DE3033843C2 - - Google Patents

Description

Vorliegende Erfindung betrifft einen thermostatischen Geber der in der Einleitung von Anspruch 1 näher angegebenen Art. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines thermostatischen Gebers gemäß Anspruch 1.

Derartige Geber sind in erster Linie vorgesehen für tem­ peraturregulierende Ventile, beispielsweise Heizkörperven­ tile.

Eine Vielzahl verschiedener Ausführungen von thermostatischen Gebern ist bereits bekannt, u. a. Geber mit Gasfüllung, Flüssigkeitsfüllung und wachsähnlicher Füllung verschiede­ ner Zusammensetzungen.

Die mit Gas und Flüssigkeit gefüllten Geber enthalten Stoffe, wie Äthyläther, Azeton und dergleichen und sind zwecks Dichthalten völlig aus Metallteilen herzustellen, die zu­ sammengelötet werden. Dies ist eine sehr schwierige Proze­ dur, welche die Herstellung wesentlich verteuert und trotz­ dem ist das Resultat ein Produkt, das störungsanfällig ist und eine begrenzte Lebensdauer hat. Abgesehen hiervon ist die Hantierung mit den meisten in Frage kommenden Gasen und Flüssigkeiten mit hygienischen Problemen und teilweise sogar Gesundheitsrisiken verbunden. Die gasgefüllten Geber liefern außerdem eine geringe Stellkraft und einen kurzen Hub. Der letztere ist auch eine kennzeichnende Schwäche für die flüssigkeitsgefüllten Geber.

Geber mit Wachsfüllungen ergeben bei zufriedenstellender Hub­ länge pro °C eine übermäßig große Hysterese aufgrund konstrukti­ onsbedingter innerer Friktion. Ein bekannter Geber mit Wachs­ füllung besitzt ein kurzes unelastisches Metallgefäß, dessen Kanten ausgekragt und mit einer Gummimembran umspannt sind, welche eine Wachsfüllung im Gefäß abschließt. An das Gefäß schließt sich ein rohrähnlicher Körper mit einem Kolben an, zwischen welchem und der Membran ein loser Gummipfropfen ange­ ordnet ist, welcher thermostatische Bewegungen der Wachsfül­ lung von der Membran auf den Kolben überträgt. Dies ist eine komplizierte Konstruktion, die störanfällig und aufwendig in der Herstellung ist.

Aus der DE-OS 23 22 111 ist ein Thermostatventil bekant, mit einem Wellrohrbalg aus Metall in einem unelastischen Gefäß, bei welchem als Ausdehnungsmedium Wachs und in dem an das Well­ rohr angrenzenden Raum eine Flüssigkeitsvorlage vorhanden ist, die den Wellrohrbalg gegenüber dem Wachs abschirmen soll. Hierdurch soll die innere Friktion herabgesetzt werden. Von sehr großem Nachteil ist hierbei der komplizierte und aufwen­ dige innere Aufbau des Ventils, wobei auch noch die Gefahr be­ steht, daß bei Lageänderung das Wachs durch die erforderliche Strömungsöffnung in die innere Thermostatkammer eindringt und somit die beabsichtigte Wirkung stört oder gar aufhebt, so daß letzten Endes ein Verkleben des Balges durch das Wachs die Ventilfunktion im Betrieb in unkontrollierbarer Weise erheblich verändert.

Geber mit Gas- und Flüssigkeitsfüllung sind entweder direkt auf einem zu regelnden Ventil montierbar, eignen sich aber auch zur Fernsteuerung über ein Kapillarrohr. Hingegen eignen sich bekannte wachsgefüllte Geber nicht zur Fernsteuerung und kön­ nen ausschließlich direkt auf einem Ventil angebracht werden.

Funktionserfordernisse, die ein guter Geber erfüllen soll, sind folgende: niedrige Hysterese, geringe Totzeit, d. h. die Zeit vom Eintritt einer Temperaturänderung bis zum Reagie­ ren des Gebers, infolge hohen Wärmeübergangs vom abgeführten Medium auf den thermostatischen Geber und Behinderung des Wärmeaustausches zwischen dem thermostatischen Geber und dem Träger, z. B. einem Ventil.

Darüber hinaus soll ein derartiger Geber so unkompliziert und übersichtlich konstruiert sein, daß seine Herstellung die An­ wendung einfacher, billiger und schneller Massenproduktions­ verfahren ermöglicht.

Die vorbekannten Geber erfüllen diese Erfordernisse jeweils nicht in Kombination.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen thermostatischen Geber zu schaffen, welcher die aufgezählten Anforderungen in Kombination weitgehend erfüllt.

Diese Aufgabe wird gemäß vorliegender Erfindung bei einem thermostatischen Geber der im Oberbegriff von Anspruch 1 ange­ gebenen Art durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merk­ male gelöst.

Ein solcher erfindungsgemäß ausgebildeter Geber vereinigt in sich in idealer Weise die genannten Funktions- und Herstellungs­ erfordernisse und ist relativ unkompliziert, so daß eine ein­ fache, schnelle und preisgünstige Herstellung und Montage mög­ lich ist.

Insbesondere läßt sich der Balg durch Formen in Kunststoff leicht und billig in Massen produzieren, gleichzeitig wird die Hysterese des Balges verrin­ gert. Auch hat der Kunststoffbalg eine hohe Ermattungshalte­ festigkeit, darüber hinaus kann Wachs auch durch den Kunst­ stoffbalg nicht hindurch diffundieren. Und schließlich kann der nur wenig Wärme z. B. auf ein Ventil übertragende Kunststoff­ balg mit Teilen aus Material mit hohem Wärmeleitvermögen, z. B. Metall kombiniert werden, was für die äußeren Geberteile zweck­ mäßig ist, da die Totzeit, d. h. die Zeit vom Eintritt einer Tempera­ turveränderung bis zum Reagieren des Gebers verringert wird, indem bei gutem Wärmeübergang vom abzuführenden Medium auf den thermostatischen Geber durch die Metallwand des unelastischen Gefäßes die Wärmeübertragung z. B. bei auf ein zu regulie­ rendes Ventil aufgesetztem Thermostaten vom Ventil auf den Ge­ ber durch den Kunststoffbalg behindert wird.

Unter diesen Gesichtspunkten ist die erfindungsgemäße Verwen­ dung von Kunststoff als Werkstoff für den Balg bei einer Wachs­ füllung zwischen diesem und dem unelastischen Gefäß von erfin­ dungswesentlicher Bedeutung.

Das erfindungsgemäße Verfahren entspricht den kennzeichnenden Verfahrensmerkmalen der Ansprüche 5 bis 8.

Versuche haben gezeigt, daß die Hysterese bekannter Wachsele­ mente 0,6 bis 0,7°C beträgt, bei bekannten Flüssigkeitsele­ menten 0,3 bis 0,6°C und bei Gebern gemäß vorliegender Erfin­ dung 0,2 bis 0,3°C, was die Überlegenheit der Erfindung be­ weist. Diese Werte sind bei einem betriebfähig montierten Thermostat gemessen, woraus hervorgeht, daß hierbei auch die Friktion im Ventil berücksichtigt wurde, was bedeutet, daß mit der Erfindung ein entsprechender Fortschritt erzielt wurde.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen thermostatischen Geber gemäß der Erfindung zur Direktmontage auf beispielsweise ein Ventil in einem Längsschnitt,

Fig. 2 einen abgeänderten thermostatischen Geber gemäß der Erfindung zur Fernsteuerung in einem axialen Längs­ schnitt und

Fig. 3 ein Diagramm zum Verdeutlichen der Leistungsunter­ schiede zwischen zwei vorbekannten thermostatischen Gebern und einem thermostatischen Geber gemäß der Erfindung.

Der in Fig. 1 gezeigte Geber zur Direktmontage auf einem nicht gezeigten Ventil besitzt ein Gefäß 1 aus unelastischem Material, vorzugsweise Metall, welches vorzugsweise eine zylindrische Becherform besitzt, wobei die freie Gefäß­ kante 12 zunächst ausgekragt und alsdann umgebördelt ist, um in folgender Reihenfolge in Richtung vom Gefäßboden zu umspannen und zu verankern: eine ringförmige Dichtung 4, die freie Kante oder das offene Ende 13 eines Balges 3 aus Kunststoff, vorzugsweise Azetalkunst­ stoff und eine Ringscheibe 5 aus vorzugsweise Metall mit einem zentralen Loch 14 zur Aufnahme eines Kolbens 6 aus Kunststoff oder Metall. Der Kolben 6 kann eine gerade zylindrische Stange sein, deren im Gefäß 1 gelegenes Ende sich am Boden 15 des Balges 3 abstützt und daran befestigt sein kann, welcher Boden zum Boden 17 des Gefäßes plan­ parallel und auf Abstand angeordnet ist.

Während das Innere des Balges 3 mit der Atmosphäre über das den Kolben 6 mit Spiel umgebende Loch 14 kommuniziert, ist der Raum zwischen dem Balg und dem Gefäß mit einer Wachsmischung 2 an sich bekannter Art gefüllt. Vorteilhaft läßt sich eine Paraffinmischung mit niedrigem Schmelz­ punkt verwenden, wobei noch bessere Voraussetzungen eventuell durch Synthesen oder Separationen erhältlich sind.

Steigt die Temperatur in der Wachsmischung 2 als Folge einer Erwärmung des Gefäßes 1, so geht die Wachsmischung vom festen in den flüssigen Zustand unter starker Volumen­ vergrößerung über. Hierbei wird der Balg zusammengedrückt und schiebt dabei den Kolben 6 hinaus, um die vorgesehene Regelbewegung auszuführen. Bei sinkender Temperatur ist das Verhältnis umgekehrt. Ist der Kolben am Balgboden 15 nicht befestigt, so kann eine nicht gezeigte Feder den Kol­ ben zurückführen und in ständiger Anlage am Balgboden halten.

Es ist offenbar, daß eine derart einfache Ausführung auch schnell, einfach und billig herstellbar ist. Der Kolben, die Ringscheibe und das Gefäß lassen sich schnell und einfach in Massen produzieren zu extem niedrigen Kosten, falls man sich nicht bereits einfacher Handelsware für diese Teile bedient. Auch der Balg läßt sich durch Formen in Kunststoff leicht in Massen produzieren und auch eine Wachsmischung bereitet keinerlei Probleme.

Bezüglich des Zusammenmontierens der einzelnen Teile werden durch die erfindungsgemäße Konstruktion weitere Vorteile erhalten. So kann der Balg gemäß Herstellungs-Verfahren rundherum von einer genau ausfüllenden und formangepaßten Wachsmasse umgeben werden durch Eintauchen in eine solche in flüssigem Zustand entweder in zusammengepreßter oder expandierter Form, mit oder ohne Vibrationsvorrichtung zum Entfernen von Luftblasen, so daß eine Einheit besteht aus Kolben, Ringscheibe, Balg und Wachsmasse beispielsweise nach Ausschneiden oder Ausstanzen letzterer in abgekühlter und damit starrer Form einfach in das Gefäß einführbar ist, dessen freie Kante 12 nach außen gekragt ist und mög­ licherweise auch im Anschluß hieran ein Stück nach vorne verlängert, so daß nach Einführen der beschriebenen Ein­ heit die freie Kante 12 leicht und einfach umgebördelt werden kann, um die beschriebene Einheit sicher und völlig abge­ dichtet zu halten und zu verankern.

Dank der Kombination eines Balges in geeignetem Kunststoff­ material und einer Wachsfüllung wird ein äußerst billiger und trotzdem völlig zuverlässiger thermostatischer Geber erhalten, der eine überraschend gute Hublänge/°C und nie­ drige Hysterese besitzt. Auch die Totzeit wird be­ deutend geringer als bei den vorbekannten Gebern.

Ein weiteres bevorzugtes Herstellungs- und Montageverfahren für einen erfindungsgemäßen thermostatischen Geber ist folgendes: Das Gefäß 1 wird in eine nicht gezeigte Fixtur mit Vibrationsvorrichtung zum schnellen Entfernen von mög­ licherweise vorkommenden Luftblasen eingesetzt. Ein ge­ eignetes Wachs oder eine Wachsfüllung wird bei einer sol­ chen Temperatur eingefüllt, daß das Wachs oder die Mischung leicht flüssig ist, was vorzugsweise bei +30°C der Fall ist. Alsdann werden der Balg 3 und die Metallscheibe 5 auf einem nicht gezeigten Dorn mit Hilfe einer nicht gezeigten Saugquelle angebracht, die auch den Balg zusammensaugt. Balg und Me­ tallscheibe werden dann in das Gefäß eingeführt, worauf dessen Kragen 12 um die Metallscheibe gepreßt oder gebör­ delt wird. Dieser gesamte Herstellungs- oder Montageverlauf kann automatisch geschehen. Nach Aufheben des Unterdruckes expandiert der Balg selbsttätig und verdrängt dabei das leicht flüssige Medium im Gefäß vom Boden- und Mittenbereich desselben, um in die Räume zwischen den Balgfalten auf der Außenseite einzuströmen. Hierdurch wird ein blasenfreies Einführen von Wachs oder dlg. garantiert, welches alsdann je nach dem gewünschten Schmelzpunkt in halbfließenden oder sogar festen Zustand übergehen kann, ohne irgendwelche Probleme zu verursachen. Das Wachs oder die Wachsmischung kann nicht wie eine Flüssigkeit oder ein Gas durch den Kunststoffbalg hindurchdiffundieren und dadurch einen sol­ chen Geber immer leistungsschwächer und am Ende unanwend­ bar machen.

Die Erfindung baut somit auf der Einsicht, daß ein Wachs oder eine Wachsmischung der hier in Frage kommenden Art hauptsächlich nicht durch einen Kunststoffbalg hindurch­ diffundieren kann, daß ein solcher Balg eine niedrigst mögliche Hysterese und damit größte mögliche Hublänge be­ sitzt und daß der Balg von Wachs oder einer Wachsmischung in flüssigem oder halbflüssigem Zustand umgeben werden kann, eventuell unter Einbeziehung einer Vibrationsvorrichtung, so daß Lufteinschlüsse mit Sicherheit vermieden werden. Die Erfindung zieht auch in Berechnung, daß man insbesondere bei direkt auf einem Heizkörperventil zu montierenden Ther­ mostaten so wenig Wärmeübertragung wie möglich vom Ventil auf den Geber erhält, gleichzeitig wie der Thermostat äußeren Temperaturveränderungen gegenüber empfindlich ist. Auch diese Umstände sind der Grund dafür, daß erfindungsgemäß Kunststoff als Material mit geringem Wärmeleitvermögen für die inneren Geberteile und Metall als Material mit hohem Wärmeleitvermögen für die äußeren Geberteile vorgeschlagen wird. Weitere Vorteile eines Kunststoffbalges, insbesondere aus Azetalkunststoff, sind dessen hohe Ermattungshalte­ festigkeit.

In Fig. 2 wird ein abgeänderter Geber gemäß der Erfindung zur Fernsteuerung gezeigt. Hierbei liegt eine Überein­ stimmung mit der in Fig. 1 gezeigten Ausführung in bezug auf den in Fig. 2 gezeigten linken Geberteil I vor abgesehen davon, daß der Kolben 6 fehlt und das Loch 14 in vorzugsweise verkleinerter Form das eine Ende eines Kapillarrohres 7 beherbergt, das sich in den Boden 16 des ausführenden Teiles II hinein erstreckt. Das Kapillarrohr 7 ist dichtend in die Scheibe 5 bzw. den Gefäßboden 16 eingesetzt, beispiels­ weise durch Festschweißen. Der Balg 3 des Gebergefäßes besitzt in diesem Falle anstelle eines Kolbens eine Flüssigkeits- oder Gasfüllung 18, beispielsweise Silikonöl.

Das Gefäß 8 des ausführenden Teiles II und auch dessen Balg 9 sowie die Scheibe 10 und der Kolben 11 besitzen vorzugsweise die gleiche Ausführung wie im Zusammenhang mit Fig. 1 gezeigt und beschrieben.

Bei Volumenänderungen in der Wachsmischung 2 wird der Balg 3 im Geberteil I beeinflußt, so daß er zusammengedrückt oder verlängert wird. Diese Veränderung wird über die Füllung 18 und das Kapillarrohr 7 auf den ausführenden Teil II übertragen. Auf diese Weise wird ein Zusammendrücken bzw. eine Verlängerung des Balges im ausführenden Teil beim Zusammendrücken bzw. Verlängern des Balges 3 im Geberteil erhalten. Die Bewegungen des Balges 9 werden auf den Kolben 11 übertragen, der entweder am Balgboden 19 befestigt sein kann oder in Kontakt mit diesem mit Hilfe einer nicht gezeigten Rückführfeder gehalten wird.

Fig. 3 zeigt die klare Überlegenheit eines thermostatischen Gebers gemäß der Erfindung in bezug auf Hublänge und geringe Hysterese gegenüber sowohl konventionellen flüssigkeits- als auch wachsgefüllten thermostatischen Gebern. Vorzugsweise wird eine solche Wachsmischung zu einem erfindungsgemäßen Geber gewählt, daß der Schmelzpunkt der Mischung zwischen +12°C und +25°C liegt, so daß die durch das Schmelzen herbeige­ führte Volumenvergrößerung einen Einfluß auf die Hublänge des Kolbens zeitigt. Natürlich kann man durch die Wahl der Zusammensetzung der Wachsmischung einen Schmelzpunkt auf beinahe jeder gewünschten Temperaturebene erhalten und auch weitere Intervalle zwischen den geänderten Aggregatzuständen der Mischung, d. h. des Überganges von festerem zu halblflüssigem und weiter zu leichtflüssigem Zustand.

Im vorhergehenden beschriebene und in den Zeichnungen gezeigte Ausführungsformen sind nur als nicht begrenzende Beispiele anzusehen, die sich im Rahmen des Erfindungsgedankens und folgender Ansprüche abändern und ergänzen lassen.

Claims (8)

1. Thermostatischer Geber, insbesondere für temperaturregu­ lierende Ventile oder zum Beeinflussen solcher durch Fern­ steuerung, beispielsweise Heizkörperventile, mit einem im wesentlichen unelastischen Gefäß mit einem komprimierbaren Balg im unelastischen Gefäß und einem Kolben zum Ausführen der Regelbewegungen, wobei der Raum zwischen Gefäß und Balg her­ metisch abgeschlossen und mit einem Medium mit gutem Wärme­ ausdehnungskoeffizienten gefüllt ist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Medium (2) Wachs oder eine Wachsmischung an sich bekannter Art ist, der Balg (3, 3′) aus Kunststoff und das unelastische Gefäß (1, 1′) aus Metall besteht.

2. Thermostatischer Geber nach dem Anspruch 1, bei dem in dem offenen gebördelten Gefäßende eine Ringscheibe aufgenom­ men ist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem offenen gebördelten Gefäßende zusammen mit der Ringscheibe (5, 5′) eine ringförmige Dichtung (4, 4′) und der Rand (13, 13′) des Balgendes gehaltert werden.

3. Thermostatischer Geber nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (6) in der Ringscheibe (5) in einer Bohrung (14) mit Spiel geführt ist und das Innere des Balges (3) mit der Atmosphäre über das Bohrungsspiel in Verbindung steht.

4. Thermostatischer Geber nach Anspruch 1 in einer zur Fern­ steuerung vorgesehenen Ausführung mit einem als Fühler (I) und einem als Steuerungsorgan (II) ausgebildeten Teil, welche Teile jeweils ein becherförmiges Gefäß mit einem Balg umfas­ sen, dadurch gekennzeichnet, daß das Innere des Balges (3) im Fühlerteil (I) mit einer Übertra­ gungsflüssigkeit wie Silikonöl (18) und der Raum zwischen dem unelastischen Gefäß (8) und dem Balg (9) im Steuerungsteil (II) eben­ falls mit der Flüssigkeit (18) gefüllt und die Flüssigkeits­ füllungen über ein Kapillarrohr (7) kommunizierend miteinan­ der in Verbindung stehen, und im Balg (9) vom Steuerungsteil (II) ein durch die Ringscheibe (10) hindurchragender Kolben (11) ange­ ordnet ist.

5. Verfahren zur Herstellung des thermostatischen Gebers gemäß Patentanspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Balg (3) zum Auspressen jeglicher Luft zwischen dessen äußeren Falten zusammengepreßt wird, worauf er mit Wachs oder einer Wachsmischung zusammengeführt wird, wobei dieses vorzugsweise zu einem leichtflüssigen Aggregat­ zustand erwärmt ist, und daß das Gefäß (1) nach Einbringen des Balges und des Wachses oder der Wachsmischung mit dem die­ ses enthaltenden Raum (2) zwischen Balgaußenseite und Gefäß hermetisch verschlossen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende (13) des Balges an eine Saugquelle zwecks Kom­ primieren desselben angeschlossen wird, worauf der Balg zum schnellen Entfernen von anhaftenden Luftblasen in Vibration versetzt wird.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Gefäß (1) mit Wachs oder einer Wachsmischung in leichtflüssigem Zustand gefüllt wird, daß der Balg (3) und eine Metallringscheibe (5) zum Verschließen des offenen Gefäß­ endes (12) auf einen Dorn oder dergleichen mit Hilfe genann­ ter Saugquelle angebracht werden, daß der Balg und die Schei­ be in das Gefäß eingeführt werden, worauf das freie Ende oder der Kragen (12) des Gefäßes um die Scheibe herum umgebördelt und damit ein hermetischer Verschluß des Raumes zwischen Balg und Gefäß hergestellt und darauf der Balg expandieren gelassen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Balg durch Eintauchen in Wachsmasse im zusammengepreßten oder expandierten Zustand, vorzugsweise mit Hilfe einer Saugquelle und einer Vibrationseinrichtung, von der flüssigen Wachsmasse umgeben wird, und daß nach Erstarren der Wachs­ masse im abgekühlten Zustand eine Einheit aus Balg und Wachs­ masse ausgeschnitten oder ausgestanzt und in das Gefäß (1) eingeführt und dieses mit Ringscheibe (5) und Dichtung (4) verschlossen wird.