DE8404437U1 - Temperaturabhaengige schaltvorrichtung - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

tm.\m, HANS LICHTI
HiINER LICHTI

OIPL.'fäWVS.DR.fliB.NAT. JOST LEMPiRT Peter HOftäSS Str l#twes 43 7120/84 Le D-7530 Pforzheim . 14. Februar 1984 Temperaturabhängige Schälvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine temperaturabhängige Betätigungsvorrichtung, insbesondere ate temperaturabhängig sehattbares Ventil, wie für Heizkostenverteiler naeh dem Verdunstungsprireip, mit mindestene einem bei einer bestimmten Sehälttemperatur schaltbaren, bewegliehen Setättgungs* oder VersehluSglied.

Temperaturabhängige Schaltvorriehtungen sind in verschiedener Ausgestaltung bekannt. Zu vielen Sinsätazwecken in vielen Ausgestaltungen ist das aktive Schaltelement eine eimetaN-Scsheibe, die aufpund des untersehledl iehen Ausdehnungsverhattensi zweier zusammengefügter Metalfe bei (Dbsrsehfeiten der Sehalttemperatur aus einer ersten in eine zweite stellung umschaltet« Wenn von einer bestimmten Söhaltternperatur die Rede ist» ist genauer ein ©nger Bereich gemeint, daß derartige Eleminte ihre bei den Bewegungsöd§r Schaltvörgangeri au^uncl eines Hyst@FeseveTf@fteri3 bei wenig unterschiedlichen Temperaturen ausführen.

Als bevorzugtes konkretes Anwendungsgebiet der erfindungsgemäBen Betätigungsvorrichtung sei das Gebiet der Heizkostenverteiler nach dem Verdiarstungsprrnzip genannt. Derartige Heizkostenverteiler weisen ein in einem mit einer Skala versehenen Gehäuse eingesetztes Röhrchen auf, das eine Flüssigkeit

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•nthMlt, die bei eingeschaltetem Heizkörper verdunstet, wobei die Verdunstuwgemenge proportional zur Temperatur und zur Slnsehializelt des Heizkörpers sein soll. Aus der verdunsteten Meng» wird dann auf den relativen Wärmeverbrauoh geschlossen und entsprechend werden die Hel2kosten auf mehrero Verteiler und Heizkörper verteilt. Bei derartigen Hei2kostenverteilern nach dem Verdunstungsprinzip ist aber seil langer Zelt das Problem der sogenannten Kaltverdunstung bekannt. Das heißt, auch wenn ein Heizkörper imrrer ausgeschaltet Ist, verdunstet doch eine bestimmte Menge der Meßflüssigkeit. Dies wird dadurch zu berücksichtigen versucht, daß das Röhrchen etwas mehr Flüssigkeit aufweist, als es dem Nullpunkt der Metskala entspricht. Der durch Verdunstung auch bei ausgeschaltetem Heizkörper entstehende Meßfehler kann auch hierdurch nicht vollständig ausgeschlossen werden. Es wurden verschiedene Vorsehläge zur Lösung dieses Problems gemacht. So wurde vorgeschlagen in Entfernung vom Heizkörper ein Referenzmeeröhrehen anzuordnen, dessen Plüsslgkefts« inhalt praktisch nur die KaKverdunstung erleitet, so daß hierdurch auf den Kaltverdunstungsantell des Röhrchen am Heizkörper geschlossen werden kann (DE-PS 333 452), Weiterhin wurde vorgeschlagen, statt der Verdunstungsflüssigkeit eine schmelzende feste Masse vorzusehen, deren Verdunstung bei kaltem Heizkörper, wenn die sieh in ihrem festen Zustand feefindet, relativ gering sein soll (Dl-PS 379 704). Schließlich wurden for Heizkörper Venti!einrichtungen vorgesehlagen, bei denen die aktiven temperaturabnängigen Seteltelemente BimetalI-Elemente sind (CH-PS 272 307, OS-AS 10 75 §63) - Alle diese Lösuftgsversuefe haben zu keinem befriedigendem Ergebnis geführt, waren tails aufwendig und kempt iziert sowie fcestertifitensiv, teils weiterhin ziemHeh ungenau

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine weitere temperaturabhängige Betätigungsvorrichtung,insbesondöre aid temperaturabhängig schaltbares Ventil für Herzkosterwrerteiler naeft dem Verdunstungsprinzip zu schaffen, die preiswert ist und ein zu«^riässiges Schaltverhalten aufweist,

ec dad insbesondere bei den genannten MeI zkoetenvertel lern die Kaltverdunstung ausgeschaltet tow» weitgehend untedrückt wird*

Erf Indungsgemiß wird die genannte Aufgabe durch eine temperaturabhängig« Betätigungsvorrichtung gelöst,welche gekennzeichnet ist durch einen Permanentmagneten, ein magnetielerbaree Element mit Im Bereich der Schalttemperatur stark temperaturabhängig veränderlicher Magnetisierung und durch mindestens ein Federelement, webet der Magnet und/oder magnet lsi erbares Element ate Sehalt- oder VerschrußgHed ausgebildet eindi. Dass öffnen bzw. Schließen dee Ventile wird durch einen Magneten verursacht, der einen Körper aus einem speziellen weiehmagnetfsehen Werkstoff mit starker temperatmrabhängiger Magnetisierung im Bereich der gewünschten Schelttemperatur , die Insbesondere nahe der Ourle-Temperatur des Werkstoffe Hegt, anzieht. Gegenkräfte zu der durch den Magneten verursachten Bewegung worden durch eine oder mehrere Federn bewirkt, die der Magnetkraft entgegenwirken. Entsprechende Werkstoffe sind ansich bekannt und werden insbesondere dazu eingesetzt, einen Temperaturgang bei Anzeigen von Meßgeritten, wie bei llektrizMätszählem, Tachometern und Drehspul instrumenten z<a unterdrücken; entsprechende Werkstoffe wurden auch schon für Retais vorgesehlagen. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung fassen sieh äußeret geringe Hysteresebereiche gegenüber Bimetal !elementen bei langen Bewegungswegen erreichen, wobei dennoch ein we^ehend momentanes Schnappverhalten erzielbar ist«

Unterhalb einer gewünschten charakteristischen Temperatur steigt die temperaturabhängige Magnetisierung des magnetsi erbaren Elements stark an, se dall ab einer gewissen kritischen Temperatur die Magnetkraft ausreicht, daß sie die Federkräfte überwiegt und das magnetisierbare Element anziehen kann, wodurch beispielsweise ein Ventil geschlossen wird. Fällt die Temperatur ab, so unterschreiten ab einer gewissen Temperatur die Magnetkräfte die Federkräfte, so daß die Federn das magnetisierbare Element vom Magneten fortdrücken können und beispielsweise cfas Ventil öffnen. Die Temperaturen beim Schließen und beim ÖÄten stimmen in der Regel nicht überein, sondern zeilen eine gewisse Hysterese. Gemäß einer

äußerst bevorzugten Ausgestaltung wird daher vorgeschlagen, daß sowohl die Feder eine relativ weiche Feder mit langem Federweg ist,als auch die Feder eine relativ harte Feder mit kurzem Federweg ist. Bei einer solchen bevorzugten Ausgestaltung wird aufgrund des unterschiedlichen Kraft-Wegverhaltens von mechanischen Federkräften und magnetischen Kräften eine Verminderung der Differenz der Einschalt- und Ausschalttemperaturen bzw. Öffnungs- und Schließtemperaturen bis zu unterhalb von einem halben Grad erreicht. Die harte Feder dient dabei dazu, die relativ starke Anziehung des Magnets bei kleinem Abstand zu kompensieren, während die weiche Feder einen langen Federweg und damit einen großen Schaltweg oder einen großen Öffnungsweg bei einem Ventil ermöglicht.

In konkreter Ausgestaltung ist vorgesehen, daß ein in ein Röhrchen eines Heizkostenverteiers einsetzbares Körperteil vorgesehen ist, das einen

axialen Durchlaß und «ine den Durchlaß senkrecht kreuzende Bohrung

zur Aufnahme von Ventil elementen aufweist, wobei weiterhin in der U

Bohrung sowohl der Magnet als auch das Gleitteil angeordnet sind,

wobei zwischen einer Schulter des Körperteile und einem Ringflansch ,

des Gleitteils eine relativ weiche Feder derart angeordnet ist, daß sie |

das Gleitteil vorn Magneten fortzidrücken versucht und die Bohrung im '

Bereich des Durchlasses durch einen sich senkrecht zur Bohrung er- :,

streckenden Schütz durchquert wird und daß in dem Schlitz eine den \

Magneten vom Element fortdrückende Blattfeder gelagert ist. l·

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführungs- j bei spiel der erflndungegemäöen Vorrichtung im einzelnen erläutert ist. j Dabei zeigt:

Figur 1 «in Ausführungsbel spiel dtr erflndungegemäöen

Vorrichtung in Offenetellung Im Vertlkmlschnitt entsprechend l-l dar Figur 2;

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Figur 2 die Vorrichtung in der Stellung der Figur 1 in einem Horizontal schnitt entsprechend H-Il der Figur 1; und Figur 3 eine Seht entsprechend Figur 2 in der Schließstellung.

Arvhand der Figuren wird erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Ausgestaltung als Ventil für die öffnung eines Heizkostenverteilers nach dem Verdunstungsprinzip erläutert. Ein sdcher Heizkostenverteiler nach dem Verdunstungsprinzip weist ein Röhrchen 1 auf, das eine Verdunstungsflüssigkeit 2 aufnimmt. Üblicherweise ist das Röhrchen mit einer eingesetzten, in der Figur 1 angedeuteten Kappe 3 verschlossen, die lediglich eine Durchlaßöffnung mit gegenüber dem Durchmesser des Röhrchens verminderten Durchmesser aufweist (im einzelnen nicht dargestellt). Die erfindungsgemäße Vorrichtung in Form eines Ventils 4 ist unterhalb der normalerweise aus Kunststoff bestehenden Kappe 3 in das Röhrchen 1 reibschlüssig eingesetzt. Sie weist ein elastisches Körperteil 6 mit einem zentralen axialen Durchfaß auf. Im Körperteil 6 ist ein radiales Sackloch 8 ausgebildet, das über eine Schutter 9 zum Inneren hin verjüngt ist. Im Bereich des axialen Durchlasses 7 , der etwa einen Durchmesser von 2 mm aufweist, und etwas versetzt zur Achse ist ein sich senkrecht zum Sackloch 8 erstreckender schmaler Schlitz oder eine schmale Nut 11 im Körper 6 ausgebildet, die im dargestellten Ausführungsbeispiel bis zum Rand des Körpers 6 und damit zu dem Röhrehen 1 , ggffs. aber auch an den seitlichen Rändern geschlossen sein könnte. Die Sackbohrung θ erstreckt aich mit ihrem Grund 12 über den Schlitz 11 hinaue. In dem sich über den Schlitz 11 hinauseretreekenden Teil der Sackbohrung 8 ist ein Permanentmagnet 13 gleitbar eingesetzt, d.h. unter vernaehliesigbaren Reibungekräften. Die Reibungskräfte kennen durch geeignete bekannte Maßnahmen , Beschichten mit PTFE etc. vermindert werden. Der Permanentmagnet 13 wird aneich In seiner in der Figur 2 gezeigton Stellung durch die Kraft einer relativ starken Blattfeder gehalten, die in den Schlitz 11 eingesetzt Ist, eich mit Ihren Enden an der dem eingesetzten Magneten 13 gegenüberliegenden Wand 16 dee Sehlltzes

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und mitihrer Mitte gegen den Magneten 13 abstützt. In die öffnung der Sackbohrung 8 ist weiterhin eine relativ (durch Stärke der Blattfeder 14 ) weiche Spiralfeder 17 eingesetzt, die sich mit ihrem einen Ende an der Schulter 9 abstützt. Nach der Feder 17 ist in die Sackbohrung 8 ein Gleitteil 18 eingesetzt, welches an seinem rückwirkenden Ende einen Ringflansch 19 aufweist, an dem die Spiralfeder 17 mit ihrem anderen Ende anliegt. Das Gleitteil 18 ist derart in die Sackbohrung 8 eingesetzt, daß es innerhalb der Bohrung entgegen der Kraft der Spiralfeder 17 ebenfalls mit möglichst Reibung gleiten kann. Das Gleitteil 18 besteht aus einem magnetischen Werkstoff, dessen Sättigungsmagnetisierung im Bereich der gewünschten Schalttemperatur , die beispielsweise im Bereich zwischen 20 und 50°, je nach verwendetem Heizkörper gewählt werden kann, ein relativ steiles Temperaturverhalten aufweist und dessen Curie-Punkt innerhalb des genannten Temperatu rbereichs, insbesondere nahe der gewünschten Schalttemperatur liegt. Geeignete Materialien sind sogenannte Häusler'sehe Legierungen, die Curie-Temperaturen unterhalb von 100° aufweisen oder aber Nickeleisen-Legierungen, wobei durch die Zusammensetzung derartiger Legierungen die Curie-Temperatur variabel ist. Geeignete Werkstoffe lassen sich auch aus entsprechenden Tabellenwerten entnehmen.

Die der in den Figuren 1 und 2 dargesteilte Schaltstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Öffnungsstelle des Ventils und damit des Durchlassee 7 , die eingenommen wird, wenn sich die Vorrichtung in erhöhter Temperatur befindet. In diesem Falle ist die Sättigungsmagnetisierung so gering, daß sie nicht zur Überwindung Insbesondere der Federkraft der Feder 17 ausreicht oder aber der Werkstoff des Gleitteils 18 befindet sich schon in seiner paramagnetischen Phase.

Fälil* dlefeirapecatur ab, eo wechselt der Werkstoff des Gleitöle 1β In seine ferromagnetische Phase, die Sattlgunflgmagnetlslerung steigt art, bis dl· vom Magneten 13 auf das Gleitteil 10 auegeübte magnetische Kraft aus-

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reicht, um das Gleitteil 18 entgegen der Wirkung der Spiralfeder 17 auf den Magneten 13 zuzuziehen, bis das Gleitteil 18 die weiche Feder 17 in der Stellung der Figur 3 weitgehend zusammengedrückt hat. Es sind Nasen 21 als Anschläge für das Gleitteil 18 vorgesehen, die deren Bewegung auf den Magneten 13 zu begrenzen · Da die Magnetkräfte gegenüber dem I inearen Kraft-Wegverhalten mechanischer Federn mit abnehmender Entfernung stark ansteigt, werden die vom Magneten auf das Gleittetl 18 in der in Figur 3 gezeigten Stellung des Gleitteils ausgeübten Kraftwirkungen so stark, daß , da das Gleitteil 18 sich nicht weiterbewegen kann, nun der Magnet selbst und gegen< der Wirkung der relativ starken Feder 14 gegen das Gleitteil gezogen wird, bis die Feder 14 am Gleitteil 18 anliegt und damit der Durchlaß 7 vollständig geschlossen ist (Figur 3) . Hierdurch wird die Kaltverdunstung (die Figur 3 zeigt die Tieftemperaturstellung der erfindungsgemäeen Vorrichtung 4) unterdrückt oder zumindest so weitgehend reduziert, daß sie tatsächlich vernachlässigbar wird.

Steigt nun durch Erwärmung des Heizkörpers , an dem das Verdunstungsröhrchen mit der erfindungsgemäBen Schaltvorrichtung angebracht ist, die Temperatur wieder an, so reduziert sich die Sättigungsmagnetisierung bis das Material dee Gleitteile 18 wieder paramagnetisch wird. Ab einer gewissen Temperatur , die durch Wahl dee Curie-Punktes und der Fbderstärken in weiten Sereichen bestimmbar und damit den jeweiligen Anforderungen anpaßbar ist, reichen die magnetischen Kraftwirkungen nicht mehr aus, um die Blattfeder 14 in ihrer in Figur 3gezeigten Stellung zu halten. Sei einer gewiesen Temperatur drückt die Blattfeder zunächst den Magneten 13 aus öor Stellung der Figur 3 von dsm Gleitkörper 19 fort In die Stellung der Figur 2. Damit lassen die magnetischen Kraftwirkungen auch den Gleitkörper 18 aber aufgrund der Entfernungsinderung zwischen ihm und derniMagneten 13 schnell nach, so daß die Kraft der relativ schwachen Feder 17 ausreicht, das Glelttell 18 aus Miner Stellung dsr Figur 3 In de öffnungsstellung der Figur 2 zu drücken. Damit ist dsr Durchlaß? bsi einer gewissen <tAlndsettemperatur übersehreitenden Temperaturen; wieder geöffnet, so daß die verdunetungsffüssigkeit verdunsten kann. Es wurde selen gesagt,

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die Sehalttemperetuf weltgehend wählbar let, wobei eich durch die dargestellte beveraigte Ausstattung insbesondere erreichen IM(Bt, daß die Hysterese oder die Unterschiede Im ein- und Ausschalten oder eahfleSen und öffnen weniger ale ein halbe© Grad betragen kennen. Bei geeigneter Auslegung der Federn wurde eleh ayeh §tatt dem beim dargs· stellten AusfQhrungsbel spiel praMieeh diskreten SohlΙ·(3·η und öffnen euch eine über bestimmte Bereiche hin stetige oder progressive Bewegung erreichen lassen.

Der Erfindungsgsdanke IMt Abwandlungen und verschiedenartigste Einsatzmegiiehkeltten einer erflndunflsgemÄSen Vorrichtung zu. Die In der vorstehenden Beschreibung, in der 2eiehnun/| sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Irf indung können sowohl »Inseln als ayeh In geeigenten Kombinationen für die Verwirk! lehung der Erfindung in Ihren versehiedenen Ausfuhrungeformen wesentlich sein.

Claims (10)

PATENTANWALT! HANS LICHTI UPIMPB I Ir*UTI D-7500 KARLSRUHE 41 (QRÖTZINQEN) HEINER LICHTI dubiacherstbasse* DlPL-PHYS.DRREaNAT. JOST LEMPERT TEL.:(9Γ2ΐ)4β5ΐι Peter Hofsäss ' 14. Februar 1984 Strietweg 45 D-7530 Pforzheim 7120/84 Le ANSPRÜCHE

1. Temperaturabhängige Betätigungsvorr ichtung, insbesondere al s temperaturabhängig schaltbares Ventil, wie für Heizkostenverteiler nachdem Verdunstungsprinzip, mit mindestens einem bei einer bestimmten Schalttemperatur schaltbaren,beweglichen Berätigungsodes Verschlußglied, gekennzeichnet durch einen Permanentmagneten (13). ein magnet! eier bares Element (18) mit im Bereich der Schalttemperatur stark temperaturabhängig verändert icher Magnetisierung und durch mindestens ein FedereIement (14,17), wobei der Magnet (13) und/oder magnetisi erbares Element (18) als Betötigungs- oder Verschtußglied ausgebildet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

das magnet!eierbare Element (16) aus einem Werkstoff besteht, dessen Curie-Temperatur im Bereich der gewünschten Schalttempeatur liegt.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß

das magnetische Element als Betätigungs-oder VerschluBglied (18) ausgebildet und gegen die Wirkung des Federelements (17) beweglich angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (17) eine relativ weiche Feder mit langem Federweg ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder eine Spiralfeder (17) ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (13) zumindest in einem beschränkten Bereich gegen die Wirkung einer Feder (14) verschiebt ich angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Feder eine relativ harte Feder (14) mit kurzem Federweg isi.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die harte Feder eine Blattfeder (14) let.

9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein in ein Röhrehen (1) eines Heizkosten verteuere elntetzbaree Körperteil (β) vorgesehen ist, da· einen axialen Durchlaß (7) und eine den Durehlaß senkrecht kreuzende Bohrung (β) zur Aufnahm· von VetitHelementen (13,14,17,18) aufweist.

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10. Vorrichtung nach Anepfuöh 9, dadurch gekennzeichnet, daß In der Bohrung (8) sowohl* der Magnet (13) al·.auch dae QIeItt«li (18) angeordnet sind, wobei swliehen mimt Schulter (9) dee Körperteils (β) und einem Rin'gfianeeh (19) dee QleltteHs (1B)^IaItV welche Feder (17) derart angeordnet fet, daß tie das Gleitteil (18) vom Magneten (13) fartzudrücken versucht.

* Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeiahnet, daß die Bohrung (Θ) im Bereich des Durchlasses (?) durch einen sieh senkrecht zur Bohrung (8) erstreckenden Schlitz (11) durchquert wird und daß in dem Seftite elf» den Magneten (18) vom Element (1S) fortdruekende Blattfeder (14) gelagert Ist.

12« Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, födureh gekennzeichnet, daß mindestens ein den Weg des Elements (18) begrenzender Anschlag (21) vorgesehen Ist.