werkstoff Paraffin.
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Vorzugsweise wird der metallische Strukturkörper an der Innenwandfläche und in der Kammer des Metallgehäuses durch Sintern auf hoher Temperatur fest.
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Fließt eine externe Flüssigkeit über die äußere Oberfläche des Metallgehäuses, wird sich die Wärme der Flüssigkeit über das Metallgehäuse durch den metallischen Strukturkörper ausbreiten, wobei insbesondere die an der Innenwandfläche des Metallgehäuses integral gesinterten, miteinander fest verbundenen unzähligen Metallpulver eine Wärmeleitung durchführen, sodass die Wärme schnell auf den hitzeempfindlichen Werkstoff, mit dem die Aushöhlungen des metallischen Strukturkörpers befüllt sind, übertragen wird, wobei der hitzeempfindliche Werkstoff in einer sehr kurzen Zeit sich thermisch ausdehnt bzw. schrumpft, wodurch die Reaktionszeit des Kolbens erheblich verkürzt wird, sodass die thermostatische Baugruppe in einer sehr kurzen Zeit reagieren kann.
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Im Vergleich zu den herkömmlichen thermostatischen Baugruppen ist bei der erfindungsgemäßen thermostatischen Baugruppe möglich, dass eine geringere Menge von hitzeempfindlichem Werkstoff für ein gleich langes Metallgehäuse verwendet werden kann. Da die Wärme der Flüssigkeit über das Metallgehäuse auf die miteinander verbundenen Metallpulver in der Kammer übertragen werden kann, kann die Fläche, in der der hitzeempfindliche Werkstoff mit dem umgebenden Metallgehäuse und der wärmeleitenden Substanz aus Metallpulvern in Kontakt steht, trotz der reduzierten Verbrauchsmenge des hitzeempfindlichen Werkstoffs erheblich vergrößert werden, sodass die Wärmeleiteffizienz erheblich gesteigert wird.
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Im Vergleich zu den herkömmlichen thermostatischen Baugruppen ist die erfindungsgemäße thermostatische Baugruppe so ausgebildet, dass der in der Kammer des Metallgehäuses gesinterte metallische Strukturkörper eine integrale feste Struktur ist. Auch wenn der hitzeempfindliche Werkstoff im Vorgang des Einsatzes immer wieder Hub-Senke-Kreisläufe hervorbringt, findet beim metallischen Strukturkörper keine Trennung, wie beispielsweise die Ablagerung von Kupferpulver bei den herkömmlichen thermostatischen Baugruppen, statt, sodass das Verhalten der Wärmeleitung und das Verhalten der thermischen Ausdehnung und Schrumpfung im oberen und unteren axialen Bereich des hitzeempfindlichen Werkstoffs ziemlich gleichmäßig werden. Somit bleibt die Leistungsfähigkeit der thermostatischen Baugruppe lange erhalten, und die thermostatische Baugruppe ermöglicht eine längere Lebensdauer.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer thermostatischen Baugruppe kann der integrale, feste metallische Strukturkörper einfach und schnell in der Kammer des Metallgehäuses gesintert werden, wobei ein Verbundbauteil aus Metall und hitzeempfindlichem Werkstoff geschaffen wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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1 zeigt einen Längsschnitt einer herkömmlichen thermostatischen Baugruppe.
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2 zeigt einen Querschnitt entlang der Schnittlinie 1-1 aus 1.
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3 zeigt einen Längsschnitt einer herkömmlichen thermostatischen Baugruppe.
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4 zeigt einen Querschnitt entlang der Schnittlinie 2-2 aus 3.
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5 zeigt eine perspektivische Ansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen thermostatischen Baugruppe.
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6 zeigt eine Explosionsdarstellung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen thermostatischen Baugruppe.
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7 zeigt einen Längsschnitt des bevorzugten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen thermostatischen Baugruppe.
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8 zeigt eine vergrößerte Darstellung eines Teils A aus 7.
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9 zeigt ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens für die thermostatische Baugruppe gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel.
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Wege der Ausführung der Erfindung
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Im Folgenden werden Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung anhand der detaillierten Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und der beigefügten Zeichnung näher erläutert werden. Die Erfindung soll nicht auf die Beschreibung und die beigefügte Zeichnung beschränkt werden.
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Aus 5 bis 6 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen thermostatischen Baugruppe ersichtlich, die insbesondere für ein Thermostat oder ein Thermostatventil für eine Duscheinrichtung anwendbar ist. Die thermostatische Baugruppe umfasst ein Metallgehäuse 30, eine Außenhülse 40, einen hitzeempfindlichen Werkstoff 50, eine Membran 60, einen Kolben 70 und einen Kautschukabstandhalter 80.
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Wie in 7 gezeigt, ist das Metallgehäuse 30 in eine Flüssigkeit, z.B. Wasser, eingetaucht. Das Metallgehäuse 30 umfasst ein Rohrteil 31, ein Unterende 32 zum Verschließen des Rohrteils 31 und ein sich vom Oberende des Rohrteils 31 nach außen erstreckendes Umhüllteil 33, wobei zwischen dem Rohrteil 31 und dem Unterende 32 eine Kammer 34 abgegrenzt ist.
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Die Außenhülse 40 weist einen mittigen Durchgang 41 und einen Sockel 42 auf, der sich am Unterende der Außenhülse 40 befindet, wobei der Sockel 42 im Umhüllteil 31 des Metllgehäuses 30 umhüllt und positioniert ist.
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Wie in 8 gezeigt, ist das Metallgehäuse 30 mit dem hitzeempfindlichen Werkstoff 50 befüllt, wobei der hitzeempfindliche Werkstoff 50 nach Temperaturänderung thermisch ausdehnbar und schrumpfbar ist. In diesem Ausführungsbeispiel kann der hitzeempfindliche Werkstoff 50 vollständig aus einem thermisch ausdehnbaren Werkstoff wie Paraffin oder aus einem gut gemischten Gemisch aus einem thermisch ausdehnbaren Werkstoff und wärmeleitenden Pulvern wie z.B. Kupferpulvern hergestellt werden.
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Die Membran 60 ist zwischen der Außenhülse 40 und dem Metallgehäuse 30 angebracht, sodass die Außenhülse 40 und der hitzeempfindliche Werkstoff 50 voneinander getrennt sind.
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Der Kolben 70 ist im Durchgang 41 der Außenhülse 40 angebracht und über den mittigen Bereich der Membran 60 mit dem hitzeempfindlichen Werkstoff 50 gekoppelt wird, sodass der Kolben 70 bei Ausdehnung bzw. Schrumpfung des hitzeempfindlichen Werkstoffs 50 von dem mittigen Bereich der Membran 60 mit bewegt wird und sich im Durchgang 41 der Außenhülse 40 entlang der Axiallinie X-X relativ verschiebt.
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Der Kautschukabstandhalter 80 ist im Durchgang 41 der Außenhülse 40 angebracht und befindet sich zwischen dem Kolben 70 und der Membran 60, sodass der mittige Bereich der Membran 60 über den Kautschukabstandhalter 80 mit dem Kolben 70 gekoppelt wird. Der Kautschukabstandhalter 80 ist aus verformbarem, elastischem Werkstoff hergestellt.
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Im Folgenden werden die Vorteile der Erfindung erläutert. In der Kammer 34 des Metallgehäuses 30 ist ein metallischer Strukturkörper 301 ausgebildet, wie in 7 und 8 gezeigt wird. Der metallische Strukturkörper 301 umfasst unzählige körnige Metallpulver 35 und unzählige miteinander kommunizierende Aushöhlungen 36. Die Metallpulver 35 sind miteinander fest verbunden, und die Metallpulver 35 im Umfeld sind mit der Innenwandfläche 37 des Metallgehäuses 30 fest verbunden. Als Aushöhlungen 36 sind die jenigen Zwischenräume zwischen den Metallpulvern 35 und die jenigen Zwischenräume zwischen der Innenwandfläche 37 des Metallgehäuses 30 und den benachbarten Metallpulvern 35 definiert.
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Der hitzeempfindliche Werkstoff 50 wird in flüssiger Form in die Aushöhlungen 36 des Metallgehäuses 30 eingefüllt.
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Vorzugsweise sind die Metallpulver 35 in diesem Ausführungsbeispiel Kupferpulver, aber nicht auf Kupferpulver eingeschränkt. Die Metallpulver 35 können auch Silberpulver sein. In diesem Ausführungsbeispiel wird Paraffin als hitzeempfindlicher Werkstoff eingesetzt.
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In diesem Ausführungsbeispiel werden Kupferpulver als Metallpulver 35 eingesetzt. Da Kupferpulver nicht aus richtigen Kugeln bestehen, und zwischen den Kupferpartikeln große Reibung entsteht, können sich die Kupferpulver nicht dicht ablagern. Nach Testen macht das Volumen der Kupferpulver ca. 30% des gesamten Fassungsvermögens der inneren Kammer 34 des Metallgehäuses 30 aus, ist aber nicht auf diese Zahl eingeschränkt. Vorzugsweise besitzen die Kupferpulver einen Volumenanteil von 20% bis 40%, während das restliche Fassungsvermögen mit dem hitzeempfindlichen Werkstoff 50 befüllt wird.
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Vorzugsweise sind die körnigen Metallpulver 35 beinahe kugelförmig ausgebildet.
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Wie in 9 gezeigt, umasst das Verfahren zur Herstellung der thermostatischen Baugruppe, insbesondere das Verfahren zur Herstellung des Metallgehäuses 30 und deren innerem Aufbau, folgende Schritte:
- S1: Bereitstellen eines Metallgehäuses 30: ein Metallgehäuse 30 wird bereitgestellt und in eine Flüssigkeit eingetaucht, wobei am Metallgehäuse 30 ein Rohrteil 31, ein Unterende 32 und ein Umhüllteil 33 und eine Kammer 34 ausgebildet sind;
- S2: Einfüllen von Metallpulvern 35: eine angemessene Menge von körnigen Metallpulvern 35, wie z.B. Kupferpulvern, wird bereitgestellt und in die Kammer 34 des Metallgehäuses 30 eingefüllt;
- S3: Sintern auf hoher Temperatur: das Metallgehäuse 30 wird zusammen mit den Metallpulvern 35 in der Kammer 34 auf hoher Temperatur gesintert, wobei das Sintern auf 950°C für ca. eine Stunde durchgeführt wird, sodass die Metallpulver 35 miteinander sowie die Metallpulver 35 im Umfeld und die Innenwandfläche 37 des Metallgehäuses 30 miteinander zu einem intergalen, festen metallischen Strukturkörper 301 verschmolzen werden, wobei die natürlich zwischen den Metallpulvern 35 sowie zwischen den Metallpulvern 35 und der Innenwandfläche 37 des Metallgehäuses 30 ausgebildeten, miteinander kommunizierenden unzähligen Zwischenräume unzählige Aushöhlungen 36 abgrenzen; und
- S4: Einfüllen eines hitzeempfindlichen Werkstoffs 50: ein flüssiger hitzeempfindlicher Werkstoff 50 wie z.B. Paraffin wird in die Kammer 34 des Metallgehäuses 30 eingefüllt, sodass die Aushöhlungen 36 mit dem hitzeempfindlichen Werkstoff 50 befüllt werden, wobei ein Verbundbauteil aus Metall und hitzeempfindlichem Werkstoff 50 ausgebildet wird.
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Die erfindungsgemäße thermostatische Baugruppe c kann die Temperatur eines externen flüssigen Mediums, insbesondere eines Kalt-/Warmwassergemisches, messen, wobei die Wärme über das Metallgehäuse 30 und den hitzeempfindlichen Werkstoff 50 im Metallgehäuse 30 übertragen wird. Beispielsweise werden die thermostatische Baugruppe c und weitere Bauteile zu einem Thermostat oder einem Thermostatventil zusammengebaut. Bei Erhöhung der Temperatur des Kalt-/Warmwassergemisches wird sich der hitzeempfindliche Werkstoff 50 durch die Wärmeleitung ausdehnen, wobei der Kolben 70 durch die Kopplung der Membran 60 und des Kautschukabstandhalters 80 mit dem Kolben 70 beim Ausstrecken nach außen gleichzeitig das Ventil zum Bewegen bringt, sodass der Einlass für Warmwasser verkleinert und der Einlass für Kaltwasser vergrößert wird, wodurch das Verhältnis von Warm- und Kaltwasser so verändert wird, dass die Temperatur des Kalt-/Warmwassergemisches sinkt. Umgekehrt schrumpft der hitzeempfindliche Werkstoff 50 beim Sinken der Temperatur des Kalt-/Warmwassergemisches durch die Wärmeleitung, wobei der Kautschukabstandhalters 80 und der Kolben 70 durch die Membran 60 und die mit der Membran 60 zusammewirkende Rückstellfeder beim Zurückziehen nach innen gleichzeitig das Ventil zum Bewegen bringen, sodass der Einlass für Warmwasser vergrößert und der Einlass für Kaltwasser verkleinert wird, wodurch das Verhältnis von Warm- und Kaltwasser so verändert wird, dass die Temperatur des Kalt-/Warmwassergemisches steigt. Nach dem obigen Funktionsprinzip kann die Temperatur des Kalt-/Warmwassergemisches konstant gehalten werden, wobei das obige Funktionsprinzip bekannt ist und so hierbei nicht kurz erläutert wird.
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Unter Bezugnahme auf 8 ist Folgendes zu bemerken. Wenn eine externe Flüssigkeit über die äußere Oberfläche des Metallgehäuses 30 der erfindungsgemäßen thermostatischen Baugruppe c strömt, kann die Wärme der Flüssigkeit über das Metallgehäuse 30 durch den metallischen Strukturkörper 301, vor allem durch die an der Innenwandfläche 37 des Metallgehäuses 30 integral gesinterten, unzähligen miteinander fest verbundenen Metallpulver 35 übertragen werden. Somit kann die Wärme schnell auf den hitzeempfindlichen Werkstoff 50, mit dem die Aushöhlungen 36 des metallischen Strukturkörpers 301 befüllt sind, übertragen werden, sodass der hitzeempfindliche Werkstoff 50 in einer sehr kurzen Zeit sich thermisch ausdehnen oder schrumpfen kann, wodurch die Reaktionszeit des Kolbens 70, i.e. die Reaktionszeit der thermostatischen Baugruppe c, erheblich verkürzt wird. Nach Ergebnissen von Emulationsexperimenten ist die Wärmeleiteffizienz der erfindungsgemäßen thermostatischen Baugruppe c ca. 2 bis 2,7 fach so groß wie die Wärmeleiteffizienz der herkömmlichen thermostatischen Baugruppe aus 1 und 2 und ca. 1,3 bis 1,5 fach so groß wie die Wärmeleiteffizienz der herkömmlichen thermostatischen Baugruppe aus 3 und 4.
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Die erfindungsgemäße thermostatische Baugruppe c ist im Vergleich zu den herkömmlichen thermostatischen Baugruppen insofern vorteilhaft, als für ein gleich langes Metallgehäuse 30 eine geringere Menge von hitzeempfindlichem Werkstoff benötigt wird. Da die Wärme der Flüssigkeit über das Metallgehäuse 30 auf die miteinander verbundenen Metallpulver 35 in der Kammer 34 übertragen werden kann, kann die Fläche, in der der hitzeempfindliche Werkstoff 50 mit dem umgebenden Metallgehäuse 30 und der wärmeleitenden Substanz aus Metallpulvern 35 in Kontakt steht, trotz der reduzierten Verbrauchsmenge des hitzeempfindlichen Werkstoffs 50 erheblich vergrößert werden, sodass die Wärmeleiteffizienz erheblich gesteigert wird und die Reaktionszeit des Kolbens 70 verkürzt wird.
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Im Vergleich zu den herkömmlichen thermostatischen Baugruppen weist die erfindungsgemäße thermostatische Baugruppe c des Weiteren den Vorteil auf, dass die Metallpulver 35 miteinander sowie die Metallpulver 35 im Umfeld und die Innenwandfläche 37 des Metallgehäuses 30 miteinander zu einem integralen, festen metallischen Strukturkörper 301 verschmolzen werden. Auch wenn der hitzeempfindliche Werkstoff 50 im Vorgang des Einsatzes immer wieder Hub-Senke-Kreisläufe hervorbringt, findet beim metallischen Strukturkörper 301 keine Trennung, wie beispielsweise die Ablagerung der Kupferpulver bei den herkömmlichen thermostatischen Baugruppen, statt, sodass das Verhalten der Wärmeleitung und das Verhalten der thermischen Ausdehnung und Schrumpfung im oberen und unteren axialen Bereich des hitzeempfindlichen Werkstoffs 50 ziemlich gleichmäßig werden. Somit bleibt die Leistungsfähigkeit der thermostatischen Baugruppe c lange erhalten, und die thermostatische Baugruppe c ermöglicht eine längere Lebensdauer.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele detailliert beschrieben worden ist, ist für den Fachmann selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern dass vielmehr Abwandlungen in der Weise möglich sind, dass einzelne Merkmale weggelassen oder andersartige Kombinationen von Merkmalen verwirklicht werden können, solange der Schutzbereich der beigefügten Ansprüche nicht verlassen wird. Die Offenbarung der vorliegenden Erfindung schließt sämtliche Kombinationen der vorgestellten Einzelmerkmale mit ein.
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Bezugszeichenliste
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- C
- thermostatische Baugruppe
- 30
- Metallgehäuse
- 301
- metallischer Strukturkörper
- 31
- Rohrteil
- 32
- Unterende
- 33
- Umhüllteil
- 34
- Kammer
- 35
- Metallpulver
- 36
- Aushöhlung
- 37
- Innenwandfläche
- 40
- Außenhülse
- 41
- Durchgang
- 42
- Sockel
- 50
- hitzeempfindlicher Werkstoff
- 60
- Membran
- 70
- Kolben
- 80
- Kautschukabstandhalter
