DE643168C - Thermostat mit einem auf Volumenaenderung der Heizfluessigkeit ansprechenden Kontaktthermometer - Google Patents

Description

Es sind bereits Thermostaten bekannt, bei denen die elektrischen Kontakte, welche den Heizstromkreis schalten, Quecksilberkontakte sind. Bei diesen Kontakten werden die in zwei kommunizierenden Behältern befindlichen, an ihren beiden Oberflächen meist durch eine elektrisch nichtleitende Flüssigkeit überdeckten Quecksilbersäulen durch Expansion der beheizten Flüssigkeit gesteuert.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung eines derartigen Thermostaten und ermöglicht es, in einer einfachen Weise, nämlich lediglich durch Absperrung

*5 eines Verteilungshahnes bei Erreichung der gewünschten Solltemperatur, den Thermostaten auf eine bestimmte Temperatur einzustellen. Ferner ist es möglich, den Einfluß der Temperaturschwankungen des Außenraumes selbsttätig weitgehend zu unterbinden.

Gemäß der Erfindung werden bei Thermostaten mit einem auf' Volumenänderung der Heizflüssigkeit ansprechenden U-förmig ausgebildeten Kontaktthermometer, in dessen beiden Schenkeln das Quecksilber von der elektrisch nichtleitenden Heizflüssigkeit überschichtet ist, die beiden Schenkel, deren einer offen ist, oberhalb ihrer Quecksilberfüllung durch eine besondere mit der Heizflüssigkeit angefüllten Zweigleitung miteinander verbunden. In die Zweigleitung ist ein Dreiwegehahn eingebaut, welcher die beiden Schenkel des U-Rohres mit einem zum Heizraum führenden Kanal einzeln oder gemeinsam verbindet.

Zum Ausgleich des Einflusses der Schwankungen der Außentemperatur empfiehlt es sich ferner, den Quecksilberraum mit einer oder mehreren Verbreiterungen zu versehen. Auch ist es vorteilhaft, eine weitere Verbreiterung für die nichtleitende Heizflüssigkeit mit offener Oberfläche vorzusehen. Der Thermostat nach der Erfindung kann überall da mit Nutzen verwendet werden, wo es auf eine genaue Temperaturregelung ankommt, z. B. zur Aufrechterhaltung der Temperatur eines piezoelektrischen Kristalles.

In der Zeichnung ist eine Ausführung eines Thermostaten nach der Erfindung beispielsweise für seine Verwendung zur Temperaturregelung eines piezoelektrischen Kristalles dargestellt.

Die Abb. 1 stellt die Temperaturregelungsvorrichtung im Schnitt dar, die Abb. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Abb. 1.

Der Kristall 21 liegt unmittelbar auf einem hohlen Metallgehäuse 1, welches mit einer elektrisch nichtleitenden Flüssigkeit 2 von beträchtlichem thermischen Ausdehnungskoeffizienten (Äther, Petroleum, Rizinusöl) gefüllt ist. Die Flüssigkeit 2 wird durch eine Heizleitung 4 erhitzt.

An das Gehäuse 1 sind durch ein Rohr 5 Glasgefäße 50, 51, 52 angeschlossen, die mit dem Gehäuse durch dieses Rohr 5 und einen Hahn 6 kommunizieren. Das Gefäß 52 ist durch eine öffnung 53 unmittelbar mit der Außenluft verbunden und ungefähr bis zum Spiegel 11 mit der Flüssigkeit 2 gefüllt. Das *5 mit 52 in 'Verbindung stehende Gefäß 51 ist mit Quecksilber gefüllt und enthält zwei Kontakte 9 und 10, die einen Stromkreis für das Relais 41 schließen, wenn das Quecksilber bis zur Höhe des Kontaktes 9 ansteigt. Durch Schließen der Relaisleitung wird die elektrische Heizleitung ausgeschaltet.

Wird der Hahn 6 um 90⁰ in Uhrzeigerrichtung gedreht, so verbindet er nur das Gefäß 50 mit dem Gehäuse 1. Die Wirkungsweise der Einrichtung ist folgende:

Es werde angenommen, daß der Kristall auf eine Temperatur von 50 ° gebracht und dann auf dieser Temperatur gehalten werden soll. Beim Anheizen des Thermostaten wird der Hahn 6 in die in der Abb. 1 dargestellte Stellung gebracht und der Heizstrom eingeschaltet. Die Flüssigkeit 2 dehnt sich aus, fließt durch die Röhren 5 und 12 in das Gefäß 52 und \*erursacht ein Ansteigen des Spiegels 11 in diesem Gefäß, welches wie vorher ausgeführt worden ist, bereits teilweise mit der Flüssigkeit 2 gefüllt ist. In das Gefäß 50, welches mit dem Gefäß 51 4» durch die Rohrleitung 13 in Verbindung steht, wird die Flüssigkeit zu dieser Zeit nicht fließen, da die beiden Quecksilberspiegel wegen der Gleichheit der auf sie dabei ausgeübten Drücke auf gleicher Höhe bleiben. Sobald die Temperatur des Gehäuses ι 50⁰ erreicht hat, wird der Hahn 6 um 90 ° in Uhrzeigerrichtung gedreht und bleibt in dieser Stellung, in der nur das Gefäß 50 unmittelbar mit dem Gehäuse 1 durch das Rohr 5 in Verbindung steht. Das Einströmen der Flüssigkeit in das Gefäß 50 hebt bei weiterer Erhöhung der Temperatur den Quecksilberspiegel im Gefäß 51, der den Kontakt 9 schließt und über das Relais 41 den Heizstrom abschaltet. Durch die Wärmeabgabe wird nunmehr die Temperatur sinken und der Quecksilberspiegel fallen, wodurch der Kontakt 9 unterbrochen und der Heizstrom wieder eingeschaltet wird. Schaltet das Relais 41 den Heizstrom ab, so drückt der Atmosphärendruck durch die öffnung 53 im Gefäß 52 auf die Flüssigkeit 2 und damit das Quecksilber in 51 herunter. Hierdurch wird, wie bereits erwähnt, der Relaisstromkreis wieder unterbrochen. Das Quecksilber wird in das Gefäß 50 gedrückt. Die verschiedenen Räume sind so bemessen, daß das Quecksilber nicht ganz aus 51 herausgedrückt und die Flüssigkeit 2 nicht ganz aus 50 herausgesaugt werden kann, und daß der Flüssigkeitspiegel 11 in 52 nicht unter die Einmündung des Rohres 12 fallen kann. Für den Fall, daß aus irgendeinem Grunde der Relaiskreis nicht richtig arbeiten und die Temperatur des Gehäuses 1 dauernd ansteigen solte, ist das Quecksilbervolumen irn Gefäß 50 so gewählt, daß noch bei einer Erwärmung um weitere io° die Flüssigkeit 2 nicht hinter das Quecksilber gedrückt wird. Würde das Volumen des Gefäßes 50 zu klein sein, so bestünde die Gefahr, daß die Flüssigkeit 2 das Quecksilber vollkommen aus dem Gefäß 50 herausgedrückt und dann durch die Rohrleitung 13 in das Gefäß 51 fließen würde. Hier würde die Flüssigkeit 2, da sie spezifisch leichter als das Quecksilber ist, durch das Quecksilber aufsteigen und in das Gefäß 52 gelangen. Die Menge der Heizflüssigkeit 2 im Gehäuse 1 würde dadurch verringert. Nach Behebung der Störung in go der Regelung der Heizung würde nunmehr der Thermostat auf eine höhere Temperatur arbeiten, weil die Heizflüssigkeit 2 sich gegenüber dem früheren Zustand stärker ausdehnen müßte, um das Quecksilber in 51 bis zum Kontakt 9 zu heben. Dieser Fall kann jedoch nicht eintreten, wenn das Volumen des Gefäßes 50 hinreichend groß ist, da dann dieses Gefäß die aus dem Gehäuse 1 heraus- ■ gedrängte Heizflüssigkeit 2 fassen kann. ioo

Die beschriebene Anordnung ermöglicht es, in einfacher Weise den Thermostaten auf verschiedene, jeweilig gewünschte Temperaturen einzustellen. Will man z. B. die Temperatur nicht auf 50° C, sondern auf 55 ° C konstant halten, so genügt es, den Hahn 6 solange in der gezeichneten Stellung und somit die Flüssigkeit im Gefäß 52 in Verbindung mit dem Heizraum zu halten, bis die ■ Temperatur von 55° erreicht ist und erst tio dann diese Verbindung durch die Verdrehung des Hahnes 6 zu unterbrechen.

Der weitere Vorteil der beschriebenen Anordnung, insbesondere der Verbreiterungen und 51, besteht darin, daß durch sie der Einfluß "der Umgebungstemperatur auf das Arbeiten des Thermostaten mehr oder weniger kompensiert wird. In der Praxis gibt es immer eine kleine Temperaturdifferenz zwischen dem Gehäuse 1 und der Flüssig- iao keit 2. Wenn die Umgebungstemperatur fällt, so vergrößert sich der Wärmeverlust des

Gehäuses ι und es tritt ein Temperaturgefälle zwischen der Flüssigkeit 2 und dem Gehäuse 1 auf. Die Temperaturerniedrigung des Gehäuses und der Flüssigkeit wird jedoch durch den Einfluß der Änderung der Umgebungstemperatur auf das entsprechend groß zu wählende Volumen der Flüssigkeit 2 im Raum 50 und des Quecksilbers in den Räumen 50 und 51 ausgeglichen.

Diese kompensierende Wirkung besteht in folgendem:

Beim Fallen der Außentemperatur wird sowohl die Flüssigkeit 2 im Raum 50 als auch das Quecksilber in den Räumen 50 und 51 abgekühlt und ihr Volumen verringert sich. Unter Einfluß des äußeren Luftdruckes steigt der Spiegel des Quecksilbers im Gefäß 50, während er im Gefäß 51 abfällt. Es tritt also dieselbe Wirkung ein, als ob die Heizflüssigkeit 2 innerhalb des Gehäuses 1 sich abkühlte und ein kleineres Volumen einnähme. Um daher den Quecksilberspiegel bis zum Kontakt mit der Platte 9 zu heben, muß die Temperatur der Flüssigkeit 2 innerhalb des Heizraumes um einen solchen Betrag gehoben werden, daß die entsprechende Ausdehnung der Flüssigkeit innerhalb des Gehäuses 1 die Zusammenziehung der Flüssigkeiten in den Räumen 50 und S1 ausgleicht. Es wird hierbei der Heizflüssigkeit ein gewisser Mehrbetrag an Wärme zugeführt, welcher die durch Abkühlung des Außenraumes verursachte Vergrößerung des Temperaturgefälles zwischen der Flüssigkeit 2 und dem Gehäuse 1 kompensiert.

Bei dem vorerwähnten Vorgang verringert sich auch die Flüssigkeit im Gefäß 52, doch hat dies auf den Regelvorgang keinen Einfluß, da das Gewicht der über dem Quecksilber im Gefäß 51 liegenden Flüssigkeit 2 unverändert bleibt.

Mit den angegebenen Mitteln lassen sich aber Temperatur Schwankungen der den Thermostaten umgebenden Luft nur in gewissen Grenzen ausgleichen. Um nicht zu große Volumenänderungen der Heizflüssigkeit und der Flüssigkeiten im Regler zu erhalten, wodurch sonst auch entsprechend starke Temperaturschwankungen im Thermostaten bedingt sind, ist es weiterhin vorteilhaft, die die Wärme abstrahlende Oberfläche des Gehäuses 1 mit Wärme isolierenden Mitteln abzudecken. Wie stark das Gehäuse abzudecken ist, richtet sich danach, wie groß das Maß der Kompensation sein soll? Ein anderes Mittel besteht darin, die Zahl und die Größe der in den Hohlraum von- ι hineinragenden und die Heizleitung tragenden Rippen 3 entsprechend zu wählen.

Bei der Verwendung des beschriebenen Thermostaten zur Temperaturregelung von piezoelektrischen Kristallen empfiehlt es sich, zur Erhöhung der Leitfähigkeit zwischen dem Gehäuse 1 und dem Kristall 21 die vo.n der oberen Wand des Gehäuses 1 getragene Erhöhung 22, die die untere Elektrode des Kristalles bildet, zu versilbern. Wärmeleitend verbunden mit diesem Ansatz ist auch ein Metallring 33, der einen Teil des Kristallhalters bildet, worin ein weiterer Ring 34 liegt, welcher mittels zweier nach innen gerichteter Zinkenpaare 37 den Kristall in seiner richtigen Lage hält.

Versuche haben ergeben, daß man bei der beschriebenen Einrichtung eine Temperaturkonstanz innerhalb der Grenzen von ¹Z₁₀O⁰ C erreicht.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Thermostat mit einem auf Volumenänderung der Heizflüssigkeit ansprechenden Kontaktthermometer in Gestalt eines U-Rohres, in dessen beiden Schenkeln das Quecksilber von der elektrisch nichtleitenden Heizflüssigkeit überschichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schenkel, deren einer offen ist, oberhalb ihrer Quecksilberfüllung durch eine besondere, mit der Heizflüssigkeit angefüllte Zweigleitung miteinander verbunden sind, in welche ein Dreiwegehahn eingebaut ist, der die beiden Schenkel des U-Rohres mit einem zum Heizraum führenden Kanal einzeln oder gemeinsam verbindet.

2. Thermostat nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine oder mehrere Erweiterungen (50, 51) des mit Quecksilber gefüllten Raumes.

3. Thermostat nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch eine weitere Erweiterung (52) des offenen Schenkels des U-Rohres für die elektrisch nichtleitende Heizflüssigkeit.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen