DE2856120C2 - Thermostat device - Google Patents
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- 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
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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)
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Owner name: FRIEDRICH GROHE ARMATURENFABRIK GMBH & CO, 5870 HE |
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