DE6944472U - Schmelzpunkt-thermostat - Google Patents

Description

Karlsruhe, den 30.Ιο.1969 H/Rö

INDUSTRIE-VERXE KARLSRÜHE AkfcieagesellschaTt

75 Karlsruhe Gartenstraße 71

Schmelzpunkt-Thermostat

Die Errindung betrirrt eine Tesperaturfühianordnung tätigen eines die Strösamg eines wariseübertragenden Meditos, wie etwa Warsiwasser, regelnden Stellgliedes alt einen sich bei Erwärmung ausdehnenden Füllstoff, wie Dehnwachs od.dgl.,V5n einem Io wesentlichen stabförnig ausgebildeten Gehäuse eingefüllt ist und bei Änderung seines Volumens einen Kolben in zum stabf öralgen Gehäuse koaxialer Richtung gegen den Brück einer sich an eines Widerlager abstützenden Feder bewegt.

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Üblicherweise wird ein Temperaturregler für eine bestimmte Regelstrecke nur einmal auf die einzuhaltende Temperatur eingestellt. Eine Yerstellmöglichkeit des Sollwertes ist bei derartigen Reglern entbehrlich, sie würde zudem die Anlage unnütz verteuern. Regler, die solcherart ausgebildet sind, gelangen beispielsweise in Warmwasserbereitungs-Anlagen, in Kühlwasser-Regelungen in Temperaturabsicherungen für Kessel, Boiler,und Fernheizungs-■-* anlagen tap*, zur Anwendung.

Thermos täte der erwähnten Art arbeiten üblicherweise mit einem . dehnwachsgefüllten Wärmefühler, der die zu regelnde Temperatur «ines Wärmesystems erfaßt und dabei stetig den Energiezu- und abfluS reguliert.

Stellt aan sich die Hubhöhe eines solchen Schmelzpunkt-Thermostatkolbens In einem diagramm Über der Schmelztemperatur des , Dehnwaches aufgetragen vor, so ist zu erkennen, dafi sich im r linearen Bereich der Dehnwachs-Schmelzkurve mit einer relativ kleinen 3*eaperatur-Differenz eine relativ große Hub-Differenz des Kolbens bewerkstelligen läßt. Es ist mithlä vorteilhaft, .diesen linearen Bereich der Kennlinie auszunutzen und iuf diesen auch den Jeweils erforderlichen Arbeitspunkt zu legen. Is Handel sind Dehnwachse bekannt, deren Arbeltspunkte von 5 zu 5° C ansteigen, d.h. also In relativ kleinen Intervallen· D*durchxist

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es möglich, Schmelzpunkt-Thermostate für beliebige Sollwerte herzustellen.

Den meisten der bekannten Schmelzpunkt-Thermostaten haftet u.a. der Mangel an, daß sie keinerlei Sicherungs-Einrichtungen gegen auftreten könnende Übertemperaturen besitzen* Eine der Aufgaben,, die sich die vorliegende Erfindung zu lösen geeteSfclihat, besteht darin, diesen offensichtlichen Mangel auf einfachste Yeiet zu beheben*

Nach der vorgeschlagenen Erfindung wied diese Aufgabe im wesentlichen durch ein zwischen dem stabförmigen Gehäuse einerseits und den Widerlager andererseits angeordnetes rohrförmigea Yer· bindungsglied gelöst, in welchem koaxial zu dem das Verbindungsglied durchdringenden Kolben eine unter Federkraft stehende und sowohl gegenüber dem Kolben als ach gegenüber dem Verbindungsglied dichtende Führungsbuchse vorgesehen ist, die sich bei unzulässigem Temperaturanstieg entgegen dem Federdruck verschiebt, und dem Widerlager Mittel zugeordnet sein können, durch welche eine Fernbetätigung des Stellgliedes erfolgt.

In vorteilhafter Ausgestaltung ist nach einem weiteren Merkmal der vorgeschlagenen Erfindung vorgesehen, daß die Führungsbuchse an ihrer dem Kolben zugekehrten Innen-seite in Abständen mit rotationssymmetrischen Ausnehmungen zum Einlegen von Dichtungsmitteln, vorzugsweise O-Ringen, versehen ist.

21nen weiteren Erfindungsmerkmal zufolge ist vorgesehen, daß die Führungsbuehse an ihrer dem Kdben zugekehrten Innenseite, vorzugsweise zwischen den der Aufnahme von Dichtungsmitteln dienenden Ausnehmungen, mit einer weiteren- in ihrer Längserstreckung ein Hehrfaches ihrer Höhe betragenden Schmiermittel gefüllten rotationssyinDetrischen Ausnehmung versehen 1st» Besonderes Augenjaerk irurde bei der vorgeschlagenen Erfindung auch darauf gerichtet daS das Verbindungsglied la wesentlichen aus elnfcm an beiden Enden nlt Gewinde versehenem Bohr besteht und In seinem Inneren zum Anschlag der korrespondierend ausgebildeten Führungsbuehse xilt einen schulterartigen Fortsatz versehen 1st der zugleich mit rotationssTxssetrlschen Ausnehmungen zur Aufnahme von Dichtungsnitteln, vorzugsweise 0-Ringen, versehen 1st, dl« eine Abdichtung zwischen dea schulterartigen Fort>satz einerseits und der Führungebuchse andererseits bewirken.

Dichtungsproblen zwischen dem Verbindungsglied und der FUhrungsbuchse wurde dadurch in besonderen Bechmmg getragen, daß der schulterartige Fortsatz des Verbindungsgliedes an seiner der Führungsbuchse zugekehrten Innenseite, vorzugsweise zwischen den der Aufnahme von Dichtungsmitteln dienenden Ausnehmungen, mit einer weiteren. In Ihrer Langserstreckung etwa das Doppelte .ihrer Höhe betragenden schaieroifctelgefüllten rotationssymme- "^_^ triechen Ausnehaung v«r*ehen imt« · , =

Weitere Merkmale der vorgeschlagenen Erfindung bestehen schließlich in einer auf dem stabförmigen Gehäuse befestigte Muffe od. dgl·, in welche unter zusätzlichem Kleben das rohrfönnige Verbindungsglied eingeschraubt ist, und darin, daß das in die von der Führungsbuchse abgekehrte Seite des rohrförmigen Verbindungsgliedes eingeschraubte Widerlager zugleich als Anschraubkonus für das Stellglied ausgebildet und/oder mit einer Überwurfmutter versehen sein kass, die zum Anschluß der die (Fern*) Betätigung dss Stellgliedes bewirkenden Mittel dient·

Bei einigen der bekanntgewordenen Schmelzpunkt-Thermostaten ist es zwar möglich, Thermostat und Stellglied unmittelbar miteinander zu verbinden, meist läßt jedoch die geometrische Abmessung einer Temperatur-Regelanlage nur eine indirekte Verbindung von Thermostat und Stellglied, z.B. einem Ventil, £u. In einem derartigen Falle ist es nicht möglich, die zwischen diesen anzuordnende Verbindungsleitung mit einem Dehnwachs anzufüllen, um damit beispielsweise eine hydraulische Übertragung der zum Verstellen des Ventils erforderlichen Kräfte zu bewirken, da sich naheliegenderweise das Dehnwachs in der Verbindungsleitung in festem Aggregatzustand befindet. Hierdurch wird verhindert, daß ein vom Thermostaten ausgehendes Schließ- oder Öffnungskommando das Stellglied &£o&& erreicht.

Die vorliegende Erfindung hat sich deshalb die weitere Aufgabe gestellt, auch diesem Mangel abzuhelfen· Sie erreicht dies

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erf indungsgemäß dadurch, daß die Abdichtung einer zwischen Temperaturfühlanordnung und Stellglied angeordneten und mit eines ITIÜssigkeits-Medium von niedrigem Ausdehnungs-Koeffizienten gefüllten Kapillare siittels eines an sich bekannten Kolbens,, einer Membran, Wellrohr od.dgl. erfolgt, wobei die Kraft; des zur Temperaturfühlanordnung gehörenden Kolbens als Ausgangsgröße auf den Kolben (Membrane, Wellrohr) wirkt.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung sieht die vorgeschlagene Erfindung schließlich noch vor, daß die vom Kolben der Temperaturfühlanordnung erzeugte Ausgangsgröße in Richtung Stellglied durch entsprechende Bemessung des die Kapillare abdichtenden Kolbens (Membrane, Wellrohr) mit dem Ziele der Hubvergrufiftrung veränderbar ist·

Es liegt auf der Hand, daß mit der vorgeschlagenen Erfindung eine ganze Reiüe von Vorteilen einhergeht:

Die vorgeschlagene Erfindung bewirkt Sn recht einfacher, baulich unaufwendiger und zuden cicherungstechnisch zweckmäßiger iieise, daß der Innendruck des Thermostaten auch daßß nicht einen bestimmten Wert überschreitet, wenn beispielsweise der Kolben des Thermostaten das Stellglied geschlossen hat, dennoch aber ei weiterer Temperaturanstieg im wärmefühler auftritt. Di· erfindua

gemäße FUhrungsbuchse im Thermostat sorgt hier für dementsprecht ende Abhilfe, indem sie sich gegen die Kraft einer im Thermostat; angeordneten Feder verschiebt und dadurch im Thermostatsystera
kein unzulässiger Innendruck entsteht. Wie¹ Versuche gezeigt
haben, besteht selbst bei Übertemperaturen von mehr als iOO°C
am Wärmefühler keine Gefahr für den Thermostat.

Selbstverständlich erschöpfen sich die Vorteile der vorgeschlagen

en Erfindung nicht allein in den Vorstehend erwähnten Gegeben- f

i heiten. Es kommen vielmehr noch weitere hinsu, die darin be- I

% stehen,, daS sich der Thermostat nicht nur kleiner als bekannte | Ausführungsformsn ausbilden läßt., weil es bei Anwendung einer I entsprechenden übersetzung zwischen Thermostat- und Hydraulik- \

kolben ohne weiteres möglich, ist, mit kleineren Hüben des Ther- I nostat-Kolbens auszukommen. Hierbei verringert sich neben der | 2>ehnwachs-Kenge is Thermostaten auch dessen Baulänge. In einem I derartigen Falle 1st bereits mit einer Vacnsmenge auszukommen« I

dl* nur noch etwa l/lo der bisher erforderlichen entspricht.

In der Zeichnung 1st die Erfindung an einen Ausfünrungsbelsplel | dargestellt, ohne sich indes In dieses zu erschöpfen. Es zeigt V

Fig. 1 einen Schs»lzpunkt-Ther=»staten la Längsschnitt, ¹

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Fig. 2 ein übliches Schaltungs-Schema,

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Fig. 4- ein Diagramm mit der Schmelzpunkt-Kennlinie von Behnwachs.

Der in seiner Gesamtheit mit 1 bezeichnete Schmelzpunkt-Thermostat hesteht im wesentlichen aus dem stabförraigen Gehäuse 2, dessen hinteres Ende mit einer Schraubkappe 3 verschlossenist, " aus dem rohrförmigen Verbindungsglied 4 und dem Widerlager 5·

Die Verbindung des stabförsaigen Gehäuses 2 slt de= rohrförmigen Verbindungsglied 4 erfolgt durch die Gewindemuffe 6. Aus Gründen guter Abdichtung bzw. Befestigung des Verbindungsgliedes 4 Bait (auf) der Muffe 6 kann ein Dichtungsmittel« das beispielsweise unter dem Handelsnamen "LOCTITE" bekannt ist, verwendet werden* . | Das der Muffe 6 abgekehrte Ende des Verbindungsgliedes 4 1st alt dem Widerlager 5 verschlossen, auf welchem eine Überwurfmutter 7 angeomet ist.

Das Innere des Gehäuses 2 ist mit einem Dehnwachs 8 ausgefüllt; - in dieses Dehnwachs hinein ragt der Kolben 9, der sich weiter durch das Verbindungsglied 4 hindurch erstreckt und schließlich alt seinem im Durchmesser abgesetzten Teil eine Bohrung des Widerlager« 5 durchdringt«.

Im Bereich des Verbindungsgliedes 4 ist auf den Kolben 9 eine unter gewisser Vorspannung stehende Schraubenfeder 10 aufgeschoben; sie stützt sich, zum einen am Widerlager 5 und zum anderen an der Schulter 11a der in ihrer Gesamtheit mit 11 bezeichneten Führungsbuchse ab.

Zum Abdichten der Führungsbuchse 11 gegenüber dem Kolben 9 sind an der dem Kolben zugekehrten Innenseite der Führungsbuchse 11 zwei rotationssymiüetrische Ausnehmungen lib, lic angebracht, in die die Dichtung bewirkende O-Ringe 12, 12a eingelegt sind. Zwischen, den beiden Ausnehmungen lib, lic ist ferner eine der Aufnahme von Schmiermittel dienende rotationssymmetrische Aus» > nehaung lld angebracht, deren Läjigserstreckung ein Vielfaches ihrer Höhe beträgt.

Auf demselben Prinzip beruhende Dichtmittel sind zwischen der Führungsbuchse 11 einerseits und dem rohrförmigen Verbindungsglied 4 andererseits angebracht: An seiner der Führungsbuchse 11 zugekehrten Innenseite ist das Verbindungsglied 4 mit zwei i-otationssymmetrischen Ausnehmungen 4a, 4b zum Einlegen der O-Ringe 12b, 12c versehen. Zwischen den beiden Ausnehmungen 4a, 4b wiederum ist eine der Schoiennittelaufnahaae dienende rotationssymoe· trische Ausnehmung 4c angebracht, deren Langserstreckung etwa öa» Doppelte ihrer Höhe

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Die Wachsfüllung 8 vergrößert bei Erwärmung ihr Volumen una verdrängt dabei den Kolben 9» der hierdurch nun in Richtung Widerlager 5 axial verschoben wiru in dem Sinnej daß er die Zuführung beispielsweise von Warmwasser durch Schließen des Stellgliedes, z.B. Ventil, drosselt.

Hat nun.'beispielswöise der Kolben 9 das - nicht dargestellte Stellglied geschlossen und tritt dennoch ein weiterer Temperaturanstieg am Wärmefühler auf, so sorgt aus Gründen der Sicherheit **4äi. j die im wesentlichen aus der Führungsbuchse 11 bestehende übertemperatursicherung dafür, daß der Innendruck im Thermostat-System einen bestimmten Wert nicht überschreitet. Bei unzulässi- , gern Temperaturanstieg am Wärmefühler wird sich aleo di· Führung»- buchse 11 gegen die Kraft der Feder Io verschieben. -^;

In Fig. 2 ist ein übliches Schaltungs-Schema dargestellt, bei welchem der Schmelzpunkt-Thermostat 1 die von der Heizfläche 15 übertragene Temperatur mißt und den Kreislauf des wKroeübertragenden Mediums mittels einer nachgeschalteten Membrane IA, die auf ein Stellventil einwirkt, reguliert.

Hicht immer ist es möglich, bei Anwendung eines Schemas nach 2 den Thermostat -und das Stellglied unmittelbar miteinander zu

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verbinden. Meist läßt schon die geometrische Abmessung der Temperaturregelanordnung nur eine indirekte Verbindung von Thermostat toad Stellglied, z.B. Ventil, zu. In einem derartigen Falle ist es nicht möglich, die Verbindungsleitung zwischen Thermostat und Stellglied mit Sehnwachs od.dgl. zu füllen, um dadurch z.B.

Kraftübertragung zum Stellglied zu erhalten.

Da sich das Dehnwachs In der Serbindungsleitung in festem Aggregatzustand befindet, wird ein vom Thermostat ausgehendes Schliefi- . Öffnungs-Xonmando das Stellglied nicht erreichen.

Ua solche oder ähnliche Schwierigkeiten zu vermeiden, füllt man die als Xaplllare ausgebildete übertragungsleitung 15 (Fig. 3) silt einer Flüssigkeit von niedrigem Ausdehnungskoeffizienten, ζ^·Β Wasser. Die Abdichtung der mit der Flüssigkeit gefüllten übertragungsleitung 15 zum Thermostat 1 erfolgt vorteilhafterweise mit

einen Kolben, einer Kembran, Wellrohr od.dgl. 16. Die Ausgangsgröße des Thermostaten 1 , dem Hub des Thermostat-Kolbens 9 entsprechend, drückt sodann auf diesen Kolben od.dgl. 16 und überträgt somit das Jeweils erforderliche Kommando zum Stellglied, z.B. Ventil 17.

Der große Vorteil, der mit dieser Art Flüssigkeitsübertragung einhergeht, 1st leicht einzusehen: £3 lassen sich mit einer derarti-: gen Anord£ngwelse auch relativ große Entfernungen zwischen Ther- , mosfcat χ und Ventil 17 überbrücken. Weiterhin besteht &uoh die\

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Möglichkeit, mit verschieden großen Kolben, Kembranen od.dgl· 18 an der Stellgliedseite das übersetzungsverhältnis zwischen den z.B. Kolben 16 und 18 in recht weiten Grenzen zu ändern, so daß bei relativ kleinen Thersostatwegen relativ große Stellwege am Ventil erreicht werden können.

In Fig. 4 ist die Sehxnelzkurve eines bestirnten Dehnwachses in Abhängigkeit von der Schmelztemperatur einerseits und dem (Kolben-) Hub andererseits dargestellt, wobei der Arbeitspunkt des Wachses mit 18 bezeichnet ist* In -dem linearen, mindestens aber annähernd linearen Teil der dargestellten Kennlinie läßt sich mit einer relativ kleinen Temperatur-Differenz 4 t eine relativ große Hub-Differenz Δ H des Kolbens 9 erzielen· 2s ist also zweckmäßig, den linearen Teil der Kennlinie dadurch auszunutzen, daß man auf diesen Teil auch den Arbeitspunkt 18 legt·

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Claims (9)

-15- Schutzansprüche

1.. Temperaturfünlanordnung zum Betätigen eines die Strömung eines wärmeübertragenden Mediums, wie etwa Warmwasser, regelnden Stellgliedes mit einem sich bei Erwärmung 'aus« dehnenden Füllstoff, wie Dehnwachs od.dgl.,. ä.tr in einem im wesentlichen stabförmig ausgebildeten Gehäuse eingefüllt ist und der bei Änderung seines Volumens einen Kolben in zus stabförmigen Gehäuse koaxialer Richtung gegen den Brück einex sich ac eli^m Widerlager abstützenden Feder bewegt, gekennzelchcit

durch ein zwischen dem stabförmigen Gehäuse (2) einerseits und dem Widerlager (5}_ andererseits angeordnetes rohrförmiges Verbindungsglied (4), In welchem koaxial zu dem das Verbindungsglied (4) durchdringenden Kolben -(9) eine unter Federkraft (Io) stehende und sowohl gegenüber dem Kolben (9) als auch gegenüber dem Verbindungsglied (4) dichtende Führungsbuchse (11) vorgesehen ist., die sich bei unzulässigem Temperaturanstieg entgegen dem Federdruck (lo) verschiebt, und dem Widerlager (5) Mittel (7* 15* 16* 18) zugeordnet sein können, durch welche eine (Fern-)Betätigung des Stellgliedes (17) erfolgt. ■ *■ ■ '^-

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2. Anordnung nach Anspruch. 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Führungslmchse (11) an ihrer dem Kolben (9) zugekehrten Innenseite in Abständen mit rotationssymnetrischen Ausnehmungen lib, lic zum Einlegen von Dichtungsmitteln, vorzugsweise Q-Bingen (12* 12a), versehen ist.

3· Anordnung nach Anspruch 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet,

daS die Pührungsbuehse (11) an ihrer dem Kolben (9) zugekehrten Innenseite, vorzugsweise zwischen den der Aufnahme von Dichtungsmitteln (12, 12a) dienenden Ausnehmungen (11b, lic), mit einer weiteren, Is ihrer Längstrstreeicuns »in Mehrfache* j ihrer Hone betragenden setirrf eraittelgefüllten rotiticassyssoe- ί trischen Ausnehmung (lld) versehen ist. \

4. Anordnung nacli. Anspruch 1, __ j

dadurch gekennzeichnet, * !

daß das Verbindungsglied (4) im "wesentlichen aus einen an beiden Enden mit Gewinde versehend Rohr besteht und in seinem Inneren zum Anschlag der korrespondi€i*end ausgebildeten Führungsbuchse (11) mit einem schulterartigen Portsatz (lla) versehen ist, der zugleich mit rotationssvESÄtrisehen Ausnehmungen (4a, 4b) zur Aufnahme von Dichtungsmitteln, verzugsweise Q-Ring_S« iiSb^ 12a) -vmtvRmhmiL &&%~ δ±λ eine JLbdlchtuos zwi*ohcn des schultesrartigen Portsatz (4d) einerseits und der FUIirungsBuchse (11) andererseits bevrirken.

5. Anordnung nach Anspruch 1 und 4,
dadurch gekennzeichnet,

daß der shhuiterartige Fortsatz (4d) des Verbindungsgliedes (4) an seiner der Führungsbuchse (11) zugekehrten Innenseite, vorzugsweise zwischen den der Aufnahme von Dichtüngsmittelü (12b, 12c) dienenden Ausnehmungen (4a, 4b), mit einer weiteren, in ihrer Langserstreckung etwa das Doppelte ihrer Höhe be-

tragenden schmiermittelgefüllt<en rotationssymmetrischen Aus- .· • nehoung (4c) versehen ist. \

6. Anordnung nach Anspruch 1 bis 5* \ gekennzeichnet

durch eine auf öea stabfönnigen. Gehäuse (2) gefestigte Muffe od.dgl« (6), in welche ggf · unter zusätzlichem Kleben das rohrföraige Verbindungsglied (4) eingeschraubt 1st·.

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7. Anordnung nach Anspruch 1 bis 6,

dadtrch gekennzeichnet, ·:

daß das in die von der Führungsbuchse (11) abgekehrte Seite des rohrförmigen Verbindungsgliedes (4) eingeschraubte Widerlager (3) zugleich als Anschraubkonus (5a) für das Stellglied (17) ausgebildet und/oder ait einer öberwuriautter (7) versehen sein kann, die zua Anschluß der die (Fern-) Betätigung des Stellgliedes (17) bewirkenden Mittel (15, 16, 18) dient.

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8. Anordnung nach Anspruch 1 und f»
dadurch gekennzeichnet»

daS die Temperaturfühlanordnuns C¹) '-²^ ^³ ^^r zugeordnete Stellglied, Ventil od.dgl. (17) über eine Kapillare (15) miteinander verbunden sind.

9. Anordnung nach Anspruch 1,7 "und 8,

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dadurch gekennzeichnet,

daß die Abdichtung der mit einem Flüssigkeits-Medium gefüllten Kapillare (15) mittels eines an sich bekannten Kdbens, einer Membrane, Wellrohr od.dgl. (16) erfolgt, wobei der Druck des zur Temperaturfühlanordnung (1) gehörenden Kolbens (9) als Ausgangsgröße auf den Kolben (16) wirkt«

10· Anordnung nach Anspruch 9*
dadurch gekennzeichnet,

- ,, daß die vom Kolben (9) der Temperaturfünlanordnung (1) erzeugte Ausgangsgröße in Richtung Stellglied " (17) durch entsprechende Bemessung des die Kapillare (15) abdichtenden Kolbens (16) nit dem Ziel« der Vergrößerung veränderbar ist«