DE2456906C3 - Thermostatisch gesteuerter Regler, insbesondere Temperaturregler ohne Hilfsenergie - Google Patents

Description

Ferner ist es bereits bekannt, neben dem eigentlichen Reglerthermostaten einen Sicherheitsthermostaten anzuordnen, der gegenüber dem normal arbeitenden Thermostaten um einige Temperatur^rade höher eingestellt ist. Dieser Sicherheitsthenr.ostat betätigt bei 5 einem Versagen des Reglerthermostaten und beim Überschreiten seiner eingestellten Temperatur einen Mechanismus, welcher das Ventil alsbald abschließ:. Bei dieser Einrichtung wird zwar die Sicherheitsstellung des Stellglieder zwangsläufig herbeigeführt, wenn der eigentliche Reglerthermostat vor dem Sicherheitsthermostaten ausfällt Wenn dagegen zuerst der Sicherheitsthermostat ausfäilt, dann wird dies unter Umständen gar nicht bemerkt, und es kann ein gefährlicher Zustand eintreten, wenn nach dem Sicherheitsthermostaten auch der Reglerthermostat ausfällt. Abgesehen davon ist bei diesen Regeleinrichtungen keine Sicherheit gegen die durch Defekte des thermostatischen Systems bzw. durch Leckwerden und Flüssigkeitsverluste verursachten Gefahren gegeben. Hierfür müßten wieder besondere, zusätzliche Einrichtungen vorgesehen werden, welche den Regler erheblich komplizieren und verteuern würden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen thermostatisch gesteuerten Regler, insbesondere einen Temperaturregler ohne Hilfsenergie zu schaffen, dessen thermostatische Sicherheitseinrichtung eine höhere Sicherheit gegen Gefahrenfälle aller Art bietet als der eigentliche Regler- oder Hauptthermostat. Dabei soll diese Wirkung auf möglichst einfache Art erzielt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein zweiter flüssigkeitsgefüllter Temperaturfühler vorhanden ist, daß der vorgespannte Kraftspeicher mechanisch verriegelbar ist und daß die Verriegelung des Kraftspeichers in Abhängigkeit von der Druckgröße im zweiten Temperaturfühler lösbar ist.

Dadurch wird gewährleistet, daß die Wahrscheinlichkeit eines unbemerkten Ausfalles der Sicherheitseinrichtung sehr viel geringer ist ah beim Ausfall des normal arbeitenden Hauptthermostaten. Alle Sicherheitsfunktionen werden dabei von dem zweiten flüssigkeitsgefüllten Temperaturfühler ausgeübt, welcher nicht nur bei Temperaturüber- bzw. -unterschreitungen, sondern auch bei Verlust von Füllflüssigkeit ^₅ ansprechen kann, wobei der Druck im Thermostatsystem erst dann auf den Wert Null abfällt, wenn eine gewisse Menge Füllflüssigkeit aus dem System entwichen ist

Der Kraftspeicher kann zweckmäßig aus einer mechanischen Kraftspeicherfeder bestehen, deren bewegliches Federstützlager von einem Riegel festgehalten wird, der von dem Arbeitsstift des Arbeitskörpers des zweiten Temperaturfühlers ausgelöst wird, und zwar bei einer Bewegung des Arbeitsstiftes sowohl in der einen als auch in der anderen Richtung. Beispielsweise wird sich der Arbeitsstift bei Überechreitung einer Grenztemperatur besonders weit nach oben bewegen, während er sich bei einem Verlust von Füllflüssigkeit oder gegebenenfalls auch bei einem sehr starken Absinken der Temperatur am Temperaturfühler besonders weit nach unten bewegt. In beiden Fällen wird der Kraftspeicher freigegeben und das Stellglied in seine Sicherheitsstellung gebracht, z. B. das Regelventil geschlossen. _6j

Die doppelte Funktion des zweiten Temperaturfühlers ist von großer Bedeutung. Etwa 90 bis 95 % aller Ausfallursachen von flüssigkcitsKefüllten Temperaturfühlern sind Ausfälle durch Füllflüssigkeitsverlust. Der Rest verteilt sich auf weitere Ursachen wie Verstopfung oder Abknicken des Kapillarrohres, so daß keine Füllflüssigkeit mehr übertragen wird, Federbruch, Klemmungen od. dgl. Die Wahrscheinlichkeit dafür, daß der zweite Temperaturfühler ohne Signalabgabe ausfällt, ist also 1 — 0,9 = 0,1 mal kleiner als die eines normalen Temperaturfühlers. Wenn ein normaler Temperaturfühler mit einer Wahrscheinlichkeit von 10³ pro Jahr ausfällt, dann wird der zweite Temperaturfühler gemäß der Erfindung mit einer Wahrscheinlichkeit von 10⁴ pro Jahr ausfallen. Bei IO000 betrachteten Temperaturreglern wird also einmal der zweite Temperaturfühler pro Jahr vor dem Haupttemperaturfühler und zehnmal der Haupttemperaturfühler vor dem zweiten Temperaturfühler ausfallen. Dies zeigt, daß die Gesamtsicherheit eines thermostatisch gesteuerten Reglers durch die Erfindung außerordentlich erhöht wird.

In der Zeichnung ist die Erfindung in einer Ausführungsform beispielsweise veranschaulicht.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt im Längsschnitt einen Temperaturregler mit einem Haupttemperaturfühler, einem zweiten Temperaturfühler und einem mit dem Arbeitskörper des Haupttemperaturfühlers und einem Kraftspeicher verbundenen, linksseitig in Öffnungsstellung und rechtsseitig in Schließstellung gezeichneten Regelventil.

Das Stellglied des Temperaturreglers ist gemäß dem Ausführungsbeispiel als Einsitzventil ausgebildet. Dieses besteht aus einem Ventilgehäuse 1 mit einem Eintrittsstutzen 2, einem Austriltsstutzen 3 und einer Yentildurchgangsöffnung 4, die von einem Ventilteller oder -kegel 5 abgesperrt bzw. mehr oder weniger freigegeben werden kann. Der Ventilteller 5 wird von einer Ventilstange 6 getragen, die in ein an das Ventilgehäuse 1 angeschlossenes Federgehäuse 7 ragt und an ihrem unteren Ende mit einem Federteller 8 verbunden ist. Zwischen der oberen Abschlußwand des Federgehäuses 7 und dem Federteller 8 ist eine Ventilfeder 9 eingespannt, welche bestrebt ist, den Ventilteller 5 entgegen der von unten auf den Federteller 8 wirkenden Verstellkraft in seine Öffnungsstellung zu bringen.

Das Federgehäuse 7 ist mittels einer Überwurfmutter 10 mit einem Kraftspeichergehäuse 11 verbunden, durch welches eine axial verschiebbare Betätigungsstange 12 geführt ist. Das obere Ende der Betätigungsstange 12 legt sich gegen den Federteller 8, während ihr unteres Ende gegen das obere Ende eines Arbeitsstiftes 13 anschlägt, welcher mit dem Balgbolzen 14 eines Arbeitsbalges 15 verbunden ist. Der Arbeitsbalg 15 taucht von oben her in den Innenraum 16 eines Arbeitskörpers 17, welcher mittels einer Überwurfmutter 18 an den unteren Teil des Kraftspeichergehäuses 11 angeschlossen ist

Der Innenraum 16 des Arbeitskörpers 17 steht durch ein Kapillarrohr 19 mit dem Ausdehnungsflüssigkeitsraum 20 eines Haupttemperaturfühlers 21 in Verbindung. Der Haupttemperaturfühler 21 ist in bekannter Weise mit einer Sollwerteinstellvorrichtung, die aus einer Schraubspindel 22 und einem mit letzterer verbundenen Federrohrtauchkolben 23 besteht, und mit emer Überdruckfeder 24 ausgerüstet.

Der Haupttemperaturfühler 21 betätigt das Regelventil während des normalen Betriebes in üblicher Weise. Wenn die Temperatur am Haupttemperaturfühler 21 über den eingestellten Sollwert ansteigt, dehnt sich die Flüssigkeit im Raum 20 aus und drückt über das

Kapillarrohr !9 den Arbeitskolben 14 des Arbeitsbalges 15 aus seiner links eingezeichneten unteren Stellung aufwärts bis in seine rechts eingezeichnete obere Stellung. Dabei hebt der Arbeitsstift 13 die Betätigungsstange 12 an, welche ihrerseits über die Ventilstange 6 den Ventilteller 5 des Regelventils entgegen der Wirkung der Ventilfeder 9 in seine rechts eingezeichnete Schließstellung bewegt. Sinkt die Temperatur am Haupttemperaturfühler 21, so zieht sich die Ausdehnungsflüssigkeit zusammen, und die Ventilfeder 9 bringt den Ventilteller 5 wieder in seine links eingezeichnete Öffnungsstellung.

Außer dem Haupttemperaturfühler 21 ist ein zweiter flüssigkeitsgefüllter Temperaturfühler 25 vorgesehen, dessen Ausdehnungsflüssigkeitsraum 26 durch ein Kapillarrohr 27 mit dem Innenraum 28 eines zweiten Arbeitskörpers 29 in Verbindung steht. In den Flüssigkeitsraum 26 taucht von oben her ein aus einem Federrohr 30 und einem kolbenartigen Balgboden 31 bestehender Federbaig. Gegen den Balgboden 31 wirkt *> die Kraft einer Feder 32, weiche bestrebt ist, den Federbalg 30, 31 so weit wie möglich in den Flüssigkeitsraum 26 hineinzudrücken, damit der Flüssigkeitsdruck »in Raum 26 innerhalb der vorgesehenen Arbeitsbereiche stets über Null bleibt Die gewünschte 2j Sicherheitstemperatur wird mit Hilfe einer Schraubspindel 33 eingestellt Das untere Ende der Schraubspindel 33 ist aber nicht fest mit dem Balgboden 31 verbunden, sondern es wirkt nur als Anschlag zur Begrenzung des Hubes des Balgbodens bzw. des Federbalges 30, 31 nach oben. Ferner kann auch hier eine Überdruckfeder 34 vorgesehen sein. Über dem oberen Ende der Schraubspindel 33 ist eine Schutzkappe 35 angeordnet um eine unbefugte oder versehentliche Verstellung der Schraubspindel und damit der Sicherheitstemperatur zu verhindern.

In den Flüssigkeitsraum 28 des Arbeitskörpers 29 taucht von oben her ein aus einem Federrohr 36 und einem kolbenartigen Balgboden 37 bestehender Arbeitsbalg. An dem Balgboden 37 ist ein Arbeitsstift 38 befestigt, der einen Absatz 39 aufweist. Gegen den Absatz 39 legt sich unter der Wirkung einer Feder 40 der Tellerflansch 41 einer den oberen, dünneren Teil 42 des Arbeitsstiftes axial verschiebbar umgebenden Hülse 43. Der Tellerflansch 41 kann sich bei einer Abwärtsver-Schiebung der Hülse 43 schließlich gegen eine Anschlagfläche 44 des Arbeitskörpers 29 legen. Eine weitere Feder, welche den Arbeitsstift 39 umgibt, drückt von innen gegen den Balgboden 37 und sucht den Arbeitsbalg 36, 37 mitsamt dem Arbeitsstift 38 nach unten zu bewegen.

Am oberen Ende des Teiles 42 des Arbeitsstiftes 38 ist eine Rolle 46 gelagert, die bei großen Auf- und Abwärtsbewegungen des Arbeitsstiftes 38 gegen nockenartige Schrägflächen 47 bzw. 48 eines Steuergliedes 49 stoßen und letzteres entgegen der Wirkung einer Feder 50 nach links drücken kann. Das Steuerglied 49 ist mit dem linken Ende eines verschiebbar gelagerten Riegels 51 verbunden, dessen rechtes Ende in eine Stufe 52 einer Hülse 53 einrasten kann. Die Hülse 53 ist in dem Kraftspeichergehäuse 11 axial verschiebbar gelagert und umgibt lose die Betätigungsstange 12. Gegen die Hülse 53 drückt von unten eine vorgespannte Kraftspeicherfeder 54. Die obere Ringflächo 55 der Hülse 53 kann bei einer Aufwärtsbewegung derselben gegen einen Bund 56 der Betätigungsstange 12 stoßen.

Schließlich ist die Hülse 53 mit einer Ringnut 5i versehen, in die eine an einem Hebel 58 gelagerte Klinke 59 einrasten kann, welche durch einen Längsschlitz 60 des Kraftspeichergehäuses 11 in letzteres eingreift.

Der Haupttemperaturfühler 21 und der zweite Temperaturfühler 25 mögen unter gleicher Temperaturbeeinflussung stehen. Wenn der Haupttemperaturfühler 21 z. B. durch Leckwerden des Kapillarrohres 19 ausfällt, kann er bei Anstieg der Temperatur über den Sollwert das Ventil nicht mehr schließen. Dies muß aber geschehen, wenn eine bestimmte Sicherungstemperatur ebenfalls überschritten wird. Hierfür sorgt der zweite Temperaturfühler 25. Solange diese Sicherungstemperatur noch nicht erreicht ist drücken die Federn 40 und 45 den Arbeitsstift 38 nach unten, bis der Tellerflansch 41 gegen die Anschlagfläche 44 stößt Die Kraft der Federn 40 und 45 und des Federrohres 36 überwinden zunächst die Kraft der Feder 32 und des Federrohres 30, so daß sich der Balgboden 31 allmählich dem unteren Anschlagende der Schraubspindel 33 nähen und schließlich gegen diesen Anschlag stößt Von nun an steigt der Druck im Flüssigkeitsraum 26 rasch über den bis dahin von der Feder 32 vorgegebenen Wert an. Die durch die Temperatursteigerung verursachte Druckerhöhung wirkt sich in dem Flüssigkeitsraum 28 des Arbeitskörpers 29 aus und drückt den Arbeitsstift 38 nach oben. Schließlich stößt die Rolle 46 gegen die obere Schrägfläche 47 des Steuergliedes 49 und drückt letzteres entgegen der Wirkung der Feder 50 nach links. Das Steuerglied 49 zieht hierbei das rechte Ende des Riegels 51 aus der Raststufe 52 der Hülse 53 und gibt dieselbe frei. Nun drückt die Kraftspeicherfeder 54 die Hülse 53 nach oben, die obere Ringfläche 55 stößt gegen den Bund 56 der Betätigungsstange 12 und nimmt diese mit nach oben. Das obere Ende der Betätigungsstange 12 stößt dabei gegen den Federteller 8 und hebt die Ventilstange 6 entgegen der Wirkung der Feder 9 nach oben, wodurch der Ventilteller 5 die Ventildurchgangsöffnung abschließt

Diese Sicherheitswirkung des zweiten Temperaturfühlers 25 kann ausbleiben, wenn das Flüssigkeitssystem z. B. durch Bruch oder Beschädigung des Kapillarrohres 27 leck wird und Flüssigkeit verloren geht. Dann sinkt der Druck in den Flüssigkeitsräumen 26 und 28 mehr oder weniger rasch ab. Der Arbeitsstift 38 bewegt sich unter der Wirkung der Federn 40 und 45 nach unten, bis zunächst der Flanschteller 41 auf die Anschlagfläche 44 des Arbeitskörpers 29 zu liegen kommt. Sodann drückt aber die Feder 45 den Balgboden 37 und damit den Arbeitsstift 38 noch weiter nach unten, weil der Gegendruck im Raum 38 infolge des weiteren Flüssigkeitsverlustes immer mehr nachläßt Schließlich stößt die Rolle 46 gegen die untere Schrägfläche 48 des Steuergliedes 49 und drückt letzteres entgegen der Wirkung der Feder 50 nach links. Dadurch wird wiederum der Riegel 51 aus der Raststufe 52 gelöst und die Hülse 53 freigegeben, welche von der Kraftspeicherfeder 54 hochgedrückt wird und über den Bund 56 die Betätigungsstange 12 nach oben mitnimmt Diese bewirkt dann über die Ventilstange 6 die Schließung des Ventils. Eine entsprechende Wirkung kann übrigens auch eintreten, wenn die Temperatur am zweiten Temperaturfühler 25 außerordentlich tief absinkt Dann könnte z, B. ein Regelventil geöffnet werden, um die Wärmezufuhr zu erhöhen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

1. Patentansprüche:

   !.Thermostatisch gesteuerter Regler, insbesondere Temperaturregler ohne Hilfsenergie, mit einer das Stellglied des Reglers bei Über- bzw. Unterschreitung bestimmter Grenztemperaturen oder bei sonstigen Störungen des Regelsystems in eine Sicherheitsstellung bringenden bzw. in derselben haltenden Sicherheitsvorrichtung, welche einen in gespanntem Zustand verriegelbaren Kraftspeicher enthält, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter flüssigkeitsgefüllter Temperaturfühler (25) vorhanden ist, daß der vorgespannte Kraftspeicher (54) mechanisch verriegelbar ist und daß die Verriegelung des Kraftspeichers in Abhängigkeit von der Druckgröße im zweiten Temperaturfühler (25) lösbar ist.
2. 2. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftspeicher eine zwischen dem Stellglied (6) und dem Arbeitskörper (17) des Reglers angeordnete mechanische Kraftspeicherfeder (54) aufweist, deren bewegliches Federstützlager aus einer eine Betätigungsstange (12) des Reglers konzentrisch umgebenden und axial verschiebbaren Hülse (53) besteht, deren Stirnfläche (55) mit einem Anschlagbund (56) der Betätigungsstange (12) zusammenarbeitet, und daß ein verschiebbar gelagerter Riegel (51) mit seinem einen Ende in eine Ausnehmung oder Stufe (52) der Hülse (53) einrastbar und mit seinem anderen Ende mit einem Steuerglied (49) verbunden ist, welches zwei in gegenseitigem Abstand angeordnete, nockenförmige Schrägflächen (47, 48) aufweist, gegen die alternativ ein Kopfstück (46) des in eine obere oder untere Stellung verschobenen Arbeitsstiftes (38) des Arbeitskörpers (29) stößt, um den Riegel (51) auszurasten.
3. 3. Regler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Riegel (51) bzw. dessen Steuerglied (49) unter der Wirkung einer Riegelfeder (51) steht.
4. 4. Regler nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem Flüssigkeitssystem (26, 27, 28) des zweiten Temperaturfühlers (25) und des Arbeitskörpers (29) enthaltene Flüssigkeit normalerweise ständig unter einem über dem Nullwert liegenden Überdruck gehalten ist.
5. 5. Regler räch Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben oder Balgboden (31) eines in bekannter Weise in den Flüssigkeitsraum (26) des zweiten Temperaturfühlers (25) tauchenden Federbalges (30, 31) od. dgl. unter der Wirkung einer Feder (32) oder einer entsprechenden Eigenfederungskraft des Federrohres (30) steht, welche den Kolben bzw. Federbalg ständig in den Flüssigkeitsraum (26) hineinzudrücken sucht.
6. 6. Regler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das untere Ende einer in bekannter Weise zur Einstellung der gewünschten Sicherheitstemperatur dienenden Schraubspindel (33) des zweiten Temperaturfühlers (25) einen Anschlag für den nicht fest mit ihm verbundenen Kolben oder Balgboden (31) des Federbalges (30,31) od. dgl. bildet.
7. 7. Regler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Spannen der Kraftspeicherfeder (54) ein Soannhebel (58) mit einer angelenkten Klinke

   (59) vorgesehen ist, die in eine Ringnut (57) der verschiebbaren Hülse (53) einrastbar ist.

   Die Erfindung betrifft einen thermostatisch gesteuerten Regler, insbesondere Temperaturregler ohne Hilfsenergie, mit einer das Stellglied des Reglers bei Über- bzw. Unterschreitung bestimmter Grenztemperaturen oder bei sonstigen Störungen des Regelsystems ίο in eine Sicherheitsstellung bringenden bzw. in derselben haltenden Sicherheitsvorrichtung, welche einen in gespanntem Zustand verriegelbaren Kraftspeicher enthält. Ein solcher Temperaturregler ist aus der DT-OS 20 31 633 bekannt.

   Das thermostatische System solcher Regler arbeitet im allgemeinen ohne Hilfsenergie nach dem Prinzip der Flüssigkeitsausdehnung oder nach dem Dampfdruckoder -tensionsprinzip. Dabei wird der Ausdehnungsflüssigkeitsraum oder der Tensionsraum eines von der zu regelnden Temperatur beeinflußten Wärmefühlers meistens durch ein Kapillarrohr mit dem Innenraum eines Arbeitskörpers verbunden, welcher mittels eines Arbeitsstiftes oder sonstigen Arbeitsorgans das Stellglied eines Regelventils od. dgl. unter Überwindung mindestens einer Gegenkraft, insbesondere der Kraft einer Ventilfeder betätigt. Bei einem ein bestimmtes Maß übersteigenden Temperaturanstieg soll das Regelventil im allgemeinen gedrosselt oder abgeschlossen werden, während bei einem Temperaturabfall die Ventilfeder oder sonstige Gegenkraft das Ventil wieder bzw. mehr öffnet.

   Wenn nun z. B. durch einen Bruch des Kapillarrohres oder durch eine Beschädigung des Thermostaten die normale Tätigkeit des Reglers gestört wird oder aufhört, kann das Stellglied häufig eine nicht erwünschte Stellung einnehmen, die zu gefährlichen Situationen in der angeschlossenen Anlage, z. B. bei offen bleibendem Ventil zu Überhitzungen oder Zerstörungen von Einrichtungen und Apparaten führen kann. Um diese Gefahr auszuschalten, kann man bekannte Sicherheitsvorrichtungen verwenden, deren Thermostaten normalerweise innerhalb eines Innendruckbereiches arbeiten, der nicht mit dem umgebenden Atmosphärendruck identisch ist. Erst wenn der Druck im Inneren des Thermostaten infolge eines Defektes im Thermostatsystem den atmosphärischen Druck erreicht hat, spricht die Sicherheitsvorrichtung an und löst ein Signal aus, welches dazu benutzt wird, das Stellglied in die gewünschte Sicherheitsstellung zu bringen, d. h. in der Regel das Stellventil zu schließen. Diese Funktion kann aber oft im Hinblick auf die Verzögerung der Sicherung nachteilig sein. Wenn z. B. das Leck am Thermostaten verhältnismäßig sehr klein ist, kann die geregelte Temperatur langsam noch bis auf den höchsten Wert ansteigen, bevor die Sicherheitsvorrichtung anspricht und das Stellglied in die Sicherheitsstellung bringt. Dann aber kann es oft schon zu spät sein, um Schaden zu verhindern.

   Es ist daher erwünscht, die Sicherheit dafür, daß bestimmte Grenztemperaturen nicht überschritten

   werden, ebenfalls zu erhöhen. Es ist an sich bekannt, zwei parallel arbeitende Thermostaten zu verwenden,

   die auf zwei Arbeitskörper wirken, so daß bei einem

   Ausfall des einen Thermostaten der andere Thermostat

   fts genügt, um z. B. das Regelventil bei Überschreiten der

   eingestellten Solltemperatur mit gleicher Sicherheit zu

   schließen. Beide Thermostaten wirken aber ganz gleichartig, sprechen also auf gleiche Temperaturen an.