DE1281172B - Temperaturempfindliche Vorrichtung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

GOIk

Deutsche Kl.: 42 i-6/02

Nummer: 1281172

Aktenzeichen: P 12 81 172.2-52 (V 24039)

Anmeldetag: 8. Mai 1963

Auslegetag: 24. Oktober 1968

Die Erfindung betrifft eine temperaturempfindliche Vorrichtung, welche in einem Gefäß eine mit Änderung der Temperatur ihr Volumen ändernde Masse zur Verschiebung eines Kolbens enthält, die mit einem elastischen Pfropfen im Kolbenführungsrohr in Berührung steht und deren Führungsrohr mit einer Ringschulter mit konischen Seitenflächen in den Pfropfen eingreift. Derartige Vorrichtungen sind an sich bereits bekannt. Sie finden Anwendung z. B. zur Steuerung von Vorgängen in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur oder in Vorrichtungen zum Mischen von Flüssigkeiten, in Automaten zur Herstellung von Eis, zur Überwachung von Heizungen, insbesondere bei der Beheizung von Wohnräumen, bei Waschmaschinen, Wäschetrocknern, Feueralarmanlagen, Heißwasserbereitern, Thermostaten und ähnlichen Geräten. Bei diesen bekannten Ausführungen wird es jedoch als nachteilig angesehen, daß eine Abdichtung des sich unter der Wirkung einer Temperaturverringerung zusammenziehenden ao Zapfens gegen die ihn umgebende Zylinderwand nur mit Hilfe einer zusätzlichen, durch eine Feder aufgebrachten Kraft zu erreichen ist. Dieser Kraft kommt dabei die Aufgabe zu, durch axiale Pressung die radiale Zusammenziehung des Zapfens zu korn- as pensieren. Die Feder trägt aber nicht nur zur Verteuerung der Vorrichtung bei, vielmehr stellt sie eine weitere Versagensquelle der Vorrichtung dar. Darüber hinaus verlangt die Anbringung und Abstützung der Feder eine aufwendige Konstruktion der sonst relativ einfachen Vorrichtung.

Es lag daher die Aufgabe vor, eine Vorrichtung zu schaffen, bei welcher ohne Zuhilfenahme einer Feder oder einer anderen Zusatzeinrichtung der Zapfen bei seiner Kontraktion stets gegen seine umgebende Wandung abgedichtet ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einer Vorrichtung der beschriebenen Art die Ringschulter eine breite, zentrisch liegende Zylinderwandung besitzt. Durch das Zusammenwirken der beiden nach innen gerichteten Schultern mit der zylindrischen Einschnürung ergibt sich beim Zusammenziehen des Zapfens an den Schultern automatisch eine verstärkte Dichtwirkung. Diese rührt daher, daß der zwischen den Schultern gelegene Zapfenteil bei seiner Längskontraktion die beiden über die Schultern überstehenden Zapfenenden fest gegen die schrägen Schulterflächen zieht. Dabei kann selbst die Querkontraktion des Zapfens die Dichtwirkung des Zapfens nicht beeinträchtigen. Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß selbst bei einer großen Anzahl von Temperaturwechseln der Arbeitskolben Temperaturempfindliche Vorrichtung

Anmelder:

Sergius Vernet, Yellow Springs, Ohio (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. R. Ohmstede und Dipl.-Ing. B. Schmid, Patentanwälte,

7000 Stuttgart S, Falbenhennenstr. 17

Als Erfinder benannt:

Sergius Vernet, Yellow Springs, Ohio (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 14. Mai 1962 (194 483) - -

der Vorrichtung praktisch weder einen Wegverlust noch einen Wegzugewinn aufweist. Dieser Vorteil ist bei der Temperaturregelung von außerordentlicher Wichtigkeit.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der durch jede Schulter mit der angrenzenden Wandung gebildete Winkel ein stumpfer Winkel mit abgerundeten Kanten. Durch diese Maßnahme ist eine leicht gängige Bewegung des Zapfens trotz der Durchmesserverringerung gewährleistet. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind das Gefäß und die Führung einstückig und damit kostensparend gefertigt.

In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 im Teilquerschnitt einen stiftförmigen Thermodehnungsübertrager nach der Erfindung,

F i g. 2 im Querschnitt ein anderes temperaturempfindliches Element nach der Erfindung,

F i g. 3 im Teilquerschnitt einen Teil eines stiftförmigen Thermodehnungsübertragers nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 4 im Teilquerschnitt einen weiteren stiftförmigen Thermodehnungsübertrager, bei dem der Zapfen als Verschluß und Hubverstärker dient und

Fig. 5 im Querschnitt einen topfförmigen Thermodehnungsübertrager mit einer Kolbenführung, die sich in das Innere des Topfes erstreckt. In F i g. 1 ist ein Thermodehnungsübertrager oder

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temperaturempfindliches Element 10 dargestellt, das Es hat sich gezeigt, daß ein einwärts gedrückter

ein rohrförmiges Gehäuse 11 mit Öffnungen an bei- Bereich der Gehäusewandung, der den Zapfen umden gegenüberliegenden Enden 12 und 13 aufweist. gibt, die Bewegung des Zapfens innerhalb des Ge-Am Ende 12 ist das Gehäuse 11 zu einem einwärts häuses nicht verhindert, aber eine wesentlich bessere gerichteten Flansch geformt, der als Sitz für die 5 Dichtung ergibt. In dem Gehäuse 11 ist daher eine Scheibe 15 dient. Das Gehäuse 11 und die Scheibe langgestreckte Einschnürung 24, die den Zapfen 20 15 können aus demselben Material bestehen. Dieses vollständig umgibt, vorgesehen. Die Einschnürung Material ist vorzugsweise wärmeleitend, wenn auch 24 ist durch zwei im Abstand zueinander gelegene in verschiedenen Anwendungen andere spezielle Schultern 25 und 26 begrenzt, die von der EinMaterialien Verwendung finden können. Am linken io schnürung ausgehend zur inneren Gehäusewandung Ende des Gehäuses 11 ist ein deformierbarer, vor- auseinanderstreben. Der Zapfen 20 ragt mit seinen zugsweise elastischer Zapfen 16 eingeführt, der auf beiden Enden über die Schultern 25 und 26 hinaus, der Scheibe 15 sitzt. Der Zapfen 16 besteht vor- Durch die Einschnürung 24 wird der Zapfen vorzugsweise aus Gummi oder gummiähnlichem Mate- gespannt, so daß an dieser Stelle ein höherer Anrial. Damit durch den Zapfen 16 eine flüssigkeits- 15 preßdruck zwischen dem Zapfen 20 und dem Gedichte Wirkung erzielt wird, ist das Gehäuse auf sei- häuse besteht. Hierdurch wird eine verbesserte Dichnem Umfang bei 17 eingedrückt, so daß eine Rippe tung erzielt.

18 entsteht, die sich nach innen erstreckt und den Wichtiger noch ist, daß die Kontraktion des Zap-

Zapfen 16 in der Mitte auf seinen Umfang zusam- fens 20 zur Folge hat, daß der Zapfen besonders menpreßt. Durch die Zusammenpressung des Zap- 30 dicht an den Schultern 25 und 26 anliegt. Dies ist fens 16 — wie sie in F i g. 1 dargestellt ist — wird bedeutungsvoll, weil eine Kontraktion des Zapfens eine sichere Flüssigkeitsdichtung an dieser Stelle er- in den meisten Fällen die Ursache für ein Versagen zielt. einer Dichtung ist. Dagegen wird bei Vorrichtungen

In dem Gehäuse 11 ist eine thermoempfindliche nach der Erfindung die Dichtung besser, wenn sich Substanz 19 untergebracht. Bei diesem Material, das 25 der Zapfen kontrahiert. Umgekehrt führt eine Exsich unter Temperatureinfluß zusammenzieht bzw. pansion des Zapfens zu einer größeren Vorspannung, ausdehnt, handelt es sich um eines der bekannten und demzufolge liegt der Zapfen dann dichter an Materialien, das bei Thermodehnungsübertragern der Gehäusewandung an.

verwendet wird. Solches Expansionsmaterial besteht Wenn sich der Zapfen (z. B. unter Einwirkung von

im allgemeinen aus Wachs oder aus mit Metallpuder 30 Kälte) kontrahiert, dann ist die dadurch bewirkte versetztem Wachs. Aber auch Flüssigkeiten oder Kraft, mit der er gegen die Schultern 25 und 26 geandere Materialien, wie z. B. Quecksilber u. ä., kön- preßt wird, eine direkte Funktion der Kraft, die nen hier Verwendung finden. durch die Vorspannung hervorgerufen wird, die

Im Gehäuse 11 ist in der Nähe des Endes 13 ein durch die Kontraktion des Zapfens infolge der Eindeformierbarer Zapfen 20, der vorzugsweise, aber 35 schnürung 24 entsteht. Aus diesem Grunde ist eine nicht notwendigerweise, elastisch ist, angefügt. Dieser langgestreckte Einschnürung 24 vorgesehen. Wenn Zapfen 20 dient dazu, das Expansionsmaterial 19 ab- nur eine einfache Kerbe für den Zapfen 20 in der zudichten. Der Zapfen 20 ist etwas langer als der Gehäusewand vorgesehen wäre, dann wäre der Ab-Zapfen 16 und besteht vorzugsweise aus Gummi oder stand zwischen den Schultern sehr klein, und die gummiähnlichem Material. Auf dem äußeren Ende 40 durch die Kontraktion hervorgerufene Kraft würde des Zapfens 20 ist eine Scheibe 21 angeordnet, die nicht groß genug sein, um einen dichten Sitz an den aus abriebfester weicher Plastikmaterie besteht und Schultern zu gewährleisten. Je länger der Abstand dazu dient, Reibungen aufzunehmen. Diese Scheibe zwischen den Schultern ist, um so größer ist die 21 dient als Sitz für das innere Ende 22 des Kolbens durch die Kontraktion des Zapfens zwischen den 23. Der Kolben 23 ist in dem offenen Ende 13 des 45 Schultern hervorgerufene Kraft. Gehäuses 11 geführt und bewegt sich in Richtung Die Neigung der Schultern 25 und 26 ist nicht

aus dem Gehäuse, wenn sich das Expansionsmaterial groß, so daß der Zapfen 20 sich noch frei inner-19 ausdehnt. Wie bekannt, wird sich der Zapfen 20 halb des Gehäuses U bewegen kann, wenn sich das an der inneren Wandung des Gehäuses entlang- Expansionsmaterial 19 ausdehnt. Der Zapfen 20 bewegen, wenn das Expansionsmaterial 19 sich aus- 50 kann dann den Kolben 23 in Richtung aus dem dehnt und dabei den Kolben 23 in Richtung aus dem Gehäuse verschieben.

Gehäuse 11 bewegt. Die gradlinige Seitenwandung In F i g. 2 ist ein stiftförmiges Element 30 mit

des Gehäuses 11 am Ende 13 dient dabei als Führung einer Verdickung dargestellt. Das Element 30 weist für den Kolben 23. ein rundes verdicktes Gehäuse 31 und eine daran

Bevor die Beschreibung fortgesetzt wird, muß auf 55 anschließende Führung 32 für den Kolben auf. Ineinige Tatsachen hingewiesen werden. Zunächst ist nerhalb der Führung 32 ist ein elastischer Zapfen es sehr wichtig, und zwar aus Gründen, die bereits 33 angeordnet. In der Führung ist eine sich über den angegeben sind, daß zwischen dem Zapfen 20 und Umfang erstreckende Einschnürung 36 vorgesehen, der inneren Wandung des Gehäuses 11 eine sichere die den Zapfen 33 umgibt und als Dichtung in der Flüssigkeitsdichtung besteht. Für den Zapfen 16 ist 60 bereits beschriebenen Weise dient. Auf dem Zapfen als Dichtung — wie bereits erwähnt — die Rippe 33 ist eine Scheibe 34, die Reibung entgegenwirken 18 vorgesehen. Da jedoch der Zapfen 20 bei Expan- soll, angeordnet. Diese Scheibe 34 dient als Sitz für sion des Expansionsmaterials 19 sich entlang der ein Kraftglied oder einen Kolben 35, der beweglich Wandung des Gehäuses bewegen soll, ist es nicht im oberen Ende der Führung 32 geführt ist. möglich, zur Abdichtung des Zapfens 20 eine ent- 65 Fig. 3 zeigt im Ausschnitt das obere Ende einer sprechende Rippe wie für den Zapfen 16 vorzusehen, rohrförmigen Kolbenführung 40, in der ein elastiweil diese die Bewegung des Zapfens 20 behindern scher Zapfen 41 angeordnet ist. In der Führung ist würde. eine sich über den Umfang erstreckende breite Ein-

schnürung 42 vorgesehen, die den Zapfen 41 umgibt. Eine Scheibe 43, die der Reibung entgegenwirkt, ist am oberen Ende des Zapfens 41 angeordnet und dient als Sitz für das untere Ende eines Kolbens 44. Der Zapfen 42 dient dazu, das Expansionsmaterial 45 abzudichten, das in der Kammer 46 untergebracht ist. Die Kammer 46 ist aus dem Gehäuse 40 unterhalb des Zapfens 41 geformt. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist eine scharfkantige, tiefe Kerbe 47 vorgesehen, die sich über den Umfang des Gehäuses 40 erstreckt. Die Kerbe 47 liegt unmittelbar unterhalb des unteren Endes des Zapfens 41. Die Kerbe 47 muß so tief sein, daß der Zapfen 41 nicht über sie hinweggleiten kann. Die Schultern der Kerbe sind steil, damit der Zapfen sich darauf gut abstützen kann. Eine solche Rückwärtsbewegung des Zapfens 41 kann z. B. durch eine Kraft, die auf dem oberen Ende des Kolbens 41 lastet, und durch Kontraktion des Expansionsmaterials 45 hervorgerufen werden. Eine solche Bewegung des Zapfens 41 ist natürlich nicht vorgesehen, weil der Zapfen dann hinter die Schulter 48 der Einschnürung 42 gerät. Ist dies jedoch der Fall, dann geht die Wirkung der Dichtung bei Temperaturänderungen unterhalb der Betriebstemperatur des Expansionsmaterials 45 verloren.

Gemäß dem in F i g. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein langgestreckter, elastischer Zapfen 51 in einem rohrförmigen Gehäuse 50 eines Thermodehnungsübertragers untergebracht. Das Gehäuse und der Zapfen bilden zusammen eine Flüssigkeitsdichtung für das Expansionsmaterial, das unterhalb des Zapfens vorgesehen ist. Die Teile dienen gleichzeitig dazu, den Hub, den das Expansionsmaterial bei Expansion ausführt, zu verstärken. Der Hauptteil des Gehäuses hat einen Durchmesser D. Im Gehäuse ist eine breite Einschnürung, die sich über den Umfang erstreckt und den Zapfen 51 umgibt, vorgesehen. Die beiden Schultern 53 und 54 der Einschnürung dienen als Flüssigkeitsdichtung, wie oben beschrieben. Im Gegensatz zu den anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung ist die Führung

55 für den Kolben im Durchmesser kleiner, und zwar etwa zwei Drittel des Durchmessers D. Der Zapfen 51 erstreckt sich bis in die schmale Führung 53. Mit

56 ist eine Scheibe bezeichnet, die der Reibung entgegenwirkt und auf der der Kolben 57 in der üblichen Weise sitzt. Da der Durchmesser der Führung 55 kleiner ist als der Durchmesser D des Gehäuses 50, an der Stelle, an der das Expansionsmaterial mit dem Zapfen 51 in Kontakt steht, führt eine Aufwärtsbewegung des unteren Endes des Zapfens infolge Expansion des Expansionsmaterials zu einer vergrößerten Bewegung des Kolbens 57. Mit anderen Worten, der Weg, den der Kolben 57 infolge Expansion beschreibt, ist größer als der Weg, den das untere Ende des Zapfens 51 dabei beschreibt. Die vom Kolben ausgeübte Kraft ist natürlich nicht verstärkt, aber der Hub wird auf diese Weise vergrößert. Das hier angewendete Prinzip der Hubvergrößerung bei Thermodehnungsübertragern dürfte Fachleuten verständlich sein, so daß eine weitere Beschreibung sich hier erübrigt. Ein Thermodehnungsübertrager mit Hubvergrößerung kann aus einem zylindrischen Gehäuse hergestellt werden, das am einen Ende und zwischen diesem Ende und dem Hauptteil des Körpers eingeschnürt ist. In dieses Gehäuse wird dann ein Zapfen eingefügt, der sich bis in den nicht eingeschnürten Hauptteil des Körpers und die Einschnürung am einen Ende erstreckt.

Als letztes Ausführungsbeispiel ist in F i g. 5 ein topfförmiger Thermodehnungsübertrager 60 dargestellt. Der Topf 61 weist einen Flansch 62 auf, der

ίο aus dem Rand des Topfes geformt ist und auf dem ein Deckel 63 sitzt. Der Deckel 63 ist durch eine Vielzahl von Lappen 64, die um den Flansch 62 einwärts gebogen sind, am Topf 64 befestigt. Zwischen dem Deckel 63 und dem Flansch 62 ist ein Dichtungsring 65 angeordnet, der zur Flüssigkeitsdichtung dient. In dem Deckel 63 ist eine Kolbenführung 66 vorgesehen, die sich in unüblicher, aber sehr vorteilhafter Weise bis in das Innere des Topfes erstreckt. Die Innenwandung der Führung weist eine langgestreckte Einschnürung 67 auf, die den elastischen Zapfen 68 umgibt. Auf diese Weise wird eine bewegliche, aber sichere Dichtung für das Expansionsmaterial 69 innerhalb des Topfes erzielt. Zur Herabsetzung der Reibung ist eine Scheibe 70 vorgesehen. Der Kolben 71 ist oberhalb des Zapfens 68 in üblicher Weise in der Führung untergebracht. Es wird darauf hingewiesen, daß das obere Ende des Kolbens mit der Oberfläche des Deckels 63 abschließt, so daß ein sehr kompakter Thermodehnungsübertrager entsteht. Diese gedrängte Bauweise wird dadurch erzielt, daß der Kolben 71 nicht über die Oberfläche des Deckels 63 hinausragt und daß sich die Führung für den Kolben bis in das Innere des Topfes 61 erstreckt. Außerdem wurde festgestellt, daß, wenn die Führung 66 aus wärmeleitendem Material besteht, die Geschwindigkeit und Ansprechempfindlichkeit des Thermodehnungsübertragers wächst, weil dadurch die Wärmeleitung durch das Expansionsmaterial begünstigt wird.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Temperaturempfindliche Vorrichtung, welche in einem Gefäß eine mit Änderung der Temperatur ihr Volumen ändernde Masse zur Verschiebung eines Kolbens enthält, die mit einem elastischen Pfropfen im Kolbenführungsrohr in Berührung steht und deren Führungsrohr mit einer Ringschulter mit konischen Seitenflächen in den Pfropfen eingreift, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringschulter (25, 26) eine breite, zentrisch liegende Zylinderwandung (24) besitzt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der durch jede Schulter (25, 26) mit der angrenzenden Wandung gebildete Winkel ein stumpfer Winkel mit ausgerundeten Kanten ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäß (11, 31) und das Führungsrohr (13, 32) einstückig gefertigt sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 757 429;
USA.-Patentschriften Nr. 2 368 181, 2 986 936.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen