DE2856120A1 - THERMOSTAT DEVICE - Google Patents
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- G05D23/13—Control of temperature without auxiliary power by varying the mixing ratio of two fluids having different temperatures
- G05D23/1306—Control of temperature without auxiliary power by varying the mixing ratio of two fluids having different temperatures for liquids
- G05D23/132—Control of temperature without auxiliary power by varying the mixing ratio of two fluids having different temperatures for liquids with temperature sensing element
- G05D23/1326—Control of temperature without auxiliary power by varying the mixing ratio of two fluids having different temperatures for liquids with temperature sensing element details of the sensor
Description
Anmelderin: R.J. Hodges - 36Applicant: R.J. Hodges - 36
Deutsche ITT Industries GmbH DITTI 0217German ITT Industries GmbH DITTI 0217
FreiburgFreiburg
Thermost at-E inricht ungThermostat equipment
Die Erfindung betrifft eine auf Temperatur ansprechende Regeleinrichtung, u.a. für den Einsatz in thermostatisch geregelten Wassermischbatterien.The invention relates to a temperature-responsive control device, e.g. for use in thermostatically controlled water mixers.
Die wichtigsten Anforderungen für das Fühlelement in solchen Regeleinrichtungen bestehen in folgendem.The most important requirements for the sensing element in such control systems consist in the following.
a) Es sollte vorzugsweise eine lineare Ausdehnung im Temperaturbereich von O0C bis 10O0C mit einem Minimum an Hysterese haben.a) preferably have a linear expansion in the temperature range from 0 C to 10O 0 C with a minimum of hysteresis should.
9Θ9827/0938 *"/4 9Θ9827 / 0938 * " / 4
b) Die erzeugte Kraft sollte hinreichend groß sein für die Stellbewegung des Regelvent ils gegen einen Wasserdruck von etwa 10 bar, wobei die Krümmung oder Durchbiegung etwa 2 mm betragen sollte.b) The force generated should be sufficiently large for the actuating movement of the control valve against a water pressure of about 10 bar, the curvature or deflection should be about 2 mm.
c) Die thermische Leitfähigkeit sollte gut sein, damit eine Gesamtzeitkonstante von etwa 1 Sekunde gegeben ist.c) The thermal conductivity should be good so that there is a total time constant of about 1 second.
d) Die Einrichtung sollte langlebig sein, ohne ihre charakteristischen Eigenschaften zu ändern bei einem Wechsel der Wassergegebenheiten bei einem Temperaturbereich zwischen 0°C und 100°C und den verschiedenen Wasserdrücken zwischen 0,5 und 10 bar.d) The establishment should be durable without its distinctive features Change properties when the water conditions change at a temperature range between 0 ° C and 100 ° C and the various water pressures between 0.5 and 10 bar.
e) Die Einrichtung sollte von den korrosiven Gegebenheiten des Wassers und den Ausscheidungen aus dem Wasser (hauptsächlich Kalziumverbindungen) nicht angegriffen werden.e) The device should be protected from the corrosive conditions of the water and the excretions from the water (mainly Calcium compounds) are not attacked.
f) Die Abmessungen der Einrichtung sollten möglichst gering sein.f) The dimensions of the facility should be as small as possible be.
g) Das Fühlelement sollte billig, kompatibel und die Streuung der Charakteristika zwischen den verschiedenen Einrichtungen sollte auf ein Minimum reduziert sein.g) The sensing element should be cheap, compatible and the dispersion of the characteristics between the different devices should be reduced to a minimum.
Hierzu ist es bekannt, Bimetalleinrichtungen oder mit Wachs gefüllte Elemente zu benutzen, die einen Teil der vorstehend aufgeführten Anforderungen erfüllen. Bei Biraetalleinrichtungen ist jedoch eine spezialisierte Herstellung erforderlich, die die Bimetalleinrichtung nicht unerheblich verteuert, darüber hinaus können sie von dem Korrosionseffekt des Wassers angegriffen werden. Auch bei den Wachs gefüllten Kapseln ist eine spezialisierte Herstellung erforderlich und darüber hinaus eine sorgfältige Konstruktion, damit eine unerwünschte Hysterese ausgeschaltet und eine erforderliche Zeitkonstante erzielt wird.For this purpose it is known to use bimetallic devices or devices filled with wax To use elements that meet part of the requirements listed above. In the case of biraetallic fittings however, a specialized manufacture is required that makes the bimetallic device not insignificantly expensive, in addition, they can be attacked by the corrosion effect of the water. Specialized production is also required for the wax-filled capsules, as well as careful production Construction so that undesired hysteresis is eliminated and a required time constant is achieved.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein temperaturempfindliches Element zu schaffen, welches die eingangs aufgeführten Erfordernisse erfüllt und relativ kostengünstig herzustellen ist.The invention is therefore based on the object of a temperature-sensitive To create element that meets the requirements listed above and is relatively inexpensive to manufacture is.
999827/0938999827/0938
— ο —- ο -
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmalen gelöst. Weitere Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargelegt.This object is achieved according to the invention with the in the characterizing Part of claim 1 listed features solved. Further embodiments of the invention are set out in the subclaims set out.
Bei der vorgeschlagenen Lösung wird die Änderung des Elastizitätsmoduls in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur genutzt. Die Änderung des Elastizitätsmoduls bezieht sich auf die thermoelastische Wirkung, die allen Materialien eigen ist und beinhaltet die Elastizitätsänderung des Materials mit Temperatur. Dieser Modul ist einer von drei elastischen Modulen,In the proposed solution, the change in the modulus of elasticity used depending on the ambient temperature. The change in the modulus of elasticity relates to the thermoelastic one Effect that is inherent in all materials and includes the change in elasticity of the material with temperature. This Module is one of three elastic modules,
G = der SchubmodulG = the shear modulus
B = der KompressionsmodulB = the compression modulus
E = der Elastizitätsmodul,E = the modulus of elasticity,
welche alle eine Beziehung zum Poissonverhältnis μ haben. Bei den meisten Metallen befindet sich das Poissonverhältnis zwischen 0,25 und 0,3, so daß der Schubmodul etwa 0,4 des Elastizitätsmoduls und der Kompressionsmodul ungefähr 0,67 des Elastizitätsmoduls beträgt. Der Elastizitätsmodul von Metallen ändert sich mit der Temperatur, und zwar bei den meisten Nickel-Eisenlegierungen ist der thsrmoelastische Koeffizient (d.h. die Änderung der Elastizität mit der Temperatur) negativ. Bei einem Metall mit 65% Fe (Invar) ist der thermoelastische Koeffizient .jedoch positiv.which all have a relation to the Poisson's ratio μ . For most metals, the Poisson's ratio is between 0.25 and 0.3, so the shear modulus is about 0.4 of the elastic modulus and the compression modulus is about 0.67 of the elastic modulus. The modulus of elasticity of metals changes with temperature, and for most nickel-iron alloys the thermoelastic coefficient (ie the change in elasticity with temperature) is negative. For a metal with 65% Fe (Invar) the thermoelastic coefficient is positive.
Zum Verständnis, wie dieser Effekt benutzt werden kann, ist es notwendig, Spannung und Dehnung in Beziehung zum Elastizitätsmodul zu setzen. Ist beispielsweise ein Stab, welcher am oberen Ende befestigt ist, mit einem Gewicht W belastet, so ist dieTo understand how this effect can be used it is necessary to relate stress and strain to the modulus of elasticity to put. If, for example, a rod which is attached to the upper end is loaded with a weight W, then the
a'a '
Spannung in dem Stab S= / , wobei mit a die Querschnittfläche des Stabes bezeichnet ist. Die Dehnung in dem Stab ist T = Χ/τ, wobei mit χ die durch das Gewicht W erzeugte Verlängerung der Originalstablänge L bezeichnet ist. Der elastische Modul ist somit der Elastizitätsmodul E mit folgender BeziehungStress in the rod S = /, where a denotes the cross-sectional area of the rod. The elongation in the rod is T = Χ / τ, where χ denotes the extension of the original rod length L produced by the weight W. The elastic modulus is thus the elastic modulus E with the following relationship
S WL
E - _ = —
T ax.S WL
E - _ = -
T ax.
909827/0938909827/0938
Wenn nun E sich mit der Temperatur ändert und das Gewicht W konstant bleibt und wenn angenommen wird, daß der Querschnitt a sich nicht ändert, dann ändert sich χ mit der Temperatur. Die Richtung der Änderung hängt von dem Vorzeichen des thermoelastischen Koeffizienten ab. Ist nun der thermoelastische Koeffizient negativ, wie es bei den meisten Metallen der Fall ist, dann vergrößert sich die Länge des Stabes.If now E changes with temperature and the weight W is constant remains and if it is assumed that the cross-section a does not change, then χ changes with temperature. The direction the change depends on the sign of the thermoelastic coefficient away. If the thermoelastic coefficient is negative, as is the case with most metals, then it increases the length of the rod.
Wenn nun zwei Stäbe mit ihrem Ende gegeneinander montiert werden, wobei ein Stab einen positiven, der andere Stab einen negativen Koeffizienten hat und die Stäbe vorgespannt sind, um eine entsprechende Vorverformung von x- und χ? zu geben, so ist die Änderung von χ mit der Temperatur doppelt so groß wie bei einem einzelnen Stab.If two rods are now assembled with their ends against each other, whereby one rod has a positive coefficient, the other rod has a negative coefficient and the rods are prestressed to allow for a corresponding pre-deformation of x- and χ ? the change in χ with temperature is twice as great as for a single rod.
Das zuletzt beschriebene System wird bei einer nachfolgend erläuterten Einrichtung genutzt, wobei das Fühlelement von einer Säule von Tellerfederscheiben geformt ist. In der beigegeben Zeichnung ist als ein Ausfuhrungsbeispiel ein thermostatisch geregeltes Mischventil im Schnitt dargestellt, das im folgenden näher beschrieben wird.The last-described system is explained in a below Device used, wherein the sensing element is formed by a column of Belleville washers. In the enclosed Drawing is shown as an exemplary embodiment of a thermostatically controlled mixing valve in section, which is shown below is described in more detail.
Derartige Ventile werden im Sanitärsektor, z.B. als Teil einer Brauseeinrichtung, eingesetzt. Die Mischbatterie hat jeweils eine Einlaßöffnung 1 für Kaltwasser und 2 für Warmwasser sowie einen Auslaß 3 für Mischwasser. Die Temperatur kann mit Hilfe eines Stellknopfes 4 vorgewählt werden.Such valves are used in the sanitary sector, e.g. as part of a shower device. The mixer tap has one each Inlet opening 1 for cold water and 2 for hot water and an outlet 3 for mixed water. The temperature can be adjusted with the help of a Adjusting button 4 can be preselected.
Das Temperaturfühlelernent ist von zwei Paketen oder Säulen 5 und 6 gebildet, wobei jeder Stapel etwa aus vierzig Tellerfederscheiben besteht. Ein Paket besteht aus Scheiben mit positivem Koeffizienten, das andere aus Scheiben mit negativem Koeffizienten der Thermoelastizität. Das innere Ende eines jeden Pakets ruht dabei an einem Anschlag 7 des Batteriegehäuses. Das äußere Ende ist jeweils mit Hilfe von Sprengringen 8,9 oder dergleichen mit einer Ventilstange 10 gekoppelt, welche zentral durch die Scheiben und den Anschlag 7 hindurchgeführt ist. Diese Ventilstange 10 steuert die ausgeglichenen Regelventile 11 und 12, wobei das eine Ventil den Kaltwassereinlaß und das zweite Ventil den Warmwassereinlaß regelt. Die beiden Ventile sind außerdem mit Hilfe von den Schraubenfedern 13,14 gegen die Enden der Ventilstange 10 gestrammt. The temperature sensor element is of two packages or columns 5 and 6 formed, each stack consisting of about forty Belleville washers. A package consists of disks with a positive coefficient, the other from disks with negative coefficients of the Thermoelasticity. The inner end of each package rests there at a stop 7 of the battery housing. The outer end is each with the help of snap rings 8.9 or the like with a Coupled valve rod 10, which is passed centrally through the discs and the stop 7. This valve rod 10 controls the balanced control valves 11 and 12, one valve being the cold water inlet and the second valve being the hot water inlet regulates. The two valves are also pushed against the ends of the valve rod 10 with the aid of the helical springs 13, 14.
909827/0938 '"n 909827/0938 '" n
-ϊ--ϊ-
Das Warm- und Kaltwasser wird nach dem Passieren der beiden Ventile 11 und 12 im Auslaufbereich des Kaltwasserventils 11 gemischt , und das gemischte Wasser gelangt danach in eine zentrale Temperaturfühlkammer, in welcher die Tellerfederscheibenpakete angeordnet sind. Diese Federpakete sprechen auf einen Wechsel der Wassertemperatur an den beiden Einlassen an und regeln somit die Ventile, so daß das erzeugte Mischwasser eine gleichbleibende Temperatur aufweist.The hot and cold water is after passing the two valves 11 and 12 mixed in the outlet area of the cold water valve 11, and the mixed water then reaches a central one Temperature sensing chamber in which the disk spring washer packs are arranged are. These spring packages respond to a change in the water temperature at the two inlets and thus regulate the Valves so that the mixed water produced has a constant temperature.
Die Temperaturfühlkammer ist vorzugsweise aus einem Material hergestellt, das eine sehr niedrige spezifische Wärme hat, beispielsweise aus Plastikmaterial, so daß die Temperaturfühleinrichtung eine so gering wie mögliche Zeitkonstante aufweist.The temperature sensing chamber is preferably made of a material which has a very low specific heat, for example made of plastic material, so that the temperature sensing device has as low a time constant as possible.
Sobald sich der Elastizitätsmodul der beiden Scheibenmaterialien mit der Temperatur ändert, wird die Ventilstange 10 ausgelenkt, bis die an ihr wirkende Kraft im Gleichgewicht mit der am Einstellknopf 4 vorgewählten Wassertemperatur ist. Die Regulierung durch diesen Einstellknopf 4 verursacht, daß die Temperaturfühlelemente mit Bezug zu den beiden Ventilsitzen verschoben werden, wodurch der Gleichgewichtspunkt des Systems geändert wird und somit die Temperatur des austretenden Mischwassers sich entsprechend ändert.As soon as the modulus of elasticity of the two disc materials changes with the temperature, the valve rod 10 is deflected until the force acting on it is in equilibrium with that on the adjusting knob 4 is selected water temperature. The regulation by this adjustment knob 4 causes the temperature sensing elements with respect to the two valve seats, whereby the equilibrium point of the system is changed and thus the temperature of the emerging mixed water changes accordingly.
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Claims (4)
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