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Thermostat für Wärmeregler Die Erfindung bezieht sich auf einen Thermostaten
für Wärmeregler oder Temperaturregler aller Art, bei denen eine übertemperatursicherung
zur Aufnahme von im Thermostatsystem auftretenden überdrücken vorgesehen ist. Derartige
Thermostaten besitzen im allgemeinen einen als Wärmefühler dienenden, meist rohrförmigen
Behälter, der mit einem sich bei Erwärmung ausdehnenden Medium, vorzugsweise einer
Flüssigkeit, gefüllt ist. Diese Flüssigkeitsausdehnung wird dazu benutzt, ein kolbenartiges,
üblicherweise als Federbalg ausgebildetes Organ zu bewegen, welches seinerseits
direkt oder indirekt ein Ventil, einen Schieber, eine Drosselklappe, einen Gashahn,
einen elektrischen Schalter oder ein sonstiges Regelorgan betätigen kann. Die Einstellung
der gewünschten Temperatur kann hierbei mit Hilfe einer Reguliereinrichtung geschehen,
die im allgemeinen aus einem zweiten Federbalg besteht, der mehr oder weniger tief
in den Ausdehnungsraum eingeschoben werden kann, um das der zu regelnden Temperatur
entsprechende Volumen in dem Thermostatsystem einzustellen.
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Das Sicherheitsorgan dient bei derartigen Thermostaten dazu, das 'die
Ausdehnungsflüssigkeit oder das sonstige Ausdehnungsmedium enthaltende System vor
Zerstörung zu schützen, wenn die Temperatur nach Erreichen der Endstellung des Regelorgans
noch weiter ansteigt und eine weitere Ausdehnung der Flüssigkeit verursacht. Dieses
Sicherheitsorgan
wird bei den bekannten Flüssigkeitsausdehnungsthermostaten mit Reguliervorrichtung
im allgemeinen in der Weise ausgebildet, daß der Regulierfederbalg unter der Wirkung
einer vorgespannten Feder steht, welche bei den normalen Regelbewegungen nicht in
Tätigkeit tritt, sondern erst beim Auftreten von Übertemperaturen und damit Überdrücken
im Thermostatsystem gestattet, daß sich der Eegulierfederbalg entgegen der Federkraft
weiter aus dem Flüssigkeitsraum herausbewegen und die Volumenvergrößerung der Ausdehnungsflüssigkeit
aufnehmen kann. Die Übertemperatursicherung kann auch von einem besonderen Kolben
oder Federbalg gebildet werden, welcher unabhängig von der Reguliereinrichtung arbeitet
und ebenfalls durch eine vorgespannte Feder belastet ist, um bei Überschreiten eines
bestimmten Innendruckes im Thermostatsystem nachgeben zu- können.
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Die bekannten Thermostaten mit Übertemperatursicherungen der vorstehend
genannten Art haben den Nachteil, daß die mit Vorspannung auf dem Kolben oder Federbalg
lastende Stahlfeder praktisch in ihrer Größe und Länge begrenzt ist, so daß sie
besonders hohe Übertemperaturen nicht mehr aufnehmen kann. Im allgemeinen wird mit
Hilfe solcher Pufferfedern nur eine Sicherung gegen Übertemperaturen von etwa 15
bis 2ö° C erreicht. Sicherheitsorgane, welche von der Reguliervorrichtung getrennt
angeordnet sind, können zwar zur Aufnahme etwas höherer Übertemperaturen eingerichtet
werden, aber diese Organe erfordern unverhältnismäßig viel Platz und sind meist
schlecht in dem Thermostatsystem unterzubringen.
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Obwohl eine Verbesserung der bekannten, mit Stahlfedern arbeitenden
übertemperatursicherungen bisher kaum für möglich gehalten wurde, hat sich die vorliegende
Erfindung die Aufgabe gestellt, die erwähnten Nachteile der bekannten Thermostaten
zu beseitigen und eine neue, vorteilhaftere Übertemperatursicherung zti schaffen.
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Die Erfindung besteht grundsätzlich darin, daß das Sicherheitsorgan
von einem dehnbaren, luftdicht abgeschlossenen Hohlkörper gebildet wird, der mit
einem unter Druck stehenden gasförmigen Medium, wie Preßluft oder Preßgas, beliebiger
Art gefüllt ist. Dieser Hohllzörper muß mindestens eine nachgiebige Wandung besitzen,
welche unter der Wirkung der im Thermostatsystem befindlichen Ausdehnungsflüssigkeit
od. dgl. steht, so daß der Hohlkörper beim Auftreten bestimmter Überdrücke unter
gleichzeitiger weiterer Komprimierung seiner Gas- oder Luftfüllung nachgeben und
das überschüssige Volumen der Ausdehnungsflüssigkeit aufnehmen kann.
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Der Hohlkörper kann an sieh in beliebiger Weise ausgebildet sein.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform besteht er aus einem luftdicht
abgeschlossenen Federbalg, der mit dem unter Druck stehenden gasförmigen Medium
gefüllt ist. Um durch das Innere dieses Federbalges eine Balgstange, eine Regulierspindel
oder ein sonstiges Kraftübertragungsglied führen zu können, ist es besonders zweckmäßig,
den Federbalg aus zwei konzentrisch zueinander angeordneten-Metallfederrohren zu
bilden, die an beiden Balgenden durch entsprechende; gegebenenfalls in der Mitte
mit einer Durchführungsöffnung versehene Balgböden hermetisch verschlossen sind,
so daß zwischen den beiden Federrohren ein hermetisch abgedichteter Zwischenraum
entsteht, der mit dem unter Druck stehenden gasförmigen Medium gefüllt ist. Im nachfolgenden
wird der Einfachheit halber lediglich der Ausdruck Druckgasfüllung verwendet, worunter
eine Füllung mit einem beliebigen, unter Druck- stehenden Gas oder mit Druckluft
zu verstehen ist.
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Ein solcher mit Druckgas gefüllter Federbalg kann beispielsweise an
Stelle der bisher üblichen Stahlfeder in die Reguliervorrichtung des Thermostaten
eingebaut werden. Bereits dadurch ergeben sich wesentliche Vorteile, weil ein derartiger
Federbalg auf kleinem Raum mehr Energie unterbringen kann als eine Stahlfeder gleichen
Umfangs, so daß bei gleicher Gesamtgröße der Einrichtung höhere Übertemperaturen
aufgenommen werden können.
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Der mit Druckgas gefüllte Federbalg kann aber auch unmittelbar in
den mit Ausdehnungsflüssigkeit gefüllten Innenraum des Thermostaten eintauchen.
Dadurch können besonders vorteilhafte und raumersparende Ausführungsformen der Erfindung
erzielt werden; vor allem kann der mit Druckgas gefüllte; vorzugsweise aus zwei
konzentrischen Metallfederrohren gebildete Federbalg gleichzeitig die Funktion eines
Regulierfederbalges ausüben und mit einer beliebigen Reguliervorriehtung verbunden
sein, die nunmehr infolge des Fortfalls der bisher üblichen Stahlfeder wesentlich
gedrängter ausgebildet sein kann. Dabei ergibt sich gegenüber den bisher bekannten
Thermostaten mit Reguliervorrichtung und übertemperatursicherung der weitere Vorteil,
daß trotz gedrängterer Bauart höhere Übertemperaturen bzw. Überdrücke aufgenommen
werden können. Da die Federbälge im allgemeinen nur bis zu plus oder minus io °/a
ihrer spannungsfreien Länge beansprucht werden, wird gleichzeitig erreicht, daß
sich der Druck des mit Preßgas gefüllten Federbalges auch nur um ungefähr plus oder
minus io°/a ändert, was ein Vorteil gegenüber den bisher verwendeten Stahlfedern
ist, die ihren Druck im Verhältnis i : 3 bis i : q. verändern.
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Die Durchführung der mit dem Balgboden eines solchen Federbalges verbundenen
Balgstange, Regulierspindel od. dgl. nach außen kann durch die Anwendung eines Federbalges
aus zwei konzentrischen Metallfederrohren leicht ermöglicht werden. Der Druck des
Preßgases oder der Preßluft, welche in dem hermetisch abgeschlossenen Innenraum
zwischen den beiden Federrohren eingefüllt wird, richtet sich nach den Maximaldrücken,
für die der Thermostat eingerichtet werden soll. Beispielsweise können Drücke zwischen
2o bis ioo at angewendet werden. Es ist klar, daß auf diese Weise eine einfache,
billige, raumsparende und in- ; folge des Fortfalls der Stahlfeder auch gewichtsleichte,
trotzdem
aber wirksamere Übertemperatursicherung geschaffen wird, die in beliebiger Weise
mit dem Thermostaten verbunden und mit beliebigen Reguliervorrichtungen kombiniert
werden kann.
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In der Zeichnung ist die Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen
beispielsweise veranschaulicht, und zwar zeigt Fig. i im Schnitt einen Flüssigkeitsausdehnungsthermostaten
mit einer Reguliervorrichtung und Übertemperatursicherung bisheriger Bauart; Fig.2
veranschaulicht einen Thermostaten entsprechend Fig. i, bei dem die Stahlfeder erfindungsgemäß
durch einen druckgasgefüllten Federbalg ersetzt ist; Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform
der Erfindung, bei der die übertemperatursicherung mit dem Regulierfederbalg einer
Reguliervorrichtung kombiniert ist; Fig. 4 zeigt eine ähnliche Ausführungsform der
Erfindung mit einer abgeänderten Reguliereinrichtung, und Fig. 5 zeigt ein weiteres
Ausführungsbeispiel für die Anwendung der Erfindung mit einer anderen Reguliervorrichtung.
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Zur Erläuterung der Erfindung ist in Fig. i zunächst ein Thermostat
bekannter Art dargestellt. Dieser besteht beispielsweise aus einem rohrförmigen
Behälter i, dessen Innenraum :2 mit einer Ausdehnungsflüssigkeit gefüllt ist. Der
Raum :z kann beispielsweise mittels eines Kapillarrohres 3 mit dem Innenraum 5 eines
Arbeitskörpers 4 verbunden sein, in dem ein aus einem Metallfederrohr bestehender
Arbeitsbalg 6 taucht, an dessen Balgboden 7 ein nach außen ragender Arbeitsstift
8 befestigt ist, der zur Betätigung eines Ventils oder eines sonstigen zu regelnden
Organs dient.
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In den Ausdehnungsflüssigkeitsraum 2 des Behälters oder Wärmefühlers
i taucht ein Federbalg g, der oben in einen den Behälter i abschließenden Boden
io eingedichtet und unten mit einem Balgboden i i versehen ist. An letzterem ist
eine durch den Boden io nach außen ragende Gewindespindel 12 befestigt, die mit
einer im Kopf 13 des Thermostaten drehbar und längs verschiebbar gelagerten Reguliermutter
14 verschraubt ist. Die Reguliermutter 14 ist mit einem Vierkant 15 versehen und
stützt sich mittels eines Flansches 16 auf einen Boden 17 des Thermostatkopfes
13. Auf den Flansch 16 drückt eine unter Vorspannung stehende Pufferfeder
18, die sich oben gegen eine Fläche ig abstützt, welche mit einer mittleren Durchbrechung
versehen ist. Auf der Gewindespindel i2 kann beispielsweise ein Zeigerorgan 2o sitzen,
welches mit einer Skala 21 zusammenarbeitet. Durch Verdrehung der Reguliermutter
14 kann der Regulierfederbalg g mehr oder weniger tief in den Flüssigkeitsraum 2
eingeschoben werden, wodurch die gewünschte Regeltemperatur eingestellt wird. Die
Pufferfeder 18 hält bei diesen normalen Einstellbewegungen den Flansch 16 der Reguliermutter
14 fest auf dem Boden 17 des Thermostatkopfes. Falls durch Übertemperaturen eine
übermäßige Ausdehnung der Thermostatflüssigkeit eintritt, welche von den Räumen
2 und 5 nicht mehr aufgenommen werden kann, wird der Federbalg g unter der Wirkung
des Überdruckes der Ausdehnungsflüssigkeit entgegen der Wirkung der Pufferfeder
18 nach oben gedrückt, wobei sich die Reguliermutter 14 mit ihrem Flansch 16 von
dem Boden 17 abhebt und durch die Öffnung der oberen Thermostatkopffläche ig nach
außen bewegt.
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Fig.2 der Zeichnung zeigt nun demgegenüber einen Thermostaten mit
einer übertemperatursicherung gemäß der Erfindung. Die Teile i bis i7 und ig entsprechen
im wesentlichen den gleichen Teilen des Thermostaten nach Fig. i. An Stelle der
Stahlfeder 18 ist aber erfindungsgemäß ein Federbalg vorgesehen, welcher aus zwei
konzentrisch zueinander angeordneten Metallfederrohren 2o und 21 besteht die beiderseits
durch ringförmige Böden 22 hermetisch dicht abgeschlossen sind. Der Raum zwischen
den beiden Federrohren 20 und 21 ist mit einem gasförmigen Medium gefüllt, welches
unter einem bestimmten Druck steht, der beispielsweise zwischen 2o bis ioo at betragen
kann. Die Wirkungsweise dieser Übertemperatursicherung ist an sich die gleiche wie
diejenige des Thermostaten nach Fig. i, wobei aber der Ersatz der Stahlfeder durch
den druckgasgefüllten Federbalg die eingangs dargelegten Vorteile mit sich bringt.
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Noch praktischer und vorteilhafter sind die Ausführungsformen der
Erfindung bei denen der Regulierfederbalg, welcher in den Fig. i und 2 mit g bezeichnet
ist, mit einem druckgasgefüllten Federbalg gemäß der Erfindung kombiniert ist, wobei
beliebige Reguliervorrichtungen angewendet werden können. Einige Beispiele für derartig
ausgebildete Thermostaten sind in den Fig.3 bis 5 veranschaulicht.
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Bei diesen Ausführungsformen ist ebenfalls ein rohrförmiger Wärmefühler
i vorgesehen, dessen Innenraum 2 mit einer Ausdehnungsflüssigkeit gefüllt ist. Dieser
Flüssigkeitsraum steht beispielsweise durch ein Kapillarrohr 3 mit einem hier nicht
dargestellten Arbeitskörper 4 in Verbindung, der ähnlich wie in Fig. i ausgebildet
sein kann. In den Ausdehnungsflüssigkeitsraum 2 taucht erfindungsgemäß ein Federbalg,
welcher mit einem unter Druck stehenden gasförmigen Medium gefüllt ist. Vorzugsweise
besteht dieser Federbalg aus einem äußeren Metallfederrohr 24 und einem konzentrisch
dazu angeordneten inneren Metallfederrohr 25. Die beiden Federrohre 24 und 25 sind
oben in einen ortsfesten Boden 26 eingedichtet, während sie unten durch einen in
dem Behälter i frei beweglichen Balgboden 27 abgeschlossen sind. Dadurch entsteht
ein nach außen hermetisch abgedichteter Hohlraum 28, welcher mit Preßluft oder Preßgas
gefüllt ist. Der Druck dieses Preßgases, der sich nach den Maximaldrücken richtet,
die der Thermostat aushalten soll, kann beispielsweise 2o bis ioo at betragen, aber
selbstverständlich auch darunter oder darüber liegen.
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Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 ist an dem beweglichen Boden
27 des Federbalges 24, 25
eine Gewindespindel29 befestigt, die durch
eine Bohrung 3o des ortsfesten Bälgbodens 26 nach außen durchgeführt und an ihrem
oberen Ende mit einer Reguliermutter 31 verschraubt ist. Die Reguliermutter 31 stützt
sich mit ihrer unteren Fläche 32 auf den ortsfesten Balgboden 26 oder auf ein besonderes,
darüber angeordnetes Auflager ab und ist an ihrem oberen Ende mit einem Vierkant
33 od. dgl. versehen. Das die Reguliervorrichtung umgebende Gehäuse 34 ist mit einer
Öffnung 34' versehen, durch die sich die Reguliermutter 31 nach oben verschieben
kann. Zweckmäßig ist die Reguliermutter 31 mit einer Einstellskala gekuppelt. Dies
kann gemäß Fig. 3 vorteilhaft in der Weise geschehen, daß die Drehbewegungen der
Reguliermütter 31 mittels eines lediglich die Dreh-Bewegungen, aber nicht die eventuelle
Längsverschiebung derselben mitmachenden Getriebeelements 35 auf ein ortsfest gelagertes
Getriebeelement 36 übertragen wird, welches einen Skalenzeiger 37 antreibt, der
sich über einer runden Skala 38 bewegt. Das Getriebeelement 35 kann z. B. aus einer
Schnecke bestehen, die in dem Gehäuse 34 drehbar, aber nicht axial verschiebbar
gelagert ist und die mittels eine;- Nut oder Feder mit der Reguliermutter 31 derart
verbunden ist, daß sich die Reguliermutter 3 i axial in der Schnecke 35 verschieben
kann, letztere aber bei einer Drehbewegung mitnimmt. Die Schnecke 35 treibt bei
ihrer Drehung das in diesem Fall als Schneckenrad ausgebildete weitere Getriebeelement
36 an.
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Der Druck des in dem Hohlraum 28 des Federbalges 24., 25 befindlichen
gasförmigen Mediums sucht den Federbalg 24,:25 zu verlängern. Dies wird jedoch durch
die mit der Gewindespindel 29 verschraubte Reguliermutter 31 verhindert, welche
sich mit ihrer Unterfläche 32 gegen den Boden 26 stützt. Durch -Verdrehung der Reguliermutter
3i kann der unter Preßgasdruck stehende Federbalg 24,25 verkürzt bzw. verlängert
werden, wobei man von der Regulierskala 38 ablesen kann, welche Reguliertemperatur
dadurch eingestellt ist. Wenn nun beispielsweise der Arbeitsstift des durch das
Kapillarrohr 3 mit dem Ausdehnungsflüssigkeitsraum 2 verbundenen Arbeitskörpers
4 in seine Endstellung vorgeschoben ist, so kann eine weitere, durch eine unerwünschte
Temperaturerhöhung bedingte Volumenvergrößerung der Ausdehnungsflüssigkeit nicht
mehr von dem Arbeitskörper aufgenommen werden. Die Ausdehnungsflüssigkeit wird nunmehr
versuchen, den Federbalg 24, 25 entgegen der Wirkung des im Hohlraum 28 desselben
enthaltenden Druckgases zu verkürzen und die Gewindespindel mit der Reguliermutter
31 nach oben zu verschieben. Diese Verschiebung tritt dann ein, wenn der Druck der
Ausdehnungsflüssigkeit den Preßgasdruck erreicht hat. Auf diese Weise ist der Thermostat
gegen unerwünschte Überdrücke und damit gegen Zerstörung in einfacher und wirksamer
Weise gesichert, wobei dank der Anordnung des druckgasgefüllten Federbalges wesentlich
höhere Übertemperaturen als bisher aufgenommen werden können, Der Thermostat gemäß
Fig.4 ist ebenfalls mit einem druckgasgefüllten Federbalg 24, 2;5 versehen und arbeitet
entsprechend dem Thermostaten gemäß Fig. 3. In diesem Fall ist aber eine andere
Reguliervorrichtung vorgesehen. Die mit dem beweglichen Balgboden 27 verbundene
Balgstange 29 ist oben mit einem Gewinde 39 versehen, auf welches eine Mutter q.o
geschraubt ist. Die Balgstange 39 ragt durch eine Bohrung 41 eines Gewindekopfes
43, auf dessen oberer Fläche 42 sich die Mutter q;o abstützt. Der Gewindekopf 43
ist mit einem Außengewinde 44 versehen, welches mit einer drehbar, aber nicht längs
verschiebbar auf dem Thermostaten gelagerten Einstellmutter 45 verschraubt ist.
Durch Verdrehung der Einstellmutter 45 kann der Gewindekopf 43 und damit die Balgstange
29 gehoben und gesenkt werden, wodurch die gewünschte Temperatureinstellung bewirkt
wird. Zur Ablesung dieser Einstellung dient in diesem .Fall eine einfache, auf dem
Gewindekopf 43 angeordnete Skala 46, die mit dem als Zeigermarke dienenden oberen
Rand 47 der Einstellmutter 45 zusammenarbeitet. Bei auftretenden Überdrücken im
Thermostatsystem kann der Federbalg 24,25 entgegen der Wirkung des Druckgases verkürzt
werden, wobei sich die Balgstange 29 durch die Bohrung 41 des Gewindekopfes 43 nach
oben herausschieben kann.
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Bei der in Fig. 5 veranschaulichten weiteren Ausführungsform der Erfindung
ist an dem beweglichen Balgboden 27 des entsprechend Fig. 3 oder 4 ausgebildeten
druckgasgefüllten Federbalges 24, 25 ein uristarres, z. B. seilförmiges oder bandförmiges
Zugorgan befestigt, welches nach oben in das Gehäuse 49 der Einstellvorrichtung
geführt ist und dort beispielsweise über eine Rolle 5o läuft und eine drehbar gelagerte
Scheibe 51 antreibt, an der ein Skalenzeiger 52 sitzt, der über einer Skala 53 spielt.
Die Wirkungsweise der übertemperatursicherung gemäß der Erfindung ist hierbei die
gleiche wie vorher.
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Die vorstehend erläuterten und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele
zeigen, daß eine erfindungsgemäß ausgebildete Übertemperatürsicherüng mit beliebigen
Reguliervorrichtungen von Thermostaten verbunden werden kann, ebenso wie die neue
Sicherung gegebenenfalls auch unabhängig oder getrennt von einer solchen Reguliervorrichtung
an einem Thermostaten beliebiger Bauart vorgesehen werden kann.