DE2856120C2 - Thermostat device - Google Patents

Thermostat device

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DE2856120C2
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Robert James Cheshunt Hertfordshire Hodges
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Grohe Water Technology AG and Co KG
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Deutsche ITT Industries GmbH
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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D23/00—Control of temperature
    • G05D23/01—Control of temperature without auxiliary power
    • 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

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Description

Die Erfindung betrifft eine Temperatur-Regeleinrichtung mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.The invention relates to a temperature control device with the preamble of claim 1 specified features.

Derartige Einrichtungen sind für thermostatisch geregelte Wassermischbatterien bekannt, wobei die wichtigsten Anforderungen für das Temperaturfühlelement in solchen Regeleinrichtungen in folgendem bestehen:Such devices are known for thermostatically controlled water mixers, the most important requirements for the temperature sensing element in such control devices in the following exist:

Hierzu ist es bekannt, Bimetalleinrichtungen (DE-OS 24 23 374) oder mit Wachs gefüllte Elemente zu benutzen, die einen Teil der vorstehend aufgeführten Anforderungen erfüllen. Bei Bimetalleinrichtungen 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 mit 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 (DE-OS 24 23 374) or elements filled with wax that meet part of the requirements listed above. In the case of bimetal devices however, a specialized production is required, which makes the bimetallic device not insignificantly more expensive, in addition, they can be attacked by the corrosive effects of the water. Even with those with Wax-filled capsules require specialized manufacture and, moreover, 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 creating a temperature-sensitive element which meets the requirements listed above and is relatively inexpensive to manufacture.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.This object is achieved according to the invention with those listed in the characterizing part of claim 1 Features solved.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den so Ansprüchen 2 bis 4 dargelegt.Further refinements of the invention are set out in claims 2 to 4.

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 is a function of the ambient temperature utilized. The change in the modulus of elasticity relates to the thermoelastic 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 Schubmodul,
B = der Kompressionsmodul,
E = der Elastizitätsmodul, G = the shear modulus,
B = the compression modulus,
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 ändertwhich all have a relation to the Poisson's ratio μ. Most metals do Poisson's ratio between 0.25 and 0.3, so that the shear modulus is about 0.4 of the elastic modulus and the The modulus of compression is approximately 0.67 of the elastic modulus. The modulus of elasticity of metals changes

sich mit der Temperatur, und zwar bei den meisten Nickel-Eisenlegierungen ist der thermoelastische Koeffizient (d. h. die Änderung der Elastizität mit der Temperatur) negativ. Bei einem Metall mit 65% Fe (Invar) ist der thermoelastische Koeffizient jedoch positiv.varies with temperature, and for most nickel-iron alloys, the thermoelastic coefficient is (i.e. the change in elasticity with temperature) negative. For a metal with 65% Fe (Invar), however, 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 \o ist, mit einem Gewicht Wbelastet, so ist die Spannung in dem Stab S= wl* wobei mit a die Querschnittfläche des Stabes bezeichnet ist Die Dehnung in dem Stab ist T= "Il, 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 BeziehungTo understand how this effect can be used, it is necessary to relate stress and strain to the modulus of elasticity. Is for example a rod, which is fixed at the upper end \ o is, weighing Wbelastet, the tension in the rod S = w l * eluting with a cross-sectional area of the rod is referred to the strain in the rod is T = "Il , 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

axax

2020th

3030th

Wenn nun Esich 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 Es changes with the temperature and the weight W remains constant and if it is assumed that the cross-section a does not change, then χ changes with the temperature. The direction of the change depends on the sign of the thermoelastic coefficient. If the thermoelastic coefficient is negative, as is the case with most metals, the length of the rod increases.

Wenn nun zwei Stäbe mit ihrem Ende gegeneinander montiert werden, wobei ein Stab einen positiven, dsr andere Stab einen negativen Koeffizienten hat und die Stäbe vorgespannt sind, um eine entsprechende Vorverformung von X\ und *2 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 give a corresponding pre-deformation of X \ and * 2, then the change in χ with the temperature is twice that of a single rod.

Das zuletzt beschriebene System wird bei einer nachfolgend erläuterten Einrichtung genutzt, wobei das Füllelement von einer Säule von Tellerfederscheiben geformt ist. In der beigegebenen Zeichnung ist als ein Ausführungsbeispiel ein thermostatisch geregeltes Mischventil im Schnitt dargestellt, das im folgenden näher beschrieben wird.The system described last is used in a facility explained below, whereby the Filler element is formed from a column of Belleville washers. In the accompanying drawing is as a Exemplary embodiment of a thermostatically controlled mixing valve shown 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 KaltwasserSuch valves are used in the sanitary sector, e.g. B. used as part of a shower device. The mixer tap each has an inlet opening 1 for cold water

40 und 2 für Warmwasser sowie einen Auslaß 3 für Mischwasser. Die Temperatur kann mit Hilfe eines Stellknopfes 4 vorgewählt v/erden. 40 and 2 for hot water and an outlet 3 for mixed water. The temperature can be preselected with the aid of a setting button 4.

Das Temperaturfühlelement ist von zwei Paketen oder Säulen 5 und 6 gebildet, wobri jeder Stapel etwa aus vierzig Tellerfederscheiben besteht Ein Paket besteht aus Scheiben mit positivem Koeffizienten, das andere aus Scheiben mit negativem Koeffizienten der ThermoelastizitäL 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 einem als Ventilstange ausgebildeten Stellelement 10 gekoppelt, welches zentral durch die Scheiben und den Anschlag 7 hindurchgeführt ist. Dieses Stellelement 10 steuert die druckausgeglichenen 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 des Stellelements lOgesirammt.The temperature sensing element is formed by two packages or columns 5 and 6, each stack approximately consists of forty disc spring washers A package consists of washers with a positive coefficient, the others made of washers with negative coefficient of thermal elasticity. The inner end of each package rests against a stop 7 of the battery housing. The outer end is each with the help of snap rings 8, 9 or the like coupled to an actuating element 10 designed as a valve rod, which is passed centrally through the discs and the stop 7. This actuator 10 controls the pressure-balanced control valves 11 and 12, with the one valve regulates the cold water inlet and the second valve regulates the hot water inlet. The two valves are also lOgesirammt with the help of the coil springs 13, 14 against the ends of the adjusting element.

Das Warm- und Kaltwasser wird nach dem Passieren der beiden Ventile 11 und 12 im Auslaufbereich des Kaltwasserventils 11 gemsicht, 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 in the outlet area of the Cold water valve 11 gemsicht, and the mixed water then passes into a central temperature sensing chamber, in which the disk spring washer stacks are arranged. These spring packages speak to you Change the water temperature at the two inlets and thus regulate the valves, so that the generated Mixed water has a constant temperature.

Die Temperaturi'ühlkammer 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 Temperaturi'ühlkammer is preferably made of a material that has a very low has specific heat, for example made of plastic material, so that the temperature sensing device has a so as low as possible time constant.

Sobald sich der Elastizitätsmodul der beiden Scheibenmaterialien mit der Temperatur ändert, wird das Stellelement 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 pane materials changes with temperature, this becomes Adjusting element 10 deflected until the force acting on it is in equilibrium with that preselected on adjusting knob 4 Water temperature is. The regulation by this adjustment knob 4 causes the temperature sensing elements be moved with respect to the two valve seats, creating the equilibrium point of the system is changed and thus the temperature of the exiting mixed water changes accordingly changes.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (4)

Patentansprüche:Patent claims: !.Temperatur-Regeleinrichtung für den Einsatz in Fluid-Regeleinrichtungen, bestehend aus einer Zahl von aneinandergereihten Temperaturfühlelementen und einem oder mehreren mit den Temperaturfühlelementen gekoppelten Ventilen, wobei die einzelnen Temperaturfühlelemente so angeordnet sind, daß in Abhängigkeit von der Temperatur des Fluids dessen Strömung geregelt wird, wobei ein Stellelement mit einem oder mehreren der Temperaturfühlelemente verknüpft ist, das in Abhängigkeit von einem Wechsel der Temperatur des Fluids eine entsprechende Stellbewegung auf das Ventilverschlußteil bzw. die Ventilverschlußteile überträgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellbewegung des Stellelements (10) durch den in Abhängigkeit von der Temperatur sich ändernden Elastizitätsmodul der federnden Temperaturfühlelemente (5 und 6) erzeugt wird.!. Temperature control device for use in Fluid control devices, consisting of a number of temperature sensing elements in a row and one or more valves coupled to the temperature sensing elements, the individual Temperature sensing elements are arranged so that depending on the temperature of the fluid the flow of which is regulated, with an actuating element having one or more of the temperature sensing elements is linked, which is a function of a change in the temperature of the fluid transmits corresponding actuating movement to the valve closure part or the valve closure parts, characterized in that the adjusting movement of the adjusting element (10) by the in Depending on the temperature changing modulus of elasticity of the resilient temperature sensing elements (5 and 6) is generated. 2. Temperatur-Regeleinrichtung nach Anspruch 1, bei dem die Temperaturfühlelemente als Tellerfederscheiben ausgebildet und in einem Stapel von paarweisen Scheiben zusammengefaßt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Tellerfederscheiben (5, 6) aus einem Material gefertigt sind und das Stellelemenl (10) als Ventilstange zentral durch die Tellerfederscheiben hindurchgeführt ist.2. Temperature regulating device according to claim 1, in which the temperature sensing elements as cup spring washers are formed and combined in a stack of paired discs, thereby characterized in that the Belleville washers (5, 6) are made of one material and the Stellelemenl (10) is passed centrally through the cup spring washers as a valve rod. 3. Temperatur-Regeleinrichtung nach Anspruch 2, bei dem zwei Satz von Tellerfederscheiben vorgesehen sind, wobei bei Erwärmung ein Satz der Scheiben sich ausdehnt und der andere Satz der Scheiben schrumpft, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Sätze (5, 6) von Tellerfederscheiben mit positivem bzw. negativem thermoelastischen Koeffizienten bezüglich des Stellelements (10) so angeordnet sind, daß sich eine Dimensionsänderung addiert.3. Temperature control device according to claim 2, in which two sets of cup spring washers are provided with one set of the disks expanding and the other set of the Shrink discs, characterized in that the two sets (5, 6) of cup spring washers with positive or negative thermoelastic coefficient with respect to the adjusting element (10) so arranged are that a change in dimension adds up. 4. Temperatur-Regeleinrichvung nach den Ansprüchen 1 bis 3 für den Einsatz in einer Mischbatterie zum Mischen von Kalt- und Warmwasser, wobei der Regelbereich mit Hilfe einer Temperaturvorwahleinrichtung durch Lageveränderung der Temperaturfühlelemente einstellbar ist und das Kalt- und Warmwasser in einen Mischraum mit Temperaturfühlkammer geleitet wird und zwei Stapel von Tellerfederscheiben aneinanderliegend angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Enden der beiden Tellerfederscheibenstapel durch das gemeinsame Stellelement (10) gekoppelt sind, während die beiden inneren Endteile der Tellerfederscheibenstapel an einem ortsfesten Anschlag (7) anliegen, wobei die Enden des Stellelements (10) an den beiden Ventilen (11,12) als Stellglied wirken.4. Temperatur-Regeleinrichvung according to claims 1 to 3 for use in a Mixer faucet for mixing cold and hot water, the control range with the help of a Temperature preselection device is adjustable by changing the position of the temperature sensing elements and the cold and hot water is fed into a mixing room with a temperature sensor chamber and two Stacks of disc spring washers are arranged adjacent to one another, characterized in that the outer ends of the two disc spring washer stacks through the common adjusting element (10) are coupled, while the two inner end parts of the disk spring washer stacks on a stationary Stop (7) bear, the ends of the adjusting element (10) on the two valves (11,12) as Actuator act. a) Es sollte vorzugsweise eine lineare Ausdehnung im Temperaturbereich von 00C bis 1000C mit einem Minimum an Hysterese haben.a) It should preferably have a linear expansion in the temperature range from 0 ° C. to 100 ° C. with a minimum of hysteresis. b) Die erzeugte Kraft sollte hinreichend groß sein für die Stellbewegung des Regelventils 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 you Water pressure of about 10 bar, the curvature or deflection being about 2 mm should. c) Die thermische Leitfähigkeit sollte gut sein, damit ίο eine Gesamtzeitkonstante von etwa 1 Sekunde gegeben ist.c) The thermal conductivity should be good so that ίο a total time constant of about 1 second given is. d) Die Einrichtung sollte langlebig sein, ohne ihre charakteristischen Eigenschaften zu ändern bei einem Wechsel der Wassergegebenheiten beid) The device should be durable without changing its characteristic properties a change in the water conditions is einem Temperaturbereich zwischen 00C und 1000C und den verschiedenen Wasserdrücken zwischen 0,5 und 10 bar.is a temperature range between 0 0 C and 100 0 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 facility should be aware of the corrosive nature 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. 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 Facilities should be reduced to a minimum.
DE2856120A 1978-01-03 1978-12-23 Thermostat device Expired DE2856120C2 (en)

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GB41/78A GB1544075A (en) 1978-01-03 1978-01-03 Water mixers

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