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Temperaturfühler mit einer sich unter der Wirkung eines temperaturempfindlichen
Materials bewegenden Membran Die Erfindung bezieht sich auf einen Temperaturfühler
mit einer sich unter der Wirkung eines temperaturempfindlichen Materials bewegenden
Membran, an die sich eine sich zu einer Hülse verengende Kammer anschließt, und
einem in der Kammer befindlichen, die auf die Membran wirkende Kraft auf einen in
der Hülse gleitbaren Kolben übertragenden Pfropfen aus plastischem Material.
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Es liegt die Aufgabe vor, einen derartigen Temperaturfühler zu erhalten,
der auch im Bereich höherer Temperaturen zuverlässig und genau arbeitet. Es handelt
sich dabei vorzugsweise um einen Temperaturbereich von etwa 120 bis 1800C. Dabei
soll der Pfropfen aus einem Material geringer Reibung, leichter Verformbarkeit und
keiner Neigung zum Verkleben bestehen.
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Die erfindungsgemäße I,ösung der Aufgabe bei einem Temperaturfühler
der oben beschriebenen Bauart ist dadurch gekennzeichnet, daß der Pfropfen in an
sich bekannter Weise feste Teilchen enthält, daß diese aus Kunstharz bestehen und
in einem fließfähigen organischen Polysiloxan dispergiert und von diesem überzogen
sind und daß sie 75 bis 90010 des Volumens des Pfropfens einnehmen.
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Es ist bekannt, feste Teilchen in plastischen Bindern zu dispergieren.
Soweit es sich dabei um ein Pfropfenmaterial für Temperaturfühler handelt, bestanden
die festen Teilchen aus kleinen Stahl- oder Bronzekugeln, die wohl bei hohen Temperaturen
brauchbar waren, aber bei größeren Drücken eine zusammenhängende Masse bilden, die
nahezu die Eigenschaften eines festen Körpers besitzt. Zum Stand der Technik gehören
auch kleine Kugeln aus Kautschuk, Gelatine oder Fett; es ist klar, daß solche Stoffe
für höhere Temperaturen nicht in Betracht kommen.
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Es ist auch bekannt, Teilchen von Polytetrafluoräthylen in einer
Mischung mit einem Polysiloxan zu verwenden, wobei die Teilchen aus Polytetrafluoräthylen
volumenmäßig nicht mehr als 100/o ausmachen.
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Dabei ergibt sich ein Ausgangswerkstoff, der in einem Walzwerk od.
dgl. mechanisch zu bearbeiten ist, um die Teilchen von Polytetrafluoräthylen in
fadenförmige Elemente zu verformen. Nach Hinzufügung weiterer Stoffe und nach Vulkanisation
erhält man einen starren Silikongummi, der durch die eingeschlossenen fadenförmigen
Elemente versteift ist und der hohen Beanspruchungen von Zug- und Schubkräften standhält,
so daß er für die Herstellung von Dichtungen, elektrischen Isolationen, Ventilsitzen
u. dgl. geeignet ist.
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Im Gegensatz dazu handelt es sich beim erfindungsgemäßen Pfropfenmaterial,
an welches hinsichtlich der Druckbeanspruchung keine hohen Anforderungen gestellt
werden, darum, daß es auf jeden Druck mit einer Formänderung unter Beibehaltung
seines Volumens reagiert. Bei dem Pfropfenmaterial nach der erfindungsgemäßen Kombination
sind die Kunstharzteilchen durch das wie ein Schmiermittel wirkende Polysiloxan
voneinander getrennt, so daß sich diese bei einem Druck auf den Pfropfen relativ
zueinander verschieben können, wobei sich die Pfropfenform entsprechend der umgebenden
Behälterform ändert.
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Weiterbildungen der Erfindung beziehen sich auf die Zusammensetzung
und auf die Viskosität des Polysiloxans und auf die Zusammensetzung der Kunstharzteilchen,
indem das in dem Pfropfen enthaltene Polysiloxan einen größeren Anteil an Dimethylpolysiloxan
und einen kleineren Anteil an Diphenylpolysiloxan enthält, die Viskosität des Polysiloxans
bei 25"C mehr als 1000 cSt beträgt und die einzelnen Kunstharzteilchen aus Polytetrafluoräthylen,
Polymonochlortrifluoräthylen oder einem Polyamid oder einem Gemisch derselben bestehen.
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In der Zeichnung ist im Schnitt ein Temperaturfühler der hier in
Betracht kommenden Bauart dargestellt.
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Der Temperaturfühler besitzt ein Gefäß 1 aus Kupfer oder einem anderen
wärmeleitenden Material.
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Im Gefäß 1 befindet sich ein Vorrat 2 aus temperatur-
empfindlichem
Material. Dies besteht vorzugsweise aus einer Mischung von Tetrachlorbenzol, Tetrabrombenzol
und Tribrombenzol. Diese Stoffe dehnen sich im Bereich von etwa 120 bis etwa 188"C
aus, je nach dem Verhältnis der Bestandteile. Die Temperaturbereiche sind jedoch
nicht kritisch, und andere Stoffe mit Ausdehnungs- und Zusammenziehungseigenschaften
in höheren oder niedrigeren Temperaturbereichen können ebenfalls Verwendung finden.
Um die Ansprechgeschwindigkeit des Materials auf Temperaturänderungen in der Umgebung
zu erhöhen, ist vorzugsweise in-dem Vorrat eine Anzahl wärmeleitender Teilchen,
z. B. Kupfer oder Aluminium, dispergiert.
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Das Gefäß 1 ist mit einer ringartigen Wand 3 versehen, die eine Schulter
bildet. Über der Öffnung des Gefäßes 1 ist eine Metallmembran 5 angebracht und durch
eine zusammenhängende Ringschweißnaht 4 an die Schulter 3 angeschweißt. Die Membran
5 besteht aus Metall, und zwar vorzugsweise aus einem rostfreien Stahl. Diese Metalle
reagieren nicht chemisch mit den temperaturempfindlichen Materialien 2, so daß keine
Korrosion der Membran auftritt. Die Metallmembran ist nicht porös, so daß eine Wanderung
von Material durch die Membran in oder aus dem Gefäß 1 nicht stattfinden kann. Die
Schweißnaht 4 dichtet die Kanten der Membran ab, so daß auch durch die Verbindungsstelle
zwischen der Wand 3 und der Membran 5 keine Stoffe ein- oder austreten können.
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Die Membran 5 ist mit mehreren ringförmigen Wellungen 6 versehen.
Bei einer Temperatursteigerung des Gefäßes 1 dehnt sich das temperaturempfindliche
Material 2 aus, und die Höhe der Wellungen 6 verringert sich. Die Membran 5 erleidet
hierbei keine Dehnung, und die erforderliche Ausdehnung der Membran 5 wird nur durch
Abflachung der Wellunge 6 erreicht. Nach beendeter Ausdehnung des Materials 2 sind
die Wellungen 6 stark abgeflacht, sind aber noch als Wellungen erkennbar. Bei einer
Temperaturabnahme des Materials 2 nimmt die Höhe der Wellungen wieder zu, bis die
Membran die in F i g. 1 gezeigte Gestalt wieder annimmt.
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Über der Membran 5 befindet sich ein Pfropfen aus einem fließfähigen
bzw. plastischen kraftübertragenden Werkstoff7. Der Werkstoff7 wird in einem konischen
Gehäuse 8 gehalten, das sich in einer Hülse 9fortsetzt.
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Der Werkstoff7 überdeckt die Wellungen 6 und verstärkt und unterstützt
hierdurch die Wellungen gegen den Druck, der vom Material 2 bei Temperaturanstieg
ausgeübt wird. Infolgedessen werden die Wellungen niemals völlig abgeflacht oder
zerstört, so daß die Membran 5 wieder in die in der Figur gezeigte Gestalt zurückkehren
kann. Eine völlige'Abflachung der Wellungen würde bewirken, daß die Membran ihre
Biegsamkeit verliert und deshalb nach verhältnismäßig wenigen Temperaturwechseln
brechen würde.
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Über dem Werkstoff7 befindet sich in der Hülse 9 eine reibungsarme
Scheibe 10 aus Polytetrafluoräthylen, die niemals den Fortsatz verläßt. Diese Scheibe
verhindert, daß der Werkstoff7 in den Zwischenraum zwischen der Hülse 9 und dem
Kolben 12 eindringen kann. Dadurch kann das Material 7 nicht mit dem Kolben 12 aus
der Hülse 9 austreten, und es besteht keine Gefahr, daß der Temperaturfühler deswegen
seine Eichung verliert.
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Bei einem Ausführungsbeispiel besteht der kraftübertragende Werkstoff7
aus einzelnen Harzteilchen, die in einem fließfähigen Polysiloxan dispergiert sind.
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Vorzugsweise bestehen die einzelnen Harzteilchen aus Polytetrafluoräthylen,
Polymonochlortrifiuothy len oder Polyamid. Das Polysiloxan enthält vort weise einen
größeren Anteil an DimethylpolysiloX und einen kleineren Anteil an Diphenylpolysilox
Die einzelnen Harzteilchen machen vorzugsweise 7 bis 90 Volumprozent des kraftübertragenden
Werkstoffs aus, während der Rest aus Polysiloxan besteht.
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Eine gewisse Elastizität kann erzielt werden, indem mit Volumprozentsätzen
an Harzteilchen übet*°lO gearbeitet wird, während das Polysiloxan strebt, in den
Zwischenraum 11 einzufließen, wenn Volumprozentsatz der harzartigen Teilchen unter
7501o liegt.
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Das Molekulargewicht des fließfähigen Polysiloxans ist vorzugsweise
so gewählt, daß man eine Viskosität oberhalb 1000 cSt bei 25"C erhält. Vorzugsweise
beträgt die Viskosität des Polysiloxans etwa 200 OOOt bei 25"C. Bei Viskositäten
des Polysiloxans unter 1000 cSt ist das Polysiloxan so flüssig, daß es it Zwischenraum
11 ausfließt. Polysiloxan mit emer.
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Viskosität von 200 000 cSt ist sehr zäh, d. h., wenn ein Klumpen davon
auf einen Tisch gelegt würde, so würde er mehrere Stunden benötigen, um seine Klumpen
gestalt zu verlieren.
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Vorzugsweise wird der kraftübertragende Sto? dadurch hergestellt,
daß man zunächK " siloxan mit einem Lösungsmittel, wie Xylol, aLöst.
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Das Verhältnis von Xylol zu Polysiloxan ist vorne weise etwa 3:1,
obwohl ein größerer Anteil an Xylol erforderlich sein kann, wenn das Verhältnis
von Polysiloxan zu den Harzteilchen gering ist, damit die Vermischung des Polysiloxans
mit den Harzteilchen leichter wird. Der zweite Schritt besteht darin, daß man mechanisch
die Harzteilchen mit den Polysiloxas und dem Lösungsmittel vermischt und hieraXs
Lösungsmittel bei einer Temperatur zwischen 150 und 200"C abdampft. Die fertige
Mischung aus einælW Harzteilchen und fließfähigem Polysiloxan ist al gezeichnet
geeignet zur Verwendung als verformbarer kraftübertragender Stoff in dem Temperaturfühler
nach der Zeichnung.
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Das kraftübertragende Material 7 gemäß der Lrfins dung hat geringe
Reibung und ist leicht verformbar; wobei es sich von selbst den Änderungen der Kamra
wände anpaßt, die bei der Bewegung des Kolbens 12 auftreten. Wie erwähnt, enthält
der kraftübertragende Werkstoff einzelne Harzteilchen, die in einem ffieS fähigen
Polysiloxan verteilt sind. Dadurch, das die Harzteilchen unabhängig voneinander
und jeweils vom Polysiloxan umgeben sind, können die einzelnen Harzteilchen leicht
ihre Lage gegeneinander wechseln, ohne bei den hohen Temperaturen (manchmal bis
zu 200° c)> denen der Temperaturfühler ausgesetzt sein kann, zu einer festen,
unbeweglichen Masse zusammenzubaclaL Das angewandte Polysiloxan hat eine verhAltnis4t;
mäßig flache Viskositätskurve in Abhängigkeit voJi der Temperatur. Die Viskosität
bei 59"C ist beinahe die gleiche wie bei 200"C. Auch zeigt das Polysiloxan keine
Zersetzungsbestrebungen bei den höheren Temperaturen. Deshalb sucht das Polysiloxan
nicht in den Zwischenraum 11 bei höheren Temperaturen em zudringen. Wegen dieser
Eigenschaften des Polp siloxans kann der Temperaturfühler in Umgebo medien mit großen
Temperaturänderungen, z. B. in der Luftfahrt Verwendung finden.
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Die Plastizitätseigenschaften des Materials 7 werden nicht auf Kosten
ein er erhöhten Flüssigkeit oder
Tendenz des Eindringens in den
Zwischenraum 11 erlangt. So ist es durch Verwendung eines Materials, das 25 Gewichtsprozent
fließfähiges Polysiloxan mit einer Viskosität über 1000 cSt enthält, möglich, ein
Eindringen des Materials 7 in den Zwischenraum 11 zu verhindern und trotzdem die
gewünschte Bildsamkeit beizubehalten. Wenn der Temperaturfühler nur in höheren Temperaturbereichen
(150 bis 200°C) verwendet werden soll, so kann der Volumenanteil des Polysiloxans
vorzugsweise auf etwa 10 0/, oder weniger verringert werden, weil die vom Polysiloxan
beigesteuerte Bildsamkeit durch die etwas geringere Viskosität verstärkt wird. Die
einzelnen Harzteilchen, insbesondere bei Verwendung von Polytetrafluoräthylen, tragen
zur Schmierung und dazu bei, daß das Material 7 keine Klebrigkeit aufweist, und
erlauben es hierdurch, daß das Material in die Hülse 9 und aus derselben fließen
kann, ohne daß es an den Innenwänden des Gehäuses hängenbleibt.