DE1227270B - Thermostat - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

G05d

Deutsche Kl.: 42 q-2/02

Nummer: 1227 270

Aktenzeichen: D 39074IX b/42 q

Anmeldetag: 2. Juni 1962

Auslegetag: 20. Oktober 1966

Die Erfindung betrifft einen Thermostaten mit einem dampf- oder gasgefüllten Ausdehnungsgefäß, das gegen die Rückstellkraft eines mittels eines Sollwerteinstellelements verstellbaren Federorgans ein Stellglied, wie z. B. ein Ventil oder ein elektrisches Kontaktsystem, betätigt. Die jeweilige Regelstellung eines solchen Thermostaten ergibt sich durch den Gleichgewichtszustand zwischen der von der Einstellung abhängigen Federkraft und von der Kraft des Ausdehnungsgefäßes, die sich nach den temperaturabhängigen Zustandsgrößen des eingefüllten Mediums richtet.

Bei den bekannten Thermostaten werden lineare Sollwertfedern benutzt. Diese linearen Sollwertfedern sind auch schon mit Kurvenscheiben betätigt worden, um eine Verzerrung der Anzeigeskala zu erzielen.

Jeder Thermostat arbeitet mit einer sogenannten Temperaturdifferenz. Das ist der Unterschied zwischen der Ein- und Ausschalttemperatur. Bei einem Ventil entspricht diese Temperaturdifferenz dem Hub des Verschlußkörpers aus der Schließstellung in die volle Öffnungsstellung, bei einem Schalter mit Sprungschaltwerk der Verlagerung des Schalthebels bis zum Umschnappen u. dgl.

Bei dampfgefüllten Thermostaten tritt wegen der Krümmung der Dampfdruckkurve im oberen Temperaturbereich eine kleinere Temperaturdifferenz auf als im unteren Temperaturbereich. Wünschenswert ist es aber, die Temperaturdifferenz über den gesamten Einstellbereich zu vergleichmäßigen. Ferner hat es sich herausgestellt, daß eine große Temperaturdifferenz im unteren Temperaturbereich oftmals als sehr unangenehm empfunden wird, während eine gleich große Temperaturdifferenz im oberen Temperaturbereich durchaus noch erträglich wäre. Es ist daher sogar anzustreben, die Temperaturdifferenz im unteren Temperaturbereich kleiner zu halten als im oberen Temperaturbereich.

Diese Forderungen werden erfindungsgemäß dadurch erfüllt, daß die Steilheit der Kraft-Weg-Kennlinie des Federorgans bei kleineren Werten der eingestellten Federkraft kleiner ist als bei größeren Werten.

Mit dieser Maßnahme kann man die durch die Krümmung der Dampfdruckkurve eingeführte Nichtlinearität wieder ausgleichen und dadurch den Unterschied in der Temperaturdifferenz zwischen dem unteren und dem oberen Temperaturbereich verringern. Man kann sogar die Temperaturdifferenz im unteren Temperaturbereich kleiner halten als im oberen Temperaturbereich.

Thermostat

Anmelder:

DANFOSS A/S, Nordborg (Dänemark)

Vertreter:

Dr.-Ing. U. Knoblauch, Patentanwalt,

Frankfurt/M., Kühhornshofweg 10

Als Erfinder benannt:

Volker Spies, Sönderborg;

Carl S0rensen, Nordborg (Dänemark)

Besonders vorteilhaft ist es, wenn sich die Steilheit der Kraft-Weg-Kennlinie des Federorgans kontinuierlich mit der Einstellung der Federkraft ändert. Man kann also beispielsweise das Federorgan der speziellen Dampffüllung des Betätigungsorgans anas passen und so ohne Änderung der übrigen mechanischen Teile des Thermostaten für jede beliebige Dampffüllung zu einem analogen Resultat kommen. Auch kann man durch Austausch der Federn dem Thermostaten die verschiedensten Charakteristika geben. Allerdings genügt es in manchen Fällen auch, die Kraft-Weg-Kennlinie des Federorgans durch geradlinige Kurvenabschnitte auszubilden oder eine gekrümmte Kennlinie nur im unteren Temperaturbereich vorzusehen.

Die erfindungsgemäße Maßnahme hat noch den weiteren Vorteil, daß man am Einstellelement eine nichtlineare Skala mit auseinandergezogenen Kleinstwerten vorsehen kann. Man kann daher dort, wo die häufigsten Einstellungen vorgenommen werden und wo Ungenauigkeiten der Einstellung am unangenehmsten empfunden werden, die relativ genaueste Einstellung vornehmen.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand mehrerer in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 in einem Diagramm das Zusammenwirken von Dampfdruck und Federdruck,

F i g. 2 einen Thermostaten gemäß der Erfindung für ein Ventil mit zylindrischer Schraubenfeder,

F i g. 3 eine Draufsicht auf F i g. 2,

F i g. 4 eine erfindungsgemäß verwendbare konusförmige Schraubenfeder und

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Fig. 5 einen erfindungsgemäß verwendbaren Tellerfederstapel.

In Fig. 1 ist links über der Tempertur t der Dampfdruck P für ein bestimmtes System durch den Kurvenzug A gekennzeichnet. Auf der rechten Seite ist in Abhängigkeit von der Bewegung s des Einstellelements die mit dem Dampfdruck im Gleichgewicht stehende Federkraft eingetragen, und zwar stellt die gestrichelte Kurve B die bekannte Zuordnung mit linearer Sollwertfeder dar, während die ausgezogene Kurve C den Verlauf gemäß der Erfindung veranschaulicht. Die Kurven A und C sind der Anschaulichkeit halber übertrieben gekrümmt gezeigt. Verfolgt man beispielsweise den Zustand bei der Temperatur 2 T, so gelangt man auf den dünn eingetragenen Hilfslinien im rechten Teil des Diagramms für die bekannte Kurve B zu dem durch ein Kreuz gekennzeichneten Punkt 2 T, während sich im Zusammenhang mit der Kurve C der durch einen Kreis gekennzeichnete Punkt 2 T ergibt.

Man sieht deutlich, daß bei Verwendung der Kurve B die Abstände der durch Kreuze gekennzeichneten Einstellpunkte für gleiche Temperatursprünge nach rechts immer größer werden. Das bedeutet, daß die für einen vorgegebenen Hub zu durchlaufende Temperaturdifferenz mit steigender Temperatur immer kleiner wird. Bei Verwendung der Kurve C ist es dagegen umgekehrt; der Abstand der Einstellpunkte für gleiche Temperatursprünge nimmt mit steigender Temperatur ab, die einem vorgegebenen Hub entsprechende Temperaturdifferenz zu.

Aus dem Diagramm ist ferner ableitbar, daß die erstrebte Verbesserung fortschreitet, je mehr die Gerade B in Richtung auf die Kurve C durchgebogen wird. Bei einer Krümmung, die dem Spiegelbild der Kurvet entspricht, erhält man eine lineare Skalas und eine gleichmäßige Temperaturdifferenz über dem ganzen Bereich. Bei stärkerer Krümmung ergeben sich die dargestellten Verhältnisse, bei denen die Temperaturdifferenz in den unteren Temperaturbereichen noch stärker verkleinert ist.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 soll der Ventilkörper 1 für das strichpunktiert gezeichnete Ventil 2 durch das thermostatische System gesteuert werden. Zu diesem Zweck ist der Ventilschaft 3 an seinem unteren Ende mit der dampfgefüllten Balgdose 4 verbunden, die über ein Kapillarrohr 5 mit einem Temperaturfühler in Verbindung steht. Von oben drückt auf den Schaft 3 die Sollwert-Schraubenfeder 6. Auf dem Gehäuse 7 ist ein Sollwerteinstellelement in Form eines Handgriffs 8 verschraubbar, der mit seinem Flansch 9 auf ein die Schraubenfeder 6 beeinflussendes Einsatzstück 10 drückt. Das Einsatzstück ist gegen Rotation gesichert, indem seine sechskantige Außenseite 11 in einer sechskantigen Führung 12 des Gehäuses 7 gehalten ist. Infolgedessen kann man, wie F i g. 3 zeigt, auf der Stirnseite des Handgriffs 8 eine Skala 13 und auf der Stirnseite des Einsatzes 10 eine Marke 14 anbringen und so die jeweilige Einstellung ablesen.

Die Schraubenfeder 6 besitzt eine in Abhängigkeit von der eingestellten Federkraft veränderliche Steilheit der Kraft-Weg-Kennlinie. Dies geschieht dadurch, daß die Schraubenfeder 6 eine sich über die Länge ändernde Steigung aufweist. Bei der Einstellbewegung legen sich daher die Windungen nach und nach aufeinander, wobei sie unwirksam werden und sich die Federcharakteristik ändert. Man kann die Feder 6 einfach so wickeln, daß sich die Kurve C in einem Diagramm ergibt, in dem die Federkraft über der Federlänge aufgetragen ist.

Auf diese Weise ergibt sich beispielsweise die in Fig. 3 dargestellte Skala, bei der die Einstellpunkte

ίο im Bereich geringer Temperaturen stärker auseinandergezogen sind.

Statt der Schraubenfeder 6 mit sich über die Länge ändernder Steigung kann man auch als Federorgan eine konische Schraubendruckfeder 15 verwenden, wie sie in F i g. 4 dargestellt ist. Auch bei dieser Feder ändert sich die Steilheit der Kraft-Weg-Kennlinie in Abhängigkeit von der eingestellten Federkraft. Eine weitere Beeinflussung kann man dadurch erzielen, daß auch die Konusfeder 15 eine unterschiedliche Steigung über ihre Länge erhält.

Ein ähnliches Ergebnis erreicht man, wenn man einen Stapel von Tellerfedern 16 mit unterschiedlicher Federkonstante benutzt. Hierbei bestimmen zunächst die weicheren Teller die Kraft-Weg-Kennlinie; bei genügend starker Zusammenpressung sind dann die härteren Teller maßgebend. Die Kurve C wird hierbei durch etwa geradlinige Abschnitte angenähert.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Thermostat mit einem dampf- oder gasgefüllten Ausdehnungsgefäß, das gegen die Rückstellkraft eines mittels eines Sollwerteinstellelements verstellbaren Federorgans ein Stellglied, wie z. B. ein Ventil oder ein elektrisches Kontaktsystem, betätigt, dadurch gekennzeichnet, daß die Steilheit der Kraft-Weg-Kennlinie des Federorgans (6, 15, 16) bei kleineren Werten der eingestellten Federkraft kleiner ist als bei größeren Werten.

2. Thermostat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Steilheit der Kraft-Weg-Kennlinie des Federorgans (6,15, 16) kontinuierlich mit der Einstellung der Federkraft ändert.

3. Thermostat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Federorgan (6) eine Schraubendruckfeder mit über die Länge sich ändernder Steigung ist.

4. Thermostat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Federorgan eine konische Schraubendruckfeder (15) ist.

5. Thermostat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Federorgan ein Tellerfederstapel (16) mit Tellern unterschiedlicher Federkonstante ist.

6. Thermostat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine nichtlineare Skala (13) mit auseinandergezogenen Kleinstwerten am Einstellelement (8).

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 942 719;
deutsche Auslegeschriften Nr. 1068039, 1132400, 1136172, 1136173, 1142 810.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen